趙 敏

走向智能研究院，北京，100028

與傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)、工業(yè)軟件等軟件產(chǎn)品不一樣，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是一個以前從未出現(xiàn)的新生事物，有著豐富的組成、新穎的架構(gòu)和看得見、看不見的屬性。因此，對它的了解和認識也應(yīng)該是多角度、多層次和多觀點的。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺并不是憑空誕生的，盡管從概念和架構(gòu)上來說它很新穎，但是它是由既有的技術(shù)基礎(chǔ)、新穎的組合理念和創(chuàng)新的系統(tǒng)架構(gòu)所構(gòu)成的。筆者分析總結(jié)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的關(guān)鍵組成部分，認為其由六類已知要素組成，如圖1所示。

圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺及六類組成要素

圖1的中心部分是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，周邊圍繞的是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)、CPS(賽博物理系統(tǒng))、工控通信協(xié)議/工業(yè)大數(shù)據(jù)、消費互聯(lián)網(wǎng)/商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)云/中小企業(yè)信息化、工業(yè)技術(shù)或知識軟件化/工業(yè)APP這六類基本要素。

筆者將按照上述思路來解讀《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書》(簡稱“平臺白皮書”)[1]。

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)

1999年，正值互聯(lián)網(wǎng)高峰期，凱文·艾什頓(Kevin Ashton)與同事在麻省理工學(xué)院自動識別中心做了一件當(dāng)時還不知道是多么有意義的事情，即用RFID標(biāo)簽將某個物件聯(lián)接到互聯(lián)網(wǎng)上。隨后他在給寶潔高管做演講時，把通過RFID標(biāo)簽將物件聯(lián)接到互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)稱之為“Internet of Things(IoT)”，于是，“物聯(lián)網(wǎng)(IoT)”的概念由此而誕生。

物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用就是“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”。2014年，世界經(jīng)濟論壇(WEF)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)和埃森哲合作，做了一個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究項目，給出了他們對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的理解與定義：“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：IoT工業(yè)應(yīng)用的簡稱，也稱為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)或IIoT”。當(dāng)然，不同的專家對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的理解和定義并不完全相同。

筆者一直考慮一個問題，為什么會產(chǎn)生工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺？促進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展的驅(qū)動力在哪里？

看了WEF的報告，筆者找到了其中一個重要的驅(qū)動力——答案在于“結(jié)果經(jīng)濟”[2]?！敖Y(jié)果經(jīng)濟”對大多數(shù)工業(yè)人來說，是一個相對陌生的詞匯。

按照埃森哲的描述，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，通常要經(jīng)歷四個階段。四個階段各自有不同的主題和發(fā)展重點[3]，如圖2所示。

圖2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的四個階段

該圖顯示，從近期來看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)首先要達成的目標(biāo)是通過降本增效來提高運行效率，這是第一階段的目標(biāo)；第二階段則要由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)來發(fā)展出新模式、新產(chǎn)品、新服務(wù)，由此而改善企業(yè)的投入產(chǎn)出比。

從長期來看，在第三階段，“結(jié)果經(jīng)濟”的概念被提了出來，在永遠追求確定性結(jié)果的工業(yè)基因驅(qū)動下，在網(wǎng)絡(luò)泛在化發(fā)展與市場競爭的綜合作用下，客戶不再安于只是購買產(chǎn)品，而是希望能夠按照結(jié)果來付費，即要求生產(chǎn)企業(yè)不僅提供產(chǎn)品和服務(wù)，而且提供能夠產(chǎn)生確切結(jié)果的、可以量化的服務(wù)，如確切的節(jié)能數(shù)量、確切的谷物產(chǎn)量或較為準(zhǔn)確的機器正常運行時間等。

以一個通俗的例子來比喻“結(jié)果經(jīng)濟”，就是客戶要的是“直徑20毫米的孔”，而不是去買一個20毫米的鉆頭，也不是買回鉆頭來自己打孔。因此，當(dāng)客戶需求從“購買鉆頭”轉(zhuǎn)變成為需要“20毫米的孔”這樣一個確切結(jié)果之后，生產(chǎn)企業(yè)就必須要考慮以新模式、新技術(shù)、新生態(tài)來提供新型的“結(jié)果經(jīng)濟”服務(wù)。

