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數據與云計算
從工業云到工業互聯網平臺演進的五個階段
2018-01-08 瀏覽次數:669

從工業云到工業互聯網平臺演進的五個階段

工信部信軟司副司長安筱鵬此前在中國國際工業博覽會上參加會議,并發表“從工業云到工業互聯網平臺演進的五個階段”主旨演講,指出工業云向工業互聯網平臺的演進將經歷成本驅動導向、集成應用導向、能力交易導向、創新引領導向和生態構建導向五個階段。

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理解工業企業上云,實際上要回答三個基本問題,企業為什么要上云?什么業務上云?如何上云?沿著這個思路來理解工業云和工業互聯網平臺的聯系和區別。

工業互聯網平臺與工業云有著本質的區別,又有許多聯系,工業互聯網平臺是傳統工業云功能的疊加與迭代。從過去幾年的工作實踐及技術和產業發展趨勢來看,工業云平臺向工業互聯網平臺演進經歷五個階段:成本驅動導向、集成應用導向、能力交易導向、創新引領導向、生態構建導向五個階段,這幾個階段可以并行也可以跳躍。

成本驅動導向

工業云發展第一個階段是成本驅動導向的階段,主要是研發設計類工具上云云計算具有資源池化、彈性供給、按需付費等典型特征,能大幅降低企業購買研發工具的成本,提高企業研發效率,因此,降低成本是工業云平臺起步發展階段考慮的重要因素。工信部2013年4月、2014年7月、2015年7月連續3年分別在北京、濟南、南京召開工業云現場會,在全國開展了16個工業云創新服務試點。前幾年,業界討論工業云,關注的重點問題都是企業如何通過云計算降低IT硬件成本、軟件成本、部署成本、運營成本。

在硬件方面,云平臺通過IT硬件資源租用取代直接購買或自建,可以大幅降低硬件成本,以中石油為例,在完成核心信息系統云化后,“十二五”期間節省成本約5.9億元。在軟件方面,從購買軟件授權到根據時間、人、次數來訂閱云服務,也可以大幅降低成本,比如達索的一套軟件原來是幾萬塊錢/套,現在采用訂閱式每套每年只需要幾千元。在部署成本與運營成本方面,工業云平臺能大大降低縮短信息系統建設周期,減少運維成本。

當前,為確保市場競爭優勢,全球領先的研發軟件廠商紛紛基于云端構建新一代的工具軟件,推動工具類軟件向云端遷移。

達索2015年推出基于云的3DEXPERIENCE 平臺,目前新產品均基于云端開發,超過100種以上的研發工具應用均可通過云服務模式提供。

歐特克2016年推出基于云端的研發解決方案Autodesk 360,并逐步終止永久許可購買選項,用戶可按季度、年度和多年期限購買云服務。

PTC2017年將傳統軟件授權的盈利模式全部從美國、歐洲退出(中國3年過渡期),目前全球70%以上業務通過訂閱模式使用基于ThingWorx平臺的產品和服務。

集成應用導向

工業云發展第二個階段是集成應用導向的階段,主要是研發設計類工具上云的基礎上,推動核心業務系統上云。

2017年4月18日,工信部在中石油召開工業云現場會,與前幾次現場會工業云關注的焦點是降低成本相比,本次現場會企業討論的重點是如何通過企業內部核心業務系統向云端遷移,實現企業內部的系統集成。比如,中石油指出,將企業40個業務系統遷移到云端,有成本的考慮,更多的考慮是實現內部的集成。

這些企業為什么強調集成應用呢?部領導曾經指出,兩化融合與工業4.0在核心理念、具體做法和推進路徑上殊途同歸、如出一轍、異曲同工。那么這個“同”和“一”是什么呢?那就是集成應用。工業4.0強調橫向集成、縱向集成、端到端集成。工信部兩化融合水平評估體系把兩化融合劃分為基礎建設、單項應用、綜合集成和創新引領四個階段,數據顯示,全國只有19.3%的企業達到綜合集成水平,集成應用和中等收入陷阱一樣難以跨越,我國企業普遍面臨集成應用困境,所以集成是重點,是難點,也是焦點。

近幾年,工信部一直在開展兩化融合管理體系貫標工作, 8萬家企業的自評估、自診斷、自對標結果顯示,企業兩化融合投入和企業兩化融合收益并不是線性關系,企業兩化融合水平只有達到集成階段之后,企業的收益才會呈現指數化的增長,對于不少中小企業而言,這是一個挑戰。那么如何實現集成呢?其一是漸進的路徑,即不改變現有的技術架構,不斷地通過API接口實現不同業務系統之間的互聯互通;其二則是工業云這一激進路徑,即企業將業務系統遷移到云端,從而解決系統內部的互聯互通問題。

