建设工业物联网,顺应经济发展规律,有利于打造新的经济增长点。工业是实体经济的主体和国民经济的支柱,但工业发展到一定程度便需要注入更多专业知识和信息,依靠更多数据来支撑工业决策的可行性,否则难以持续健康发展。党的二十大报告提出,坚持把发展经济的着力点放在实体经济上,推进新型工业化,加快建设制造强国、质量强国、航天强国、交通强国、网络强国、数字中国。现阶段,我国政府大力倡导和鼓励物联网与实体经济的深度融合,进而更好地推动产业集成创新和规模化发展。由此,工业物联网也迎来了发展的黄金机遇。
建设工业物联网,顺应民情民意,满足人们对美好生活的向往。工业的智能化发展承载着人们对产业发展、社会经济繁荣的殷切期盼,是打破人们对美好生活需要和不平衡不充分的发展之间矛盾的利剑。工业的智能化发展,一方面,能够使各工业企业的生产更高效、成本更可控、产品质量更优、市场竞争力更强;另一方面,也能够更好地实现2021年8月中央财经委员会第十次会议所强调的“在高质量发展中促进共同富裕”的目标,促进人们工作待遇、生活质量稳步提升。
面对当下实体经济转型和发展质量提升的时代任务,建设工业物联网为我们提供了一条解决问题的重要路径。那么,到底什么是工业物联网?工业物联网的发展现状如何呢?
工业物联网是应用在工业领域的物联网,其核心任务是智能制造(intelligent manufacturing,IM)。工业物联网将新型工业化、信息化、数字化相融合,旨在全面强化工业企业制造和管理能力,提升产业现代化水平。
工业物联网在近十余年里得到了飞速发展,为市场带来了新的发展机遇,成为越来越多工业企业的发展必由之路。工业物联网(industrial internet of things,IIoT)这一概念最早于2012年由美国通用电气公司(GE)提出,也称为工业互联网(industrial internet)。工业物联网和工业互联网均指向工业过程的联网,一般而言,国内更倾向于工业物联网,重点指向技术层面,涵盖在工业互联网的范畴内。但实际上,国际学界大多将二者等同而论,对此,本书亦用工业物联网统一指称。
我国政府大力支持工业物联网的发展,出台了多项政策予以指导和鼓励。2017年11月国务院发布《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》,为我国工业互联网的发展做出顶层设计。2018年,工信部开展工业互联网发展“323”行动
;国家制造强国建设领导小组下设立工业互联网专项工作组,统筹协调我国工业互联网发展工作;工信部印发《工业互联网发展行动计划(2018-2020年)》,提出“到2020年底,初步建成工业互联网基础设施和产业体系”的行动目标;工信部还印发了《工业互联网平台建设及推广指南》和《工业互联网平台评价方法》,提出“到2020年,培育10家左右的跨行业跨领域工业互联网平台和一批面向特定行业、特定区域的企业级工业互联网平台,工业App大规模开发应用体系基本形成,重点工业设备上云取得重大突破,遴选一批工业互联网试点示范(平台方向)项目,建成平台试验测试和公共服务体系,工业互联网平台生态初步形成”。2020年12月,工业互联网专项工作组印发《工业互联网创新发展行动计划(2021-2023年)》,指出“2021-2023年是我国工业互联网的快速成长期”,并提出“到2023年,工业互联网新型基础设施建设量质并进,新模式、新业态大范围推广,产业综合实力显著提升”的发展目标。2021年,国家“十四五”规划要求积极稳妥发展工业互联网,打造工业互联网平台,构建多层次工业互联网平台体系,培育数据驱动的制造业数字化转型新模式新业态。
