【編者按】近年來侮杆，為了重塑美國制造業(yè)的全球競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)滔灶，美國啟動(dòng)了制造業(yè)振興戰(zhàn)略糟红，加快發(fā)展技術(shù)密集型先進(jìn)制造業(yè)，實(shí)現(xiàn)再工業(yè)化撼盈。作為先進(jìn)制造業(yè)的重要組成部分绊叙，智能制造得到了美國政府、企業(yè)各層面的高度重視配昼。美國政府啟動(dòng)了一系列計(jì)劃和項(xiàng)目針對(duì)基于模型的企業(yè)菊舅、賽博物理系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人如癌、先進(jìn)測(cè)量與分析舆滞、智能制造系統(tǒng)集成等智能制造關(guān)鍵要素的發(fā)展進(jìn)行系統(tǒng)支持。

近年來顿墨，為了重塑美國制造業(yè)的全球競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)服讯，美國啟動(dòng)了制造業(yè)振興戰(zhàn)略，加快發(fā)展技術(shù)密集型先進(jìn)制造業(yè)稼孤，實(shí)現(xiàn)再工業(yè)化授灵。作為先進(jìn)制造業(yè)的重要組成部分，智能制造得到了美國政府扇述、企業(yè)各層面的高度重視藏亲。美國政府啟動(dòng)了一系列計(jì)劃和項(xiàng)目針對(duì)基于模型的企業(yè)、賽博物理系統(tǒng)匪煌、工業(yè)機(jī)器人责蝠、先進(jìn)測(cè)量與分析、智能制造系統(tǒng)集成等智能制造關(guān)鍵要素的發(fā)展進(jìn)行系統(tǒng)支持萎庭。

作為世界最大的多元工業(yè)集團(tuán)霜医，為了在開創(chuàng)和全面推進(jìn)高技術(shù)戰(zhàn)略智能化工業(yè)的時(shí)代進(jìn)程中發(fā)揮主導(dǎo)力量齿拂，GE公司依托龐大的產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品體系和技術(shù)實(shí)力肴敛，提出了自己的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”概念署海，與美國政府的戰(zhàn)略舉措相呼應(yīng)。在GE公司的未來構(gòu)想中医男，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將通過智能機(jī)床砸狞、先進(jìn)分析方法以及人的連接，深度融合數(shù)字世界與機(jī)器世界镀梭，深刻改變?nèi)蚬I(yè)趾代。GE將工業(yè)革命與互聯(lián)網(wǎng)革命統(tǒng)一為“第三波”創(chuàng)新與變革，雖然一家公司不可能完全代表美國智能制造的發(fā)展方向丰辣，但其明確的“智能化”理念依然是新一輪工業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)變革中的鮮明主題。

2011年挽后，GE在硅谷建立了全球軟件研發(fā)中心滥港，啟動(dòng)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)，包括平臺(tái)镇盛、應(yīng)用以及數(shù)據(jù)分析换蛔。2012年11月，GE發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)—沖破思維與機(jī)器的邊界》報(bào)告卜锡，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)稱之為200年來的“第三波”創(chuàng)新與變革孽强。2013年，GE宣布將在未來3年投入15億美元開發(fā)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)歉赴，并于同年發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)@工作》報(bào)告氮妆，對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目要開展的工作進(jìn)行了細(xì)化。2014年3月柄午，GE與AT&T匹溪、思科、IBM和英特爾共同發(fā)起成立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟爽咒。2014年末玩冷，GE發(fā)布了《2015工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)觀察報(bào)告》，強(qiáng)調(diào)了大數(shù)據(jù)分析在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的作用炼幔，并且針對(duì)賽博安全秋茫、數(shù)據(jù)孤島和系統(tǒng)集成等挑戰(zhàn)提出了解決思路和行動(dòng)指南。

解讀工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)——智能制造新前景

一乃秀、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念淺析

GE公司認(rèn)為肛著，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”是兩大革命中先進(jìn)技術(shù)、產(chǎn)品與平臺(tái)的結(jié)合环形，即工業(yè)革命中的機(jī)器策泣、設(shè)施與網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)革命中的計(jì)算衙傀、信息與通信∪荆“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”是數(shù)字世界與機(jī)器世界的深度融合统抬，其實(shí)質(zhì)也是工業(yè)和信息化的融合。與工業(yè)4.0的基本理念相似危队，它同樣倡導(dǎo)將人聪建、數(shù)據(jù)和機(jī)器連接起來，形成開放而全球化的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)茫陆，其內(nèi)涵已經(jīng)超越制造過程以及制造業(yè)本身槽悼，跨越產(chǎn)品生命周期的整個(gè)價(jià)值鏈，涵蓋航空毛围、能源页梁、交通、醫(yī)療等更多工業(yè)領(lǐng)域沸恤。

