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中国工程院院士余少华:工业互联网正重塑制造业
2017-11-22 来源:[CNII]
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  11月21日,在工业和信息化部、广东省人民政府的指导下,“2017中国工业互联网大会”在广州东方宾馆召开。本次大会由广东省经济和信息化委员会、广东省通信管理局、工业互联网产业联盟、中国信息通信研究院联合主办,以“工业互联智造转型”为主题,汇聚了政府主管部门、中国工程院院士及各界工业互联网领军人物,聚焦工业互联网发展趋势、产业实践等话题,全面解读工业互联网发展理念,对工业互联网前沿技术及产业应用实践展开深入探讨。

中国工程院院士、武汉邮电科学研究院副院长余少华

  中国工程院院士、武汉邮电科学研究院副院长余少华在会上发表了题为“工业互联网正重塑制造业”的演讲。以下是演讲全文:

  各位领导,各位来宾,大家上午好!

  我今天非常有幸在这里跟大家报告工业互联网,大家知道,广东是经济第一大省,制造大省,互联网大省。山水秀美、文化厚重,百姓纯朴。今天的主体是“工业互联,智造转型”,广东是个好地方,非常荣幸能在这里做交流。

  国务院在11月3号召开了一次政策吹风会,因为国务院常务会议通过了《深化互联网+先进制造业,发展工业互联网的指导意见》,这是“十九大”以后从国务院发布出来的第一个落实“十九大”关于建立社会主义新型经济体系,关于互联网、大数据、云计算等与实体经济相结合的第一份重要文件。这个会上,陈部长和两位司局长都参加了例行的吹风会。

  本次会议主要是落实深化文件的相关精神,我今天的报告主要想围绕四个方面来讲。

  第一,关于什么是工业互联网?第二,为什么要发展工业互联网?第三,举一个企业的例子,怎么样来做工业互联网?第四,这里面有几个难点,拿其中三个做汇报。

  工业互联网的定义大家都知道,是机器、原材料、控制系统、信息系统、产品、人等等之间的网络互联,以它为基础,通过对工业数据的全面深度感知,实现传输交换、快速计算处理、高速建模分析,实现生产优化和生产组织方式的变革。

  现在有三种理解,第一种理解是小概念,就是一个工业网络。中等的概念是工业和产业智能化发展关键基础设施新业态、新模式的一种体现。第三种,往后期走更大就是智能的发展,智能制造。

  我们现在说的工业互联网有两种形式,这是我的理解。实际上要建两个工厂,一个是物理工厂,一个是智能工厂。智能工厂从哪发展起来?就是从深度信息化上面过来。这两个工厂是互相交叉的,包括物流、资金流、任务流、数据流、人流等等,但他们之间有很强的耦合、交叉和融合,两个工厂有不同的定位,他们之间有一定的交叉和融合。有比较关键的提法,在智能制造里面,这两种形式大家应该非常清楚。

  路线图大家都知道,实际上与我们国家制造强国的路线图一致,一个是2025要迈入制造强国行业,2035整体达到世界制造强国阵列中等水平,因为我们国家现在差距还是比较大,特别与美国、日本、德国这样的发达国家相比,差距比较大。建国一百年的时候,综合实力力争进入世界制造业强国的行业。这是中国工业互联网总体架构,从这个架构可以看出来,里面数据是核心、网络是基础、安全是保障,细节不说了,我们专门有一个联盟研究这个东西,其中比较关键的要素,一个是平台,一个是体系。网络一个体系,安全一个体系,就是三大体系。

  有的人说你把这么多东西联网干什么?现在理论上有一个说法,不是为了联网而联网,有一个美国人说了,梅特卡夫定律,网络连了以后是升值的,网络价值与系统内部链接节点综合的平方成正比。稍微大点的工厂,把产品、原材料、工业平台与控制系统、管理系统、包括人流、资金流、物流全部连在一起,多大的增值效果?这是工业网上升级重要的抓手。

