关于工业未来的三个疑问

每年4月份左右,是德国初春的季节,也是一年当中气候最变化无常的季节:常常早晨是艳阳高照,但是一分钟以后就会下雨,所以没有哪个旅行社会建议这个时候去德国旅行。但每年的这个时候,在德国北部小城汉诺威,却常常用几倍的价格也订不到酒店——始于1947年的汉诺威国际工业博览会(HANNOVER MESSE)每年定期在这里召开,让这个小城在原本萧索的季节里,显得格外繁华。

同其他工业博览会不同,近年的汉诺威国际工业博览会除了会涉及工业自动化、动力传动、机械工程等传统工业相关的AT(Automation Technology)外,越来越多传统的IT厂商也会参与其中,展示IT技术在工业领域的最新应用,这使得其逐渐成为整个工业领域颇为关注的一个带有前瞻性应用的展会。因此越来越多行业内的人,希望从中找到解答自己疑问的答案。

IT系统将如何影响未来的工业?

IT系统最初影响工业企业,都是以软件的形式,通过将行业最佳实践、知识和方法固化程序当中,用系统程序的方式,优化原有人工不能解决或者能解决但效率偏低的问题,帮助工业企业实现某一个节点或者某一类业务的信息化。随着IT技术自身的进步,以及在其他领域取得的成绩(例如工业软件领域最常提到的租车行业的uber、酒店行业的Airbnb等),人们发现实际上IT技术拥有了更大的能力,于是人们开始意识到:或许可以利用新兴的IT技术对工业做一次前所未有对改变,而且这次改变的目标,不再满足于增加创新、提高效率、降低成本和控制品质等传统的工业发展核心指标的改善和优化,而是希望从根本上对工业企业的业务模式、商业逻辑和整个产业链结构的一次彻底调整。这就是所谓工业的数字化改造。

借鉴互联网行业的经验,工业领域企业共同勾画的蓝图中:工业企业数字化改造所定义的IT系统必须能数字化定义企业的所有业务,而且所有简单、重复的工作都将被IT技术取代,不同来源的数据都将能够被有效收集、管理、顺畅地流动和有效的利用。

这就使得未来工业企业的IT系统必须具备几个核心的特征:不再存在信息孤岛,企业的功能性需求通过一种结构完全整合、功能充分完整的软件功能池实现。同时,未来的IT系统还需要满足:能够收集各种来源的数据、在各种现实环境中都能提供保证数据流动的网络环境,以及能够充分对数据进行分析的技术,并能够保证整个系统弹性、灵活运行的IT基础架构——这也是为什么最近在整个工业领域,边缘计算、5G、AI和云计算被讨论得越来越多的原因。

于是,工业物联网和工业云,成为包括工业领域用户和IT系统提供商共同认可的未来工业领域IT应用解决方案。

2015年前后,市场上出现了包括来自“厂派”的西门子的MindSphere,GE面向工业数据和分析的云平台Predix,ABB推出ABB Ability,施耐德电气推出的EcoStruxure平台,以及国内海尔的COSMOPlat平台等,还有来自“云派”的公有云和传统软件系统提供商推出的各种工业云平台、以及参与本年汉诺威展的各种“IOT”产品。

用发展的眼光看,所有的公有云平台和工业物联网解决方案,实际上都是在从某一个领域开始,逐句去满足未来工业企业对于IT系统的要求。但是单纯从系统架构逻辑的角度看,工业物联网作为一个目标,实际上强调的是将包括智能化设备(如传感器、PLC等)、芯片、网络数据连接/传输、云计算平台,甚至针对各种细分应用场景所做的各种智能化应用等所有与数据产生、收集、管理、应用相关的组建,都涵盖其中,从而符合工业企业对未来IT的需求;而其中被讨论最多的“工业云”则是实现工业物联网、将所有传统信息化软件、新兴的边缘计算、AI、工业5G等串联在一起,真正实现工业IT系统整合的关键。换句话说,在这一逻辑下:工业云本身最大的价值不在于以产品的形式实现商业价值,而在于其应该成为将新兴IT技术带入工业应用的导入机制——工业云为工具,工业物联网为目标。

“MindSphere不是一个平台,MindSphere是一个操作系统。我们在工业行业内提供的是一种操作层,它将标准平台应用于工业方面,可以在标准平台上创造价值,它更接近工业IT技术。这就是MindSphere。”Ralf-Michael Franke,西门子数字化工业集团工厂自动化部首席执行官,在汉诺威展会期间接受记者采访时这样定义西门子的工业云产品,很显然这更接近工业云对于工业企业未来IT系统架构的逻辑定义。