因此，企業(yè)必須要改變原有的商業(yè)模式了。這就不難理解為什么現(xiàn)在不少生產(chǎn)企業(yè)開始免費提供產(chǎn)品，按照用戶開機使用的有效結(jié)果時間或使用效果來收費，用了產(chǎn)品才收費，不用不收費，徹底改變了原有的賣產(chǎn)品的商業(yè)模型。

結(jié)果經(jīng)濟的需求牽引要求各種設(shè)備必須時刻在網(wǎng)，泛在聯(lián)接，準(zhǔn)確感知，實時分析，精確計算，隨時服務(wù)。于是，一批與這類服務(wù)有關(guān)的企業(yè)就找到了生存與發(fā)展空間，就能與設(shè)備生產(chǎn)廠商建立優(yōu)勢互補的關(guān)系，生態(tài)系統(tǒng)自然建成，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺必然出現(xiàn)，人們需要構(gòu)建在云上的操作系統(tǒng)(從單機操作系統(tǒng)、工業(yè)局域網(wǎng)操作系統(tǒng)到基于云的操作系統(tǒng))來采集邊緣層的設(shè)備數(shù)據(jù)，監(jiān)測客戶使用情況，預(yù)測設(shè)備壽命和客戶需求，實現(xiàn)彈性供給、資源優(yōu)化、高效配置。

而到了第四階段，會出現(xiàn)大規(guī)模的“勞動力轉(zhuǎn)型”，即人體、人腦離開系統(tǒng)回路，基于“人智”的數(shù)字化勞動力(智能機器)大規(guī)模登場，真正實現(xiàn)機器換人，以泛在聯(lián)接、自主自治的智能機器來拉動經(jīng)濟的徹底轉(zhuǎn)型。這就是智能制造發(fā)展到第三代范式的美好前景。

生產(chǎn)企業(yè)需要注意的是，為客戶(買方)提供量化結(jié)果意味著廠家(賣方)需要承擔(dān)更大的風(fēng)險而管理這些風(fēng)險，需要自動量化的能力，而只有高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化并具備一定智能化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可以提供這種能力。

全球的工業(yè)體系在轉(zhuǎn)變，客戶的需求在轉(zhuǎn)變，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺面世，既是“互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)深度融合”的結(jié)果，也是由“結(jié)果經(jīng)濟”的拉動與牽引的結(jié)果。

2 CPS(賽博物理系統(tǒng))

德國的工業(yè)4.0，在技術(shù)上是通過建立CPS來構(gòu)織一張基于物聯(lián)網(wǎng)的超級大網(wǎng)，由此而建立“智巧工廠(Smart Factory)”。

美國NIST提出了由產(chǎn)品、生產(chǎn)、業(yè)務(wù)三個維度構(gòu)成的三維模型，每一個維度都在裝置、機器、工廠和企業(yè)信息化系統(tǒng)的垂直集成中發(fā)揮著作用，被稱之為“制造金字塔”。

日本人則在學(xué)習(xí)領(lǐng)會工業(yè)4.0的基礎(chǔ)上，提出了“社會5.0”視野下的“互聯(lián)工業(yè)”，面向各種各樣的產(chǎn)業(yè)，通過企業(yè)、人、數(shù)據(jù)、機械相互連接，而創(chuàng)造出新價值，新產(chǎn)品和新服務(wù)。SMU(智能制造單元)是工業(yè)價值鏈中的基本組件。日本人其實追求的是一種“工業(yè)4.0+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的、符合自己國情的工業(yè)發(fā)展模式。

不管是中國的智能制造、德國的工業(yè)4.0、美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或智能制造生態(tài)系統(tǒng)、日本的“互聯(lián)工業(yè)”或工業(yè)價值鏈，筆者認為，其最大公約數(shù)是“CPS”，也就是說，CPS是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，關(guān)鍵中的關(guān)鍵，因此必須充分重視CPS與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的關(guān)系的研究。

