Original
2016-05-09
冯维
知识自动化
工业集成，成为2016年汉诺威的主调。两大官方主题皆为此而来，一个是“集成工业-发现之旅”（Integrated Industry – Discover solutions），一个是“集成能源-未来能源系统”（Integrated Energy-The Energy system of the future）。在工业和能源领域，数字化进程使得各种机构和各种技术加速融合与集成。集成什么？融合何在？在现场，笔者跟踪了八大集成趋势。本文为下篇。认知技术的触角已经伸向工业界，智能决策崭露头角。
美国是本次汉诺威博览会的主宾国，破天荒地许多美国公司纷纷跑到德国场地，秀出自己的“武器库”。在这其中，运用大数据和认知技术来帮助工业企业作出决策，便是一枚“重磅炸弹”。微软公司展台，一台巨大的飞机发动机赫然入目。喧宾夺主的硬装备！难道微软开始造发动机了吗？ 图1 微软公司展台上的飞机发动机软件试图定义硬件！这台大家伙是业内鼎鼎有名的罗-罗航空发动机Trent XWB，用于空中客车的A350 XWB系列大飞机。为了能够基于大数据进行智能决策，罗-罗在每台这样的发送机上都安装了传感器，并实时将数据传到微软公司的软件平台，用于进一步的数据分析。 图2 微软为罗-罗发动机打造的决策平台现场工作人员告诉笔者：这个软件平台能随时掌握每台飞机的多方面数据，并且凭借大数据和认知技术，可以得出许多非常有价值的重要信息。 图3 微软平台智能分析
马航飞机的意外失踪，时间会证明，这对于发动机的数据采集与分析，是一个分水岭事件。发动机的数据，从此与所有人都有关。
说到认知技术，当然不能忽略了IBM公司。只是这一次博览会上，IBM不再耍酷了，而是越来越走亲民形象了，诠释其认知技术的最新进展，包括“Watson”产品的多种应用。
是啊，沃森真的要变成全能的达芬奇了。这次它要写毛笔字。 图4 IBM的认知技术用于写毛笔字这台写书法的机器人是由IBM和富士康联合研制的。据现场观察，它写的毛笔字还不错，至少比笔者的要好一些（哎呀，下次碰到机器人，心怯的地方越来越多了）。
根据工作人员介绍，这一实例主要强调认知技术在翻译领域的应用：当用户说一句英语（例如“I wish you would get rich”），机器人就会自动将它翻译成中文（例如，翻译成“恭喜发财”）。然后它会在系统字库中找出“恭喜发财”这几个汉字及其字体，再通过机器人技术将毛笔字写出。
当然，这还只是娱乐一下。
但IBM决议离工业走的更近，跟听上去就有点笨重的大机器也裹在一起了。是的，沃森开始玩机床啦。 图5 IBM认知技术面向金属加工在名为“工业认知物联网解决方案”上，IBM为一家铣削加工厂提供的认知技术服务，吸引了观众的目光（如图6） 图6 IBM认知技术帮助客户优化铣削加工过程在铣削过程中，有很多变量（如加工角度、速度等）显著影响最终的加工效果。在这种多变量的环境中找到最优的参数组合，并非易事。传统公司往往基于历史经验来制定加工策略，而IBM的认知过程则可以模仿人的思维和学习过程，通过先进的学习算法，在短期内大幅优化参数的组合，从而明显改善加工效果。计算机认知技术的应用实例，正在逐步影响实业界的运营模式和产品开发。例如，一些公司在机械加工方面通过好几十年积累的经验，可能会在短期内就被计算机程序赶上和超越。又比如，计算机在语言翻译方面的功能也变得日益强大。在长远的未来，是否可能提供一款产品，在人机交互方面能同时满足上百种语言的用户需要，或是在不同语言之间灵活切换？考虑到谷歌已经可以翻译500种语言，我们只能有些惊心地说：机器有能力，一切皆可能。
