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中航工业信息技术中心原首席顾问宁振波:工业互联网平台助力制造业数字化转型

资讯 来源:中国科技网 2021年05月11日 2241次浏览 扫描二维码
2020年6月30日下午,习近平主持召开中央全面深化改革委员会第十四次会议并发表重要讲话。会议审议通过了《关于深化新一代信息技术与制造业融合发展的指导意见》等文件。会议强调,加快推进新一代信息技术和制造业融合发展,要顺应新一轮科技革命和产业变革趋势,以供给侧结构性改革为主线,以智能制造为主攻方向,加快工业互联网创新发展,加快制造业生产方式和企业形态根本性变革,夯实融合发展的基础支撑,健全法律法规,提升制造业数字化、网络化、智能化发展水平。这为我们新时期推动制造业数字化转型提供了方向和指引。
制造业数字化转型发展中,工业互联网正在发挥着愈发重要的作用,促进互联网与实体经济融合,加快培育新动能、把握新机遇、开辟新局面。工业互联网作为新一代信息通信技术与工业经济深度融合的产物,集关键基础设施、全新产业生态和新型应用模式于一身,是互联网从消费领域向生产领域拓展变革的重要体现,是实现创新驱动、助推制造业转型升级的重要力量。
数字化(Digitalization)也叫做数码化。2013年,日本软银总裁孙正义在一次论坛上提出“所有社会组织体,包括政府、大学、军队、研究院所、各类企业以及非政府组织,要么数码化,要么灭亡”、当时,绝大多数人对此不理解,但是现在看绝非危言耸听。2019年4月,德国汉诺威工业展现场,有一个巨大的展台,上方的口号触目惊心:“DIGITAL  or  DEAD”,翻译成中文就是“或者数字化或者死亡”,从中可以看出产业对“数字化”认识的逐步统一和提升。
实际上,数字经济,数字中国等词汇不是严格意义上的舶来品,1990年,时任福州大学教务长的王钦敏就给政府提出“数字福州”“数字福建”的提案并持续不断的努力推进。因此,“数字中国”“数字经济”等概念可以说是中国人提出来的,我们有理由坚定 “理论自信”。
2020年,疫情期间,中央提出的“新基建”的七项内容,工业互联网是其重要内容。一方面工业互联网技术迭代升级速度较快,需要持续性投资,具有传统基建的投资带动作用。另一方面,通过为工业和制造业提供数字转型、智能升级、融合创新等服务,工业互联网为数字经济发展创造了丰富的工业应用场景,以此撬动庞大的消费市场,带动效应显著,是实现基建投资整体结构优化的重要手段之一。
发展工业互联网,要坚持“工业是主体、平台是核心、网络是基础、安全是保障”。我们需要紧密围绕工业这个主体,发展平台这个工业互联网生态的关键。经过近年来的发展,我国工业互联网已经逐步形成了“平台+”生态体系,2019年、2020年连续两年,跨行业跨领域工业互联网平台培育、试点示范遴选,以及各类工业互联网大赛和评比等活动亮点频出,推动了全国各地方政府、央企、国企、民企、外企的积极响应,申请参加评审的企业数量越来越多,获得了各方高度认可。特色型行业和区域性平台快速发展,专业型平台不断涌现。成为推动经济高质量发展的新引擎。据有关报道,2020年我国工业互联网产业经济增加值规模约为3.1万亿元。
从发展历史看,制造业的传统产品描述和定义方式是蓝图,自古至今,语言、符号、文字和图形是人们进行交流的主要方式。基于画法几何和投影几何发明而出现的蓝图制图标准,为历次工业革命打下了基础。随着计算机的发明和大规模工业软件的应用,可以用数字化方法来描述和定义三维实体模型。从此,三维CAD系统经历了从三维线框、到三维曲面、再到三维实体的逐步递进,这是一个数学方法和工程拟合的漫长过程,在飞机和汽车工业得到了蓬勃发展。例如, 90年代波音777飞机实现的飞机全部零件三维数字定义、三维数字化预装配。这个时候国际互联网刚刚出现,就投入了工业应用,由于飞机复杂度极高,300万个结构件,1500万的标准件,研制用了八台大型计算机,3200套三维设计工作站,两万台个人电脑协同设计研制,其中大型计算机和工作站都用最早的局域网-以太网细缆连了网,个人电脑仍然靠软盘传递数据。当然,形成的设计数据也靠软盘传递到车间完成工艺设计和数控加工。这就是互联网在工业的大规模应用开始。
从技术基础看,2005年波音787客机研制过程中,世界上第一个全面采用了产品全数字化定义既MBD(Model Based Definition-MBD)技术,将三维产品制造信息与三维设计信息共同定义到产品的三维模型中,摒弃二维图样,将MBD模型作为制造的唯一依据。从这个时刻开始,工业互联网的两个基础条件就都具备了:第一,MBD技术把产品设计、工艺设计、数控加工、装配过程、试验过程的需要的所有数据都在模型上全部表达了,一个MBD模型就可以全面应用于产品研制制造的全过程。第二,随着集成电路的微型小型化,专业单片计算机性能越来越强大,大规模进入了设备,使设备的数字化、智能化程度越来越高,也促进了工业现场总线的不断完善,欧洲、美国、日本出现了三大类40多种比较成熟的现场总线,工厂和车间生产现场的生产设备、试验测试设备、计量器具的链接就有条件了。有了以上基础,通用电气(GE)2012年秋季提出了工业互联网(Industrial Internet),实际内涵是关于工业设备与信息技术融合的概念,目标是通过高性能设备、低成本传感器、互联网、大数据收集及分析技术等的组合,大幅提高现有工业企业的效率并创造新产业。
下一步,为打造数字中国,实现整个社会的数字化转型,最重要的就是先一步实现工业的数字化转型。工业的数字化转型就是按照中央“以智能制造为主攻方向,加快工业互联网创新发展”的指示路径,加快产业数字化和数字产业化。要实现智能制造,第一步就是连接,包括连接人、机、物、软等。连人是国际互联网、传统方法是个人电脑、智能手机、移动终端等等,未来是脑机互联;联机就是工业互联网,连接各类和生产环节紧密相关的设备等生产要素;联物就是物联网;软件连接关键是定义数据接口标准,实现单一产品中数据共享共用。
当各类传感器实时采集的设备运行数据、产品加工过程数据通过现场总线和通信协议传递到工业互联网平台上之后,我们可以建立设备运行状态模型、在制品的产品过程模型,通过分析、计算采集的工业大数据生成的各类数字化的模型,解决生产中的大量问题。例如,通过设备运行状态模型可以和设备理想状态模型比对分析,可以发现设备运行问题;通过在制品的产品过程模型可以和设计过程生成的理论模型比对,可以找出生产过程中的缺陷和问题,进而优化设计过程、工艺过程、生产组织和生产制造过程,提高产品质量和企业效益。
因此,要实现中国制造业的数字化转型升级,首先要做的就是“连接”,而链接的核心是工业互联网平台;第二步就是连续,就是产品研发的数字化,知识产权保护是核心;第三步就是分析比对,生产现场采集的数字模型和理论上的数字模型比对;第四步就是优化,根据比对结果,优化生产流程和设计方法。以上四个环节,持续迭代,不断优化循环;以此提升中国制造业企业的“创新驱动”“提质增效”能力,通过几十年的努力,中国的制造业数字化转型一定能够走到世界前列,为制造强国和网络强国建设提供有力支撑。

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