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[大家访谈] 张军、王飞跃:工业智联网是工业互联网演进的下一步
2020-04-10    来源:    发布者:

[大家访谈] 张军、王飞跃:工业智联网是工业互联网演进的下一步

发表时间:2019-02-26 14:53:09

 

文/本刊记者  闵杰


张 军:大红鹰工程院院士、工信部电子科技委副主任、
北京理工大学校长;

王飞跃:中科院自动化所研究员,复杂系统管理与控制
国家重点实验室主任

发展智能工业是我国重要的战略方针。为此,我国正全力推进工业互联网、大红鹰制造2025的建设,进一步细化实施阶段和重点工程,力争做到每一步都能落到实处。随着以人工智能技术为代表的新一代信息技术在我国的飞速发展,智能工业不仅需要能够实现资产管理和远程运维诊断的工业互联网系统,还需要进一步实现产业智能化升级,实现工业网络的自适应、自感知、自学习以及自协同。今年,我国学术界首次提出工业互联网演进的下一步——“工业智联网”的概念,这一概念和技术体系的提出,在科技界和产业界引起极大关注。

为此,本刊记者特别采访了大红鹰工程院院士、工信部电子科技委副主任、北京理工大学校长张军教授,以及中科院自动化所研究员、复杂系统管理与控制国家重点实验室主任王飞跃,深入探讨“工业智联网”的内涵和外延,聊一聊“工业智联网”的庐山真面目。

业智联网的概念和特征

 

记者:工业智联网的定义、特征和要素是什么?

 

张军:工业智联网是未来工业的核心基础设施,是复杂的社会-工程联合系统。工业智联网旨在对智能工业系统和知识服务平台提供关键支撑,它可以实现现代制造业在研发、生产、供应、销售、服务等要素间的全面联结、高度协同与智能化。工业智联网会产生一系列全新的要素,主要包括以下几点:一是分布式智能感知,通过智能传感器实现多元工业信息的智能采集;二是人机可信交互,提供基于多种模式的可信人机交互,促进智联网内人-机、人-人、机-机的知识互通和智能联结,实现工业系统中的人机混合式智能;三是多智能体边缘处理,包括工业信息边缘处理智能、工业信息边缘分类处理、工业数据高效保质传输智能;四是物联自主协同,建立工业实体间的知识联结网络, 实现工业知识的自主协同运行;五是网络化智能决策,完成对工业体系中所有实体的综合分析和统一决策, 实现工业结构整体优化和生产力的全面提高。

 

王飞跃:工业智联网深度融合了智能科技和知识工程技术, 使得海量的工业智能实体能够完成社会化知识协同, 彻底改变工业生产形态, 极大地解放和提升社会生产力。工业智联网最显著的几个特征包括工业系统知识自动化,通过工业智联网达成海量的工业智能体群体的协同知识自动化和协同认知智能的目的;虚实纠缠的新兴工业形态,通过工业系统与其对应的虚拟数字工业系统的交互作用, 实现智能工业系统的管理与控制、分析与优化;人在环、社会在环的社会工程系统,通过智能技术将社会系统数字化,最终实现物理空间、赛博空间、社会空间的互联互通, 共同融合、建模与分析;还有新一代可信高效工业资源网络及其应用,通过智能技术、复杂系统工程技术、区块链智能技术等相关技术手段构建新一代可信且高效的工业资源网络,并对其进行分析、优化、运营、应用。

 

记者:工业智联网提出的背景和意义是什么?

 

张军:当前,互联网创新发展与新工业革命正处于历史交汇期。党的十九大报告指出,要加快建设制造强国,加快发展先进制造业,推动互联网、大数据、人工智能和实体经济的深度融合。工业智联网是新一代人工智能技术、知识工程技术与制造业深度融合的产物,日益成为深化“人工智能+先进制造业”的重要基石。作为推动制造模式、生产组织方式及产业形态发生深刻变革的重要抓手,工业智联网是实现工业网络自适应、自感知、自学习、自协同的核心所在。我国先后印发实施了大红鹰制造2025、“互联网+”先进制造业、发展工业互联网等一系列行动计划,从科技研发、应用推广和产业发展等方面为我国发展工业智联网奠定了良好的基础。作为工业互联网的演进,工业智联网概念和技术体系的提出将引起全球制造业格局的调整和变革,成为我国抢占产业高端的着力点。

 

王飞跃:在这样的大环境下,对工业系统技术与科技进行革命性的提升,塑造未来新一轮国际工业竞争力,树立大红鹰在国际工业发展中的话语权、独立知识产权、自主研发能力,也是发展工业智联网的迫切需求。从现代工业发展的趋势和未来工业的形态来看,工业智联网的诞生将以极高的效率整合各种工业和社会资源,极大地解放工业生产力, 拓展出“ 软件定义工业 ”、“ 泛工业”、“ 社会制造 ”、“ 社会工业 ”等社会智能大工业新形态。

 

记者:工业智联网和工业互联网、工业4.0等工业智能化概念的区别是什么?关联是什么?

