物聯(lián)網(wǎng)如何改變制造業(yè)

中央高層在不同場合提倡“中國制造2025”，李總理多次提到從制造大國變成制造強國，制造強國很重要的一環(huán)就是“中國智造”，其中物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0是很關(guān)鍵的應(yīng)用，那么物聯(lián)網(wǎng)如何改變制造業(yè)?物聯(lián)網(wǎng)如何使我們變得更加聰明?國外工業(yè)制造和創(chuàng)新巨頭在怎么玩物聯(lián)網(wǎng)?歐美發(fā)達國家是怎么看待物聯(lián)網(wǎng)，他們的整體發(fā)展?fàn)顩r又如何?

01

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)正在改變我們的制造業(yè)

連接到互聯(lián)網(wǎng)的工廠比沒有連接的工廠更高效，更智能和更有成本優(yōu)勢。在一個市場中，企業(yè)越來越需要發(fā)揮最大的潛力來生存和發(fā)展，那些沒有連接性的企業(yè)則越來越落后。

據(jù)羅克韋爾自動化公司(Rockwell)市場開發(fā)副總裁John Nesi稱，目前只有10%的工業(yè)運營正在使用物聯(lián)網(wǎng)，該公司將企業(yè)與網(wǎng)絡(luò)空間連接起來，以改善制造功能。他說：“全球競爭壓力正在挑戰(zhàn)工業(yè)和制造公司，低效率的企業(yè)將漸漸被淘汰?！?/p>

1. 物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)體驗效率提高

Nesi說到，Rockwell的食品和飲料客戶之一King’s Hawaiian每天能夠額外增加180,000磅面包，在安裝新技術(shù)后將其以前的產(chǎn)量增加一倍。

King’s Hawaiia將11臺連接的機器安裝到一家新工廠中，這些機器與FactoryTalk相連，該軟件讓公司的員工可以遠(yuǎn)程訪問歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，還可以使用生產(chǎn)儀表板來全面了解整個系統(tǒng)，以便監(jiān)控性能。

所有這些軟件和硬件都帶來了“更快的上市時間(faster time to market)，更好的資產(chǎn)利用率和優(yōu)化，更低的總體成本( lowertotal cost of ownership)，更高的勞動效率，企業(yè)風(fēng)險管理和更智能的支出 (smarter expenditures)”，Nesi說。

新系統(tǒng)降低了維護成本和停機時間，增加了更多數(shù)據(jù)的能力。反過來，Nesi說：“這使他們能夠匯總數(shù)據(jù)并呈現(xiàn)在可訪問的儀表板上，使管理人員可以監(jiān)控整個企業(yè)的操作和KPI?！?/p>

由于King's Hawaiian's等系統(tǒng)連接到互聯(lián)網(wǎng)，因此可以通過遠(yuǎn)程操作中心進行控制和管理。這使得全球公司可以在世界各地建立工廠并實時監(jiān)控它們。

另一家獲得連接系統(tǒng)(IOT，物聯(lián)網(wǎng))優(yōu)勢的公司是通用電氣公司(General Electric)。在紐約州Schenectady的Durathon電池工廠，物聯(lián)網(wǎng)全天候幫助該公司收集過程的數(shù)據(jù)。通過裝配線上的10,000個傳感器和每個電池中的傳感器，管理人員可以即時了解生產(chǎn)狀況。他們能夠與其他部門的同事分享這些信息和數(shù)據(jù)。

根據(jù)O'Reilly公司David Stephenson的說法，通用電氣公司和類似制造商的技術(shù)開創(chuàng)了前所未有的創(chuàng)新。 “物聯(lián)網(wǎng)有望消除有關(guān)工廠車間實時狀況的大量信息差距，全面優(yōu)化生產(chǎn)并消除浪費，”他說。

2. 減少工作場所的安全隱患

專注于企業(yè)技術(shù)解決方案的Sine-Wave創(chuàng)建了一個定制的物聯(lián)網(wǎng)計劃，從而提高了礦山的安全性和通信能力。根據(jù)他們的網(wǎng)站，他們設(shè)計了一個基于瀏覽器的應(yīng)用程序，允許用戶與礦山中的工人，操作員和機器進行通信，以及“查看地下所有活動的實時視圖，包括采礦作業(yè)”。通過實時了解地下礦井正在發(fā)生的事情，用戶可以避免安全隱患并快速響應(yīng)緊急情況。

3. 網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險

SANS研究所的Michael Assante說，當(dāng)制造商在他們的工廠使用物聯(lián)網(wǎng)時，他們應(yīng)該權(quán)衡風(fēng)險。在連接之前，安全團隊?wèi)?yīng)該有信心“了解暴露的協(xié)議，接口/配置，系統(tǒng)軟件，固件和身份驗證控制?！?/p>

