初識工業互聯網

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前言

近年來工業互聯網概念很火,博主作為工業互聯網行從業人員,就來帶大家初步瞭解什麼是工業互聯網。

傳統工業

在講工業互聯網之前,首先給大家科普下什麼是工業。工業是生產現代化勞動手段的部門,它決定着國民經濟現代化的速度、規模和水平,在當代世界各國國民經濟中起着主導作用。

工業的起源

18世紀英國出現工業革命,使原來以手工技術為基礎的工場手工業逐步轉變為機器工業,工業才最終從農業中分離出來成為一個獨立的物質生產部門。

| | 第一次工業技術革命 | 第二次工業技術革命 | 第三次工業技術革命 | | --- | --- | --- | --- | | 年代 | 18世紀60~70年代 | 19世紀70年代 | 20世紀50年代 | | 主要標誌 | 蒸汽機的發明和應用 | 電器化、內燃機、電力使用 | 微電子技術的發展和應用 | | 生產影響 | 採煤、冶金、棉紡織、機械製造等工業 | 電力、化學、石油開採、和加工、汽車製造、輪船製造、飛機制造等工業 | 電子計算機、核技術、高分子合成、基因工程、納米技術、航空航天等工業 | | 影響工業佈局的主要因素 | 燃料(動力)、原料 | 原料、燃料(動力)、交通運輸 | 知識和技術、優美的環境、現代化的高速交通條件 |

中國工業產值

我國主要有三大產業:農業、工業、服務業。 - 第一產業:農、林、牧、漁業(不含農、林、牧、漁專業及輔助性活動)。 - 第二產業:採礦業(不含開採專業及輔助性活動),製造業(不含金屬製品、機械和設備修理業),電力、熱力、燃氣及水生產和供應業,建築業。(第二產業中除建築業之外,其他均屬於工業範疇) - 第三產業即服務業,是指除第一產業、第二產業以外的其他行業。

三大產業的關係——相互依賴,相互制約: - 第一產業為第二三產業奠定基礎。 - 第二產業是三大產業的核心,對第一產業有帶動作用。 - 第一二產業為第三產業創造條件,第三產業發展促進第一二產業的進步。

三大產業及工業國內生產總值(單位:億元) | 年份 | 第一產業 | 第二產業 | 第三產業 | 國內生產總值 | 工業產值 | 工業佔比 | | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | 1980 | 1359.5 | 2204.7 | 1023.4 | 4587.6 | 2014.8 | 43.9% | | 1990 | 5017.2 | 7744.1 | 6111.6 | 18872.9 | 6904.5 | 36.6% | | 2000 | 14717.4 | 45663.7 | 39899.1 | 100280.1 | 40258.5 | 40.1% | | 2010 | 38430.8 | 191626.5 | 182061.9 | 412119.3 | 165123.1 | 40.1% | | 2020 | 77754.1 | 384255.3 | 553976.8 | 1015986.2 | 313071.1 | 30.8% |

中國工業分類

當前我國使用的《國民經濟行業分類》是根據ISIC第四版修訂的,於2012年開始執行,工業行業劃分為採礦業、製造業、電力熱力燃氣及水生產和供應業3個門類行業,41個大類行業,201箇中類行業和581個小類行業。

工業除了國家統計局的具體行業分類之外,也可以按生產方式分為3種不同的類型:流程型製造、離散型製造混合型製造

  • 流程型製造:指通過分離、混合、成型或化學反應是生產增值的生成過程,其生產過程一般是連續的或成批的,需要嚴格的過程控制和安全性能措施。典型流程製造行業:水泥、電力、石化、冶金、食品、醫藥等。
  • 離散型製造:指在生產工藝計劃的指導下,把多個零件經過一系列並不連續的工序加工裝配成最終產品的過程。典型離散製造行業:火箭、飛機、汽車、船舶、電子設備、機械、服裝等。
  • 混合型製造:指既具有連續生產過程,又具有離散生成過程的複雜生產方式,是現代化生產中具有普遍意義的一種生產方式。

一般工業企業,都會同時存在流程生產和離散生產過程(即混合型製造),但是對應生產過程佔企業生產的總規模會有偏向,可以根據偏向來劃分企業所屬的行業。 image.png

傳統工業系統分層

傳統的工業企業系統一般會分為5層,從下往上分別是:現場設備層、現場控制層、過程監控層、生產管理層、企業資源層image.png

  • 現場設備層:提供工廠現場生產的機器,包括傳感器、執行器、保護裝置等。
  • 現場控制層:通過PLC、DCS控制單元和RTU等進行生產過程的控制。
  • 過程監控層:通過分佈式SCADA系統採集和監控生產過程參數,並利用HMI系統實現人機交互。
  • 生產管理層(MES):為企業提供包括製造數據管理、計劃排程管理、生產調度管理等管理模塊。
  • 企業資源層(ERP):為企業決策層及員工提供決策運行手段。包括企業資源相關的財務、資產、人力等管理系統。

工業互聯網

工業互聯網的背景

當前全球經濟社會發展正面臨全新挑戰與機遇,一方面, 由於傳統經濟發展遇到瓶頸,經濟增長的內部動力不足。另一方面,互聯網大數據人工智能等信息技術,通過和傳統工業相結合,提高生產效率,降低綜合成本,可以幫助企業適應競爭環境的快速變化。

