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[大家訪談] 張軍、王飛躍:工業智聯網是工業互聯網演進的下一步
2020-04-10    來源:    發布者:

[大家訪談] 張軍、王飛躍:工業智聯網是工業互聯網演進的下一步

發表時間:2019-02-26 14:53:09

 

文/本刊記者  閔杰


張 軍:中國工程院院士、工信部電子科技委副主任、
北京理工大學校長;

王飛躍:中科院自動化所研究員,復雜系統管理與控制
國家重點實驗室主任

發展智能工業是我國重要的戰略方針。為此,我國正全力推進工業互聯網、中國制造2025的建設,進一步細化實施階段和重點工程,力爭做到每一步都能落到實處。隨著以人工智能技術為代表的新一代信息技術在我國的飛速發展,智能工業不僅需要能夠實現資產管理和遠程運維診斷的工業互聯網系統,還需要進一步實現產業智能化升級,實現工業網絡的自適應、自感知、自學習以及自協同。今年,我國學術界首次提出工業互聯網演進的下一步——“工業智聯網”的概念,這一概念和技術體系的提出,在科技界和產業界引起極大關注。

為此,本刊記者特別采訪了中國工程院院士、工信部電子科技委副主任、北京理工大學校長張軍教授,以及中科院自動化所研究員、復雜系統管理與控制國家重點實驗室主任王飛躍,深入探討“工業智聯網”的內涵和外延,聊一聊“工業智聯網”的廬山真面目。

業智聯網的概念和特征

 

記者:工業智聯網的定義、特征和要素是什么?

 

張軍:工業智聯網是未來工業的核心基礎設施,是復雜的社會-工程聯合系統。工業智聯網旨在對智能工業系統和知識服務平臺提供關鍵支撐,它可以實現現代制造業在研發、生產、供應、銷售、服務等要素間的全面聯結、高度協同與智能化。工業智聯網會產生一系列全新的要素,主要包括以下幾點:一是分布式智能感知,通過智能傳感器實現多元工業信息的智能采集;二是人機可信交互,提供基于多種模式的可信人機交互,促進智聯網內人-機、人-人、機-機的知識互通和智能聯結,實現工業系統中的人機混合式智能;三是多智能體邊緣處理,包括工業信息邊緣處理智能、工業信息邊緣分類處理、工業數據高效保質傳輸智能;四是物聯自主協同,建立工業實體間的知識聯結網絡, 實現工業知識的自主協同運行;五是網絡化智能決策,完成對工業體系中所有實體的綜合分析和統一決策, 實現工業結構整體優化和生產力的全面提高。

 

王飛躍:工業智聯網深度融合了智能科技和知識工程技術, 使得海量的工業智能實體能夠完成社會化知識協同, 徹底改變工業生產形態, 極大地解放和提升社會生產力。工業智聯網最顯著的幾個特征包括工業系統知識自動化,通過工業智聯網達成海量的工業智能體群體的協同知識自動化和協同認知智能的目的;虛實糾纏的新興工業形態,通過工業系統與其對應的虛擬數字工業系統的交互作用, 實現智能工業系統的管理與控制、分析與優化;人在環、社會在環的社會工程系統,通過智能技術將社會系統數字化,最終實現物理空間、賽博空間、社會空間的互聯互通, 共同融合、建模與分析;還有新一代可信高效工業資源網絡及其應用,通過智能技術、復雜系統工程技術、區塊鏈智能技術等相關技術手段構建新一代可信且高效的工業資源網絡,并對其進行分析、優化、運營、應用。

 

記者:工業智聯網提出的背景和意義是什么?

 

張軍:當前,互聯網創新發展與新工業革命正處于歷史交匯期。黨的十九大報告指出,要加快建設制造強國,加快發展先進制造業,推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟的深度融合。工業智聯網是新一代人工智能技術、知識工程技術與制造業深度融合的產物,日益成為深化“人工智能+先進制造業”的重要基石。作為推動制造模式、生產組織方式及產業形態發生深刻變革的重要抓手,工業智聯網是實現工業網絡自適應、自感知、自學習、自協同的核心所在。我國先后印發實施了中國制造2025、“互聯網+”先進制造業、發展工業互聯網等一系列行動計劃,從科技研發、應用推廣和產業發展等方面為我國發展工業智聯網奠定了良好的基礎。作為工業互聯網的演進,工業智聯網概念和技術體系的提出將引起全球制造業格局的調整和變革,成為我國搶占產業高端的著力點。

 

王飛躍:在這樣的大環境下,對工業系統技術與科技進行革命性的提升,塑造未來新一輪國際工業競爭力,樹立中國在國際工業發展中的話語權、獨立知識產權、自主研發能力,也是發展工業智聯網的迫切需求。從現代工業發展的趨勢和未來工業的形態來看,工業智聯網的誕生將以極高的效率整合各種工業和社會資源,極大地解放工業生產力, 拓展出“ 軟件定義工業 ”、“ 泛工業”、“ 社會制造 ”、“ 社會工業 ”等社會智能大工業新形態。

 

記者:工業智聯網和工業互聯網、工業4.0等工業智能化概念的區別是什么?關聯是什么?