“智能”是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵詞队淳，GE正在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上詮釋“智能”的概念。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上的各種傳感器會(huì)收集發(fā)動(dòng)機(jī)在空中飛行時(shí)的各種數(shù)據(jù)真稚，這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛媲С?jīng)過智能軟件系統(tǒng)分析，可以精確地檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況农帝，甚至預(yù)測(cè)故障误目，提示進(jìn)行預(yù)先維修等，以提升飛行安全性以及發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命舆飒。圖1展示了這種“智能”的概念轴私。

二、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心元素

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)具備的三個(gè)核心元素是智能機(jī)器秉扑、先進(jìn)分析方法以及工作中的人(或者稱作“高知?jiǎng)趧?dòng)力”)慧邮。GE認(rèn)為盡管對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的討論聚焦在機(jī)器和數(shù)據(jù)上，但工作中的人也同等重要舟陆，事實(shí)上误澳，只有改變?nèi)藗児ぷ鞯姆绞剑I(yè)互聯(lián)網(wǎng)才能實(shí)現(xiàn)上述價(jià)值秦躯。由于互聯(lián)網(wǎng)從根本上降低了人們接觸信息以及與其他人交互的難度忆谓，因此工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將轉(zhuǎn)變?nèi)藗冊(cè)诠ぷ鲌?chǎng)所利用信息和進(jìn)行協(xié)同的方式。

智能機(jī)器

利用先進(jìn)傳感器踱承、控制器和軟件程序連接世界大量機(jī)器(機(jī)床)倡缠、設(shè)施、機(jī)隊(duì)(車船)和網(wǎng)絡(luò)茎活。

先進(jìn)分析方法

在材料科學(xué)昙沦、電子工程以及其它關(guān)鍵學(xué)科中利用基于物理的分析方法琢唾、主動(dòng)算法、自動(dòng)化和深域技術(shù)盾饮，理解機(jī)床和大系統(tǒng)如何運(yùn)行采桃。

工作中的人

隨時(shí)連接在工業(yè)設(shè)施、辦公室档价、醫(yī)院或移動(dòng)中工作的人們脂壁，支持更加智能的設(shè)計(jì)、操作靡黑、維修以及更高質(zhì)量的服務(wù)與安全性揖帕。

對(duì)于工作中的人—高知?jiǎng)趧?dòng)力來說，使其達(dá)到新的生產(chǎn)率和決策水平有一系列使能技術(shù)帽惠，包括：云計(jì)算挎茂、移動(dòng)性、智能機(jī)器剧鹏、存在與位置感知午螺、協(xié)同和社交軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)與數(shù)據(jù)可視化以及可穿戴設(shè)備和機(jī)器人乃蔬。這些技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的越來越多地組合使用。

由于軟件在智能制造中的突出地位容且，GE很早就開始重視軟件的作用刁夺，跳出制造業(yè)的思維模式，致力于軟件投入亮隙，構(gòu)建自身的數(shù)據(jù)分析能力途凫。“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的這三個(gè)核心元素恰恰反映了這一點(diǎn)溢吻，因?yàn)樗P(guān)注的更多的是“軟”的部分维费，即機(jī)器中的傳感與控制網(wǎng)絡(luò)、分析與計(jì)算方法促王、以及人在新的智能環(huán)境下的智力因素犀盟。轉(zhuǎn)型軟性制造為GE全面參與智能制造硬件基礎(chǔ)設(shè)施和軟件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)打下基礎(chǔ)。

三蝇狼、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的革命特征

GE公司認(rèn)為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是200年來繼工業(yè)革命和互聯(lián)網(wǎng)革命之后的第三波創(chuàng)新與變革阅畴。第一波工業(yè)革命中，機(jī)器和工廠占據(jù)主角;第二波互聯(lián)網(wǎng)革命中迅耘，計(jì)算能力和分布式信息網(wǎng)絡(luò)占據(jù)主角;第三波工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)革命中贱枣，基于機(jī)器的分析方法所體現(xiàn)的智能占據(jù)主角，以智能設(shè)備颤专、智能系統(tǒng)纽哥、智能決策這三大數(shù)字元素為顯著特征钠乏。