Festo公司是德国一家的工业控制与自动化企业，早期以气动元器件而闻名。而现在，它致力于用先进的产品技术来提高客户的生产力，并且在柔性、仿生等方面有独到的研究。Festo也是工业4.0理论和实践的领导者和推动者之一。在本届博览会上，它展出了“空中抓取技术”、“磁悬浮搬运”等多项尖端科技。 图7 汉诺威博览会上的Festo展区在物流自动化领域，Festo公司介绍了一款全新产品概念“多托盘系统”（MCS, Multi-Carrier-System）。用它打造的自动化装配线，具有极其强大的功能：传送带上每一个托盘都可以自主决定运动轨迹，且可以自行与中央控制系统通讯。这项技术可以带来最大限度的生产柔性，从物流角度贯彻生产的定制化。此外，多托盘系统很容易和传统的传送带相结合，且便于灵活改装。它的优点还包括：托盘移动速度很快、软件编程容易上手、托盘可以在狭小空间内作三维移动、等等。有专家曾指出：物流自动化的规划是智能工厂设计的一大难点。多托盘系统作为一项模块化、易拓展的先进柔性技术，有望在这方面带来突破性的进展。 图8 Festo的“多托盘系统”装配线演示这样一款产品，并不能够独立开发研究。实际上，这是Festo和西门子合作的结晶。多托盘系统本身就是多种先进技术结合的产物。如图9所示，Festo和西门子至少各贡献了三方面的关键技术： 图9 “多托盘系统”的关键技术这款高精尖产品是Festo与西门子双剑合璧的成果。在本次汉诺威博览会上，类似的强强联合例子还有很多，如德国Fraunhofer研究所和华为公司联合研发的农业机械大数据技术，以及印度Infosys软件公司与德国SAP公司合作开发的制造业数据建模系统。无论合作的具体方式是什么，知名企业之间寻求技术集成，已然是一种趋势。如果大企业都需要相互抱团，那么小企业如何寻找生存的空间？
在本次博览会上，美国馆的“Digital Factory U.S.A”展区吸引了许多与会者的目光。除了GE等知名大公司外，许多小公司的产品，也让人觉得饶有兴味。 图10 美国馆标志“选择美国”一家名为Eagle Technology的公司，专注于数字化工厂的“智能管理”系统。它可以将工厂各种软件系统（如制造执行系统MES、 供应链管理系统SCM、企业资源计划软件ERP）中的数据集成起来，通过自动分析和处理生成“Work Order”(可供管理者直接执行的决策)并显示在电脑屏幕上或是手机APP中，从而让企业管理变得更加透明化和便捷。这家公司的客户包括工业领域的多家世界500强大企业。 图11 集成的智能管理系统另一家名为TATSOFT的公司，则用模块化软件技术来实现工厂运行的可视化和数据分析。它开发的“Factory Studio”系统，通过处理传感器收集来的数据，可以将管理者感兴趣的对象（例如：工厂中所有的关键设备）虚拟显示在同一个界面里，并且可以实时从每个对象里面获取想要的数据和分析报告。人机交互界面（HMI）的建立非常简单：软件商为各种常见的对象（如机床、车辆、管道、发电机）都准备了相应的可视化模板，用户只需简单地将这些模板拖到界面中即可建立初步的系统模型。凭借其易用性、可视化优势和后台数据分析能力，TATSOFT也在世界各地赢得了许多客户，包括工业4.0领域知名的大公司。 图12 Factory Studio的界面实例在大企业尚且纷纷抱团之际，这些小企业是如何实现夹缝中生存，并且还从大客户那里“淘到一桶金”的？
我们观察到这类小企业有一些共同点： 图13 小公司的生存策略一方面，它们的产品和各大公司的标准相兼容。如一家公司宣传的：它的数字化产品与所有主流的通讯标准、软件标准都能很好地对接。另一方面，许多小公司有很强的客户定制能力。现场的许多公司表示，如今的客户需求呈现出越来越多样化的趋势，所以对其进行定制化服务也越来越有挑战。许多时候，大公司会选择专攻通用性的平台，而把定制化的工作外包给小公司。这样一来，两者相得益彰，都获得了自己的“比较优势”。在大企业的主流平台中，存在大量小型企业生存的空间与集成的空间，与生态圈相容。德国和美国的机构在共同制定新一代的工业标准，微软公司等IT巨头正强势介入。印度等国的公司也在密切跟进。
在新一波工业革命浪潮中，有两大组织持续吸引着产业界的目光：一是德国的“工业4.0平台”，二是美国为主导的“工业互联网联盟”。图14 工业4.0平台与工业互联网联盟在引领工业革命的过程中，两大组织都深刻意识到标准制定的重要性，因此先后推出了其顶层架构设计标准：工业4.0的架构称为RAMI 4.0 (Reference Architecture Model for Industrie 4.0)，工业互联网的架构被称为 IIRA (Industrial Internet Reference Architecture)。本次汉诺威博览会上，在德美合作的大背景下，两大组织就RAMI 4.0和IIRA的关系展开热烈的讨论，谋求合作共赢。名为“工业4.0与工业互联网”的专题论坛贯穿了汉诺威博览会的全过程（如图15）。 图15 本次博览会的专题论坛
