中航工業信息技術中心：工業互聯網平臺助力制造業數字化轉型
http://www.moduwu.com 2021-05-17 10:57 來源：中國電子報
2020年6月30日，習近平主持召開中央全面深化改革委員會第十四次會議并發表重要講話。會議審議通過了《關于深化新一代信息技術與制造業融合發展的指導意見》。會議強調，加快推進新一代信息技術和制造業融合發展，要順應新一輪科技革命和產業變革趨勢，以供給側結構性改革為主線，以智能制造為主攻方向，加快工業互聯網創新發展，加快制造業生產方式和企業形態根本性變革，夯實融合發展的基礎支撐，健全法律法規，提升制造業數字化、網絡化、智能化發展水平。這為我們新時期推動制造業數字化轉型提供了方向和指引。
工業互聯網成為助推制造業轉型升級的重要力量
在制造業數字化轉型發展中，工業互聯網正在發揮著愈發重要的作用，促進互聯網與實體經濟融合，加快培育新動能、把握新機遇、開辟新局面。工業互聯網作為新一代信息通信技術與工業經濟深度融合的產物，集關鍵基礎設施、全新產業生態和新型應用模式于一身，是互聯網從消費領域向生產領域拓展變革的重要體現，是實現創新驅動、助推制造業轉型升級的重要力量。
數字化（Digitalization）也叫做數碼化。2013年，日本軟銀總裁孫正義在一次論壇上提出，所有社會組織體，包括政府、大學、軍隊、研究院所、各類企業以及非政府組織，要么數碼化，要么滅亡。當時，絕大多數人對此不理解，但是現在看絕非危言聳聽。2019年4月，在德國漢諾威工業展現場，有一個巨大的展臺，上方的口號觸目驚心：“DIGITAL or DEAD”，翻譯成中文就是“或者數字化或者死亡”，從中可以看出產業對“數字化”認識的逐步統一和提升。
實際上，“數字經濟”“數字中國”等詞匯不是嚴格意義上的舶來品，1990年，時任福州大學教務長的王欽敏就向政府提出“數字福州”“數字福建”的提案并持續不斷地努力推進。因此，“數字中國”“數字經濟”等概念可以說是中國人提出來的，我們有理由堅定“理論自信”。
2020年，疫情期間，在中央提出的“新基建”七項內容中，工業互聯網是其中重要內容。一方面，工業互聯網技術迭代升級速度較快，需要持續性投資，具有傳統基建的投資帶動作用。另一方面，通過為工業和制造業提供數字轉型、智能升級、融合創新等服務，工業互聯網為數字經濟發展創造了豐富的工業應用場景，以此撬動龐大的消費市場，帶動效應顯著，是實現基建投資整體結構優化的重要手段之一。
工業互聯網已逐步形成“平臺+”生態體系
發展工業互聯網，要堅持“工業是主體、平臺是核心、網絡是基礎、安全是保障”。我們需要緊密圍繞工業這個主體，發展平臺這個工業互聯網生態的關鍵。經過近年來的發展，我國工業互聯網已經逐步形成了“平臺+”生態體系，2019年、2020年連續兩年，跨行業跨領域工業互聯網平臺培育、試點示范遴選，以及各類工業互聯網大賽和評比等活動亮點頻出，推動了全國各地方政府、央企、國企、民企、外企的積極響應，申請參加評審的企業數量越來越多，獲得了各方高度認可。特色型行業和區域性平臺快速發展，專業型平臺不斷涌現，成為推動經濟高質量發展的新引擎。據有關報道，2020年我國工業互聯網產業經濟增加值規模約為3.1萬億元。