(1)智能設(shè)備

為工業(yè)機(jī)床提供數(shù)字儀器是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)革命的第一步，分布廣泛的儀器是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)興起的一個(gè)必要條件柬激。為了讓機(jī)器(如機(jī)床)更加智能诽祠，必須降低部署成本、提升計(jì)算能力逮弛、開發(fā)先進(jìn)分析方法螃方。

理解智能設(shè)備產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的關(guān)鍵之一，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以想象成是數(shù)據(jù)流鞋会、軟件流担灭、硬件流和信息流及其交互。數(shù)據(jù)從智能設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)獲取填杀，使用大數(shù)據(jù)工具與分析工具存儲(chǔ)寓综、分析和可視化，得到“智能信息”用于決策焦厘。智能信息還可以在機(jī)床耿堕、網(wǎng)絡(luò)、個(gè)人或集體之間共享绽脏，方便進(jìn)行智能協(xié)同并做出更好的決策味廊。智能信息還可以反饋回原始機(jī)床，其中包括加強(qiáng)機(jī)床棠耕、機(jī)隊(duì)和大型系統(tǒng)運(yùn)行或維修的擴(kuò)展數(shù)據(jù)余佛，這個(gè)信息反饋回路可以使機(jī)床“學(xué)習(xí)”經(jīng)驗(yàn)，通過機(jī)上控制系統(tǒng)表現(xiàn)得更佳智能窍荧。

每個(gè)儀器設(shè)備都將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)辉巡，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程機(jī)床和用戶分析或存儲(chǔ)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施中的重要一環(huán)就是確定什么數(shù)據(jù)留在設(shè)備中蕊退，留在本地的數(shù)據(jù)規(guī)模是確保工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全的關(guān)鍵之一郊楣，創(chuàng)新技術(shù)可以允許敏感數(shù)據(jù)保留在機(jī)床上。這些數(shù)據(jù)流將慢慢成為運(yùn)行和績效歷史瓤荔，讓操作員更好地理解工廠中關(guān)鍵機(jī)床的運(yùn)行信息和條件净蚤。分析工具將這些信息與類似機(jī)床的運(yùn)行歷史進(jìn)行比較，可以可靠地估算機(jī)床的故障情況输硝。運(yùn)行數(shù)據(jù)塞栅、主動(dòng)分析方法以這種方式組合起來，避免計(jì)劃外停工腔丧，降低維修成本放椰。

(2)智能系統(tǒng)

智能系統(tǒng)包括許多傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，同時(shí)也包括在機(jī)隊(duì)和網(wǎng)絡(luò)間廣泛部署且內(nèi)置軟件的機(jī)械裝置的組合曹胚，隨著加入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)床和設(shè)備增加玲禾，機(jī)械裝置在機(jī)隊(duì)和網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)同效應(yīng)就可以實(shí)現(xiàn)忙体。智能系統(tǒng)有幾種不同的形式：

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化形式

智能系統(tǒng)中的互連機(jī)床可以協(xié)同運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級(jí)的運(yùn)行效率盏掉。智能系統(tǒng)還適合在運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行路線優(yōu)化怨级，互連的運(yùn)載器(如車輛)會(huì)知曉它們自己的位置和目的地，而且系統(tǒng)中的其它運(yùn)載器也會(huì)得到提醒毙向，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)行路線優(yōu)化钮核，找到最高效的系統(tǒng)級(jí)解決方案。

維修優(yōu)化形式

智能系統(tǒng)可以促進(jìn)機(jī)隊(duì)中進(jìn)行最優(yōu)的低成本機(jī)器維修形负⌒碌В跨機(jī)器、組件和單個(gè)零件的總視圖提供這些設(shè)備狀態(tài)的可視信息瞒礼，以便在正確時(shí)間教九、正確地點(diǎn)運(yùn)送最適當(dāng)?shù)牧慵@就降低了零件庫存要求和維修成本芯勘，提升了機(jī)器可靠性水平箱靴。智能系統(tǒng)維修優(yōu)化可以與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和主動(dòng)分析相結(jié)合，讓工程人員實(shí)施預(yù)先維修程序荷愕。

