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工業互聯和智能制造的信息中樞

放大字體  縮小字體 發布日期:2016-03-10  瀏覽次數:1152
核心提示:云計算是推動信息技術能力實現按需供給、促進信息技術和數據資源充分利用的全新業態,是信息化發展的重大變革和必然趨勢。隨著國務院《關于促進云計算創新發展 培育信息產業新業態的意見》和《中國制造2025》的印發,云計算在工業領域的落地發展成為“十三五”期間進一步推進兩化深度融合的重點工作之一,工業云成為信息企業和工業企業共同關注的熱點。   
       云計算是推動信息技術能力實現按需供給、促進信息技術和數據資源充分利用的全新業態,是信息化發展的重大變革和必然趨勢。隨著國務院《關于促進云計算創新發展 培育信息產業新業態的意見》和《中國制造2025》的印發,云計算在工業領域的落地發展成為“十三五”期間進一步推進兩化深度融合的重點工作之一,工業云成為信息企業和工業企業共同關注的熱點。

工業云發展是培育工業大數據產業生態和帶動制造業服務化轉型的重要基礎,是未來先進制造業發展中實現工業互聯和智能制造的信息中樞。本文試圖對工業云的功能特點、應用場景、發展現狀和問題做一梳理,并分析提出下一步促進工業云發展的著力點。

工業云的功能特征和應用場景

云計算概念起源于消費互聯網領域。2006年3月,亞馬遜推出彈性計算云服務(Elastic Compute Cloud,EC2),8月份,谷歌在搜索引擎大會上正式提出云計算概念。“云”既是對互聯網公司所采用的計算架構的描述,也是對其商業模式的形容。在計算架構上,基礎設施利用網絡和虛擬化技術池化后可實現動態彈性擴展,其上運行的軟件服務可以集中部署和維護,并實現對基礎設施的透明訪問;在商業模式上,面向公眾開放服務,支持用戶按需租用,并可自助完成業務部署。可見,云計算的功能與互聯網公司對于計算設施的應用需求是完全匹配的,特別是能夠根據系統信息數據處理壓力的起伏,以遠較傳統的服務器、小型機、大型機等IT基礎設施更為靈活的配置方式,以更低成本實現計算資源的動態調度。

工業云的功能特征基本繼承了云計算的通用功能。但對于工業領域的IT應用而言,不用應用場景的軟件服務對計算設施的要求不盡相同,大體可分為兩種:一是計算處理資源密集型應用,即軟件服務對CPU和GPU的計算處理能力有較高要求;二是存儲資源密集型應用,及軟件服務對數據存儲系統的容量和處理速度有較高要求。上述兩類應用決定了目前市場上常見的、按功能特征區分的兩種工業云。

一是以公共超算中心或企業私有計算中心為依托的計算型工業云,其上通常可提供計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助工程(CAE)等對數學建模、求解分析、三維圖像處理等處理能力有較高要求的軟件服務。計算型工業云的應用場景一般對應于工業領域的研發設計環節,特別是企業從事大型研發項目,有多個子系統研發工作同時推進,并都需要IT資源支持的時候,使用工業云可根據各項目團隊的動態進度和需求,靈活調度企業IT資源,實現研發資源的最大化配置。計算型工業云一旦在企業部署應用,就會自然從IT資源配置調度平臺,加速演變為產品研發不同工序間的協同合作平臺,繼而成為企業管理層統籌企業全局研發活動的集中管控平臺。如商飛公司已經部署的全球協同研發云平臺,已經成為能夠集中管理供應鏈上跨地域的合作伙伴的各類研發活動的調度中心,全部設計、測試數據在平臺上可實現高速交換和共享,促使在研產品的成熟周期大大縮短,綜合研發成本成倍降低。