德國“工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型(RAMI 4.0)”中的資產(chǎn)層是指企業(yè)的所有“物件(Thing)”，而通信層、信息層、功能層則共同構(gòu)成了“管理殼”——一種提供服務(wù)架構(gòu)的管理軟件。兩者之間的集成層即物理系統(tǒng)與賽博系統(tǒng)的融合層。由此，當(dāng)常規(guī)的“物”，按照RAMI 4.0的規(guī)定與步驟加上管理殼之后，就形成了多種級別的CPS。一個智能工廠與外界智能工廠的互聯(lián)，將形成“互聯(lián)世界”。由此，從工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的視角，有效地管理、配置與優(yōu)化企業(yè)的各種資產(chǎn)，如圖3所示。

美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)(IIRA)給出了對跨行業(yè)IIoT的獨到理解，強調(diào)跨行業(yè)的通用性和互操作性(如“跨域功能”)，即通過安全、可靠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來實現(xiàn)諸如制造業(yè)、醫(yī)療保健、交通運輸、能源、公共領(lǐng)域基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)、互通和互操作。如圖4所示[4]。

德國的RAMI 4.0與美國的IIRA，看似各不相同，實際上二者是有對應(yīng)關(guān)系的。IIC聯(lián)合平臺工業(yè)4.0的專家，在去年2月專門寫了一個白皮書——《架構(gòu)對齊和互操作性白皮書》，將兩個參考體系架構(gòu)進行映射和對齊，揭示了兩個參考體系架構(gòu)的相互補充、相互支撐的要素，以此共同應(yīng)對和解決來自不同角度和跨不同工業(yè)領(lǐng)域的IIoT挑戰(zhàn)。

圖3 工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型、管理殼與CPS

圖4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)(IIRA)

《架構(gòu)對齊和互操作性白皮書》指出：IIRA和RAMI4.0的創(chuàng)建都是為了實現(xiàn)物理和數(shù)字世界的融合，特別是信息技術(shù)(IT)和業(yè)務(wù)技術(shù)(OT)的融合。工業(yè)4.0是關(guān)注巧妙地制造事物，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)則是讓事情巧妙地工作。二者之間可以相互配合，相得益彰，即IIRA所強調(diào)的工業(yè)分析將有利于構(gòu)建智能工業(yè)4.0系統(tǒng)，工業(yè)4.0組件將有助于在制造環(huán)境和其他領(lǐng)域為工業(yè)4.0和IIoT系統(tǒng)提供廣泛的互操作性[4]。

筆者根據(jù)對RAMI 4.0和IIRA的跟蹤研究與對比認為，二者的“落腳點”都聚焦在“物理和數(shù)字世界的融合”，都需要賽博物理系統(tǒng)CPS作為技術(shù)使能系統(tǒng)，如圖5所示。

圖5 RAMI 4.0與IIRA在CPS上殊途同歸

關(guān)于CPS，RAMI 4.0中講得很清楚，但是在IIRA中關(guān)于CPS的介紹不是很多。根據(jù)IIC給出的參考架構(gòu)圖，實際上其藉由“感知—控制—執(zhí)行—物理效應(yīng)”智能閉環(huán)所形成的CPS過程已經(jīng)展示出來。如果一定要做一個對比的話，那么，可以參照管理殼的表現(xiàn)方式抽取出IIRA中的CPS結(jié)構(gòu)，立即可以看出它與RAMI 4.0中的CPS組件結(jié)構(gòu)非常類似，二者大道相通，機理相同。

根據(jù)RAMI 4.0的介紹，當(dāng)眾多的CPS組件聯(lián)接到一起的時候，就形成了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(也即工業(yè)互聯(lián)網(wǎng))，當(dāng)形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的CPS中的通信層、信息層、功能層逐漸云化之后(即各類要素上云，后面繼續(xù)介紹)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺從技術(shù)層面就逐漸現(xiàn)身了。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、CPS的關(guān)系如圖6所示。

