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工业互联网系统的发展趋势和机遇

2017/3/29    来源:中国经济网    作者:周宏仁      
关键字:工业互联网  工业4.0  
全球信息化的发展正进入一个新的阶段,在经历了数字化和网络化的快速发展之后,智能化正在成为全球信息化向高端发展最主要的特征之一。

    信息化发展的过程中有几个关键步骤,我们不能错过,否则和发达国家信息化水平的差距可能再一次被拉大。制造业是国民经济的脊梁,如果没有制造业的发展,即使其他行业有巨大的发展,对中国这样一个大国来讲也是一件危险的事情。

    进入21世纪以来,中国大规模国家信息化发展开始起步。由于有发达国家几十年积累起来的许多信息化成果和经验可资借鉴,中国利用“后发优势”,采取“跟随战略”,比较快、比较顺利地在各个领域完成了大量的、重要的信息化应用系统建设,在电子商务、电子政务、两化融合、三农信息化、现代信息服务业、新兴产业发展、居民信息化素质提升等等方面,都取得了举世瞩目的成就,产生了巨大的经济社会效益,极大地推动了中国经济社会的发展。就信息化而言,中国与发达国家的差距正在逐步缩小。相应地,中国的“后发优势”,也已经所剩无几。

    与之同期,全球信息化的发展正进入一个新的阶段,在经历了数字化和网络化的快速发展之后,智能化正在成为全球信息化向高端发展最主要的特征之一。信息化发展的过程中有几个关键步骤,我们不能错过,否则和发达国家信息化水平的差距可能再一次被拉大。最近几年,媒体对服务业中“互联网+”发展有了较多的宣传,但是对制造业中“互联网+”发展的重视程度远远不够。制造业是国民经济的脊梁,如果没有制造业的发展,即使其他行业有巨大的发展,对中国这样一个大国来讲也是一件危险的事情。

    一、制造业信息化的发展

    制造业的发展首先关心的是企业,一个制造企业的内部信息化和外部信息化都存在着诸多值得研究的问题,下图给出了一些思考的方向。

(图片)
图1 企业内部信息化的内涵

    企业内部信息化的内涵(如图1所示),包括研发的信息化,产品的信息化,生产的信息化,管理的信息化,以及信息化所带来的业务流程和组织再造。上述每一个方面的信息化,都有自己丰富的内涵。例如研发信息化覆盖基础技术研究和产品研发;产品信息化包括嵌入式系统的应用,促进产品智能化的发展;生产信息化包括生产装备的信息化,以及生产流程管理的信息化;而管理信息化则包括产供销、人财物、客户关系的信息化等等。

    任何一个企业,除了内部的各种业务关系以外,还有广泛的外部联系(如图2所示)。企业外部的输入有原材料、零部件、装备、人员等等;企业产出的外部联系包括销售、银行、协作单位、客户等等。

(图片)
图2 企业外部信息化的内涵

    企业内部和外部的环境加在一起,构成企业信息化的全部内涵。

    (一)企业数字化的发展

    工业软件支撑了企业数字化的发展,如:计算机辅助设计、辅助工艺、辅助工程,产品数据管理,全生命周期系统;生产制造过程也有很多软件。值得一提的是ERP系统,ERP在企业数字化的发展中,扮演了整合不同数字化系统的关键性角色。

    数字化对传统企业的改造,一步一步走得非常清楚。1974年,第五代使用微处理芯片和半导体存储器的计算机数控装置研发成功,数控机床随之在制造业大量应用,对工业化升级产生了革命性的影响;20世纪50年代,美国诞生了第一台计算机绘图系统,成为最早的计算机辅助绘图系统,催生了60年代初的计算机辅助工程;60年代末,挪威开始研发计算机辅助工程设计;1971年,法国雷诺公司率先成功实现计算机辅助制造(汽车车身的设计和加工)。数字化对传统工业的改造,从接到订单开始,产品设计、工业设计、主生产计划制订、备料和加工产品装配,直到交付,所有的这些环节,全部实现计算机化。

    全三维数字化和数字仿真,是工业数字化向高端的发展。数字化的目标,是要形成一个完全数字化的企业,包括:数字化的研发体系、数字化的设计体系、数字化的制造体系、数字化的管理体系和数字化的产品服务体系。同时,企业信息化向数字化大系统集成、最优能力集成的方向转变,向高度并行、多组织协同转变。实现完全数字化,不仅国外的先进企业已经做到,国内也有一些先进的制造企业能够做到。