工業互聯網的概念

工業互聯網(Industrial Internet)是新一代信息通信技術與工業經濟深度融合的新型基礎設施、應用模式和工業生態,通過對人、機、物、系統等的全面連接,構建起覆蓋全產業鏈、全價值鏈的全新制造和服務體系,為工業乃至產業數字化、網絡化、智能化發展提供了實現途徑,是第四次工業革命的重要基石。

工業互聯網的體系架構

工業互聯網技術體系超出了單一學科和工程的範圍,需要製造技術、信息技術互相協同和融合,並結合到具體的業務場景中去,才能發揮價值。 image.png

製造技術和信息技術的突破是工業互聯網發展的基礎。其中 - 製造技術:支撐構建了工業互聯網的物理系統 - 信息技術:勾勒了工業互聯網的數字空間 - 融合技術:驅動了工業互聯網物理系統與數字空間全面互聯與深度協同

工業互聯網的應用場景

  • 將多源異構設備通過工業網關、PLC(可編程控制器)等接入工業互聯網的邊緣計算層。
  • 利用傳感器、圖像等多傳感方式對數據進行智能感知和採集。
  • 通過工業網卡、數據總線等將數據傳輸到邊緣層數據庫。
  • 利用既定的規則對不同協議的設備數據進行解析和統一轉換,保持數據的一致性。
  • 利用機器學習等算法對多源數據進行預處理、聚類和分析,剔除宂餘數據,完成數據的規整和分類。
  • 利用5G網絡將數據從邊緣層傳輸到工業互聯網的雲端平台數據庫中。
  • 雲端大數據系統通過大數據建模與分析技術,基於各個基礎場景、通用場景和專用場景,建立各實體、數據及過程之間的映射模型,構建可視化知識圖譜,形成知識庫並進行知識推理。
  • 基於PaaS層通用的平台部署與管理模塊,在工業大數據模型的支撐下,建立一套軟件開發與部署、微服務組件庫和模型庫,為SaaS層的產品部署和服務創新提供基礎。
  • 開發MES、ERP、SCADA、SCM等綜合決策應用程序,並部署到工業互聯網平台的SaaS層。
  • 通過終端設備中安裝應用軟件,實現產品全生命週期的生產流程優化、排產調度、智能控制及故障診斷。

十四五規劃政策扶持

國家《“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要》全文共19篇65章,是指導我國今後5年及15年國民經濟和社會發展的綱領性文件,其中3次提到“工業互聯網”。 - 第1次出現在第三篇第十一章的第一節,要積極穩妥發展工業互聯網和車聯網。 - 第2次出現在第五篇第十五章的第三節,要在重點行業和區域建設若干國際水準的工業互聯網平台和數字化轉型促進中心。 - 第3次出現在專欄8數字經濟重點產業中,要培育形成具有國際影響力的工業互聯網平台,推進“工業互聯網+智能製造”產業生態。

與20年10份發佈的建議相比,規劃綱要進一步加強了對數字化發展、工業互聯網和數字化轉型等的表述,規劃內容也更明確集中。

如何投身工業互聯網

近年,工業互聯網相關職業開始湧現。2019 年、2020 年國家發佈的 29 個新職業中,與工業互聯網相關的職業達到 13 個,如大數據工程技術人員、雲計算工程技術人員,佔新增職業的 44.8%。 工業互聯網發展需要複合型、多維度、多層次人才。工業互聯網是新一代信息技術和製造業融合的產物,不僅需要 OT 和 IT 複合型人才,也需要企業管理人才、行業領軍人才、專業技術人才、產業工人等多維度、多層次人才。具體的人才技能的盤點如下: - 硬件開發人員,嵌入式開發需求較大; - Python開發會越來越受到重視; - 硬件產品經理,互聯網產品經理需求會加大; - 大數據,人工智能,數據分析專家崗位會變得緊缺; - 服務器運維和運營工作崗位需求量會大增; - 數據安全領域會爆發;

更詳細內容可參考:工業互聯網人才白皮書(2020)

參考1:工業術語

  • ICS:(Industrial Control System,工業控制系統)由計算機與工業控制過程部件組成的自動控制系統,它由控制器、傳感器、傳送器、執行器和輸入/輸出接口等部分組成。這些組件,通過工業通信線路、工控通信協議,進行連接,形成一個具有自動控制能力的生產製造和加工系統。
  • PLC:(Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器)存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令,控制各種類型的機械設備或生產過程。
  • RTU:( Remote Terminal Unit,遠程終端單元)針對通信距離較長和工業現場環境惡劣而設計的具有模塊化結構的、特殊的計算機測控單元。
  • DCS(Distributed Control System,分佈式控制系統)是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統。
  • HMI(Human Machine Interface,人機界面)又稱用户界面或使用者界面,是系統和用户之間進行交互和信息交換的媒介。
  • SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,數據採集與監視控制系統)數據採集與監視控制系統,可應用於電力、化工、冶金、燃氣、石油、鐵路等諸多領域的數據採集與監視控制以及過程控制等方面。
  • MES:(Manufacturing Execution System,製造執行系統)面向製造企業車間執行層的生產信息化管理系統,MES可以為企業提供包括製造數據管理、計劃排程管理、生產調度管理、庫存管理、質量管理等管理模塊,為企業打造一個紮實、可靠、全面的製造協同管理平台。
  • ERP:(Enterprise Resource Planning, 企業資源計劃)是將企業所有資源進行整合集成管理,簡單的説是將企業的三大流:物流,資金流,信息流進行全面一體化管理的管理信息系統。

參考2:文獻引用

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