 

王飛躍:自上世紀中期以來,工業網聯技術主要經歷了以下幾個階段:20世紀六七十年代的模擬儀表控制系統、八九十年代的集散控制系統、21世紀的現場總線系統。在這些階段,技術發展聚焦于在工業現場的工業過程的信息化與自動化。2012年, GE公司提出了工業互聯網的概念。但隨著科技的發展,物聯網(Internet of Things, IoT)概念和技術迅速普及。在最近的發展中,工業物聯網的概念正迅速取代工業互聯網的概念,無論是在以GE為代表的美國工業界還是以西門子、ABB為代表的歐洲工業界,工業物聯網已成為工業網聯系統的主流技術框架。

 

張軍:工業互聯網是工業網聯技術演進過程中的一個重要發展階段,是在互聯網基礎上實現業務、商務、供應鏈等信息間互聯的網絡系統,其向邊緣裝置的深度發展構成了工業物聯網。當前的工業物聯網技術能夠在系統感知與控制層次上解決復雜工業系統的管控問題,但是在諸如系統資源使用效率、自適應性、自主性、自組織性和安全性等更高層次的智能上,則缺乏能夠融合系統工程技術的更加有效的智能科技。在工業互聯網和工業物聯網的基礎上進一步發展形成的工業智聯網,其使命就是實現工業過程的知識自動化和海量工業實體的智能化自主協同。

 

王飛躍:工業智聯網要實現單個智能體、本地智能體群落、海量智能體網絡等各個層次上的智能涌現,將知識數字化、產品化,將原有的工業系統轉變為具有高經濟效率和高工業附加值的新型工業形態,使得工業系統的效率、效益、質量、服務都大幅度提升。

 

實現工業智聯網的技術、產業和路徑

 

記者:工業智聯網的技術體系是什么?核心技術包括哪些?中國需要重點攻克的是什么?

 

張軍:從工業應用的角度來看,工業智聯網的核心使能技術包括基于異構數據的多模式人機可信交互技術;自主協同、自主適應、自主運行的柔性工業組織和流程技術;軟件定義的多智能體協同并行工業制造技術;面向多目標優化的網絡化分布式智能決策技術。通過工業智聯網的支撐我們將最終邁向“智能制造社會”,實現工業生產可直接根據產品需求實時提供服務的概念和愿景,打造生產流程、生產工序乃至生產線可為產品自動定制的新型生產理念和形態,實現社會化大規模生產和個性化定制的完美統一。

 

王飛躍:從系統工程的角度來說,工業智聯網的技術體系架構主要由傳感驅動層、通信計算層、虛擬操作系統層、知識解析綜合層以及知識服務層組成。在技術體系的每一個層次上都會出現相應的核心技術:比如在傳感驅動層上的分布式智能感知技術;在通信計算層上的多體智能邊緣處理技術;在虛擬操作系統層的新一代可信高效工業資源網絡技術;在知識解析綜合層的工業系統知識自動化技術、虛實交互工業技術;在知識服務層的人在環工業系統技術、人機可信交互技術、網絡化智能決策,等等。

 

張軍:上面我們從兩個不同視角所講到的一系列相關技術都屬于工業智聯網的核心技術,中國應切實加強對這些技術攻關的支持力度,圍繞核心標準、技術、平臺加速布局工業智聯網,構建智能驅動的工業新生態,搶占工業智聯網的制高點。

 

記者:工業智聯網包含的產業上下游有哪些?弱勢和優勢環節是什么?中國可以發力的重點環節有哪些?

 

張軍: 與工業智聯網相關的上游產業包括新一代智能傳感、通信、計算等正在興起的高科技產業。以工業智聯網為支點,一方面將帶動知識系統工程、知識自動化等全新的新一代人工智能產業的發展,另一方面,面向眾多工業門類所建立的工業智聯網平臺產業將成為主要的下游產業。該產業既包括大、中、小、微企事業單位的內部智聯網,也包括各種上下游工業聯合體所建立的產業智聯網,還包括更加廣泛的開放型工業平臺及其社會化自組織工業生態系統。我們旨在最終真正打造出全民全社會主動參與、開放高效的“泛工業”、“大工業”智能工業形態。

 

