2.3 行业普及： 中国制造2025和工业互联网（2018）_风闻

  昨天没更，今天更四节  

  2018年夏天，被约稿要给各省经信委的工作人员出本书，但出书好友们时间和工作付出都不够，便独自编稿，怎奈节奏太慢没跟上出版社流程，导致出书失利。后来畏惧正规出版社的流程和麻烦出版意愿剧减。鉴于工业互联网事业如火如荼，独乐乐不如众乐乐，不想稿件烂在电脑里面，决定在网上贴出来和大家分享。最近刚买到观察员的身份，没想好要写啥，先拿到观察者网上晒晒，以飨读者。2019年中美贸易战大热，但科技发展目测还没超出2018年的内容范围，还是可以给大家普及下此行业的基本知识。生活在这个时代，见证着这时代发生的巨大变化。希望此系列能给观察者网的好友们一定帮助和启发，有利于你们现在从事的事业和项目，更好的建设我国的制造业能力和国家能力。某在企业管理咨询和企业信息化圈里面浸淫多年，很乐意帮助有需要的读者，若有问询指教可以直接回复和私信。本稿本着天下文章一大抄，抄来抄去有提高的精神非百分百原创原撰。所以有见到相看似相识的段落，请勿为怪！

​第二讲 中国制造2025的实现路径  之

第三节 工业互联网的出现

走过了机械化、电气化、自动化、信息化，在21世纪10年代，工业和制造业发展逐渐迈进数字化、互联网化、智能化。得益于电子信息技术、软件技术、半导体加工技术和新材料技术的全面进步，整个社会的消费和生产发生了微型化、网络化、数字化、智能化等多方面改变。数字化传感器变得轻小便于携带和安装，能耗小到可以一次安装并长期工作，成本相对降低到可以负担并大量使用的程度；全社会通信成本大幅下降，人人上网、万物上网、万物互联；计算机能力大幅提升，大数据算法、分布式存储系统和大规模计算的技术全面推广和普及；这三种趋势直接塑造了“工业互联网”产生和发展的物质技术基础。

2017年11月19日，“国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见”（本节简称《意见》）发布。《意见》讲述了时代发展的新形势，“互联网创新发展与新工业革命正处于历史交汇期。发达国家抢抓新一轮工业革命机遇，围绕核心标准、技术、平台加速布局工业互联网，构建数字驱动的工业新生态，各国参与工业互联网发展的国际竞争日趋激烈。” 《意见》指出全球范围内新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起。工业互联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，日益成为新工业革命的关键支撑和深化“互联网+先进制造业”的重要基石，对未来工业发展产生全方位、深层次、革命性影响。工业互联网通过系统构建网络、平台、安全三大功能体系，打造人、机、物全面互联的新型网络基础设施，形成智能化发展的新兴业态和应用模式，是推进制造强国和网络强国建设的重要基础，是全面建成小康社会和建设社会主义现代化强国的有力支撑。建设和发展工业互联网是我国抢占国际制造业竞争制高点、数字经济发展主动权的不二选择，必须下大力度攻关和推广。工业互联网是互联网在深刻改变社会生活后，对生产端的又一次革命。它并不是单纯价值转移，而是通过深度融合，创造增量，做‘加法’。以工业互联网为代表的工业化与信息化融合是世界主要国家产业发展的重点模式，也是产业博弈的阵地所在。加大关键共性技术攻关力度，提升产品与解决方案供给能力。

发展工业互联网，技术是核心，融合是关键。用工业互联网加速制造业向智能化转型，最终要落到“融合”上。中国工业互联网产业联盟指出网络、数据和安全是体系架构的三大核心。“网络”是工业系统互联和数据传输交换的支撑基础，“数据”是工业智能化的核心驱动，“安全”是网络、数据以及工业融合应用的重要前提。中国工业互联网产业联盟在分析理解本土制造业和各型企业业务需求后，对国际同行的工业互联网和“工业4.0”参考架构，借鉴性地做了部分吸收，提出我国的工业互联网体系架构。

                          