圖6 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、CPS的關(guān)系

電標(biāo)院孫文龍副院長也描述了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺與CPS的關(guān)系：CPS通過感知和自動控制、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等“一硬”和“一網(wǎng)”技術(shù)，可將制造末端的數(shù)據(jù)接入，在虛擬的信息空間構(gòu)造一個新的制造體系，有效支撐了平臺數(shù)據(jù)的匯聚和流動；通過工業(yè)軟件等“一軟”技術(shù)，可構(gòu)建數(shù)據(jù)流動的規(guī)則體系，實現(xiàn)資源的有效配置；通過大數(shù)據(jù)和數(shù)字孿生等“一平臺”技術(shù)，可將物理世界的隱性數(shù)據(jù)顯性化、知識化，并能反向控制物理世界，為工業(yè)App的創(chuàng)新應(yīng)用提供實現(xiàn)手段[5]。

3 工控協(xié)議和數(shù)據(jù)采集

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最大特點就是聯(lián)接各種工業(yè)設(shè)備，保持良好人機交互，解決“數(shù)據(jù)從哪里來” 、“數(shù)據(jù)到哪里去”的問題。

理論和技術(shù)上常見設(shè)備都能聯(lián)接，但是實踐中阻力非常大。企業(yè)自己缺乏動力，不愿意去聯(lián)接。筆者在調(diào)研中匯總了幾條常見的企業(yè)不愿意聯(lián)接的原因：①因網(wǎng)絡(luò)協(xié)議太多而不愿意聯(lián)，技術(shù)開發(fā)有困難；②因機床數(shù)量太少而不愿意聯(lián)，單獨開發(fā)則效益上不合算；③因安全和保密要求而不愿意聯(lián)，擔(dān)心黑客攻擊、震網(wǎng)病毒等問題；④忌諱讓別人或競爭對手看到自己的數(shù)據(jù)而不愿意聯(lián)。以上這些原因，是在推廣工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺過程中需要特別注意的事項。

設(shè)備聯(lián)接了，數(shù)據(jù)采集了，數(shù)據(jù)量特別大了，就需要有足夠的數(shù)據(jù)容身之地。數(shù)據(jù)湖就是為此而生的解決方案，數(shù)據(jù)湖聯(lián)通了人、機、物，大量的數(shù)據(jù)都可以在湖中聚集起來。用比較通俗的話說，數(shù)據(jù)湖的技術(shù)特點是：①隨意流入，可以存儲任何來源于不同地方的各種類型的數(shù)據(jù)；②隨取隨用，任何許可的用戶都可以進入湖中提取所需要的數(shù)據(jù)；③過程動態(tài)，隨時發(fā)生。

數(shù)據(jù)湖的定義和益處如圖7所示，可以看出，“數(shù)據(jù)從哪里來”、“數(shù)據(jù)到哪里去”都一目了然。

圖7 數(shù)據(jù)湖的機理及作用

數(shù)據(jù)采集，通常發(fā)生在廣泛聯(lián)接物理設(shè)備的邊緣層。

工業(yè)設(shè)備的特點是網(wǎng)絡(luò)相對封閉，數(shù)據(jù)輸入和輸入必須遵從形形色色的工控通信協(xié)議。常見工業(yè)控制通信協(xié)議有CANBUS、MODBUS、LAN、ProfiBus等。當(dāng)然，工業(yè)大數(shù)據(jù)的采集還需要解決壓縮、計算、清洗等數(shù)據(jù)處理問題。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價值鏈上，智研院認為，誰能掌握并貫通工業(yè)大數(shù)據(jù)的“采、管、用”三大環(huán)節(jié)，誰就能更準(zhǔn)、更快地搶得市場先機，創(chuàng)造高附加值。

在“采”的方面，如果能將多種工控協(xié)議“吃透”，自主研發(fā)出自己的數(shù)采設(shè)備，就可以做到“一盒采百機”(華龍迅達研制的“機器寶”在數(shù)據(jù)采集與邊緣計算方面做得不錯)。

在“管”的方面，海量匯聚的大數(shù)據(jù)為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺提供了源源不斷的數(shù)據(jù)，PaaS層如何管理好這些數(shù)據(jù)考驗著一個平臺水平。數(shù)據(jù)的權(quán)利歸屬也是一個敏感的話題，如何將區(qū)塊鏈技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合起來，讓數(shù)據(jù)的使用有據(jù)可查，是一個非常有意義的事情。樹根互聯(lián)通過區(qū)塊鏈+根云平臺+邊緣計算，實現(xiàn)了邊緣側(cè)到云端可信數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析，以及基于邊緣側(cè)所捕捉的可信事件驅(qū)動來驅(qū)動區(qū)塊鏈智能合約，由此而對數(shù)據(jù)有了更可靠的把握。這樣將提高數(shù)據(jù)在整個管理過程中的可信度。