  这是关于什么是工业互联网,做简单的解答。

  为什么要发展工业互联网?我们从人类发展史来看,从人类诞生以来,我们的生产力经过了几次划时代的提升。第一个阶段,从1万到1.2万年前,一直到2500年之间,我们完成了对水资源的控制。把这个问题解决以后,我们整个农业出现了翻天覆地的变化。这是我们第一个阶段。这个阶段,大家都知道,农业解决了,我们解决了温饱问题,我们富裕了,所以出现了孔子、孟子这一批的大人物,都是那时候出现了,农业革命差不多达到稳定的阶段已经,解决了温饱问题。第二个阶段是能源,第一次工业革命蒸汽机,根本是解决了能源的管控问题。实际上是19世纪通过蒸汽机和电力,完成对能源的管控。第三个阶段是什么?是近50年,通过互联网,通过信息通信,完成对物质世界精准的控制,叫深度信息化。什么叫深度信息化,简单一点,就是在现有的自然世界和物理世界与人类实际上面,叠加了一个神经层。完成了对物质的精准控制。这个阶段,我们叫信息革命,得到都知道这个事。现在出现一个新的问题,这么多信息来了以后,现在信息有点过剩了,我们处理不了,人已经感觉到有点过量了,特别是大数据到来以后。下一步要通过大数据,加上人工智能,完成对信息世界的管控。把很多不确定的东西,变成确定的东西,这是第四个阶段。当然还有第五个阶段,关于第五个阶段,我专门有一个报告,时间关系不细说。

  整个阶段过来,每一次完成对某一个重大东西的控制之后,人类实现了飞跃,每次都是这样。

  现阶段是什么?就是信息。前三次工业革命来看,改变了全球的产业格局,前三次都是这样,我不展开说。到十七世纪初西方经济体人均收入翻一番,用了800年,随后人均收入增长13倍,只用了150年,后面越来越快。全球制造业来看,浪潮风起云涌,各国均以制造业为核心,拓展实体经济,不止中国,国与国之间是竞争的,我们不做还不行,美国、欧洲、日本等等都有。全球制造业来看,主要的国家纷纷出台制造业战略,里面列了主要发达国家,他们都在做制造强国的战略,这张图都看得出来,不细说。

  从中国的制造业门类来看,我们的体系,我们的门类不能全,但是其他国家走在前面,中国的危机感巨大。从这个图看得出来,我们面临着竞争生态的危机,这个话不是空的。比如苹果手机,苹果手机在中国大概有一两亿的用户。每天在把我们点击手机的信息,都在网服务器上送,这个服务器一直在美国,对中国至少数据这块的安全,构成一定的威胁,这是小的。德国的领头企业、美国的领头企业,每个企业都有一个非常好的生态,都是几百家几千家企业为他提供供应,这样就形成了生态群。中国的制造业也在那个生态群里面,对我们国家的安全,构成了相对比较大的威胁。

  从中国制造业来看,安全来自几个方面。大家可以看得出来,工厂有设备安全、网络安全、控制安全、应用安全、数据安全,我不展开讲,每一个都非常关键。

  从科技发展趋势来看,信息革命重塑人类的未来。重新与通信技术正在普及,深刻而且又无情的创造和重塑人类的理论基础和现实基础,改变着我们自身的认知,重组着人类与自身及与他人的联系,升华我们对这个世界的理解。我们正在经历一场深远的信息革命,这长革命很大程度是由信心与通信技术驱动。今天的主题从消费领域驱动到信息领域,发展会持久吗?我的答案是会一直持久下去。这是我们从科技发展趋势来看的其中一个维度,就是网络与通信趋势,包括工业互联网。这张图可以看出来,人、网、物三元的万物互联是下一步的方向。连接的数量会从目前百亿级到2023年300亿,再往千亿、万亿级上面走。原来是人网二元,现在是人网物三元甚至多元。数据的总量从GB、TB,逐渐发展到EB、ZB、YB,里面的特征是大带宽、广覆盖、高通量、绿色节能成为连接的基本特征。总的来讲,大融合、大连接、大数据、新智能。这是从科技来看网络通信的趋势,直接反映的就是工业互联网。

  从科技趋势看大数据,很多人不理解大数据是什么?大数据的影响,就像四个世纪以前人类发明了显微镜一样,当时显微镜发明了以后,人类把对自然界的观察水平推进到细胞这个级别,而今天大数据将成为我们下一个观察人类社会行为的显微镜和监测大自然的仪表盘,这样一说大家都知道大数据有什么用,实际上就是起这么个作用,跟当年的显微镜一样。当年的显微镜是看细胞,现在的显微镜是看社会。