图七 中国工业互联网体系架构

一、工业互联网

顾名思义，“工业互联网”就是工业用途的“互联网”，“平台”就是这些工业用途互联网实际落地的网络、数据、软件实现的聚合结构。工业互联网作为新一代信息通信技术与制造业深度融合的产物，将驱动中国制造业生产方式、企业组织、产品模式等发生巨大变化。在全球重大制造强国基本上均把体系架构作为工业互联网或者智能制造发展的重要抓手。工业互联网是互联网和新一代信息技术与全球工业系统深度融合集成所形成的产业和应用生态；工业互联网是工业智能化发展的基础设施，实现工业要素、控制系统、信息系统、人之间泛在联接的网络；工业互联网的核心抓手是平台，通过云和工业大数据实现海量工业数据的集成、处理和分析；工业互联网是新模式和新业态，可以实现各种智能化生产、网络化协同和服务化延伸。工业互联网的实质是数据先行、全面互联，在全面互联的基础上，数据流动形成智能化变革，形成新的模式和新的业态。工业互联网相比民用或者消费者互联网，更强调数据准确性实时性，更强调牢固和高性能的联接，更看重安全的保障和参与者的轨迹记录，更强调基于多种数据集成、分析和建模。工业互联网最终要提供一个智能化的大系统。

消费者领域的互联网用户能访问大量的互联网数据，通过互联网进行商业交易个人金融交易，能下载和运行众多的个人学习娱乐和效率软件。工业领域目前在这方面的发展还非常的不够。如同习近平总书记在十九大上说的，“中国特色社会主义进入新时代，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。”同样的在互联网本身的增长和互联网给社会经济提供数字基础和数字化发展推动的角度来看，消费者领域和工业领域的互联网网络基础的发展，网络运用的场景和案例，网络应用软件的数量和用户，互联网带来的商业价值的创新和产品创新，都是非常不平衡和不充分。基于这个基本事实，我国的工业互联网有着极其广大的发展空间，一旦得以正确引导和产生正反馈效应，就能放大出强大的社会经济效益，更好的服务于“建设成为富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国”的战略目标。2018年3月5日，第十三届全国人民代表大会第一次会议在北京人民大会堂开幕，国务院总理李克强作政府工作报告。【9】在报告中对2018年政府工作提出建议，明确指出发展工业互联网平台。原文如下：

“加快制造强国建设。推动集成电路、第五代移动通信、飞机发动机、新能源汽车、新材料等产业发展，实施重大短板装备专项工程，发展工业互联网平台，创建“中国制造2025”示范区。大幅压减工业生产许可证，强化产品质量监管。全面开展质量提升行动,推进与国际先进水平对标达标，弘扬工匠精神，来一场中国制造的品质革命。”

二、工业互联网平台

大家可以先从逻辑上来理解工业互联网平台。

图八 工业互联网逻辑架构 

工业互联网解决的是全系统的问题。工业互联网体系架构顶层是应用，底层由数据源和通信网络组成，中间是云计算层，提供丰富的平台开发集成协同的可能性。通信网络的互联是基础；数据源是核心，以数据源为核心可以形成工业上的智能生产控制和智能运营以及决策优化这些常用的工业智能化场景。安全是工业互联网贯穿各个层面的重要保障，详细拆解开有传输安全、数据安全、访问安全、操作安全，还有整体的安全策略、安全追踪、安全审计等等。

 先说说数据源，就是数据的来源，数据可以从物理世界里面的实体采集出来，比如汽车、飞机；也可以是大型工业设备，比如高炉、变电站等等；还可以是大型农场、机场、停车场等等；还可以是网络设施比如水网、电网以及立体的高楼、车站等，不一而足。还有一类数据源是已经数字化的资源，比如数据库、企业里面积累的软件数据、公用的气象、交通、人口等等。当然还可以是互联网上的商业应用如淘宝、京东、找钢网的钢材价格、爬虫爬出来的某类关键字出现的网站网页地址等等。最后一种数据源则是依赖于用户输入的，比如在手机上的点击某个图片、视频、输入的卡号、手机号等等，这些都是泛在的数据源。