隨著時間的推移，這些安全預(yù)防措施將變得越來越重要。 “預(yù)計未來五年內(nèi)連接終端的數(shù)量將接近500億，”Nesi說。 “隨著時間的推移，制造業(yè)的每個終端 - 無論是傳感器，閥門，儀器還是機器 - 都將為更大的信息系統(tǒng)提供智能?！?/p>

02

物聯(lián)網(wǎng)將使制造變得更加智能化

全球制造業(yè)正處于革命的風(fēng)口浪尖。正如我們在工廠和企業(yè)軟件的早期版本中看到的那樣，新的信息技術(shù)突然間不僅提供了使制造管理更有效的工作，而且工作本身更加智能化?；谖锫?lián)網(wǎng)的技術(shù)有可能從根本上提高制造的可視性，使生產(chǎn)過程的每一步都能“看到”每個生產(chǎn)單位。批次級可見性正在被單位級可見性所取代。這是智能制造的曙光。

轉(zhuǎn)變是巨大的。 SCM World最近對智能制造和物聯(lián)網(wǎng)進行的實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，盡管今天五分之一的人承認(rèn)他們的工廠業(yè)務(wù)完全“脫網(wǎng)“，但五年后這一數(shù)字將降至接近于零。事實上，根據(jù)SCM World的可見性成熟度模型(圖1)，接受調(diào)查的所有制造業(yè)高管中有一半人希望在本單位層面的供應(yīng)鏈中具有可見性。只有10%的人預(yù)測他們?nèi)匀粌H限于單一的工廠級別的了解和控制。

智能制造關(guān)乎創(chuàng)造一個環(huán)境，從工廠和供應(yīng)鏈的所有可用信息被實時捕獲，變得可見并轉(zhuǎn)化為可操作。智能制造包括業(yè)務(wù)的各個方面，模糊了工廠運營，供應(yīng)鏈，產(chǎn)品設(shè)計和需求管理之間的界限。智能制造能夠?qū)Y產(chǎn)，流程，資源和產(chǎn)品進行虛擬跟蹤，為企業(yè)提供充分的可見性，從而支持簡化業(yè)務(wù)流程并優(yōu)化供需。

實質(zhì)上，智能制造是一個決策環(huán)境。非常重要的是，智能制造包括主動和自主分析功能，使智能制造成為一個智能且自我修復(fù)的環(huán)境。智能制造企業(yè)可以通過智能和自動化的行動來預(yù)測性地滿足業(yè)務(wù)需求，而這些行動是由物理世界以前難以獲得的驅(qū)動。智能制造將企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動的自主組織，能夠預(yù)測和修復(fù)潛在的破壞性問題，發(fā)展運營并為客戶帶來愉悅，同時增加盈利。

包括Bosch, Cisco, FCA (Fiat Chrysler Automobiles), GE, General Mills,Harley-Davidson 和Siemens等在內(nèi)的許多全球領(lǐng)先制造商都是其工廠中智能制造(或工業(yè)4.0)的早期采用者。 有趣的例子包括：

西門子。在德國安貝格的西門子電子制造工廠，機器和電腦自主處理75%的價值鏈，從生產(chǎn)線的一端到另一端，約有1000臺自動化控制器正在運行。正在生產(chǎn)的零件通過產(chǎn)品代碼與機器進行通信，產(chǎn)品代碼告訴機器他們的生產(chǎn)要求以及下一步需要采取的步驟。所有流程都針對IT控制進行了優(yōu)化，從而實現(xiàn)最低的故障率。員工主要負(fù)責(zé)監(jiān)督生產(chǎn)和技術(shù)資產(chǎn)，包括處理突發(fā)事件。

通用電氣GE。在GE的Durathon電池工廠，10,000多個傳感器實時測量溫度，濕度，氣壓和機器運行數(shù)據(jù)。這不僅提供了實時監(jiān)控生產(chǎn)和調(diào)整過程的機會，而且還可以追溯電池性能，回溯到特定批次的粉末以及過程中的每一步。

哈雷戴維森。 Harley-Davidson在賓夕法尼亞州約克的主要生產(chǎn)設(shè)施和生產(chǎn)車間中的每個資產(chǎn)都是連接的，生產(chǎn)中的每一步都被跟蹤并納入到實時績效管理系統(tǒng)中。