在“用”的方面，華龍迅達給出了自己的見解：“在云平臺開發(fā)API接口，通過授權(quán)，對需要數(shù)據(jù)的制造企業(yè)、軟件公司、行業(yè)大數(shù)據(jù)分析企業(yè)、服務(wù)商、供應(yīng)商、營銷商開放應(yīng)用，使制造數(shù)據(jù)與供應(yīng)鏈、銷售鏈和服務(wù)鏈融合?！?/p>

由此可見，大家都用起來的數(shù)據(jù)才是真的好用，才是真的用好了——因為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不僅“姓工”，而且還要“姓公”，即具有某些公益、公用、公平的屬性。

4 消費互聯(lián)網(wǎng)/商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

人人都說“互聯(lián)網(wǎng)”，背后含義不一樣?！按嘶ヂ?lián)網(wǎng)”與“彼互聯(lián)網(wǎng)”之間的異同必須梳理清楚。

從具有互聯(lián)屬性的要素上來說，世界上的“互聯(lián)網(wǎng)”其實有很多種。物質(zhì)、能量、信息、知識、人際關(guān)系、意識等，都可能組成某種“互聯(lián)網(wǎng)”，大家在談?wù)摶ヂ?lián)網(wǎng)時，最好明確自己在說哪張網(wǎng)。

工信部原副部長楊學(xué)山教授對此有精辟見解，他在信通院與智研院聯(lián)合舉辦的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺高端研討沙龍”上指出：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“姓工”，是機器設(shè)備之間的聯(lián)接，難點在工控協(xié)議；消費互聯(lián)網(wǎng)“姓網(wǎng)”，是電腦及使用者的聯(lián)接，成熟且分布廣泛。二者常有交集，但是又互有明顯區(qū)別。

筆者認為，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與消費互聯(lián)網(wǎng)的不同之處在于：

(1)基礎(chǔ)不同。消費互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接的是“數(shù)字化原住民(電腦、手機、平板、服務(wù)器等)”；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接的是 “數(shù)字化移民” ，即可以遷移到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)而成為網(wǎng)絡(luò)終端的人、機、物。

(2)響應(yīng)不同。消費互聯(lián)網(wǎng)無需毫秒級的實時響應(yīng)，適度延遲不影響使用結(jié)果；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要毫秒或百納秒級的實時響應(yīng)，需要時間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN。

(3)聯(lián)接量級不同。消費互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接幾十億消費人群和電腦設(shè)備；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接幾百億設(shè)備——PTC預(yù)測2020年IoT設(shè)備接入量為500億，Gartner預(yù)計2020年IoT設(shè)備聯(lián)網(wǎng)量為260億，DHL和思科預(yù)測2020年IoT設(shè)備聯(lián)接數(shù)為500億；

(4)屬性不同。絕大多數(shù)電腦、手機等只具備個人屬性，而絕大多數(shù)的機器具備單位的屬性，是國有、公有、集體的；消費互聯(lián)網(wǎng)是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，開放網(wǎng)絡(luò)；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是不兼容協(xié)議、封閉網(wǎng)絡(luò)。

(5)場景不同。消費互聯(lián)網(wǎng)是為人溝通在電腦之間傳輸數(shù)據(jù)；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是為了生產(chǎn)在設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。試圖以一種領(lǐng)域場景去直接套用另一種領(lǐng)域經(jīng)驗，是難以奏效的。

(6)用戶心態(tài)不同。在消費互聯(lián)網(wǎng)用戶群體，人們愿意嘗試新事物，擁抱變化；在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)用戶群體，人們趨于保守，駐足觀望，想變又擔(dān)心變化。