数据的单独存在没有价值，只有数据通过通信送达要消费的用户方才有价值。原来的企业内部信息化都是直通式数据消费。比如销售部的出售价格数量表单给财务，财务的付款发给采购等等。工业互联网平台的出现后就不一样了，大家都把数据直接交给平台，而消费信息的用户端可以从平台获取而不用原有数据源了。但是不管信息怎么流动，通信手段均离不开通信层，移动通信就是我们熟悉的手机和上网流量卡的结合，是最普及的数据通信方式，也是最容易被干扰、屏蔽、截获的民用普及通信方式。固定线路通信当然也有很多方式，相对要安全稳定，比较适合量大的数据通信；而卫星通信往往覆盖野外离文明设施遥远的地方，相对昂贵、速率慢、带宽低，比较适合野外任务。专线是线路通信中较高级的，就是按标准带宽的专有线路，数据传送干扰少、竞争少、能有通信质量保证，也相对昂贵些。虚拟网络则用软件技术把数据进行各种技术处理后通过非特定线路传送到达通信的另一方，相对专线价格低廉，但又能保证一定的数据私密性，但是速率和带宽会受网络拥挤程度的影响。

数据一旦汇聚到平台，通过数据的预存储、预处理和转译解析，即把原始数据的格式和代码变成明文。而工业数据由于工业协议语种多样、数据私有、安全性要求高，为了省带宽还会压缩后传送，因此必须要通过一定处理后才能被读懂。而且有些云计算基础设施也会对数据进行压缩或者加密后存储，所以转译和解析是所有云计算平台都要有的功能。下一步就是数据的存储和读取，由于云计算大部分时间里面提供的是有限内存资源，大部分时候计算体系需要频繁地读取数据和存储计算结果，其中采用的技术种类较多。紧接着就是计算能力的提供，小到几个虚拟CPU12，多到成千上万，但是基本上就是对数据计算的能力，云计算可以按需提供计算能力，这是云计算最大的优点，就像家里的电表和线路能限制性提供一定安培的电力输出。平台上由于数据的来源、数据的保密级别、数据拥有者、数据使用者的自由度都是受限的。这个有点像酒店里面房间的进出都是有门禁系统的，平台上数据的访问控制就是数据平台的门禁系统。云接口和大家常说的云服务是一回事，这些云服务是编程人员在云平台上开发的，会被各种应用程序调用，那么这种调用需要是有序的、可控的、可追踪和管理的。这个体系是平台必须具备的，因为最后的云服务都要通过这个来计量和核算。

最后就是顶端的应用层，这个是用户最关心和最常用的部分。归纳下来有这么五种。1、分析展现就是把数据变成图像，人对数字阅读能力都是很有限的，但是一张图就简单得多，我们可以很快的看出趋势、高低、大小、明暗等等。2、交易交换指的是平台参与者之间的交易交换行为的记录，大家淘宝上面最后用的基本上就是形成一个交易和交换。3、内容呈现很容易理解，就是看书看图的意思，大家平时上网看图看书看新闻，在工业互联网平台上看的可能是设计图、报价单、产品图片、产品功能介绍等等不一而足。4、流程管控是指的对一个工业过程的控制，比如打开一个开关，关闭一个阀门，开通一根管道，同意一个合同，输入一张设计图原稿，这些都属于流程管控。5、管理规划指的是商业和管理中常见的定量设限这种行为，比如开通一个信用卡的信用额度，输入一个团队12月的每月差旅额度，设定一个电网对商业设施的供电总量等等。这些管理规划往往比较宏观，需要多方跨组织的协同工作和充分沟通等等。工业互联网最大的作用是可以跨行业、跨组织、跨地理和时间、跨文化和行政边界的协同工作产生效率。这使得整个工业行动主体都得到充分的信息和基于信息做出正确的行动和反应。

三、工业互联网平台软件架构

2017年工业互联网产业联盟组织编写了《工业互联网平台白皮书》，白皮书对工业互联网平台体系架构与关键要素、技术体系、产业体系、应用场景及案例、发展建议等进行了全面的阐释。【15】工业互联网平台对云计算技术和软件体系依赖性非常高。“云”是个虚拟的概念，就是通过互联网连接远程服务器来获取其计算、存储或数据服务。云是网络、互联网的一种比喻说法，主要有计算能力强、扩展性强、成本低、可靠性高、按需服务等特点。根据所提供服务的不同，云服务可以被分为以下三类或者说三个层次：