思科。 為了更好地協(xié)調(diào)其全球外包生產(chǎn)工廠網(wǎng)絡(luò)，思科開發(fā)了一個“虛擬”制造執(zhí)行系統(tǒng)平臺(VMES)，該平臺提供生產(chǎn)操作的實時可見性。該系統(tǒng)利用諸如云，大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)連接并收集生產(chǎn)機器的實時信息，從而在完全外包的制造環(huán)境中實現(xiàn)預(yù)測質(zhì)量功能。

智能制造需要使用健康的技術(shù)來確保機器協(xié)同工作，實時顯示物料流動，工程師團隊協(xié)調(diào)整個流程。物聯(lián)網(wǎng)是使這成為可能的技術(shù)環(huán)境。 在工廠車間應(yīng)用中，物聯(lián)網(wǎng)可以創(chuàng)建一個網(wǎng)絡(luò)，從生產(chǎn)設(shè)備到生產(chǎn)零件，從傳感器嵌入式自動化控制到能量計，從卡車到倉庫的智能貨架，連接各種制造資產(chǎn)。

通過物聯(lián)網(wǎng)，制造商可以為每個物理資產(chǎn)提供數(shù)字身份，使他們能夠在整個供應(yīng)鏈中實時了解這些資產(chǎn)的確切位置和狀況。

正確的投資時機

世界各地的制造商現(xiàn)在都有信心。大約40%的受訪者認(rèn)為，智能制造及其基礎(chǔ)技術(shù) - 物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，現(xiàn)在是投資的正確時機(圖2)。 只有3%的人將智能制造和物聯(lián)網(wǎng)視為純粹的流行語。

對于準(zhǔn)備就緒的人來說，智能制造本質(zhì)上是一個集成了多種技術(shù)的平臺，例如連接技術(shù)(使物體能夠連接到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò))，云(資產(chǎn)可以通信的計算和存儲環(huán)境)以及大數(shù)據(jù)分析(能夠分析數(shù)據(jù)并提供洞察力的系統(tǒng)智能)。

這個想法是使用連接技術(shù)(例如，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，wifi，M2M等)將工廠自動化資產(chǎn)(例如生產(chǎn)設(shè)備，機器人，RFID等)與終端用戶應(yīng)用程序(例如MES，PLM， ERP等)以及移動設(shè)備進行更加積極準(zhǔn)確的業(yè)務(wù)決策。 圖3顯示了我們智能制造應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)。

在我們的實地調(diào)查中，我們也詢問了智能制造業(yè)的預(yù)期業(yè)績結(jié)果，并發(fā)現(xiàn)了很高的期望。質(zhì)量，正常運行時間，庫存效率等方面的收益預(yù)計將達到兩位數(shù)的百分比(圖4)。

物聯(lián)網(wǎng)有一個引人注目的光環(huán)，但是對于許多可能性來說，想象力幾乎是太深遠(yuǎn)了。當(dāng)這個概念應(yīng)用于特定的應(yīng)用時，特別是當(dāng)與其他變革性技術(shù)結(jié)合在一起時，其潛力就變得清晰了。 對于制造商來說，IoT在智能制造領(lǐng)域的可能影響確實非常大。

03

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)在制造業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)

在未來兩年內(nèi)，76%的制造商將在制造過程中增加對智能設(shè)備或嵌入式智能的使用。

63%的制造商已經(jīng)或正在計劃將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成到他們的產(chǎn)品中。

58%的制造商表示，提高產(chǎn)品質(zhì)量是他們通過整合智能設(shè)備或嵌入智能追求的最重要目標(biāo)。

44%的制造商表示，他們利用物聯(lián)網(wǎng)的最大障礙是他們公司對物聯(lián)網(wǎng)如何改進運營和產(chǎn)品的知識有限。

這些和其他許多見解都來自MPI集團的物聯(lián)網(wǎng)研究。 該研究基于2015年8月和9月與羅克韋爾自動化，QAD完成的350家制造商的采訪，并且BDO也贊助該研究。盡管幾乎每家企業(yè)的興趣都很高，但今天只有10%的制造商實施了物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略。

這個研究的主要內(nèi)容包括：

71%的制造商表示物聯(lián)網(wǎng)將在未來五年對他們的業(yè)務(wù)產(chǎn)生重大影響(24%)或一些影響(47%)，但仍有24%的企業(yè)沒有全面了解物聯(lián)網(wǎng)。 盡管大多數(shù)制造商認(rèn)識到物聯(lián)網(wǎng)的價值，但在如何最好地規(guī)劃和利用這些技術(shù)方面存在重大的知識差距。

76%的制造商將在未來兩年內(nèi)將智能設(shè)備或嵌入式智能的使用增加到制造工藝中。 66%將增加對非生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。制造商認(rèn)為運輸，倉儲和文件管理是提高運營準(zhǔn)確性和性能的最佳機會。 下表提供了代表充分利用IoT的最佳機會的流程分析。