两年前2016年汉诺威工业博览会上正式发布的MindSphere,到了2017年汉诺威工业展期间,开始横向联合建立“物联网生态”,拓展生态合作伙伴。而今年,西门子则开始强调其包括人工智能和边缘计算等应用,对于工业云、以及对于整个工业物联网架构对作用。“IT架构将变得更扁平,它将更靠近实际生产的地方……如果你从一开始就这样做,你就有了一个可扩展的系统:你可以在云上做数据的分析,同时,你也可以在车间的机器上进行数据分析。这能够使得你不必传播数据,不必把数据放到网上——当然,如果你需要将数据放上网,你可以通过MindSphere进行——你可以在MindSphere上运行应用程序,也可以在车间层运行应用程序。”何睿祺(Klaus Helmrich),西门子股份公司管理委员会成员兼数字化工业集团首席执行官,在汉诺威期间举办的新闻发布会上谈到边缘计算对于工业企业的价值时,如是说。

而对于发展中的工业云和工业物联网,西门子数字化工业集团首席运营官Jan Mrosik认为,未来业界需要将更多的关注投入到基于工业云平台的应用,而不是开发更多的工业云平台:“今天,全球有大约600个物联网平台。在未来,可能会有2个或是4个能够生存。因为人们越来越了解,让数以百计的工程师忙于建造第601个平台的价值是相对有限的。但在一个真正需要专业知识、人工智能和大数据分析能力的领域,专注于应用程序并做出改变,就会有所不同。”

AT和IT在工业企业的未来该如何平衡?

从发展的角度看,工业物联网完成了对工业企业传统IT和新兴IT技术的整合,实现了数据价值的最大化。但是,仅有IT就够了吗?曾经有人提出这样的疑问:对于工业企业来讲,最核心的竞争力是产品;最关键的业务环节是生产。那么,如果从工业企业未来稳健发展的角度判断,未来企业传统的AT技术和新兴的IT能力之间,如何平衡,才能真正发挥两者价值的最大化,帮助企业既保持工业企业注重产品和过程的基因,又能够实现数字化转型的灵活多变?

“数字化双胞胎”(Digital Twin)这种概念的提出,实际上就是为了解答这问题——笔者也没有办法考证是谁第一个提出这个说法,只是当2015年第一次听到这一概念,立刻觉得整个工业领域未来的发展逻辑立刻豁然开朗了。

按照Digital Twin的逻辑:我们周围存在两个世界,一个是由软件、系统和IT架构等构成的数字虚拟世界,另一个是由机器、自动化设备构成的现实物理世界,Digital Twin就是连接数字虚拟世界和现实物理世界的途径和方法——通过虚拟世界产生的数据和信息,驱动现实世界的设备,再通过来自现实物理世界采集到的数据和信息,反馈和优化虚拟世界,从而不仅实现数据的畅通交换和互相影响,而且也实现了IT系统和传统自动化系统之间的密切关联逻辑。

从这个角度看,那么所有的IT系统和技术,都是为数据的产生、收集、管理和分析提供工具,为其流动提供管道;而所有的自动化设备,则是为了展现数据现实价值,而存在于物理世界里的执行工具——其中包括传统的加工设备、自动化技术等,甚至还包括机器人、三维打印等。数字双胞胎的逻辑,实际上在于其明确了数据在整个工业企业当中的价值,同时,又用了一个最简单的方式,将工业领域传统的AI和新引进IT进行了最广泛的关联。

那么对于工业企业来讲,在现实的数字化改造过程中,如何平衡两者之间的关系呢?换句话说,两者在工业企业本轮业务升级过程中,到底该谁占主导?

“自动化平台将如何发展?它们是我们在整个生产过程、生产序列中都需要的关键技术……我从没见过任何软件是没有硬件支持和提供功能的。那种软件是不存在的。因此,硬件是一个先决条件,支持我们使用软件进行协作。”何睿祺在讨论包括AI、区块链、5G和边缘计算前,首先明确了工业自动化平台在整个西门子Digital Twin框架下的地位。

