智慧工厂，未来将至

现代工业的多次变革，是世界格局变化和社会进步背后的重要驱动力。伴随着工业技术和信息技术的进步，工业4.0时代对智慧工厂的愿景终将照进现实。

下文中，我们将和大家分享我们对智慧工厂的一些认知，希望能让大家更好理解工业4.0时代的创新和挑战。

作者 | 辛若豪 晨山资本投资经理

从1.0 到 4.0，工业的前世今生

2011年的汉诺威工业博览会上，德国率先提出了工业4.0的概念，就此拉开了下一代工业升级的大幕。如何利用机器人、大数据、人工智能等先进技术，带动工业升级，成了各国关注的焦点。

在工业4.0的愿景中里，包含了我们对未来工厂的众多期待：能预先检测故障，主动维修的机器；无需工人操作，在高危环境中完成任务的重型机械；能识别物料、自主协作的机器人……这些有望在未来，成为智慧工厂中的现实。

工业4.0到底是什么？智慧工厂和工业4.0的关系是怎样的？如果想要看懂这些概念，我们首先需要理解此前的几次工业革命对行业带来了怎样的变化。

回顾历史，工业历经了三次重大的变革：

 机械化：以蒸汽机发明为代表，机械逐步取代人力劳动。工厂也逐渐取代了传统的手工作坊，成为新的制造模式。

 电气化：发电机和内燃机的出现，推动工业进入电气时代。流水线系统的发明，让大规模生产模式开始普及，使得汽车、冰箱等产品走进普通人的生活中。

 数字化：电子技术和IT技术的发展浪潮下，催生了RTU、PLC等现代工业设备。使得工业流程更加自动化、数字化。

工业4.0的目标是，将前两次工业革命中发展完善的“工业系统”和第三次工业革命中出现的“信息系统”融合，通过数据驱动的方式，推动工业效率和产能的进一步提升。

智慧工厂的多层架构

近年来，“智慧工厂”和“工业互联网”等概念受到了更广泛的关注。工业4.0中描述的众多应用，包括预测性维护、柔性生产、全球协同设计等等，也逐渐的传播开来。

为了更好的理解这些工业应用的潜在商业价值和实施难度，我们需要首先对工厂的环境和架构有更清晰的认识。从工业互联网的角度来分析，工厂可以简单分为以下几个层次：

▲ 来源：工业互联网白皮书 （2017）

边缘层

边缘层是整套工业互联网架构中，最接近工厂现场的层面。边缘层代表的是位于生产现场的物理层，这其中包括了数控机床、机器人等制造设备；传感器、可编程控制器（PLC）等感知和工控设备；以及物料、人员等生产过程中不可或缺的元素。

边缘层的众多设备，是工业数据的源头。在理想情况下，设备和传感器收集到的海量实时数据，可以帮助企业实现生产工艺、物流、故障维修等多方面的提升。

但在现实中，中国大多数工厂的数字化水平十分有限。工厂的老旧设备并不具备全面的数据采集能力，也缺乏支持数据互联互通的通信模组。这对需要数据驱动的众多应用，带来了较大的挑战。

如何通过加装传感器和物联网通信模组的手段，对现有工厂进行改造，是工业互联网发展中的重要环节。

网络层

在工厂环境中，众多设备之间的互通互联往往是通过有线（工厂以太网）和无线（LoRA、NB-IOT、4G / 5G等）手段实现的。

工厂中的各种应用场景，对数据传输的速度、时延和可靠度等方面提出了不同需求；比如工业AR (高带宽，低时延）和机器控制（高可靠性、低时延）等等。为了满足这些多元化的通信需求，工厂需要结合多种通信手段。

▲ 来源：5G Americas

上面所描述的数据互通互联，更多是对于OT网络的升级改造。智慧工厂应用的实施，更需要打通工厂OT和IT网络间的间隔，实现工厂中调度 - 生产 - 维修等多环节的整体调控。

平台层 & 应用层

工业互联网平台 （PaaS）是智慧工厂的核心。PaaS 平台集成了工厂设备连接、计算资源调度等诸多功能。为搭建众多工业APP的开发提供了有效的支撑。

在工业互联网的平台上，垂直行业企业可以将自己对制造流程、工业机理的深入理解，总结开发成模块化的应用，以服务不同细分行业的独特需求（刀具管理、产品缺陷检测、能耗管理等）。工业应用的开发者可以通过知识 & 技术输出的方式，即拓宽了自身盈利的模式，也间接推动了行业升级的步伐。

工业互联网平台能够创造的潜在价值是不容忽视的。但我们更需要意识到，对工厂自动化 & 数字化改造，是实现众多先进工业应用的基本条件。这对中小型工厂主来说，或许不是最具吸引力的建议。改造所需的前期投入和难以量化的潜在回报，难以说服众多工厂进行大刀阔斧的改革。这对工业互联网体系在行业中的推广，带来了一定的挑战。

下文里，我们将简单介绍智慧工厂中几个应用场景，希望能帮助大家对智慧工厂带来的潜在价值有更清晰的认知。

设备维护对工业的重要性

在实际工业环境中，设备故障的发生远比我们想像的更加难以预料。

在现代的工业体系中，生产线上的设备紧密协作。单个设备的突发故障，可能会导致整条生产线暂停运行。产线停机带来的经济损失是巨大的。

以汽车行业为例，停产的每分钟的经济损失即可达到上万美金。同时，设备故障带来的潜在安全隐患，也是工厂关注的重点。

因此，对工业设备的有效维护，是保证工厂稳定运行的基础 。传统的维修方式，主要包括在设备故障之后进行的被动型维修，以及固定周期的预防性维修。

（编辑：宜春站长网）

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