根據(jù)制造商的說法，使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)有產(chǎn)品(28%)是最好的機會。 為其他制造商的產(chǎn)品(10%)和其他制造商的設(shè)備(9%)提供物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是制造商目前最有吸引力的三大機會。 下表根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)比較了產(chǎn)品類別的機會排名。

提高客戶滿意度(76%)，提高生產(chǎn)率(75%)和提高產(chǎn)品質(zhì)量(72%)是制造商預(yù)期會影響盈利能力的最大改進。 預(yù)計物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略需要做出實質(zhì)性貢獻的其他領(lǐng)域包括速度和準(zhǔn)時交貨(59%)，機器可靠性和正常運行時間(59%)，產(chǎn)品和服務(wù)創(chuàng)新(54%)。 該研究還發(fā)現(xiàn)制造商正在著重于改進成本控制和降低(53%)，安全(41%)和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)(16%)。

目前只有10%的制造商擁有能夠進行機器對機器通信的網(wǎng)絡(luò)。 41%預(yù)計將需要對其網(wǎng)絡(luò)進行一些升級，32%表示需要進行重大升級才能實現(xiàn)機器對機器的集成。 18%，或接近五分之一，他們的系統(tǒng)將需要進行大修。 下表比較了制造商的機器對機器和機器對企業(yè)的通信能力。

大多數(shù)制造商計劃在其產(chǎn)品中嵌入智能設(shè)備，新產(chǎn)品和市場份額(均為39%)的收入增加是最具革命性的目標(biāo)。其他目標(biāo)包括獲得該領(lǐng)域產(chǎn)品或服務(wù)的數(shù)據(jù)(34%)，提高每個產(chǎn)品的利潤率(34%)，提高品牌和市場意識(27%)以及進入新市場/部門(26%)。

58%的制造商表示，提高產(chǎn)品質(zhì)量是他們通過整合智能設(shè)備或嵌入智能追求的最重要目標(biāo)。通過采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，制造商追求的前五大目標(biāo)是提高運營績效和速度(57%)，降低制造成本(57%)，改善制造設(shè)備維護和正常運行時間(47%)，并改善業(yè)務(wù)分析信息(42%) 。

認(rèn)識了解物聯(lián)網(wǎng)(44%)的機會/收益并可擴展以處理物聯(lián)網(wǎng)(38%)的網(wǎng)絡(luò)功能是當(dāng)今制造商面臨的兩大挑戰(zhàn)。其他挑戰(zhàn)包括開發(fā)或擴展IoT計劃的預(yù)算和資源(37%)，包含智能設(shè)備或嵌入式智能(37%，適應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)(36%)。

04

中國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

2016年中國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值1896億元，在整體物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中約為18%。預(yù)計到2020年，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在整體物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中的占比將達到25%，突破4500億元。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)即物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，將在能源、物流(包括鐵路和車站、機場、港口)、制造(采礦、石油和天然氣、供應(yīng)鏈、機械制造)等領(lǐng)域都要重要應(yīng)用。

筆者有幸采訪了全球物聯(lián)網(wǎng)專家Roger Da，Roger先生曾經(jīng)服務(wù)于世界頂級物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用企業(yè)Z斑馬(Zebra)技術(shù)有限公司和華為技術(shù)有限公司，曾經(jīng)幫助美國的波音公司和加拿大龐巴迪公司主導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)方案部署，他也曾作為首席架構(gòu)師經(jīng)幫助昆山市政府建立智慧城市，對于國內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，他提到：中國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的主要問題還是復(fù)合型人才比較缺乏，熟悉整體架構(gòu)和方案，同時熟悉平臺，軟件和固件的人才很少，另外，中國的基礎(chǔ)設(shè)施也比較薄弱，很多民營制造業(yè)還是大型作坊的方式運作，部署比較完整的物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0在基礎(chǔ)設(shè)施條件都在很基本的階段，另外，在開發(fā)部署整個方案方面，資金投入可能也是一個比較明顯的問題。

Roger先生說到，整個市場，需要更多的專家進行培養(yǎng)，針對企業(yè)和政府的一些技術(shù)，應(yīng)用和實際成果和一些海外先進的成熟的案例共享，及其相關(guān)的知識和專業(yè)的傳授是很重要的，另外，政府，行業(yè)組織主導(dǎo)更多的高峰論壇，自媒體傳播都對市場的拓展有很大的意義，政府建立專門的基金，建立試點和幫助企業(yè)建立模板(DEMO，都對整個產(chǎn)業(yè)有積極的推動作用。