從發展歷史看，制造業的傳統產品描述和定義方式是藍圖。自古至今，語言、符號、文字和圖形是人們進行交流的主要方式。基于畫法幾何和投影幾何發明而出現的藍圖制圖標準，為歷次工業革命打下了基礎。隨著計算機的發明和大規模工業軟件的應用，可以用數字化方法來描述和定義三維實體模型。從此，三維CAD系統經歷了從三維線框到三維曲面、再到三維實體的逐步遞進，這是一個數學方法和工程擬合的漫長過程，在飛機和汽車工業領域得到了蓬勃發展。例如，上世紀90年代波音777飛機實現了飛機全部零件三維數字定義、三維數字化預裝配。這個時候國際互聯網剛剛出現，就投入到工業應用，由于飛機復雜度極高，300萬個結構件、1500萬個的標準件，用了8臺大型計算機、3200套三維設計工作站、2萬臺個人電腦協同設計研制，其中大型計算機和工作站都用最早的局域網——以太網細纜連了網，個人電腦仍然靠軟盤傳遞數據。當然，形成的設計數據也靠軟盤傳遞到車間完成工藝設計和數控加工。這就是互聯網在工業中大規模應用的開始。
從技術基礎看，2005年波音787客機研制過程中，世界上第一個全面采用了產品全數字化定義即MBD（Model Based Definition）技術，將三維產品制造信息與三維設計信息共同定義到產品的三維模型中，摒棄二維圖樣，將MBD模型作為制造的唯一依據。從這個時刻開始，工業互聯網的兩個基礎條件就都具備了。第一，MBD技術把產品設計、工藝設計、數控加工、裝配過程、試驗過程需要的所有數據都在模型上全部表達了，一個MBD模型就可以全面應用于產品研發制造的全過程。第二，隨著集成電路的微型小型化，專業單片計算機性能越來越強大，大規模進入了設備，使設備的數字化、智能化程度越來越高，也促進了工業現場總線的不斷完善，歐洲、美國、日本出現了三大類40多種比較成熟的現場總線，工廠和車間生產現場的生產設備、試驗測試設備、計量器具的鏈接就有條件了。有了以上基礎，通用電氣（GE）2012年秋季提出了工業互聯網（Industrial Internet），實際內涵是關于工業設備與信息技術融合的概念，目標是通過高性能設備、低成本傳感器、互聯網、大數據收集及分析技術等的組合，大幅提高現有工業企業的效率并創造新產業。
要先一步實現工業的數字化轉型
下一步，為打造數字中國，實現整個社會的數字化轉型，最重要的就是先一步實現工業的數字化轉型。工業的數字化轉型就是按照中央“以智能制造為主攻方向，加快工業互聯網創新發展”的指示路徑，加快產業數字化和數字產業化。要實現智能制造，第一步就是連接，包括連接人、機、物、軟等。連人是國際互聯網，傳統方法是通過個人電腦、智能手機、移動終端等，未來是腦機互聯；聯機就是工業互聯網，連接各類和生產環節緊密相關的設備等生產要素；聯物就是物聯網；軟件連接關鍵是定義數據接口標準，實現單一產品中數據共享共用。
當各類傳感器實時采集的設備運行數據、產品加工過程數據通過現場總線和通信協議傳遞到工業互聯網平臺上之后，我們可以建立設備運行狀態模型、在制品的產品過程模型，通過分析、計算采集的工業大數據生成的各類數字化的模型，解決生產中的大量問題。例如，通過設備運行狀態模型和設備理想狀態模型比對分析，可以發現設備運行問題；通過在制品的產品過程模型和設計過程生成的理論模型比對，可以找出生產過程中的缺陷和問題，進而優化設計過程、工藝過程、生產組織和生產制造過程，提高產品質量和企業效益。
因此，要實現中國制造業的數字化轉型升級，第一步要做的就是“連接”，而連接的核心是工業互聯網平臺；第二步是連續，就是產品研發的數字化，知識產權保護是核心；第三步是分析比對，生產現場采集的數字模型和理論上的數字模型比對；第四步是優化，根據比對結果，優化生產流程和設計方法。以上四個環節，持續迭代，不斷優化循環，以此提升中國制造業企業的“創新驅動”“提質增效”能力。通過幾十年的努力，中國的制造業數字化轉型一定能夠走到世界前列，為制造強國和網絡強國建設提供有力支撐。
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