    工业软件的重要性,非常值得重视。从2010年开始,中国的制造业总量已经位居全球第一,在全球制造业的份额为20.9%;美国排名第二,约20.7%;位于第三和第四位的日本和德国,分别只占10.4%和6.26%。但是,中国工业软件市场仅占全球工业软件市场的1.7%。中国制造业的信息化水平由此可见一斑。目前,中国高端的工业软件90%以上依赖进口,而且价格非常昂贵。制造业工业软件应用水平的低下,反映了制造业计算机、网络、数据的应用水平很低。工业软件是当前我国企业数字化发展的主要瓶颈之一。

    抓制造业信息化的发展,工业软件是一个非常重要的抓手。必须认识到,工业软件并不单纯是一个软件,而是多种学科交叉的研究结果。只有制造行业的优秀专家和工程师与软件科学家的结合,才能够开发出一流的工业软件。高端工业软件是科学研究和技术创新成果的软件表现,学术、技术水平很高。

    (二)企业网络化的发展

    企业网络化的快速发展发生在20世纪90年代初。随着互联网应用在全球的普及,制造企业不断努力实现企业信息系统的网络化,也就是“互联网+”。许多企业开始构造企业的内部网和外部网。内部网就是把企业内部的各种不同功能的信息系统通过联网而“打通”;外部网则是把企业和外部的合作单位通过联网而“打通”。前者是企业内部信息系统的垂直整合,后者则是企业之间信息系统的横向整合。企业内部信息系统的一体化就是要把研发设计信息化、产品信息化、生产信息化、管理信息化和业务流程与组织再造这五部分打通,共享数据和信息。企业外部信息系统的一体化就是要把企业与外部合作单位的信息交换打通。例如,供货方可以查阅本企业的原材料和零部件消耗,确定是否需要立即及采取何种方式向本企业供货;销售方可随时了解企业的生产情况及新品生产形势,考虑相关销售活动的安排和市场策略;企业所在的银行也可以进入外部网,了解企业财务状况,并在网上完成企业与银行之间的各种财务交易手续,等等。

    “互联网+”在20世纪90年代末给企业带来了非常显著的效益。美国福特汽车公司的内部网连接了全球范围内的12万台计算机工作站;日立公司的外部网在1997年已经覆盖了全球2100家和它有联系的公司。另外,在利用互联网做电子销售方面,戴尔和思科是当时最为成功的企业,它们通过外部网大幅度地增加了销售金额。

    以下列举三项比较先进的网络制造技术。第一个是全三维的数字化、网络化的协同平台,可以使企业集团所有的下属企业和研究所,利用这个平台协同工作,完全打造成一个整体,数据通过协同平台实现集成,生产流程通过协同平台实现网络集成。协同平台可以支持跨地域、跨企业的联合研制和生产。多场所、一体化、最优能力集成的研制生产新模式,提高了集团的协同创新能力。波音公司的全球协同环境,空客公司的混合并行工程环境都是这样的协同平台。一个全三维的数字化协同平台,对提高设计效率和质量,改善专业设计方式,提高设计能力非常重要,这是典型的、十分先进的“互联网+制造”。

    第二个是关联设计系统。关联设计系统通过和虚拟现实系统的集成,实现虚拟现实环境下的设计协调,干涉检查和分析,可以支持成百上千的在线用户进行实时并行设计。利用这个技术,任何一个系统或一台装备的总体、各子系统、机械结构等三维设计的结果均可相互关联。只要在整体结构图上对零件进行了更改,就可以自动地完成零件图的修改,对相关零件进行必要的调整,从而缩短设计迭代周期,有效提高设计效率。

    第三个是全三维标注技术。原来设计作图,只能做到二维,三维就非常困难了。利用这项技术,任何一个产品零件都是三维的,在全三维的模型中可以传递所有零部件的制造信息,保证所有产品单一数据源;还可以使设计制造并行工程效率大大提高,通过基于成熟度数据的并行,工艺设计、工装设计几乎可以同步开展,生产准备周期因而大幅缩短。显然,这个基于全三维模型定义的设计制造系统,也完全依赖于网络化。

    上述的这些技术代表了现代制造业的先进水平,但是这些技术依托的核心技术就是各种各样的工业软件。这些软件的开发费用非常昂贵,有着“投入很大,用户很少”的特点。因此,这些软件的研发离不开国家的支持和帮助。

责任编辑:刘春晓
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