發(fā)達(dá)國家的再工業(yè)思潮與作為新經(jīng)濟(jì)代表的中國的工業(yè)化和信息化深度融合發(fā)展模式，幾乎在同一時期推出，預(yù)示著人類工業(yè)文明的發(fā)展又到了一個新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。2012年11月，美國GE公司發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：突破智慧與機(jī)器的界限》白皮書。2013年4月，德國政府在漢諾威工業(yè)博覽會上提出了“工業(yè) 4.0”的國家發(fā)展戰(zhàn)略。2015年上半年，中國政府提出“中國制造2025”的發(fā)展規(guī)劃。世界上規(guī)模最大的幾個經(jīng)濟(jì)體不約而同地提出各自的發(fā)展戰(zhàn)略，并且都把工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造緊密地聯(lián)系在一起，這絕對不是一種巧合。在此背景下，分析工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵，并揭示它在智能制造中的作用，對于正處在轉(zhuǎn)型升級關(guān)鍵期的中國經(jīng)濟(jì)來說是非常有意義的。

 

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵

 

　　從目前工業(yè)界關(guān)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的研究與實(shí)踐情況來看，要想給出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的準(zhǔn)確定義，還是一件比較困難的事情。眾所周知，全球互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用始于上個世紀(jì) 90年代，距今雖然只有短短的20年左右的時間，卻帶來了許許多多令人矚目的變化。從電子郵件、企業(yè)與政府的網(wǎng)頁，直到娛樂、購物、旅游等生活的方方面面，人們時時刻刻都在互聯(lián)網(wǎng)的世界里感受著工作和生活的變化。如今，人們已經(jīng)感覺到互聯(lián)網(wǎng)能夠做的事情還遠(yuǎn)不止于這些，互聯(lián)網(wǎng)還可以在智能機(jī)器之間的相互連接方面發(fā)揮重要的作用，并促成人與機(jī)器的高度協(xié)同。根據(jù)美國思科公司的報告，到2020年世界人口預(yù)計(jì)是76億，平均每個人要連接的設(shè)備將達(dá)到6.58 臺，而這個數(shù)字在2003年只有0.08臺(圖1)。這充分說明隨著工業(yè)軟件和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的持續(xù)演化，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將賦予工業(yè)價值更多新的內(nèi)涵，從而成為改變?nèi)祟惿詈蜕a(chǎn)方式的新動力。今天的信息技術(shù)能夠給工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供三種能力：一是機(jī)器與機(jī)器之間是可互通的;二是機(jī)器與人之間是可交互的;三是數(shù)據(jù)、軟件與物理世界之間的關(guān)系是可重新定義的。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的意義在于它把“互聯(lián)網(wǎng)的思維”作用到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和服務(wù)的全過程，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)人員、機(jī)器和數(shù)據(jù)的有效連接與融合，從而達(dá)到資源配置優(yōu)化、產(chǎn)品生產(chǎn)總擁有成本最低且品質(zhì)最佳的目的。

 

　　除了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)外，現(xiàn)階段同樣受到高度關(guān)注的新概念還有云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0等熱詞。事實(shí)上，我們認(rèn)為這些概念都是同一個問題的不同方面，只是觀察的角度不同而已。云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)更多的是在技術(shù)實(shí)現(xiàn)的層面上去勾畫一種計(jì)算資源與物理環(huán)境深度融合的體系架構(gòu)，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)4.0這類新生產(chǎn)方式的技術(shù)基礎(chǔ)。2006年，美國科學(xué)院發(fā)布的《美國競爭力計(jì)劃》還提出了一種稱作“信息物理系統(tǒng)”(CPS)的新概念及其相應(yīng)的研究規(guī)劃，這同樣也是為未來更大規(guī)模的計(jì)算智能系統(tǒng)研究和應(yīng)用建立必要的理論基礎(chǔ)，提供更有效的技術(shù)架構(gòu)。相對來說，德國提出的工業(yè)4.0戰(zhàn)略更注重在工廠層面的智能化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用;而美國提出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略則更強(qiáng)調(diào)如何從產(chǎn)業(yè)鏈上去挖掘信息的價值，以及如何從大數(shù)據(jù)的融合中去全面提升產(chǎn)品全壽命周期的價值，從而實(shí)現(xiàn)更少的資源消耗、更高的產(chǎn)品質(zhì)量、更好的技術(shù)性能、更周全的運(yùn)維服務(wù)等目標(biāo)。顯而易見，無論是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還是工業(yè)4.0戰(zhàn)略，都需要給信息技術(shù)的內(nèi)涵和外延注入更多新的元素，使得自動控制、機(jī)器學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)挖掘等一般方法能夠在新的技術(shù)環(huán)境中得到最有效的應(yīng)用。

 

　　智能制造生產(chǎn)體系

 