因此,集成應用導向階段工業云平臺的典型特征是通過核心業務系統上云,打通信息孤島,促進制造資源、數據等集成共享,提升企業效益。

過去幾十年, 信息技術(IT)和工業技術(OT)沿著各自不同的軌道在發展,系統架構遷移到云端將打破傳統企業五層架構,有利于實現工業4.0所強調的橫向集成、縱向集成和端到端集成,促進單點智能演進至全局優化。

在今年4月18日中石油召開的工業云現場會上,中國商飛提出,中國商飛企業上云不僅僅是因為成本,更重要的構建基于工業云的飛機研制系統平臺,推動遍布全球的包括機體結構供應商、系統供應商、零件及材料供應商等近150個一級供應商之間進行數據交互,基于單一數據源實現協同設計、協同制造。這也是國內汽車等行業企業推動業務系統向云端遷移、實現跨國跨企業協同研發和制造的重要出發點。

能力交易導向

工業云發展第三個階段是能力交易導向的階段,在企業研發設計類工具、核心業務系統上云之后,底層的設備和產品開始上云,工業云平臺開始演進為工業互聯網平臺。

對于工業互聯網平臺而言,數據采集是基礎,當前,一大批領軍企業已經開始打造設備和產品數據采集及云端遷移的解決方案,國外巨頭GE推出Predix Machine、西門子推出MindConnect Nano、卡特彼勒推出Product Link、CAT Connect,國內航天云網推出Smart IOT、樹根互聯推出根-云盒,這為工業數據的采集以及向云端的遷移提供了工具。

硬件設備上云+核心業務系統上云+研發工具上云,推動互聯網在經歷信息交流(搜狐、新浪)與產品交易(京東、阿里)之后,正在進入能力交易的新階段,未來在互聯網上不再僅僅是手機、衣服等產品的交易,還將出現研發設計能力、測試實驗能力、生產制造能力、物流能力等生產能力的交易。

當前生產能力的交易主要面臨著三大問題:

一是制造資源配置不均衡,例如國內機床的利用率只有40%,在很多情況下處于閑置狀態,當有大訂單來的時候設備又滿足不了需要;

二是供需信息不充分,當一個企業有了一個大訂單需要購買數控機床加工能力時,不知道加工能力在哪里;

三是制造能力不可計量,能力交易成本較高。沒有計量就沒有交易,隨著設備上云,制造能力能夠實現在線發布、制造資源可以彈性供給、供需信息能夠實時對接、能力交易也可以精準計費,這為解決上述問題提供了可能。

一大批企業已經在探索這些新的商業模式。iSESOL平臺將上萬臺i5機床接入云端,采用租賃方式,按使用時間、價值或按工件數量計費,這大大降低了企業的一次性成本,也提高了機床的使用效率。航天云網平臺可交易14類、66小類生產制造能力,12類,139小類實驗試驗能力,3類,30小類計量檢測能力。

創新引領導向

第四個階段是創新引領導向的階段,在企業研發設計類工具、核心業務系統、底層的設備和產品開始上云之后,制造業架構體系發生了革命性變革,“云計算+邊緣計算”成為計算能力新組合,微服務架構成為知識經驗封裝的新模式,工業app成為新型軟件形式。工業互聯網平臺的四層架構日漸清晰,數據采集層、IaaS層、工業PaaS和工業APP層共同構成了基于云的端到端制造業數字化、網絡化、智能化整體解決方案,看起來是云,背后是面向線下的一套解決方案。

在該階段,“工業paas平臺+定制化開發工業APP”成為平臺競爭的焦點,并在重構工業知識新體系。其中,工業PaaS層的核心是把大量的工業技術原理、行業知識、基礎工藝、模型工具規則化、軟件化、模型化,封裝成為可重復使用的微服務組件。工業APP層的核心是面對特定的工業場景,通過調用底層的微服務,推動工業技術、經驗、知識和最佳實踐的模型化、軟件化與再封裝。

這樣的平臺架構帶來了工業知識的沉淀、復用和重構。沉淀是指將工業技術、經驗、知識和最佳實踐固化封裝為微服務組件和工業APP。復用是指可反復調用微服務組件和APP。重構是指構造了一個工業知識創造和傳播的新體系,創新的主體(高效便捷地整合第三方資源)、創新的載體(可重復調用微服務和APP)和創新方式(基于工業PaaS平臺和工業APP的創新體系)都將發生變化,這將大大降低創新的成本和風險,提高研發效率,并將改變以往的“二八規律”(即80%的精力用在重復勞動,20%用在創造),使80%的精力從事于創造,20%用在重復性勞動上。