我国的工业物联网建设已取得一定成效,如2021年已遴选出80家企业上云典型案例,现行的工业物(互)联网国家标准已有《工业互联网 总体网络架构》(GB/T 42021-2022)、《工业互联网平台 企业应用水平与绩效评价》(GB/T 41870-2022)、《工业物联网 数据采集结构化描述规范》(GB/T 38619-2020)等8项,另有多项相关领域国家标准正在起草、征求意见、审查或批准,为工业物联网平台的发展提供规范指导和支撑。
工业物联网体系遵循物联网的结构和运行规律,是物联网理论与工业深度融合的产物。
工业物联网的组建从用户平台发出主导性需求开始,直至找到对象平台来执行其指令并为其提供服务。组成工业物联网的五个平台分别为用户平台、服务平台、管理平台、传感网络平台和对象平台(在工业制造领域又称为“感知控制平台”)。每个平台均包括人和系统/设备等物理实体及其中运行的信息,并表现出各自的功能。其中,用户平台发出主导性需求,基于这些需求主导物联网的组建,并通过制定规则、授权给管理平台等方式掌控整个物联网的运行。服务平台、管理平台、传感网络平台和对象平台则凭借对于物联网的服务通信功能、统一管理功能、传感通信功能、感知信息源和执行控制信息的功能参与到物联网中。
五个平台组建成一个完整的物联网后,基于业务、需求等展开运行和工业控制。工业物联网的运行从对象平台获取信息源并生成感知信息开始,向上层传输信息直至连接用户平台,用户平台再将获取的感知信息转化为控制信息层层下达至对象平台,如此便形成信息运行闭环。
在统一于物联网基础结构和运行规律的前提下,工业物联网体系根据参与者的业务属性(如生产执行者、工业生产管理者、云平台运营者等)、涵盖的作用范围、体现出的制造能力等方面,可划分为智能制造工业物联网、智慧工厂工业物联网、云制造工业物联网三个层次。其中,云制造工业物联网又包含三类:智慧工业园工业物联网、智慧工业区工业物联网、广域云制造工业物联网。
智能制造工业物联网是工业企业的生产制造执行网,具有强大的设备整合功能——将感知控制实体(主要是智能设备)、传感通信实体、管理实体、服务通信实体与用户实体集合成一个智能制造的实施体系,完成各种复杂的制造作业任务,并实现技术人员对设备的数据获取、配置、实时监控和有效管理。智慧工厂工业物联网是工业企业在管理工厂智能制造任务的基础上形成的物联网,是集智慧工厂的行政运作、职能管理、业务(包括授权业务和关联业务)管理、灵活机动的自组织管理于一体的经营管理体系,其显著功能为工厂流程整合,将智能制造任务、工业解决方案嵌入企业业务和工厂工作流程中,从而实现智能制造任务、业务流程和企业经营流程的整合。云制造工业物联网则是工业企业被纳入运营者运作的传感云平台、服务云平台、管理云平台的理务
范畴中并成为其对象而形成的物联网,这一物联网能够使多家工业企业共享云制造信息资源,形成融设备、智能制造人员、智慧工厂、云平台及其运营者于其中的庞大工业生态系统,共享高质量发展成果,促进工业行业稳健运行。
本书所述的工业物联网体系涉及的要素有人、设备等物理实体,系统中的感知和控制信息,以及承载不同功能的平台,其特征可概括为用户主导、多平台参与、感知和控制闭环、管理和服务并行。
此外,本书不局限于在技术层面探讨工业物联网,而是从其社会功能、哲学意涵、逻辑框架层面更全面地阐释这一体系,以期为工业物联网如何布局与建设提供新思路,为将中国建设成为制造强国贡献力量。哲学层面上,探讨设备与人在智能制造中的主次地位以及主次矛盾的转换:在智能制造中,自动化设备为主,人员为辅;而在工业企业对智能制造进行整体把控的过程中,人员管理则是主要矛盾,设备所进行的制造活动为次要矛盾。社会层面上,区分企业的社会角色:企业在内部生产制造中独立运行,自主决策;企业在云平台的理务下开展工业制造则同时担任不同的角色——企业具有双重身份且双重身份共同运行,企业对内仍是用户,对外则是整个企业作为对象在云平台运营者制定的规则下运行。