　　談到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，就不能不涉及智能制造。因?yàn)槿绻麤]有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)大的計(jì)算與通信能力支撐，智能制造的生產(chǎn)體系也就無法建立。智能制造是指在工業(yè)制造的各個環(huán)節(jié)采用高度柔性與高度融合的方式，通過計(jì)算機(jī)來模擬人類專家的知識，進(jìn)行生產(chǎn)組織與產(chǎn)品加工的一種活動。要實(shí)現(xiàn)智能制造的生產(chǎn)模式，必須具備以下幾個基本的特征：即生產(chǎn)過程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化和自動化;生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)，甚至于供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈之間，均已實(shí)現(xiàn)了信息的互聯(lián)互通;生產(chǎn)過程的管理，包含資源的配置、流程的設(shè)定、效能的優(yōu)化等事務(wù)均已采用數(shù)據(jù)融合、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法進(jìn)行處理。目前，美國、日本和德國等少數(shù)幾個工業(yè)發(fā)達(dá)國家，在部分工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中已初步采用了智能制造的生產(chǎn)模式。例如，美國智能制造領(lǐng)袖聯(lián)盟(SMLC)在2013年開始建造“開放的智能制造技術(shù)平臺”，這是一種可以運(yùn)用數(shù)據(jù)建模和仿真技術(shù)的通用平臺，通過高仿真建模和新型傳感器，可實(shí)現(xiàn)對過程設(shè)備的實(shí)時控制和在線優(yōu)化，從而大幅減少能耗，并主動地管理整個生產(chǎn)系統(tǒng)、工廠乃至供應(yīng)鏈的能源使用情況。在德國，西門子公司的可編程控制器制造廠通過網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，使得工廠內(nèi)大多數(shù)設(shè)備能夠在脫離人類操作的情況下對零部件進(jìn)行選擇和組裝。有趣的是執(zhí)行這些智能控制算法的機(jī)器也就是同一個生產(chǎn)線的產(chǎn)品，這至少說明智能制造也并非是難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜技術(shù)。

 

　　一般來說，智能制造生產(chǎn)體系是由復(fù)雜的系統(tǒng)組成的，其復(fù)雜性一方面來自智能機(jī)器的計(jì)算機(jī)理，另一方面則來自智能制造網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)。依靠這些復(fù)雜的元素，智能制造生產(chǎn)體系能夠給工業(yè)企業(yè)帶來相當(dāng)多的效益。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式相比，智能制造需要更多的傳感元件，也需要像機(jī)器人那樣更加精巧的執(zhí)行設(shè)備。這些元件和設(shè)備提供的信息可以為智能制造提供必要的控制和決策依據(jù)。在美國GE所規(guī)劃的智能制造生產(chǎn)體系中，甚至還包含了安裝在產(chǎn)品(例如航空發(fā)動機(jī))中的大量傳感器，它們可通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)獲得實(shí)時的信息綜合，從而為這些產(chǎn)品的優(yōu)化運(yùn)行提供科學(xué)的決策依據(jù)。智能制造一般情況下都不是孤立的系統(tǒng)，而是由大量的生產(chǎn)環(huán)節(jié)或以產(chǎn)業(yè)鏈的方式連接起來的部分組成的。這些部分能否協(xié)同執(zhí)行，主要取決于它們之間信息互聯(lián)互通的技術(shù)性能。此外，在智能制造生產(chǎn)體系中，不僅在機(jī)器的自動化與智能化工作方面需要大量的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算，而且在制造執(zhí)行層面的管理上也需要大量的數(shù)據(jù)融合與分析。由此可見，在智能制造生產(chǎn)體系復(fù)雜性的背后，人們所遭遇到的問題實(shí)質(zhì)上是如何去處理規(guī)模巨大的生產(chǎn)過程或產(chǎn)品特性的狀態(tài)數(shù)據(jù)。20多年的發(fā)展實(shí)踐表明，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到智能制造的生產(chǎn)體系中來，是解決這類問題的最有效方法。

 

　　推進(jìn)智能制造生產(chǎn)體系建設(shè)是在全球化經(jīng)濟(jì)模態(tài)下提升國家競爭力的最重要的手段之一，世界各國都想在這一領(lǐng)域中取得發(fā)展的先機(jī)。我國出臺的“中國制造 2025”規(guī)劃中就包含了智能制造工程、制造業(yè)創(chuàng)新建設(shè)工程、工業(yè)強(qiáng)基工程、綠色制造工程、高端裝備創(chuàng)新工程五個重大工程的建設(shè)內(nèi)容，其中智能制造是最核心的工程。這項(xiàng)規(guī)劃的目標(biāo)是到2025年，我國的工業(yè)生產(chǎn)制造智能化水平應(yīng)達(dá)到能夠進(jìn)入國際第一方陣的程度，實(shí)現(xiàn)從制造大國到制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)型。這充分說明智能制造的技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用已成為我國工業(yè)政策制定、科技創(chuàng)新規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)資源配置的重點(diǎn)領(lǐng)域。因此，在未來10年的時間里，我國勢必將按照“中國制造 2025”規(guī)劃中關(guān)于“新一代信息技術(shù)”的目標(biāo)和任務(wù)要求，進(jìn)一步加大對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)研究和公共設(shè)施建設(shè)的實(shí)質(zhì)性投入，以便為智能制造生產(chǎn)體系的形成并發(fā)揮重要的作用提供更好的條件。目前，有關(guān)方面正在進(jìn)行智能制造研究與發(fā)展的路線圖規(guī)劃，根據(jù)我國現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)，做出研究路線、發(fā)展進(jìn)程、關(guān)鍵技術(shù)等方面的具體部署。作為智能制造生產(chǎn)體系的一個重要組成部分，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的研究與發(fā)展問題，也應(yīng)該成為一個專題，并把它列入到相應(yīng)的發(fā)展路線圖中來。