二是以公有或私有數據中心為依托的存儲型工業云,其上通常可提供企業資源管理(ERP)、供應鏈管理(SCM)、客戶關系管理(CRM)、財務管理等對大規模結構化數據的訪問和處理性能有較高要求的軟件服務。存儲型工業云的用戶非常廣泛,特別是可提供軟件租用服務的工業云,能夠允許企業以低成本使用ERP、SCM、CRM等原本實施成本高昂的軟件服務,尤其受到中小企業用戶的歡迎。移動互聯網興起之后,特別是電子商務和網絡支付工具爆發式增長以來,大量中小企業主從移動端“觸網”,他們所接入的正是已經演變成為電子商務平臺的存儲型工業云。在云平臺的支持下,企業管理人員可以通過手機實現企業的人員管理、訂單管理、財務管理、物流管理等工作,并可以與交易合作伙伴在線結算。如創捷通公司在深圳運營的供應鏈管理云平臺,可以幫助智能手機投資人在線與全球范圍內的手機設計公司、零部件供應商、組裝代工廠等有關上下游企業建立業務合作,并提供電子結算、供應鏈金融、跨境報關/報稅等增值服務。

最近半年以來,隨著部分工業互聯網應用開始落地,相應出現了集成處理各類工業傳感器回傳數據的云平臺,就其目前的應用形態而言,應仍屬于存儲密集型工業云一類。

工業云是智能制造產業生態的制高點

較早完成工業化進程的西方發達國家,近年來的發展重點聚焦于軟件能力的提升。不僅是IBM、SAP等信息技術公司在積極發展通用軟件技術,波音、空客、GE等工業企業也在不斷利用軟件將工業知識和技術進行固化,提升軟件能力。如前所述,工業云平臺是工業企業集中固化、管理、迭代更新技術知識的理想軟件工具。從代碼行數看,洛克希德馬丁公司已經超過微軟成為世界最大的軟件公司,而GE推出Predix工業云平臺后,也宣稱出五年后要成為全世界最大的軟件公司。2016年1月的CES消費電子展上,全球最大的白電制造商惠而浦公司宣布將與IBM合作推出搭載人工智能系統“沃森”的家電產品(沃森的核心系統是運營在云端的大型人工智能知識系統),提出下一代家電將能夠和用戶交流并自主學習。西門子也于2015年底宣布將增加研發投入3億歐元搭建跨業務新數字化云端服務平臺Sinalytics,能對機器產生的大量數據進行整合、保密傳輸和分析,通過數據分析和反饋提升對燃氣輪機、風力發電機、列車、樓宇和醫療成像系統的監控和優化能力。可見,全球工業和信息技術領域的領先企業已在工業云領域加緊布局,搶占未來先進制造業軟件平臺和產業生態的制高點。

我國工業云發展初有成效

我國高度重視工業云發展,國務院關于促進云計算創新發展 培育信息產業新業態的意見把“大力發展企業經營管理、研發設計等在線應用服務,降低企業信息化門檻和創新成本,支持中小微企業發展和創業活動”作為主要任務明確提出,《中國制造2025》也把“實施工業云及工業大數據創新應用試點,建設一批高質量的工業云服務和工業大數據平臺,推動軟件與服務、設計與制造資源、關鍵技術與標準的開放共享”作為推進兩化深度融合,支撐智能制造發展的重要舉措。2013年以來,工業和信息化部確定了北京等16個省市作為工業云創新服務試點,探索創新信息化和工業轉型的新模式,在試點省市和相關單位的共同努力下,已經取得了一些初步的成效。中國工業軟件產業發展聯盟也聯合地方工信主管部門,在惠州仲愷高新區、青島8個工業園區、昆山模具產業集群三個重點產業園區,分別推動廣州中望、北京數碼大方、蘇州浩辰牽頭建設了工業領域國產CAD中小企業公共服務平臺,促進正版CAD軟件在中小企業的應用與發展,支撐企業研發水平的提高和區域自主創新能力的提升。