“工业4.0与工业互联网”
通过讨论，两大组织达成三大共识：共识一：工业4.0和工业互联网的重点领域具有互补关系。图16 工业4.0和工业互联网的重点领域（来源：博览会官方宣传资料）可以看到工业互联网涉及的领域更加广泛，覆盖能源、医疗、公共服务等，而工业4.0则是在制造业这一个领域深挖。
两大组织并不想完全走在一起，他们一点都不迟疑地对外宣称，二者的架构不可能彻底合并。但是，二者具有很好的互补性。目前它们正不断深入研究，以期达成更大的共识。共识二：有必要建立两大架构标准之间的对应关系，增强其互通性（Interoperability）两大组织宣称：互通性意味着工业互联网和工业4.0要共同影响全世界的标准。它们要采取的行动包括：1）促进标准制定机构之间的合作，清楚地定义需求；2）保持技术交流，鉴别两大架构体系的相同点和不同点，建立对应关系；3）促进不同应用领域之间的互通性。工业4.0和工业互联网组织要加强基础设施方面的交流和共享，包括测试床（Test Bed）等设施，以促进共同研发和创新。 图17 工业4.0与工业互联网的三大共识两大组织不仅仅是有口头的共识而已。事实上，德美两国的公司已经在“标准”问题上行动起来了。例如在本次博览会上，SAP公司和微软公司共同宣布其云服务产品支持”OPC-UA”标准，也就是机器与机器之间的通讯标准。目前应用极其广泛（前文所述的MICA工业计算机、Festo“多托盘系统”等产品都支持它）。
而“云”作为一种热门的网络技术，则是工业互联网的核心之一。所以OPC-UA和“云”的结合，被视作在工业4.0和工业互联网之间搭起了一座桥梁，也在硬件和软件之间搭起了一座桥梁。
如果说OPC-UA通讯和云服务都是既有的标准，那么通过此次SAP和微软的动向，我们可以看到一种新的集成标准：“OPC-UA + 云”。今后想要实现硬件联网化的公司，可能都不得不按此集成模式来做：所有硬件的数据直接传到云端，在“云里雾里”通过微软的大数据平台或是SAP的ERP/MES系统来作出决策，然后再将指令直接发给各个硬件（包括传感器、控制器、机器设备等）。
如果这个集成模式非常成功、成为行业标杆的话，那么不符合此模式的公司都可能会被边缘化。因此这是一个非常值得关注的趋势。 图18 自动化公司用微软Azure云平台实现工业物联网除了德国和美国之外，印度的公司也凭借其在软件技术方面的积累，开始在标准制定方面跃跃欲试。例如Infosys公司（印度顶级软件公司）在此次“工业4.0和工业互联网”论坛上作专题报告，分析应如何增加RAMI 4.0和IIRA两大架构的互通性。这家公司还和SAP合作，帮助能源行业的大型客户建立三维数据建模的流程，从而在树立这一领域的标准。应该说，印度公司涉足的这些标准都是相当关键、影响深远的。放眼中国企业，本次在汉诺威展出的产品并不少，也有很多在本行业内市场占有率领先。但是在标准制定和技术趋势引领方面，中国似乎并没有发出太多声音。 图19 日本代表团在学习微软的云平台技术得标准者得天下。在这一方面，德、美等国的企业开始组团了，这一点，留给中国制造的时间已经越来越少了。产品兼容性集成、材料/能量/信息的集成、增材制造与软件技术的集成、虚实结合、以及认知技术与工业的集成。知名企业之间的技术集成、小企业与大企业的生态集成、以及国际范围内的标准集成。从技术本身来说，本届博览会似乎并未推出多少单独的晃花了眼的技术，而更多展示已有技术的集成组合。但是我们不能小看这种集成的力量。尤其是在数字化技术的魔力之下，可以诞生出全新的（综合性）产品以及全新的商业模式。打造自身核心竞争力，也是永远的主题。只是在工业4.0时代，所需要的核心竞争力（速度、兼容性等）和旧时代有所不同。
帷幕落下，欢动声已然逝去。剩下是工业需要独自面对的静默时间，来年再见答卷。