工業PaaS平臺相當于一個可擴展的工業云操作系統,其功能類似微軟的Windows、谷歌的安卓系統或者蘋果的iOS系統,向下可以實現各種軟硬件資源的接入、控制和管理,向上則提供開發接口、存儲計算和工業資源等支持,通過軟硬件解耦的方式實現硬件資源虛擬化和應用服務軟件化。

舉個例子來理解軟硬解耦所帶來的價值,蘋果究竟是大規模生產還是個性化定制呢?有的專家說蘋果只生產一兩款智能終端是大規模生產,有的專家說蘋果應用商店擁有大量APP,每一個智能終端都不同,其實兩者說的都有一定的道理,但并不全面。智能手機通過操作系統實現了軟硬件的解耦,蘋果通過硬件的大規模生產和軟件的個性化定制,實現了規模經濟和范圍經濟的有機結合。

工業互聯網平臺也是這樣的架構,通過軟硬件解耦屏蔽底層設備、軟件集成、計算資源調度、運行環境的復雜性,提供豐富的工業APP。同時對功能模塊的反復調用,能夠大幅提高研發效率,比如大眾點評不需要自己開發地圖,只需要調用百度或高德地圖實現餐館位置定位功能,滴滴出行也不需要自己開發支付工具,只需調用微信支付或支付寶即可完成支付環節。

工業互聯網平臺推動軟件研發模式向工業領域拓展。一個大型軟件系統開發過程中,65%的編程代碼來自于對已有各種“軟件功能模塊”重復調用,而工業研發、生產和服務過程中,知識復用水平較低。工業互聯網平臺的本質就是通過提高工業知識復用水平構筑工業知識創造、傳播和應用新體系。

生態構建導向

第五個階段是創新引領導向的階段,隨著海量第三方開發者與通用工業APP的出現,工業互聯網平臺將進入到一個以生態構建為導向的新階段。當前GE、西門子等領軍企業都在圍繞“智能機器+云平臺+工業APP”的功能架構,培育海量第三方開發者開發工業APP,構建基于平臺的制造業生態,不斷鞏固和強化制造業競爭優勢。

和創新引領階段相比,主要表現為三方面變化:

一是開發主體(who)從“平臺運營者+平臺客戶”聯合開發演進為海量第三方開發者;

二是開發內容(what)從有限、封閉、定制化的工業APP演進為海量、開放的、通用性的工業APP;

三是運營機制(how)在演進,核心是形成工業APP應用與工業用戶之間相互促進、雙向迭代的生態體系。

總結工業云平臺到工業互聯網平臺演進的五個階段,主要體現為四個方面的變化。

一,什么上云(what)在變,工業云平臺強調開發工具軟件、核心業務系統上云,工業互聯網平臺強調軟硬件整體上云。

二,為什么上云(why)在變,工業云平臺的核心是節約硬件與軟件成本,工業互聯網平臺的核心提高工業知識生產、傳播、復用效率,從成本控制導向到知識創造導向、生態導向轉變。

三,應用開發主體(who)在變,工業云平臺以平臺開發商或軟件廠商開發為主,工業互聯網平臺強調海量第三方開發者參與開發。

第四,運行機制(how)在變,工業云平臺更多是一個單邊市場,工業互聯網平臺是一個雙邊市場,強調海量、開放APP應用與工業用戶之間形成相互促進、雙向迭代的生態體系。

最后,值得我們思考的是,中國消費互聯網優勢能否自然遷移到工業互聯網呢?《深化制造業與互聯網融合發展的指導意見》指出我們是制造業大國,也是互聯網大國,兩個大國的優勢疊加可以形成疊加效應、聚合效應、倍增效應,但是如何才能做到從可能到必然呢?我們具備了培育世界級消費互聯網平臺的土壤,但是否也具備培育世界級工業互聯網平臺的土壤呢?我們要充分認識到消費互聯網與工業互聯網的差異性。為什么會有這么多的消費互聯網平臺進入到世界級行列呢?

原因有很多,其中最重要的原因是在于改革開放三四十年,社會心理形成一種狀態愿意擁抱變化,個人消費者愿意擁抱變化,但是對工業企業來說我們是否也愿意擁抱工業云來的變化呢?培育中國本土世界級工業互聯網平臺任重而道遠,需要加強政府、行業、企業的共同努力,這是一項復雜性、長期性、漸近性的工程,工信部將通過工業互聯網平臺培育工程、百萬制造業企業上云工程、百萬工業APP工程推進此項工作。


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