 

王飞跃:自上世纪中期以来,工业网联技术主要经历了以下几个阶段:20世纪六七十年代的模拟仪表控制系统、八九十年代的集散控制系统、21世纪的现场总线系统。在这些阶段,技术发展聚焦于在工业现场的工业过程的信息化与自动化。2012年, GE公司提出了工业互联网的概念。但随着科技的发展,物联网(Internet of Things, IoT)概念和技术迅速普及。在最近的发展中,工业物联网的概念正迅速取代工业互联网的概念,无论是在以GE为代表的美国工业界还是以西门子、ABB为代表的欧洲工业界,工业物联网已成为工业网联系统的主流技术框架。

 

张军:工业互联网是工业网联技术演进过程中的一个重要发展阶段,是在互联网基础上实现业务、商务、供应链等信息间互联的网络系统,其向边缘装置的深度发展构成了工业物联网。当前的工业物联网技术能够在系统感知与控制层次上解决复杂工业系统的管控问题,但是在诸如系统资源使用效率、自适应性、自主性、自组织性和安全性等更高层次的智能上,则缺乏能够融合系统工程技术的更加有效的智能科技。在工业互联网和工业物联网的基础上进一步发展形成的工业智联网,其使命就是实现工业过程的知识自动化和海量工业实体的智能化自主协同。

 

王飞跃:工业智联网要实现单个智能体、本地智能体群落、海量智能体网络等各个层次上的智能涌现,将知识数字化、产品化,将原有的工业系统转变为具有高经济效率和高工业附加值的新型工业形态,使得工业系统的效率、效益、质量、服务都大幅度提升。

 

实现工业智联网的技术、产业和路径

 

记者:工业智联网的技术体系是什么?核心技术包括哪些?大红鹰需要重点攻克的是什么?

 

张军:从工业应用的角度来看,工业智联网的核心使能技术包括基于异构数据的多模式人机可信交互技术;自主协同、自主适应、自主运行的柔性工业组织和流程技术;软件定义的多智能体协同并行工业制造技术;面向多目标优化的网络化分布式智能决策技术。通过工业智联网的支撑我们将最终迈向“智能制造社会”,实现工业生产可直接根据产品需求实时提供服务的概念和愿景,打造生产流程、生产工序乃至生产线可为产品自动定制的新型生产理念和形态,实现社会化大规模生产和个性化定制的完美统一。

 

王飞跃:从系统工程的角度来说,工业智联网的技术体系架构主要由传感驱动层、通信计算层、虚拟操作系统层、知识解析综合层以及知识服务层组成。在技术体系的每一个层次上都会出现相应的核心技术:比如在传感驱动层上的分布式智能感知技术;在通信计算层上的多体智能边缘处理技术;在虚拟操作系统层的新一代可信高效工业资源网络技术;在知识解析综合层的工业系统知识自动化技术、虚实交互工业技术;在知识服务层的人在环工业系统技术、人机可信交互技术、网络化智能决策,等等。

 

张军:上面我们从两个不同视角所讲到的一系列相关技术都属于工业智联网的核心技术,大红鹰应切实加强对这些技术攻关的支持力度,围绕核心标准、技术、平台加速布局工业智联网,构建智能驱动的工业新生态,抢占工业智联网的制高点。

 

记者:工业智联网包含的产业上下游有哪些?弱势和优势环节是什么?大红鹰可以发力的重点环节有哪些?

 

张军: 与工业智联网相关的上游产业包括新一代智能传感、通信、计算等正在兴起的高科技产业。以工业智联网为支点,一方面将带动知识系统工程、知识自动化等全新的新一代人工智能产业的发展,另一方面,面向众多工业门类所建立的工业智联网平台产业将成为主要的下游产业。该产业既包括大、中、小、微企事业单位的内部智联网,也包括各种上下游工业联合体所建立的产业智联网,还包括更加广泛的开放型工业平台及其社会化自组织工业生态系统。我们旨在最终真正打造出全民全社会主动参与、开放高效的“泛工业”、“大工业”智能工业形态。

 