從已開展的服務業務類型來看,我國工業云已涵蓋上文提到的全部兩種功能類型。如國家超算中心所在的天津、濟南等地,以及地方投資建設有超算中心的上海、北京等城市,均已依托本地超算中心的計算資源優勢,以軟件計算租用服務和工程分析咨詢服務等方式,為裝備制造、航空航天、生物醫藥、石油勘探等重點領域的工業企業提供計算機輔助設計、輔助工程、輔助制造等云服務。江蘇、河南、寧夏、重慶、內蒙古、貴州等地則以電信運營商或信息技術企業為主體,搭建了面向服裝行業、食品行業、電子行業等領域大中小企業的供應鏈設計協同平臺和商務協同平臺,既降低了企業信息化的門檻,也為配套企業拓展了產品銷路,降低了龍頭骨干企業的采購成本。各地區工業云運營主體機構還舉辦了組織培訓、設計大賽等多種宣傳推廣活動,提高了社會各界,尤其是工業企業對工業云的認識水平,激發了企業應用工業云的積極性。如中國工業軟件產業發展聯盟和數碼大方聯合在北京舉辦的中國3D工業設計創新大賽,吸引了數萬人參加,在工業云應用推廣方面取得了較好的宣傳效果。

隨著工業云應用的逐步推開,云計算能夠培育產業新型業態的功能也在工業領域逐步顯現,不僅催生出工業軟件服務的新業態,還帶動工業企業創新形成了一批服務化轉型的新模式。

一是催生出工業大數據應用生態。工業云在企業的落地應用,為工業企業打通信息化建設中遺留的信息孤島提供了新手段。云平臺在數據集成方面具有天然優勢,推進建設和應用工業云平臺,就是推進企業統一數據標準和共享機制,雖有重重阻礙,但平臺一旦建立,即可極大加速工業企業數據的積累,一些面向行業應用的大型工業云平臺還能加速行業共性數據的積累,這為工業大數據的進一步發展和成套解決方案的成熟提供了重要的資源池和測試床。如三一重工、中聯重科、海爾等企業已經初步建成的工業互聯網云平臺,已經可以通過對產品實時工況監控數據的分析挖掘,優化產品的維護保養計劃并反哺新品研發。在這些工業云平臺上,產品制造商、維護服務商、產品最終用戶、平臺運營商等各取所需、合作共贏,形成了以數據和服務為核心的產業生態。隨著示范作用的發揮,平臺會吸引更多應用服務商和用戶加入其中,新的服務商從數據中能夠挖掘創造出更多價值,而用戶的加入使得數據規模成倍增長,平臺在不斷的自我成長過程中,成為工業大數據創新創業的重要孵化器。

二是帶動工業企業加快服務化轉型。工業云在工業企業成功落地應用后,數據在云平臺上的快速流動使得企業對市場、研發、生產等業務和資源的全局控制能力大大提升,企業決策和執行變得更加準確和敏捷,市場地位存在既有優勢的企業甚至可以借助工業云,增強對社會化資源的掌控和影響力,催生出更多有趣的商業模式。如海爾通過出售帶有智能APP交互功能的烤箱產品(后臺是云平臺支撐),在原有的商品售賣盈利模式之外,開拓出烘焙社交、烘焙菜譜和食材電商等新商業模式。青島紅領利用云平臺打通零售端、工廠和供應鏈,發展出平民百姓可定制服裝的新模式,使得服裝定制不再是少數高端人群獨享。三一重工自身實現了工業互聯網應用后成立了子公司三一智能,向其他制造企業提供工業互聯網集成和咨詢服務,從制造業拓展業務進入信息服務業領域。設計軟件企業數碼大方則與數控家具生產設備廠商銘龍科技合作推出可在手機上定制板式家具的移動APP“智慧工匠”,后臺利用云平臺接受訂單并生成可執行的加工文件后傳送至專用自動化生產設備加工,由此實現用戶定制化需求和家具工廠的對接,兩家分別來自軟件和裝備制造領域的企業,合作拓展出撮合提供定制家具的新服務模式,將來還可能踏入更多行業。

