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基于互联网的数字工业

在互联网领域美国是当之无愧的大国,由于美国互联网技术的崛起,虚拟的互联网和实体的工业无缝对接,工业的发展速度早已赶超工业4.0的始作俑者德国,因此在工业领域美国所提出的工业互联网概念更具有象征意义。

美国基于强大的互联网技术以及在消费产业的广泛应用经验,将大数据采集、分析、反馈以及智能化生活的全套数字化运用引入工业领域,工业互联网的概念应运而生。

工业互联网能够在更深的层面和连接能力、大数据分析相结合,从而能更有效地发挥出各机器的潜能,提高生产力。也就是说实现工业的数字化从而提升生产与服务的能力是工业互联网实施的终极目的。

图:GE通用电气)数据可视化演示图例

“工业互联网”是GE的研发部门杜撰出来的名词,它代表着GE未来的发展方向。GE希望通过在其产品中增加更多的传感器来获取海量数据,并最终帮助公司提高其机车飞机引擎、核磁共振仪器等设备的能源效率。

GE计划未来几年内在“工业互联网”项目上投入15亿美元,其中一部分预算将用于支持其新成立的软件研发中心的研究项目。比如该研究中心正在进行的一个项目是解决如何筛选GE生产的2万台喷气引擎中不易察觉的警报信号问题,以此来预测哪些设备需要进行维护。对于某些型号的引擎,GE的机器工程师通过算法能够提前一个月预测其维护需求,预测准确率高达70%,这可以极大地减少飞行延误。

从前的飞机引擎中的传感器大多是被动模式,即直到出现故障才会在仪表盘上亮红灯提示。这类传感器的应用十分广泛,例如测量温度、压力和电压等。然而在过去这些传感数据很少被保留和研究。在大多数飞行中,引擎只会保留三个数据,分别是起飞、巡航和降落。

GE在最新研发的引擎中将会保留每次飞行的所有基础数据,甚至会从飞机实时传输回GE进行分析。这样一台引擎一年产生的数据量甚至会超过GE航空业务历史上所有的数据。

拥有了这些数据,GE的工程师们就能够通过算法设计出预测引擎维护需求的自动报警功能,从而极大地提升飞行效率与安全性。这就是工业互联网作用的最好诠释。

2012年11月26日,通用电气(简称GE)发布白皮书《工业互联网:打破智慧与机器的边界》,提出了工业互联网的概念。GE也开始从传统工业企业,向数字工业企业转型。

如今,工业互联网成为制造业和经济发展新趋势已是全球共识。市场咨询机构Yole Development预测,2020年全球工业互联网使用的专门传感器预计超过300亿件;工业互联网接入机器设备数量将爆炸式增长,实现高达25%的年复合增长率。

那么,为什么会出现“工业互联网”呢?从全球经济的角度来看,它是全球企业在经历了2008年经济衰退之后,对企业发展方式反思的结果。

通过设备与流程的优化,“工业互联网”可以大大降低生产成本、提高生产效率。那么工业工业互联网的主要思想包括哪些呢?

这些能让物理世界中的机器、设施和网络更深入地与数字世界中的连接、大数据和分析方法相融合。

●智能设备

智能设备是工业互联网革命的第一步。智能机器能够用比过去更经济的方式装备和监控工业机器;微处理器芯片所提供的计算能力也已经能够满足物理机器的数字智能化;“大数据”软件工具和分析技术的发展为解读智能设备产生的大量数据提供了帮助。同时,也能够使收集、分析和处理那些已经在理论上存在,但在实践中并没有被充分利用的数据成为了可能。

每台智能设备都会产生大量的数据,这些数据可以通过工业互联网网络传输到远程机器和用户。工业互联网所要解决的问题是让那些产生于智能设备的数据流变得更加具有意义。

智能信息还可以在计算机、网络、个人或企业之间共享流动,以促进智能协作和更好的决策。

●智能系统

工业互联网的智能系统包含多种不同的形式。其不同作用如下图所示:

智能系统中相互连接的机器的操作可以进行协调,以实现更高的运营效率。以交通网络中的路线优化为例:

智能系统中相互连接的机器的操作可以进行协调,以实现更高的运营效率。比如智能系统可以用于交通网络中的路线优化,相互关联的车辆可以知道它们自己的位置和目的地,而且也能够知道系统中其他车辆的位置和目的地,从而优化行车路线,找到最有效的解决方案。

智能系统还可以降低机器维护的成本。对机器、组件和单个零件的综合总体视图能够让最优数量的零件在正确的时间运送到正确的位置,这将最大限度地减少零件库存需求和维护成本。

智能系统还可以在遭受重大创伤后更快、更有效的实现恢复系统。例如在大风暴、地震或其他自然灾害发生后,智能仪表、传感器和其他智能设备和系统的网络可用于快速检测和隔离最大的问题。

智能系统的另一大作用是通过自我学习提升系统能力。各台机器的操作经验都可以被整合到单一的信息系统中,来使系统智能变得更加天衣无缝。例如,从飞机上收集的数据包括位置信息和飞行历史数据,可以提供关于飞机在各种不同环境中的性能信息。根据这些数据得出的判断见解是具有可操作性的,它可以使整个系统变得更加智慧。当越来越多的机器连接到系统中时,这种智慧会不断地累积,从而使得自学习系统随着时间的推移不断成长。

●智能决策

智能决策也是工业互联网特征的体现。智能决策的产生如下图所示:

智能决策是工业互联网的长期愿景。一旦实现就可以大大提高生产率和降低运营成本。举个例子,面对范围广泛的风能发电设备,当在强风天气下时如何决策。 2WsBfpwDzaiCcbkU159Iadh3FST5K64m5vZaR+PBw7EDhv4DCk5A2lWZOsomtH70

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