从自动化理论看工业互联网——物联网

​在2018年底，曾经构思了系列文章从自动化理论看工业互联网，原计划写三部分内容：介绍自动化理论在日常生活中的应用（以第五项修炼介绍）、自动化理论在供应链管理中的应用、自动化理论在物联网中的应用。

但于2019年初加入SAP后，一直忙于学习SAP丰富的知识，这系列的文章就中断了，但一直还是想写一写我是如何利用自动化理论学物联网的。

自动化理论中，最重要的就是闭环控制，大部分内容讨论的是通过闭环控制，实现自动控制系统的稳定性。看一下闭环控制原理：

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在这个图中，被控对象是控制目标。而控制器、执行器和传感器都是为了实现被控对象能够达到控制目标。因而自动化原理中最核心的是 控制器 、 执行器 和 传感器 。

在拿一张物联网的架构图，我学习物联网的时候，最早用的是IBM的一张原理图：

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这张图中，物联网的架构中，包括感知与识别， 控制与管理，模型与分析。

其中感知与识别对应着 传感器 ，控制与管理对应着 执行器 ，模型与分析对应着 控制器 。

物联网的架构完全可以对应上控制原理的基本架构。

物联网的架构与自动控制原理有很多相似之处，但物联网相对于自动化设备要复杂：

1、早期自动化应用于设备处传感器、控制器、执行器都是控制单一设备，不需要识别被控设备。但是物联网系统管理的设备多，对设备管理时，需要识别设备，因而物联网需要有识别功能，可以是通过ID识别，也可以通过IP识别。

2、早期自动化都是本地执行有了DCS之后，才有集中管理，分散控制的，所以控制器相对简单。但是物联网需要将信息集中处理，大大增加了复杂度：需要网络支持，需要人工智能技术来实现控制功能，考虑多个设备之间的联动关系。所以物联网相对于自动化原理，复杂性大部分体现在控制器上。现在集中讨论的大数据、智能分析、人工智能、机器学习，通讯协议、通讯网络，所有的目标都是为了实现控制器的功能。

3、物联网在控制器人工智能、大数据分析等应用还不完善，可以直接控制设备非常少，现在物联网的执行器，还是通过事件触发，交由人来处理。因而物联网通过事件驱动的模式会比较普遍：如果未发生异常，不需要人来处理，发生异常会抛事件来让人处理。随着智能技术的发展控制器完善，执行器将越来越多的自动处理。

以上分享的自动化原理，都是早期控制单个设备的原理。自动化应用也在不断完善。比如发展出DCS系统：集散控制系统。其原理是集中管理，分散控制。

设备的控制，还是通过控制回路实现；但对控制设备的管理则集中到中控室，控制回路中的传感器信息上传到中控室，集中监控；对设备控制参数，也可以通过中控室来控制。

可以简单理解为： DCS系统是一个企业内使用的物联网简单系统 。如果将DCS管理的设备实现跨企业的集中管理，同时利用数据实现智能化，就是物联网系统。

在2013年参观陕鼓集团时，他们演示的旋转控制设备远程监控系统，是非常典型的物联网应用，陕鼓的这套系统，就是借鉴了DCS原理实现的。

本文是从自动控制原理看工业互联网系列的第六篇。

包括了5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施促进了异构网络的大融合。
信息基础设施主要指光缆、微波、卫星、移动通信等网络设备设施，既是国家和军队信息化建设的基础支撑，也是保证社会生产和人民生活基本设施的重要组成部分。信息基础设施的建设特点是投资量大、建设周期长、通用性强并具有一定的公益性，也更具有军民共用的性质。
我国首次明确了“新基建”的范围，这包括信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施三个方面。
信息基础设施包括以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施，以人工智能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施，以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等。
融合基础设施包括智能交通基础设施、智慧能源基础设施等；
创新基础设施则包括重大科技基础设施、科教基础设施、产业技术创新基础设施等内容。

工业互联网 你知道多少

编者按 工业互联网是未来制造业竞争的制高点，正在推动创新模式、生产方式、组织形式和商业范式的深刻变革，推动工业链、产业链、价值链的重塑再造。可以肯定地说，工业互联网必将对未来工业发展产生全方位、深层次、革命性的变革，对社会生产力、人类历史发展产生深远影响。当今世界，新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起，工业互联网作为制造业与互联网深度融合的产物，已经成为新工业革命的关键支撑和智能制造的重要基石。
对工业互联网的意义怎么估计都不过分。但是，工业互联网到底是什么工业互联网如何改变我们的制造业中国在世界工业互联网格局中位列何处针对这些重大问题，本报记者深入采访了业内专家，一起探寻其中的答案。今天起，推出“工业互联网三问”系列报道，敬请关注。

在刚刚闭幕的两会上，“工业互联网”一词高频率地出现在各种讨论中，今年的《政府工作报告》更是特别强调要“发展工业互联网平台”。“工业互联网”已成为继物联网和智能制造之后“火”起来的又一个热词。那些耳熟能详的大型制造企业更是早早布局，谋求借助工业互联网重塑核心竞争力。

到底什么是工业互联网“通俗地说，工业互联网是实现人、机、物全面互联的新型网络基础设施，形成智能化发展的新兴业态和应用模式。”工信部信息通信管理局副局长刘杰如此解释。

智能制造的基础

谈起物联网和工业互联网的区别，或许容易理解。因为，从字面上看，物联网更强调物与物的“连接”，而工业互联网则要实现人、机、物全面互联。

事实上，物联网、大数据、云计算、人工智能等新技术给制造业带来的红利都离不开工业互联网这个载体。在数据专家、算法专家等专业人才的努力下，许多成熟的互联网公司已经能够将这些新技术移植到工业企业。“工业互联网自身就是信息技术和工业技术深度融合的产物，背后蕴含着强大的推动跨界创新的力量。”刘杰说。