自从2007年收购了UGS,成为目前市场上最大的自动化技术和工业软件提供商,实际上西门子对于Digital Twin的解读具有某种权威的意味。

在随后记者采访Ralf-Michael Franke的过程中,当问到相关问题,Ralf-Michael Franke在接受采访时,强调西门子的Digital Twin包含了自动化、软件和物联网(也就是MindSphere)三个构成部分,但是在将虚拟世界现实世界连接在一起的过程中,将始终坚持坚守创新和自动化基因:“在数字化工业领域,自动化扮演着更重要的角色,在未来十年,生产率仍将由车间决定。因此,你必须对车间的整个过程有非常深入的了解,才能对数据进行分析。如果你不懂车间的整个过程,你也看不懂数据是什么意思。”

Ralf-Michael Franke进一步解释说:“我们是从自动化走向信息技术,这是我们在未来几年将会看到的一个趋势。西门子对于过程工业的能力和熟悉程度,是在过去61年里在Simatic业务中学到的知识,在未来几年里,我们将在这个坚实的立足点上建立我们的业务:我们非常清楚工厂的情况、机器的情况、自动化过程中怎样提高质量和正常运行时间……这是信息技术公司没有的能力。我们已做好充分准备,在自动化的基础和坚实立足点上为客户提供这些新服务。”他最后强调:我们必须做得更多,因为在未来的工厂里,信息技术肯定会发挥更重要的作用。

或许我们可以认为西门子对于Digital Twin的解读,源自其自动化设备和系统提供商的“原始出身”,因此观点值得商榷,但是从一个现实工业企业的角度看,西门子的观点和认识,在很大程度上,也是最符合循序渐进的发展策略:以AT为基础,逐步通过IT与AT的结合,用IT去激发两者融合的潜能。

工业企业数据化转型的价值如何体现?

数字化转型的价值体现当然是效益,而衡量效益的最佳方法,是具体的业务场景——采用数字化手段,通过在虚拟世界当中采用先进的IT技术、在现实世界当中采用更智能的AT产品,则能够为解决具体业务场景的具体问题,打开一个全新的视角。

笔者在参加2019汉诺威国际工业博览会之前,在慕尼黑参观了安联球场(Allianz Arena),一座据称是以精巧的结构和壮丽的外观成为”慕尼黑以至于德国荣耀“的标志性建筑。而在这个可以75000人的拜仁慕尼黑足球俱乐部主场的球场,就存在非常多利用数字化技术解决现实球场运营需求的场景。

例如,作为球场最受瞩目的关键设施,草皮的养护就是球场的“核心业务”。因此安联球场基于云平台建立了自己的绿地管理App(Greenkeeper App),其可以通过每分钟由数据收集器收到的场地现场各类数据——包括光照、温度、湿度、草坪土壤含盐量、风力和草坪草叶叶绿素含量等,以及即时的天气数据和预报数据,将其传送到云平台,经过计算评估,转化为实操建议,如“多浇水”、“增加草坪光照强度或延长光照时间”、“开启或关闭草坪加热”等。

另外一个应用场景是风机叶片全自动巡检服务。有数据显示:2017年全球新增风电设备装机52GW,累计装机达到539.581GW,而为了保证众多风电项目的正常运行,以往的风电运维都需要人工完成,尤其是对放电设备叶片的检测,都需要人工攀爬来进行现场检测。2016年底成的一家创新型公司,通过采用“全自动特种飞行机器人+数字化数据管理平台”的方式,利用人工智能、计算机视觉、云计算和数据可视化等新兴IT技术,为风电设备的叶片巡检,打开了一个新的业务模式:既可以消除现场人员个性化差异,极大减低巡检的人力成本、时间成本,同时基于后续的数据管理平台的巡检计划管理、巡检数据上传、缺陷标注分析归档等功能,又为风电企业的叶片运维管理提供了充分的数据资料,提升风场运营效率,降低叶片运维成本,提升资产收益率同时降低资本风险 。

“自创立初到现在,短短两年时间,我们已服务 15 家大型客户,27 个风场和 15 种不同类型风车。 ”严治庆,这家企业的创始人兼首席执行官在汉诺威展会接受记者采访时如是说。

两个案例的共同点,都是通过采用IT技术,将原本的业务完全以数字化的方式进行定义;同时又将其与现实世界的具体操作相关联,从而实现了某种程度上的业务重构——这实际上与工业企业利用“工业物联网”全面数字化定义业务,并通过Digital Twin实现虚拟与现实的关联,有异曲同工的妙处。

写在最后

人类面对未来,总是有太多疑问。关于工业企业的未来,我们在解决问题的过程中,也还是会不断面对各种各样的问题。然而这并总是坏事:有问题就有寻找答案的动力,有疑问就有破解疑问的方法。只要方向是对的,标准是被广泛接受的,接下来,我们能做的就只有坚持。