  从科技趋势上看,举个例子,有低熵系统,熵代表工业系统的混乱和物质,产生智能就是想办法降低系统的熵,今天的工业互联网就是做这个事。没有结构的信息没办法表达,所以这个也是我们今天工业互联网在做的事。算法的本质是把数据放在正确的位置,计算机就是做这件事情,工业互联网也是在做这个事,工厂的数据混乱怎么管?人类一直以为,我们只要掌握了基本粒子的规律,就能解释整个宇宙,事实证明,只有基本的规律,这是必须,但是不够。有一个诺贝尔奖获得者叫安德森,写了一篇非常好的文章,东西多了以后就不一样了,有新的规律出来。新的规律要引入社会,引入到人,包括今天的互联网,工业互联网。你把几千几万几十万的东西连在一起,一定会有新的规律诞生出来。现在只诞生了一部分,还有没有出来的。

  很多人谈到智能,最厉害的一个人就是美国一个大专家,他预测这样发展下去,超级智能会出来。我们能造出超级智能吗?如果能,什么时候造出来?它安全吗?答案是只要人类没有灭绝,肯定有可能。有另外一个反方向提出一个结论,机器不懂自己在干什么,意识有一个量子的现象,没有办法复制,有人说人类有灵魂,机器没有。把超级智能定义为一台能力远远超过在座任何一个人的全部智能活动机器,如果到那个分上,起点就出现了,它的智能超过了人类,超智能机器能设计出更好的机器,把人类的智能远远抛在后面,那个时候第一台超级智能机器,很可能是人类最后一个发明,因为人类已经感受不到了。落到工业互联网,举个例子,发展的好处是什么?如果未来有一千名工程师,这一千名工程师是机器人,每个机器人工程师的智能,都比现在的工程师强一千倍,打个比方是这样。并且每个人都以比人类快一千倍的速度超过,那他一年的工作就是人类一千年的工作。有了电之后,传统产业加上电,就是新产业。今天传统产业加工业互联网,会出现新的模式和新的生态。传统产业加大数据,会有新产业,传统产业加人工智能,超级智能,一定会有新产业出来。这是我今天讲为什么要搞这个东西。

  人类进化的角度来看,过去一万年里面,人类基因进化速度,比之前600万年,几乎快了百倍,改进工具的同时,也改变了人类自身,所以工具和人是一起改进的,包括工业互联网,是一个规律性的东西,躲不过去,这是我讲的第二个方面,关于为什么。

  怎么做?我们企业做了一些例子。一个生产方式将大变身,从大规模生产向个性化定制转型、生产型制造向服务型制造全兴、要素驱动向创新驱动转型。

  发展工业互联网三大体系:平台体系、网络体系、安全体系。可以从生产端切入、产品端切入、平台测切入。所以这里列了四个模式。举个例子,目前全国工业互联网产业实践来看,已经有很多个省开始做这样一件事。这是一个地图,今天仅仅拿湖北举例,不一定对。这是武汉邮电科学研究院,最近我们一直承担国家干线工程的建设,像京汉广,这是一条,我们有国家干线331条。做工业制造的时候,有信息化研发、信息化生产、信息化运维、信息化供应链,每一个都有大量的内容在里面,实际上是深度信息化,是我们现在已经有的基础。有智能仓库,包括打包机器人,这是我们的装备。

  解决五个如何的问题,如何将客户寻求快速转变为方案和产品,如何减少人工工序,以提高品质管控。如何通过生产过程的透明化,缩短产品的交付周期。如何使信息流快捷有效。如何降低成本。以2016年为例,去年超过200亿的产值,产品是2000余种,物料有3万多种,属于比较典型的大规模定制的生产。有模块化生产,基于绿色推动,定制化需求,基于系统实现。里面有工业互联网,是个雏形。

  这是我们的总体架构,这个图上可以看出来,绿色的是已经建成的,黄的是正在建的,白的是即将要建的,在这个图上可以看出来。我们在这里面,有数字化集成的平台,数字化运营的平台,还有类似智慧物流、传感与控制系统,都在这里面。左边是原材料供应商,加在一起,大概几百家。右边是装备提供商,有那么几家。这里面,我们有十几大内容,第一大内容是工业互联网与IT架构,大家都知道,平台是核心、网络是技术、安全是保障。特点是设计,建设以数据为核心,打造设备与物、设备与设备,设备与应用系统之间的互通互联、互操作平台。