兩個領(lǐng)域兩回事，認識上不可混同，但是可以相互跨界，可以相互借鑒經(jīng)驗。消費互聯(lián)網(wǎng)/商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及相關(guān)的ICT技術(shù)，正在快速融入制造業(yè)產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)領(lǐng)域。其作用是：聯(lián)接兩頭，輔助中間。聯(lián)接兩頭，即上游銜接消費互聯(lián)網(wǎng)對產(chǎn)品的需求，作為研發(fā)輸入，下游銜接產(chǎn)品銷售及服務(wù)信息，消除“產(chǎn)品孤兒”。輔助中間，即異地的生產(chǎn)設(shè)備之間，或者異地物理設(shè)備與數(shù)字孿生設(shè)備之間，往往用現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)(如寬帶、4G、專線等)來傳輸數(shù)據(jù)。

5 工業(yè)云/中小企業(yè)信息化

云計算從計算領(lǐng)域發(fā)展應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域的工業(yè)云，已經(jīng)成為工信部定義的“新四基”中的“一平臺”——“工業(yè)云和智能服務(wù)平臺”。

工業(yè)云為中小企業(yè)提供了一種全新的基于互聯(lián)網(wǎng)的運行環(huán)境。其特點是：①不限時空，彈性服務(wù)，按需獲取工具和資源；②以租代買，按用付款，大幅降低企業(yè)信息化應(yīng)用的門檻和成本；③眾籌眾創(chuàng)，網(wǎng)絡(luò)分享，支持海量設(shè)計結(jié)果；④支持多客戶端互操作，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)、外部相互聯(lián)接。

工業(yè)云天生具有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基因。從工業(yè)云到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是一個不斷演變的進化過程，安筱鵬博士指出，這個過程可分為“成本驅(qū)動導(dǎo)向、集成應(yīng)用導(dǎo)向、能力交易導(dǎo)向、創(chuàng)新引領(lǐng)導(dǎo)向、生態(tài)構(gòu)建導(dǎo)向”五個發(fā)展階段[6]，如圖8所示。

圖8 從工業(yè)云到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的五個發(fā)展階段

前三個階段相對容易實現(xiàn)(例如杭州新迪公司已經(jīng)讓CAD軟件工具上云，金蝶公司已經(jīng)開始讓企業(yè)做到核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)上云，樹根互聯(lián)和徐工信息可以讓設(shè)備和產(chǎn)品上云等等)，而從第四個階段開始，就到了攻堅階段，“工業(yè)PaaS、工業(yè)微服務(wù)+定制化工業(yè)APP”是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的難點，目前正在增加工業(yè)APP的數(shù)量。

6 工業(yè)技術(shù)(知識)軟件化及軟件定義

軟件是運行在芯片中的數(shù)字化指令和數(shù)據(jù)的集合，以人類語言的代碼格式，模擬表達一系列源自人腦的邏輯規(guī)則和知識，最終以“0/1”的機器代碼格式，驅(qū)動芯片(硬件)底層功能，驅(qū)動工業(yè)設(shè)備。

工業(yè)軟件封裝了工業(yè)知識、經(jīng)驗和模型，建立并定義了數(shù)據(jù)自動流動的規(guī)則體系。

工業(yè)軟件大體有兩類： 嵌入式軟件和非嵌入式軟件，因此，相對應(yīng)的數(shù)字化工作有兩大類：

(1)產(chǎn)品本身數(shù)字化：嵌入式軟件是嵌入在控制器、通信、傳感裝置之中的采集、控制、通信等軟件；

(2)研發(fā)手段數(shù)字化：非嵌入式軟件是裝在通用計算機或者工業(yè)控制計算機之中的設(shè)計、 編程、工藝、監(jiān)控、管理等軟件。

工業(yè)技術(shù)軟件化是工業(yè)技術(shù)、工藝經(jīng)驗、制造知識和方法的顯性化、數(shù)字化和系統(tǒng)化的過程。工業(yè)技術(shù)軟件化的成熟度，直接代表了一個國家工業(yè)化能力和水平。這是一種典型的人類使用知識和機器使用知識的技術(shù)泛在化過程。

中國科協(xié)黨組書記懷進鵬院士曾指出：“工業(yè)技術(shù)的軟件化，是中國制造業(yè)走向強國的必由之路，而實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云，是我們搭建平臺，實現(xiàn)全球共融和推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)?！?/p>