Ø  基础设施即服务Infrastructure as a Service (IaaS22)

Ø  平台即服务Platform as a Service (PaaS40)

Ø  软件即服务Software as a Service (SaaS49)

这三类，三层云服务在工业互联网平台架构中都有体现。

图九 工业互联网软件架构图 – 工业互联网白皮书（2017）第21页

    最底层是边缘层，这层用来连接工业设备。设备接入主要负责通过物理接口、网口、串口等；或者通过模数转换器，将电流、电压量度转换成数值量。传感器也是一种抽象的模数转换装置，迷你并高度集成，它可以读出设备系统产生的数值，比如温度、振动、湿度、声响、气体浓度等等，。这些数值有可以通过某种通信协议传输。协议解析是指通过对原始数据的，解析转换成为明码，。边缘数据处理有很多种，这里边缘指的是在设备边缘就近处理，没有用到云计算的能力，用的是接入端紧邻的计算机（可能是通用计算机，也可能是不带显示器和键盘鼠标的计算机主板）来进行加密、调制、数据清洗、数据压缩、数据代码转换、格式转换等等。总的来说边缘做的事情就是数据的收集和数据的准备然后进入传输状态，然后传送到云计算的IAAS层，除此之外，还有部分的边缘计算与设备的控制和互动有关。

    IAAS层的数据已经写入了存储，这些存储有可能分布在某一台物理存在的服务器上，也可能通过网络分布在多个服务器的多个存储装置中，逻辑上大家可以忽略具体这些数据在哪里，能查阅、读取、存储和计算就是IAAS层云计算提供的能力。

PAAS层主要是面向编程人员，也就是程序开发人员的。基于不同的工业问题，程序员可以用不同的常规算法，数理逻辑，大数据算法或者人工智能算法，从数据中找出算出关键数据、规律、症候、原理，然后通过微服务（大量的带可消费可理解的双向数据接口）的形式，输出这些运算结果。PAAS层也有自己的管理控制，包括对数据源的管理（纳入和剔除），对编程人员行为的管理，对云计算和存储资源的分配，基本的系统的运行维护、故障处理和保证环境的健康运行等等。这里列举些常见的微服务场景：

l  基本查询，基于用户输入的参数变量对数据进行批量查询比对，输出成套的查询结果。这是大部分计算机系统的基本操做

l  数据加工，根据输入的条件对某类数据进行简化或者聚合形成新的数据系列供随后的计算操作使用

l  成图成表，就是基于以上两种操作得到数据系列，然后运用某种或者多种数学方法，给出图表基本数据，输出给特定应用。

l  逻辑判断，基于以上的操作和数学运算，还有一些数据比对，最后得出某种结论，这种结论不一定是封闭型答案，很多情况下可以是概率结果和可能的多选结果。通过微服务，这些结果可以被人类阅读和判断，更好的让用户做出决定。

l  交易记录，这是商务系统最常见的操作，就是把人类确认的重复性商业活动的内容记录到计算机系统，往往伴随着记录的写操作，背后还会有些数据压缩，分布式存储，数据加密等等操作，以及记录操作时间，操作终端，操作人员等等一系列基于数据审计要求，合法合规要求和安全策略的附带信息。