系統(tǒng)恢復(fù)形式

智能系統(tǒng)建立系統(tǒng)范圍的智能信息庫衡怀，可以在遭受沖擊后快速和高效地輔助系統(tǒng)恢復(fù)。比如安疗，在發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)狈癞，智能儀表、傳感器以及其它智能設(shè)備與系統(tǒng)可用于快速探測(cè)并隔離最大的問題茂契。地理信息和運(yùn)行信息可以結(jié)合起來支持功能恢復(fù)工作。

學(xué)習(xí)形式

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)效果是智能系統(tǒng)中機(jī)器互連的另一個(gè)好處慨绳。每臺(tái)機(jī)器的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可以集合到單個(gè)信息系統(tǒng)中掉冶，加速各臺(tái)機(jī)器的學(xué)習(xí)。比如脐雪，從飛機(jī)上收集的帶有位置和飛行歷史的數(shù)據(jù)可以提供在各種環(huán)境下飛機(jī)性能的大量信息厌小。數(shù)據(jù)挖掘結(jié)論可以用于讓整個(gè)系統(tǒng)變得更智能，從而推動(dòng)知識(shí)積累和結(jié)論實(shí)施的持續(xù)進(jìn)行战秋。

(3)智能決策

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的威力將在智能決策中實(shí)現(xiàn)璧亚。做出智能決策時(shí)，足夠的信息從智能設(shè)備和系統(tǒng)中收集并促進(jìn)以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)辟堡，使得部分機(jī)器和網(wǎng)絡(luò)級(jí)運(yùn)行職能從操作人員那里轉(zhuǎn)移到可靠的數(shù)字系統(tǒng)价岭。智能決策是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的長期愿景，它是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的元素按設(shè)備触晃、按系統(tǒng)組合的過程中所收集知識(shí)的頂點(diǎn)冗吟。

上述三個(gè)數(shù)字元素有遞進(jìn)的意味俱报，將其相互串起來的是智能信息。智能設(shè)備產(chǎn)生并交互智能信息演侍，智能系統(tǒng)通過智能信息實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間智能設(shè)備的協(xié)同哼狰，具備知識(shí)學(xué)習(xí)功能的智能決策處理智能信息并實(shí)現(xiàn)整個(gè)智能系統(tǒng)的全方位優(yōu)化。

四色递、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)意義

從創(chuàng)造價(jià)值的角度來看痊追，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值可以從三方面體現(xiàn)：第一，提高能源的使用效率;第二粪趋，提高工業(yè)系統(tǒng)與設(shè)備的維修和修護(hù)效率;第三蛆狱，優(yōu)化并簡化運(yùn)營，提高運(yùn)營效率滋饲。比如對(duì)于航空業(yè)來說厉碟，到2027年，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)就能夠助其實(shí)現(xiàn)節(jié)省300億美元燃油成本的目標(biāo)屠缭。

GE公司還為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)描繪了美好的經(jīng)濟(jì)前景箍鼓，據(jù)其2012年的預(yù)測(cè)，如果工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠使生產(chǎn)率每年提高1%~1.5%呵曹，那么未來20年款咖，它將使美國人的平均收入比當(dāng)前提高25%~40%;如果世界其它地區(qū)能確保實(shí)現(xiàn)美國生產(chǎn)率增長的一半，那么工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在此期間會(huì)為全球GDP增加10萬億~15萬億美元奄喂。

回到智能制造上來說铐殃，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的意義在于提出了三大智能制造的數(shù)字元素：智能設(shè)備、智能系統(tǒng)跨新、智能決策富腊，并描繪了三者集成的未來。通過這些元素的集成域帐，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將把“大數(shù)據(jù)”與基于機(jī)器的分析方法結(jié)合在一起赘被。管理和分析高頻實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的強(qiáng)大能力讓系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的洞悉上升到新臺(tái)階，基于機(jī)器的分析方法給分析過程帶來新的維度赚朱，讓先進(jìn)分析與“大數(shù)據(jù)”工具集相結(jié)合砍篇，使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠同時(shí)利用歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在數(shù)字的智能設(shè)備谁班、系統(tǒng)和決策與物理的機(jī)器笛蛋、設(shè)施、機(jī)隊(duì)和網(wǎng)絡(luò)完全結(jié)合之后诊乐，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將發(fā)揮最大威力绢拓，釋放全部潛能。屆時(shí)，生產(chǎn)率提高诅潮、成本降低和廢物排放的減少所帶來的效益將帶動(dòng)整個(gè)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展昨哑，所謂美國版“工業(yè)4.0”也將從這一點(diǎn)上助力美國實(shí)現(xiàn)智能制造的美好愿景。

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