我們目前能看到的工業(yè)軟件只是冰山的一角，在冰山下面，其實還有大量的自有技術(shù)知識和工業(yè)軟件沒有公諸于世，不在商用軟件之列。而這工業(yè)軟件，才是真正的企業(yè)核心競爭力，是通用軟件中最缺乏的內(nèi)容，如圖9所示。

圖9 工業(yè)軟件冰山下的秘密

筆者必須強調(diào)：工業(yè)軟件首先是一個工業(yè)產(chǎn)品，而且是高端工業(yè)品！工業(yè)軟件是一門集工業(yè)知識與“Know-how” 大成于一身的專業(yè)學(xué)問。只學(xué)過計算機軟件的工程師是設(shè)計不出先進的工業(yè)軟件的。

這是中國制造2025主要的難點，而工業(yè)界(特別是高層領(lǐng)導(dǎo))對這一點的認識還極不充分。如果說還有什么高端工業(yè)品中國不能制造的話，工業(yè)軟件就首當(dāng)其沖。中國可以設(shè)計生產(chǎn)512種細分門類的工業(yè)品，但是卻生產(chǎn)不了多少門類的工業(yè)軟件。這個形勢非常嚴(yán)峻。但是現(xiàn)在看不到高層有什么國家戰(zhàn)略規(guī)劃來振興中國的工業(yè)軟件。

工業(yè)軟件是工業(yè)裝備中的軟裝備，是裝備的神經(jīng)脈絡(luò)和靈魂，沒有軟裝備的支撐與軟件定義，就不可能有“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”。假如抽掉軟件，改革開放40年以來信息化的一切成果都將不復(fù)存在！

7 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺與新功能架構(gòu)

在平臺白皮書前言中，清晰簡明地指出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的本質(zhì)和定位——“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，本質(zhì)上是一個面向云應(yīng)用的軟件平臺”“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是新工業(yè)體系的‘操作系統(tǒng)’”[1]。

作為一個本質(zhì)上屬于軟件(云或“操作系統(tǒng)”)的新生事物，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺必定要求與之相適應(yīng)的、全新的工業(yè)軟件架構(gòu)。

現(xiàn)有德、美的工業(yè)發(fā)展(智能制造)架構(gòu)模型，從工業(yè)4.0到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，都屬于“功能導(dǎo)向”。因為不管用什么維度來展現(xiàn)、用什么尺度來衡量，看似模式不同、花樣翻新的智能制造的架構(gòu)模型，其實都是在提供“以功能為核心的服務(wù)”。

大家平時頻繁使用的常規(guī)工業(yè)軟件，功能都分散、深嵌在各種不同的模塊中。如果需要不同的功能，則需要單獨購買不同的工業(yè)軟件。甚至同類工業(yè)軟件之間的功能也無法相互替代。這是傳統(tǒng)制造業(yè)信息化軟件的先天弊病。

沒有任何一個工業(yè)軟件廠商能夠提供覆蓋所有專業(yè)領(lǐng)域的工業(yè)軟件。這就不難理解制造業(yè)信息化搞了30多年，兩化融合推動了十多年，企業(yè)里開發(fā)運行的信息化系統(tǒng)，往往是呈千島湖狀態(tài)，孤島遍布，煙囪林立，“產(chǎn)品孤兒”比比皆是。一家或幾家廠商獨大，既不合乎市場情理與規(guī)律，也沒有“通吃”的希望。

只有天生既“姓工”又“姓公”的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺有可能解決這個問題，基于微服務(wù)的面向角色和場景的工業(yè)APP是發(fā)展方向。于是，我們就有了平臺白皮書中所描述的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺功能架構(gòu)，其中，第一層是邊緣層(最下方)，主要是剛才講的數(shù)據(jù)采集和工控協(xié)議；第二層(中層)是平臺層，處理大數(shù)據(jù)，創(chuàng)建工業(yè)微服務(wù)；第三層是應(yīng)用層(上層)，調(diào)用下層微服務(wù)，形成各種場景的工業(yè)APP，滿足企業(yè)所需要的各種“以功能為核心的服務(wù)”。

8 新架構(gòu)下的軟件解構(gòu)與重構(gòu)