最上层则是云应用SAAS层，这是用户直接阅读，操作的用户接口和界面层。我们平时在手机，平板上打开的应用程序基本都是，桌面计算机的程序也逐渐SAAS化，大家最常见的微软视窗和办公套件软件技术上已经开始强制云化。SAAS软件对使用者的要求降低了很多，一般除了简易安装和登录需要操作外，剩下都是如何使用软件的事情。SAAS最小化了用户要投入的计算资源，技术力量和长期运维技术工作，SAAS软件一般按照用户数和使用时间和量付费。工业用户用的传统软件包括CAD、CAM、BIM、ERP、CRM、SRM、MES、APS、WMS各种软件涉及到产品设计仿真、制造、场地建筑设计仿真、企业资源规划、客户关系管理、供应商关系管理、制造执行系统、高级细化排程，仓库管理系统都在逐步走向云化、SAAS化。一般说来，SAAS软件的初期投入费用低，上手时间短，可以减少企业在信息化软件上的早期设备资产投入和人才投入。虽然工业行业为这些通用软件提供的市场足够大，但是工业互联网最大的价值反而是在一些小众的基于特定专业知识积累的领域，提供廉价高效高可用性的SAAS应用。这里举个例子，汽车生产中有个最大的喷漆面，就是汽车的前盖板，这个喷漆面对质量的要求非常高，传统工序都是靠人工肉眼观察判断喷漆质量的好还是不好，这有两个大的弊端：一个是工作环境差，长期暴露在挥发性低毒气体环境，对工作人员是个伤害，就算做好人身保护和防毒呼吸面具护具也是非常艰苦和不舒适的工作环境；二是人类的大脑会疲惫和自适应，长期观察后会自训练和心理暗示，要么放大检查的敏感度，要么降低敏感度，直接结果会导致产线节拍减慢拖延或者质量不合格产品漏检出下线。现在有了智能喷漆质检软件，运用标准程序在标准照明条件下对喷漆表面进行拍照，软件会自动放大照片，自学习扫描连续色块，对整张照片的有效成像面积进行全过程扫描，按照图像识别设定的阀值去判断喷漆面是否合格。速度基本达到秒级反馈，又快又准，还可以长期积累计算方法和经验成果。这个单一的特定应用一旦在所有汽车生产厂推广开来，带来的增效和人员伤害减少是非常可观的。利用工业互联网平台的架构优势，理论上一家这样的软件供应商就可以服务全国的汽车企业，做到服务的价格最优、水平最高。这里面可以总结出发挥工业互联网平台优势最高效的四个要素：广泛连接、知识积累、创新应用、云化服务。当然工业领域可以做的类似SAAS应用非常多，需要我们的企业界、学术界、工程界、软件界更频繁更广泛地跨界跨行业跨地区融合创新。工业互联网平台可以提供实时广泛的数据基础供大家做数字化的创新、工业互联网平台具备完善的计算能力和计算方法可以满足各种现代计算手段的实现、工业互联网平台更可以聚合产学研用各类创新主体协同工作，各自提供最擅长和最有价值的部分组成最高效和广泛的应用服务输出，对于我国这样的制造业大国，如果整个社会的各类制造业企业都能够全面接入工业互联网平台，利用最高最新的数字化产品和应用成果来提升生产效率、工艺和质量水平；通过精诚协作，互通有无，大力降低沉淀在供应链和生产环节的呆滞资产，会极大的提高全社会的生产率、物质资源、能源利用率，为社会创造更美好的产品服务品类；工业企业最终做到在能耗和物质消耗持平甚至降低的情况下，提供高质高品环保绿色安全的工业产品服务交付。

2019笔者点评：当前工业互联网类公司的发展现状分为平台式发展、SAAS应用发展、点状私有云发展这三种。小而美的能赚钱的都是点状私有云、SAAS的好一点，希望寄托在被收购、平台的基本亏本，寄希望于傍大款讲故事被上市。对于众多的创新创业小团队，笔者推荐点状私有云发展这个路线，但是前提是要掌握一定的普适工业机理，比如做浇铸用模具的，如果能控制降温过程，能够制作金属配方，能够研究金属晶格强度模量的，这个工业互联网点状应用就可以输出为浇铸工艺的客户创造出价值。而互联网创业团队如果和有工业机理知识的团队联合创新也可以拿出比较好的成果。点状私有云应用创新最能填补我国制造业在基材，基础工艺方面的短板，最适合目前制造业的需求。当然我国制造业现在面临的最大威胁不全在效率、工艺、材料上。最大的挑战是总需求下降导致的优胜劣汰，进入了一个残酷拼刺刀，赢者通吃的斗“蛊”时代。同样，优势制造业企业可以用点状私有云应用的创新更好的部署和整合专业领域，更快的在这种竞争中获得压倒性优势。

下一节是：第四节 我国企业工业互联网实践案例。