王飛躍:我國發展工業智聯網的優勢在于,我國有非常好的工業和制造業基礎,齊全的工業和制造業門類,旺盛的內外工業產品需求,因此在發展具有國際領先技術水平、能夠產生更高質量工業產品和效益的智能工業系統的過程中,我國有著急切的愿望和優良的基礎。而我國的弱勢環節在于,盡管在中國有些行業門類,如交通、能源電力、高端制造等,已經有較好的互聯網和物聯網基礎設施,但很多行業的工業生產單位和企業,其數字化、信息化、自動化的程度較低,因此推進工業智聯網的建設會遇到基礎缺失或不夠的問題。

 

張軍:中國可以發力的重點環節包括以下兩個方面:一方面,選擇數字化、網絡化、智能化建設基礎較好的行業和領域,特別是與國家經濟命脈緊密相關的基礎性行業進行工業智聯網的試點建設,以期依靠此類建設成果產生“雨傘”效應,推動和促進其它行業和領域工業智聯網的發展。另一方面,可以在新興的技術領域和產業上發力,如新一代知識工程、虛擬數字工業系統、工業資源操作系統、可信人機交互技術等,對于這些新興產業國內外水平相差不大,有些我國還處于領先地位,經過重點發展預期可以達到并保持世界領先水平。

 

記者:工業智聯網的實施路徑是什么?

 

張軍:工業智聯網是在我國首先提出的,要確立我國在該領域的領先地位。在工業智聯網產業的布局上,應該選擇基礎較好的行業和領域,特別是對國家經濟命脈至關重要的基礎性行業,通過設立工業智聯網重大示范項目優先推動工業智聯網的技術體系、標準體系、評價體系和應用生態建設。而對于信息化基礎較差的工業門類,在加緊數字化建設的同時要積極借鑒重點領域工業智聯網的建設經驗,盡快推動工業智聯網的發展。在核心技術層面,對于目前我國與發達國家均處于起步階段的技術,國家應切實加大資源投入,重點發展、確保先發優勢。而對于我國具有明顯短板的核心技術,應加大人才和技術引進的力度,加強科研攻關,逐步實現這類技術的自主可控。

 

王飛躍:在科研和經濟政策引導上,其一,是以國家級的示范項目引導加快建設重點行業和領域的工業智聯網建設,通過國家來號召廣泛發動工業智聯網相關的科學技術研究;其二,是重點培育具有國際影響力的大型工業智聯網企業,為國內各工業門類企業提供工業智聯網產品、平臺和服務,如工業物聯網企業GE數字部門、西門子MindSphere建設的模式;其三,對于工業智聯網形成的工業生態系統,發動社會力量進行產業和工業方面的創業和創新,以更加廣闊的社會資本與市場容量為工業智聯網在社會中的廣泛應用鋪平道路。

 

工業智聯網和工業互聯網可并行建設

 

記者:我國正在全力建設工業互聯網的階段,在這個階段我們已經遇到很多困難。工業智聯網既然是基于工業互聯網、工業物聯網的,那么我們應該如何處理同時建設工業互聯網、工業智聯網的難題?

 

王飛躍:首先,工業智聯網的建設和工業互聯網建設絕非矛盾的命題,這兩者雖然有一定的先后次序,但是其進程確實是可以同步推進的。工業智聯網和工業互聯網一樣,都是要經過長期規劃、建設、完善、維護、更新的社會化大工程,都并不是可以一蹴而就的。因此,兩者的建設必定是長期并存、交互進行、互相促進的社會進程。

對于信息化和物聯網化比較發達的工業和行業,大力且迅速地開展工業智聯網建設將是必然的趨勢;對于欠發達的工業和行業,工業互聯網條件成熟一點,工業智聯網的建設就能夠往前邁進一點;并且,隨著我國工業互聯網自身建設的深入與完善,工業智聯網的建設也將逐漸深入與完善;同時,工業智聯網技術的成熟與發展,又會反過來對工業互聯網的建設進行反饋,提出更高的技術要求和更深刻的社會需求。這就是我上面提到過的,工業智聯網的建設和工業互聯網的建設必定是長期并存、交互進行、互相促進的兩個社會進程。

 

張軍:當前科技發展是爆炸性的,新的技術理念和理論從產生到不斷發展、到最后應用于實際商業和社會系統中產生經濟和社會效益,整個過程相比以前大大加快。因此,在創新型國家建設的進程中,在國際競爭中擁有話語權并掌握主動權的機會窗口也變得更加狹小,時機稍縱即逝。我們應該在遵循工業演進規律、科技創新規律和企業發展規律的基礎上,充分借鑒國內外先進經驗,完善自身基礎條件,盡快開啟工業智聯網的研發進程,爭取在國際上取得先發優勢,在未來工業升級換代進程中具備核心競爭力。要發揮我國工業體系完備、網絡基礎堅實、人工智能創新活躍的優勢,實現工業智聯網和工業互聯網的協同發展與相互促進,建設具有中國特色的工業智聯網體系,走出一條適合我國國情的工業智聯網發展之路。

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