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展的第4階段，軟件的解構(gòu)與重構(gòu)就成為了重點。如圖10所示，圖左下角的“迷宮”中，不同形狀的符號代表了散落在企業(yè)內(nèi)部不同部門、不同流程、不同位置、不同形式的“工業(yè)知識”，這些知識分散、隱蔽、難找、難用，隨時流失。過去的”知識管理“與自用軟件開發(fā)，往往只是把這些知識收集到一個相對集中的地方(如企業(yè)知識中心)，或者將其嵌入某些軟件中，或?qū)氲侥撤N數(shù)據(jù)庫中。

圖10 軟件的解構(gòu)與重構(gòu)

平臺白皮書提到，“知識積累能夠提供基于工業(yè)知識機理的數(shù)據(jù)分析能力，并實現(xiàn)知識的固化、積累和復(fù)用?！盵1]顯然，知識的復(fù)用是關(guān)鍵。沒有工業(yè)知識，就沒有工業(yè)軟件，也就沒有工業(yè)微服務(wù)，當(dāng)然也就沒有工業(yè)APP。

筆者認為開發(fā)APP的工作可以兩條路徑齊頭并進：一個是讓現(xiàn)有的工業(yè)軟件逐漸解構(gòu)，變身成為工業(yè)微服務(wù)；一個是工業(yè)技術(shù)軟件化，直接將工業(yè)技術(shù)和知識轉(zhuǎn)變成為工業(yè)微服務(wù)。讓所有來自企業(yè)實踐一線的工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗、知識和最佳實踐都沉淀下來，經(jīng)過模型化、軟件化、再封裝，成為互不相關(guān)、高度適應(yīng)外部需求變化的微服務(wù)，然后再根據(jù)具體的工業(yè)場景，為組建工業(yè)APP提供服務(wù)。

創(chuàng)建工業(yè)APP的具體路徑：傳統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)→微服務(wù)池→調(diào)用→工業(yè)APP→面向具體場景、不限時空的工業(yè)服務(wù)。這種新型的工業(yè)服務(wù)將為“結(jié)果經(jīng)濟”提供強大而堅實的平臺基礎(chǔ)。

在企業(yè)的具體工業(yè)APP開發(fā)實踐中，已經(jīng)有了一些早期的嘗試和喜人的結(jié)果。下面，筆者舉例給出開發(fā)工業(yè)APP的一些具體的方式和做法。一個開發(fā)工業(yè)APP的界面如圖11所示。

圖11 一個開發(fā)工業(yè)APP的界面

從圖11最下方的流程中可以清晰看出，在給出的GUI界面中，可以封裝一個工業(yè)APP，而通用工具軟件隱身在APP后面，不直接參與交互。一旦確定了APP的具體算法和功能，就可以把與此相關(guān)的公式、模型等封裝到其中。

當(dāng)成千上萬的APP被封裝好之后，大量的工業(yè)知識被標(biāo)準(zhǔn)化、模型化和封裝化，形成了基于工業(yè)知識的交互界面以及基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的工業(yè)技術(shù)體系，即客戶在研發(fā)時，第一進入的界面已經(jīng)不是以前的通用CAX軟件，而是基于知識的自用研發(fā)軟件。研發(fā)人員的一切精力聚焦在問題場景導(dǎo)向上，而不是軟件使用導(dǎo)向上，如圖14所示。

圖12 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的工業(yè)技術(shù)體系

9 結(jié)語

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是智能制造的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和落地抓手；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺由六類基本要素組成(當(dāng)然也可以有其他視角的不同分類結(jié)果)；基于CPS、匯聚海量數(shù)據(jù)、工業(yè)APP前置、通用軟件隱身、微服務(wù)興起、基于問題場景研發(fā)，成為了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基本特征；傳統(tǒng)架構(gòu)的工業(yè)軟件將通過解構(gòu)而實現(xiàn)重構(gòu)；工業(yè)APP逐漸增多，形成生態(tài)；傳統(tǒng)架構(gòu)的工業(yè)軟件將不斷向工業(yè)APP遷移；未來對工業(yè)軟件的使用、購置、管理等都將面臨重大改變。

參考文獻：

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