我國發展工業云亟須突破三大瓶頸

一是需求側,工業企業對工業云的理解和認識水平還是相對不足。前期信息化基礎較好的企業,目前多數也尚未全盤謀劃形成適合云端集成的業務流程,部門、企業、行業之間的數據壁壘普遍存在。如某集團裝備集中管控云平臺建設初期,曾遇到不同部門業務流程、平臺架構、數據格式不統一,無法集成的問題,項目被迫暫停,集團統一制定并強力推行數據標準一年后才又重新啟動云平臺項目。前期信息化基礎相對薄弱的企業,則一直以來對于信息技術的認識和應用水平瓶頸未能突破,對待工業云這一新鮮事物的關注度不高,特別是在當前制造業整體發展形勢壓力較大的情況下,企業對工業云等信息化領域的新進展無心跟進。

二是供給側,目前的工業云平臺還是以軟件企業或者電信運營商為運營主體,商業模式還是延續傳統思路,以有償提供工業軟件和計算服務為主,所提供服務也以通用功能為多,具體產品和服務的開發與工業過程聯系不密切,不能滿足不同行業對工業云的差異化需求,對工業企業的吸引力不足,服務和商業模式需要進一步創新。同時技術服務能力也有待提升,工業云系統在可用性、穩定性、安全性方面要求較高,我國自主產品還不能覆蓋全部需求。如在仿真分析、高精度現場數據采集和實時處理等環節,關鍵技術產品還依賴進口,國外產品標準主導我國事實標準。部分工業企業自建的研發隊伍尚處于起步階段,對軟件及其平臺技術產品的開發經驗和投入較少,定制化服務能力更顯不足。

三是發展環境仍有優化提升的空間。我國在保護企業數字資產安全方面存在立法空白,企業對信息服務市場的誠信程度顧慮重重,擔心敏感數據泄露,有關部門針對保護數據安全的立法建設亟待加強。另外,工業云發揮數據集成和流動促進的作用需要統一標準體系的支撐,包括各軟件之間標準化的系統數據接口,以及圍繞產業鏈建立跨行業的數據標準結構,我國目前行業間普遍存在的數據壁壘亟待破除,有關標準體系建設亟待完善。

促進工業云發展的著力點

一是加快研究部署工業云發展的頂層設計。按照標準先行、技術突破和市場拓展的思路,首先開展技術標準體系和數據標準體系建設,抓住在中國市場制定競爭新規則的機會;其次聚焦重點行業領域工業云發展,打破西方主導格局,形成中國自主的核心工業信息技術體系;最后瞄準我國用戶的需求與本土環境特點,打造具有中國特色的工業云服務,實現規模化市場應用。

二是利用財稅政策加大應用示范力度,繼續深化各地工業云平臺的試點工作,設立工業云發展專項資金,推動軟件企業和工業企業協同發展,支持大型信息技術企業或制造企業牽頭開展面向重點行業、重點區域的工業云平臺建設與應用示范。結合兩化融合管理體系貫標推動工業云應用推廣,要求貫標企業在研發設計信息系統建設過程中強調協同和共享,在生產過程自動化系統建設過程中突出傳感數據集成和工藝知識集成,在管理信息系統建設過程中重視企業內部和外部的數據反饋和數據驅動。

三是優化完善環境,支持引導軟件企業、互聯網企業和工業企業聯合制定工業云服務標準體系,解決不同工業軟件之間的集成適配問題,在航空、電力、化工等重點行業領域,開展工業云應用規范和數據統一結構標準的驗證和推廣。加快提升安全保障能力,支持建立第三方信息安全評估與監測機制,加強重點領域工業云的信息安全檢查、監管和測評,明確主體責任,規范工業云服務商與用戶的責權利關系。

四是加強人才隊伍建設,鼓勵高校、科研院所與工業云服務企業聯合培養云計算相關人才,完善激勵機制,引進培育一批工業云領軍人才和技術帶頭人。支持工業云服務企業、工業企業和教育機構共建實訓基地,聯合開展工業云應用人才培訓。
 
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