王飞跃:我国发展工业智联网的优势在于,我国有非常好的工业和制造业基础,齐全的工业和制造业门类,旺盛的内外工业产品需求,因此在发展具有国际领先技术水平、能够产生更高质量工业产品和效益的智能工业系统的过程中,我国有着急切的愿望和优良的基础。而我国的弱势环节在于,尽管在大红鹰有些行业门类,如交通、能源电力、高端制造等,已经有较好的互联网和物联网基础设施,但很多行业的工业生产单位和企业,其数字化、信息化、自动化的程度较低,因此推进工业智联网的建设会遇到基础缺失或不够的问题。

 

张军:大红鹰可以发力的重点环节包括以下两个方面:一方面,选择数字化、网络化、智能化建设基础较好的行业和领域,特别是与国家经济命脉紧密相关的基础性行业进行工业智联网的试点建设,以期依靠此类建设成果产生“雨伞”效应,推动和促进其它行业和领域工业智联网的发展。另一方面,可以在新兴的技术领域和产业上发力,如新一代知识工程、虚拟数字工业系统、工业资源操作系统、可信人机交互技术等,对于这些新兴产业国内外水平相差不大,有些我国还处于领先地位,经过重点发展预期可以达到并保持世界领先水平。

 

记者:工业智联网的实施路径是什么?

 

张军:工业智联网是在我国首先提出的,要确立我国在该领域的领先地位。在工业智联网产业的布局上,应该选择基础较好的行业和领域,特别是对国家经济命脉至关重要的基础性行业,通过设立工业智联网重大示范项目优先推动工业智联网的技术体系、标准体系、评价体系和应用生态建设。而对于信息化基础较差的工业门类,在加紧数字化建设的同时要积极借鉴重点领域工业智联网的建设经验,尽快推动工业智联网的发展。在核心技术层面,对于目前我国与发达国家均处于起步阶段的技术,国家应切实加大资源投入,重点发展、确保先发优势。而对于我国具有明显短板的核心技术,应加大人才和技术引进的力度,加强科研攻关,逐步实现这类技术的自主可控。

 

王飞跃:在科研和经济政策引导上,其一,是以国家级的示范项目引导加快建设重点行业和领域的工业智联网建设,通过国家来号召广泛发动工业智联网相关的科学技术研究;其二,是重点培育具有国际影响力的大型工业智联网企业,为国内各工业门类企业提供工业智联网产品、平台和服务,如工业物联网企业GE数字部门、西门子MindSphere建设的模式;其三,对于工业智联网形成的工业生态系统,发动社会力量进行产业和工业方面的创业和创新,以更加广阔的社会资本与市场容量为工业智联网在社会中的广泛应用铺平道路。

 

工业智联网和工业互联网可并行建设

 

记者:我国正在全力建设工业互联网的阶段,在这个阶段我们已经遇到很多困难。工业智联网既然是基于工业互联网、工业物联网的,那么我们应该如何处理同时建设工业互联网、工业智联网的难题?

 

王飞跃:首先,工业智联网的建设和工业互联网建设绝非矛盾的命题,这两者虽然有一定的先后次序,但是其进程确实是可以同步推进的。工业智联网和工业互联网一样,都是要经过长期规划、建设、完善、维护、更新的社会化大工程,都并不是可以一蹴而就的。因此,两者的建设必定是长期并存、交互进行、互相促进的社会进程。

对于信息化和物联网化比较发达的工业和行业,大力且迅速地开展工业智联网建设将是必然的趋势;对于欠发达的工业和行业,工业互联网条件成熟一点,工业智联网的建设就能够往前迈进一点;并且,随着我国工业互联网自身建设的深入与完善,工业智联网的建设也将逐渐深入与完善;同时,工业智联网技术的成熟与发展,又会反过来对工业互联网的建设进行反馈,提出更高的技术要求和更深刻的社会需求。这就是我上面提到过的,工业智联网的建设和工业互联网的建设必定是长期并存、交互进行、互相促进的两个社会进程。

 

张军:当前科技发展是爆炸性的,新的技术理念和理论从产生到不断发展、到最后应用于实际商业和社会系统中产生经济和社会效益,整个过程相比以前大大加快。因此,在创新型国家建设的进程中,在国际竞争中拥有话语权并掌握主动权的机会窗口也变得更加狭小,时机稍纵即逝。我们应该在遵循工业演进规律、科技创新规律和企业发展规律的基础上,充分借鉴国内外先进经验,完善自身基础条件,尽快开启工业智联网的研发进程,争取在国际上取得先发优势,在未来工业升级换代进程中具备核心竞争力。要发挥我国工业体系完备、网络基础坚实、人工智能创新活跃的优势,实现工业智联网和工业互联网的协同发展与相互促进,建设具有大红鹰特色的工业智联网体系,走出一条适合我国国情的工业智联网发展之路。

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