  第二大内容是数字化协同创新集成研发平台。第三个是数字化运营平台,特点是以客户需求驱动,供应链环节互通互联。聚焦面向客户的解决方案,带动产品定制化。第四个,数字化精益制造平台,通过数字化仿真,实现工厂最优设置,提升单位面积的产出率。特点是采用数字化建模与仿真,利用IT技术对工厂物流进行规划。这是中间生产过程的管理,MES、APS,包括可视化平台的搭建。第五个内容,就是安全可控的智能柔性生产线与公益装备。通过自动化设备应用,实现各工艺执行环节的智能化和柔性化。内容还有这些,物料准备、配送智能装备,还有十条,智能化、柔性化表面、贴装生产线。还有完备的自动化检测设备,这是第五个内容,还有系统设备机器人,只是完成一个包装。第六个是支持全流程数据采集与过程管控的智能传感与控制,对多元异构数据进行处理与集成,实现资源、制造生产的实时监控。第七个智能物流平台,就是构建敏捷工厂物流管理系统,实现订单拉动整个物流的运作。第八个是基于数字化检测装备的云检测平台。第九是质量大数据平台。第十是透明化企业管控重新,就是MES、APS,在这里面通过数据集成,底层数据采集,通过可视屏展示生产数据。第十一,面向产品服务的智能云运维管理系统。

  现在只是在工业互联网相对初期的阶段。做了这么一些工作,结合工业互联网、工业软件、核心数据,我们在里面实施的内容包括这些,工作量非常大,做这些事一共加起来几百人。生产的经营是在全球,不是一个工厂,工厂实际上在全国,在南美,在美国,在欧洲也都有。生产经营在网络上组织,数字成为生产经营的核心,网络化协同,服务化延伸。

  做完以后达到什么效果?关键的过程95%自动采集,交付周期手段40%,生产效率提升20%,生产运营成本降低30%,产品不良率降低20%、资源利用率也提高了。支撑了我们大概200亿的研发,开发周期手段、生产效率的提升,交付周期缩短、生产成本降低,目前只是在中间的阶段,投资6亿,但现在差不多有5亿都回来,都节省出来了。

  下面报告一下我理解的工业和信息化部目前的三个难点,难点有很多,今天只说三个。

  第一个难点,生态化竞争,苹果的处理器是从Syuertek买的,其他芯片来自于日立、德州和摩托罗拉,显示器是日立,电源是阿斯泰克,都是别人做的。但是苹果有一个很厉害的本事,就是把这些全部集中在一起,集成为大家用的手机,这种生态非常重要。但我认为,中国的企业建立起这种生态非常困难,要达到彼此的高度信任。

  第二个难点,通信问题。互联网是IPv4,工业互联网是IPv6,IPv6要解决超短时延,这个有点难。下一步IPv6完了,IPv6与IPv4互联网的互通,虽然很多学者提出了很好的想法和方案,但是真正到了实现的时候,还有很长的路要走。另外是无限的频谱资源,5G商用推到工业互联网,无限的频谱资源已经枯竭,现在到工信部查,选一个连续300段的频谱都找不到了,无限通讯的理论亟待突破,特别是原创性的突破,这是我讲的通信的问题。

  第三个难点,关于语义网,不仅把数据放上网,还要在数据之间创建连接,数据一旦连接,计算机和人都可以在数据之间探索。各个网页都有一个网址,大家都知道,敲WWW,用户可以从一个网页切换到一个网页,但是在语义网上,数据也成为一个组织单位,抱歉,还不行。但一定要做到,不做到数据是死的,数据要变成活的,这里是一个大的难点。

  总结一下,三句话:第一句话,工业互联网是中国、德国、美国等正重塑制造业的着力点。三个国家皆在推进,目前尚处在发展初期。第二句话,发展工业互联网的网络平台安全三大体系,对于中国制造的国际地位和转型升级意义重大,时不我待。第三句话,工业互联网实际上是建两个关联的工厂,一个智能的,一个物理的。实际上是要建企业的智脑,智能的大脑。是领军企业打造平台、掌控生态圈一个难得的机遇。

  我的报告到这里,谢谢各位!

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