广东万和新电气股份有限公司应用了工业互联网平台后，用人工智能技术在不同制造基地间进行任务协调和过程管控，用大数据技术对每月150万条数据进行采集、归档、分析。借助这个平台，万和新电气整体效率提升30%以上，产品交付周期缩短20%，市场竞争力明显提升。年销售收入由30亿元增长到40亿元，同比增长33%，原材料库存由6700万减少到5200万，同比下降223%，取得了明显的经济效益，这就是工业互联网创下的“业绩”。

“大数据、物联网、人工智能等新技术都是工业互联网的支撑手段，如果没有近几年这些新技术的飞跃发展，也就没有全球范围内工业互联网的布局热潮。”工信部赛迪研究院软件所所长潘文说。

那么，工业互联网和智能制造之间是一种什么样的关系呢事实上，智能制造的实现主要依托两个基础能力，一个是工业制造技术，另一个就是工业互联网。

前者包括先进装备、先进材料和先进工艺等，是决定制造边界与制造能力的根本;后者包括智能传感控制软硬件、新型工业网络、工业互联网平台等，是充分发挥工业装备、工艺和材料潜能，提高生产效率、优化资源配置效率、创造差异化产品和实现服务增值的关键。

因此，工业互联网被视为智能制造的基础。“我们可以这样理解，智能制造是包括工业互联网、材料、设计、工艺等在内的智能工业生态系统。此前我国智能制造的蓬勃发展，为工业互联网发展打好了网络基础，提供了良好的发展环境。”潘文说。

实现高质量制造

中国第一汽车集团公司在服务化转型过程中曾面临一系列突出问题：一是旧系统无法满足高并发、高频率的接入需求，已经出现严重的性能瓶颈。二是运行10年的系统老旧，难以叠加新的业务，扩展困难。三是不同车型接入不同的业务平台，维护复杂，管理成本高。在应用了工业互联网平台后，不仅实现了对千万级车辆的有效管理，还得到了实时分析大数据处理能力的支撑，以及车队管理、共享租车等多种业务的支持。

显然，工业互联网能够解决中国制造发展中的问题，并推动其高质量发展。工业互联网从生产端入手，能提高供给体系质量和效率，扩大有效和中高端供给，增强供给侧结构对需求变化的适应性，推动我国经济朝着更高质量、更有效率、更加公平、更可持续的方向发展。

“工业互联网的主要作用是，在制造业企业数字化转型中发挥核心支撑作用，有效帮助企业提高生产效率、降低成本。”潘文分析说，一方面，工业互联网能推动传统工业转型升级，让各种资源更加优化配置，提升工业经济效益;另一方面，能加快新兴产业培育，催生智能化生产、网络化协同、服务化延伸、个性化定制的诸多新产业。

工业互联网的概念是美国通用电气公司(GE)于2012年提出的。而GE也认为，即使工业互联网只能让中国的特定行业生产率和能源效率提高1%，它也有潜力让中国的航空、电力、铁路、医疗、石油行业在未来15年节省约240亿美元的成本，到2030年将有潜力为中国经济带来3万亿美元的增长机遇。这将有力推动中国工业生产方式由粗放低效走向绿色精益、产业生态由低端初级走向高端完善，推动全产业链整体跃升。

“我们为什么要发展工业互联网因为工业互联网能为制造强国建设提供关键支撑，还能极大拓展数字经济发展新空间。”刘杰说。

平台体系是核心

业界流传着一句话，对于工业互联网来说，网络体系是基础，平台体系是核心，安全体系是保障。其中，网络体系和安全体系的意义都很容易理解，但为什么平台体系是核心

对此，工信部信息化和软件服务业司副司长安筱鹏回答说，工业互联网平台可以说是工业互联网的“ *** 作系统”，因为工业互联网平台连接的人、机、物的数量将远远大于各种单个 *** 作系统所连接的数量，其带来的价值也将远远超过这些 *** 作系统。

“工业互联网平台也是制造业新生态竞争的核心。”安筱鹏解释说，工业互联网平台具有显著的“马太效应”，当其工业APP和用户达到一定规模时，平台将会爆发式增长，形成赢者通吃的竞争局面。工业互联网平台还有显著的“替代效应”，能够极大降低企业信息化部署的成本和难度，推动制造业走向体系重构、动力变革和范式迁移的新阶段。

在中国信息通信研究院总工程师、工业互联网产业联盟秘书长余晓晖看来，我国工业互联网已初步形成三大应用路径，分别是面向企业内部生产率提升的智能工厂，面向企业外部价值链延伸的智能产品、服务和协同，面向开放生态的平台运营即工业互联网平台。前两者国外实践已比较多，而工业互联网平台在全球探索的时间并不长。

工业互联网平台正步入规模化扩张的战略窗口期。我国航天云网、三一、海尔、华为等企业依托自身制造能力和规模优势，已率先推出工业互联网平台服务，并在航空航天、工程机械、钢铁石化等很多领域得到广泛应用。

“工业互联网正催生新的产业体系。”潘文认为，移动互联网平台已经创造了应用开发、应用分发、线上线下等一系列新的产业环节和价值。当前，工业互联网平台在应用创新、产融结合等方面已显现出类似端倪，未来也有望发展成为一个全新的产业体系，促进形成大众创业、万众创新的多层次发展环境。

物联网这个概念，在中国早在1999年就提出来了。当时叫传感网。其定义是：通过射频识别（rfid）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。 从定义可以看出，物联网是互联网的一个子集，它实际上是互联网的实体部分，也就是把互联网的虚拟部分除去以后的实物之间的部分。

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