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【专题】工业4.0和工业互联网区别
发布时间: 2018-02-02 15:17:25
内容来源: 网络整理
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工业互联网是智能制造中美国提出的概念,工业4.0是德国提出的概念,因为工业4.0对于之前的几次工业革命和智能制造做了区别和联系,因此工业4.0很多时候可以视作智能制造的代表,而工业互联网从字面上看它与我们常用的“互联网”有着紧密关联,但是它却是在“物联网” (Internet of Things,缩写IoT)的基础上发展而来。

工业互联网与工业4.0,在提法上有不同的侧重点,但本质上是一回事。强调的都是实现企业信息系统的一体化、智能化、自动化。

工业互联网和工业4.0都是过去几十年企业信息化成就的总结,而且提出了未来10至15年企业信息化追逐的更高层次的目标。通过研究这两个新概念和新思想,我们可以看到,新一代的企业信息化将往哪里走,在企业实现了网络化、全三维数字化平台、关联设计等等之后,企业信息化又要关注什么,最终的目标又是什么。

从我国大多数企业信息化的实际情况来看,不可能奢求在几年之内就完全实现工业4.0提出的各种设想和功能目标。当前企业应该审慎思考和评估的是,企业该做的、基础的、重要的信息系统是否都已完成,应用得好不好。企业必须在工业4.0或者工业互联网这个大方向的引导之下,抓紧企业数字化建设的“补课”。

(一)工业4.0

工业4.0不仅强调了内、外网的一体化,还强调了智能物理系统(CPS,Cyber-Physical System)在企业的应用,核心是推动企业的智能化和数字化的自动化。

智能物理系统与嵌入式系统是两个不同的概念。嵌入式系统为产品的计算机化服务,强调在产品中增加新功能,提高产品性能。智能物理系统解决的是如何使企业的各种计算机系统和企业的各个物理系统协同工作,从而实现劳动生产率的最高化,系统运行的最优化,以及管理有效性的最大化。

现有的系统工程理论中,还没有一套系统的、完善的、关于智能物理系统的理论体系。美国国家自然科学基金会认为,CPS是系统工程理论未来一二十年重大的发展方向;早在2006年,就将这个领域作为信息时代系统工程理论的一个重大研究方向给予资助。无疑智能物理系统将促进理论研究的发展,也带来很多创新的空间。

(二)工业互联网

早在2000年8月,就有美国学者提出了工业互联网的概念,基本思路是把复杂的物理设备和网络,包括传感器和软件等,构造成一个系统化的整体,将大数据、机器学习、M2M等全部整合在一起,利用所得的数据和信息,控制和调整设备,以得到最优化的结果。最终目的是构造企业级的一体化的系统。

工业互联网是一个综合性的企业信息化总体解决方案,包含一整套内置的核心技术,一定会成为一个综合性的技术大类。工业4.0和工业互联网这两个提法,我个人比较倾向于工业互联网,因为它把未来企业界的网络,以及全球网络化的发展,描述得比较清楚。

工业互联网具有5C架构。5层中的第一个字母都是一个“C”。最底层是智慧的连接层(Connection),即一个企业所需要的数据都必须能够无障碍地获取。

第二层是转换层(Conversion),即将数据转化为信息,对获得的数据进行数据挖掘和分析,得出对决策有用的信息。

第三层是计算网络层(Cyber),是企业信息中心的枢纽,在这一层,将取自第二层的信息与原来设定的期望值进行对比,发现企业运行中的问题或机会。

第四层是认知层(Cognition),由第三层获得的信息,以及监控资产和设备状况,以可视化的方式,向决策者提供关于企业目前存在问题的认知,并使决策者能够做出相应的决策。

第五层是配置层(Configuration),目的是通过网络空间,把决策信息送到物理空间,送到相应的子系统中,完成对相应的设备或系统做出调整的实际操作。

▲工业互联网的5C架构

这个5C的架构,实际上是一个企业级的反馈控制系统,一个包括人、(计算)机、物在内的反馈控制系统。系统的控制对象,无论是人、或机、或物,其现况信息都是通过C1(第一层)来获取的。

获取后,送到反馈器,即C2(第二层),进行数据挖掘和分析,所得出的整个企业状况的实际值和期望值在C3(第三层)进行比较,比较后得出决策信息C4(第四层),指示在什么地方需要做出怎样的调整或改变,最后是由控制器C5(第五层)发出指令,实施对人、机、物的控制。反馈控制是自动控制理论最核心的思想之一,只有反馈控制才能达到最理想的控制效果。

在人、机、物一体化的大系统情况下,反馈系统的一体化和优化设计,确实有很多重大的理论和创新问题。

认识工业互联网非常重要,尤其要抓住它的本质和内涵,对中国企业信息化的发展意义非凡。工业互联网系统不仅涉及信息技术的各个方面,而且也涉及很多相关的科学技术领域,世界上没有一个企业能够承担工业互联网的全部研发任务。为此,美国几个IT巨头牵头组织了工业互联网联盟。

2015年6月,美国工业互联网联盟发布了一个工业互联网系统的参考架构,对工业互联网的构成要素,各要素之间的相互关系等,都进行了比较系统的探讨和研究,为工业互联网的系统架构、解决方案架构和应用架构提供了一个开发指南,具有重要指导意义。

工业互联网提出了分析系统功能的四个维度,包括业务的维度、用户的维度、系统功能的维度、系统实现的维度,对每一个维度都做了详细的需求分析,研究了必须要考虑的基本问题。

工业互联网系统的参考架构将工业互联网系统分成内外三层:外缘层、平台层和企业层。

企业需要的所有数据,通过外缘层进入企业的数据平台,在平台层进行数据的转换和分析,在完成一系列操作运算后,产生决策所需的数据,并送入企业层;企业层接收这些数据之后,根据决策系统设定的规则决定企业下一步怎么做,并将决策产生的控制信息流返回到平台层,平台层对控制流进行分析后,再送到外缘层,包括企业外部的相关企业。

整个过程中,核心的部分是数据的分析和处理,包括终端数据的获取、先进的数据处理、决策的执行模块、系统输出的产生等等,各种模型的构建和数据的分析计算,是数据处理系统的核心。

工业互联网系统涉及很多核心技术。第一层涉及物联网技术及应用;第二层用的是业务智能和大数据技术;第三层是云计算技术;第四层离不开计算科学技术;第五层则是网络化的自动控制技术。

不难看出,工业互联网所需要的技术支撑,实际上把当前信息技术发展的热点几乎都概括其中。目前,我国大数据、云计算、物联网等都炒得很热,但是,如果这些热门技术不围绕一个主题,朝着一个共同方向努力的话,是形不成竞争优势的。

其实在位于美国的GE提出工业互联网概念的同时,在大洋彼岸的德国也提出了相似的工业4.0概念。工业4.0将建构出一个有感知意识的新型智能工业世界,能通过分析各种大数据,直接生成一个充分满足客户的相关解决方案产品,更可利用电脑预测如天气预测、公共交通、市场调查数据等等。

但与“工业互联网”相比,“工业4.0”是一个偏生产过程当中的自动化概念,而“工业互联网”则更像是一种生态的概念,最终实现一种最优运行方案的输出。

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