物联网如何改变制造业

中央高层在不同场合提倡“中国制造2025”，李总理多次提到从制造大国变成制造强国，制造强国很重要的一环就是“中国智造”，其中物联网和工业4.0是很关键的应用，那么物联网如何改变制造业?物联网如何使我们变得更加聪明?国外工业制造和创新巨头在怎么玩物联网?欧美发达国家是怎么看待物联网，他们的整体发展状况又如何?

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物联网(IoT)正在改变我们的制造业

连接到互联网的工厂比没有连接的工厂更高效，更智能和更有成本优势。在一个市场中，企业越来越需要发挥最大的潜力来生存和发展，那些没有连接性的企业则越来越落后。

据罗克韦尔自动化公司(Rockwell)市场开发副总裁John Nesi称，目前只有10%的工业运营正在使用物联网，该公司将企业与网络空间连接起来，以改善制造功能。他说：“全球竞争压力正在挑战工业和制造公司，低效率的企业将渐渐被淘汰。”

1. 物联网企业体验效率提高

Nesi说到，Rockwell的食品和饮料客户之一King’s Hawaiian每天能够额外增加180,000磅面包，在安装新技术后将其以前的产量增加一倍。

King’s Hawaiia将11台连接的机器安装到一家新工厂中，这些机器与FactoryTalk相连，该软件让公司的员工可以远程访问历史数据和实时数据，还可以使用生产仪表板来全面了解整个系统，以便监控性能。

所有这些软件和硬件都带来了“更快的上市时间(faster time to market)，更好的资产利用率和优化，更低的总体成本( lowertotal cost of ownership)，更高的劳动效率，企业风险管理和更智能的支出 (smarter expenditures)”，Nesi说。

新系统降低了维护成本和停机时间，增加了更多数据的能力。反过来，Nesi说：“这使他们能够汇总数据并呈现在可访问的仪表板上，使管理人员可以监控整个企业的操作和KPI。”

由于King's Hawaiian's等系统连接到互联网，因此可以通过远程操作中心进行控制和管理。这使得全球公司可以在世界各地建立工厂并实时监控它们。

另一家获得连接系统(IOT，物联网)优势的公司是通用电气公司(General Electric)。在纽约州Schenectady的Durathon电池工厂，物联网全天候帮助该公司收集过程的数据。通过装配线上的10,000个传感器和每个电池中的传感器，管理人员可以即时了解生产状况。他们能够与其他部门的同事分享这些信息和数据。

根据O'Reilly公司David Stephenson的说法，通用电气公司和类似制造商的技术开创了前所未有的创新。 “物联网有望消除有关工厂车间实时状况的大量信息差距，全面优化生产并消除浪费，”他说。

2. 减少工作场所的安全隐患

专注于企业技术解决方案的Sine-Wave创建了一个定制的物联网计划，从而提高了矿山的安全性和通信能力。根据他们的网站，他们设计了一个基于浏览器的应用程序，允许用户与矿山中的工人，操作员和机器进行通信，以及“查看地下所有活动的实时视图，包括采矿作业”。通过实时了解地下矿井正在发生的事情，用户可以避免安全隐患并快速响应紧急情况。

3. 网络安全风险

SANS研究所的Michael Assante说，当制造商在他们的工厂使用物联网时，他们应该权衡风险。在连接之前，安全团队应该有信心“了解暴露的协议，接口/配置，系统软件，固件和身份验证控制。”

随着时间的推移，这些安全预防措施将变得越来越重要。 “预计未来五年内连接终端的数量将接近500亿，”Nesi说。 “随着时间的推移，制造业的每个终端 - 无论是传感器，阀门，仪器还是机器 - 都将为更大的信息系统提供智能。”

02

物联网将使制造变得更加智能化

全球制造业正处于革命的风口浪尖。正如我们在工厂和企业软件的早期版本中看到的那样，新的信息技术突然间不仅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。基于物联网的技术有可能从根本上提高制造的可视性，使生产过程的每一步都能“看到”每个生产单位。批次级可见性正在被单位级可见性所取代。这是智能制造的曙光。

转变是巨大的。 SCM World最近对智能制造和物联网进行的实地调查发现，尽管今天五分之一的人承认他们的工厂业务完全“脱网“，但五年后这一数字将降至接近于零。事实上，根据SCM World的可见性成熟度模型(图1)，接受调查的所有制造业高管中有一半人希望在本单位层面的供应链中具有可见性。只有10%的人预测他们仍然仅限于单一的工厂级别的了解和控制。

智能制造关乎创造一个环境，从工厂和供应链的所有可用信息被实时捕获，变得可见并转化为可操作。智能制造包括业务的各个方面，模糊了工厂运营，供应链，产品设计和需求管理之间的界限。智能制造能够对资产，流程，资源和产品进行虚拟跟踪，为企业提供充分的可见性，从而支持简化业务流程并优化供需。

实质上，智能制造是一个决策环境。非常重要的是，智能制造包括主动和自主分析功能，使智能制造成为一个智能且自我修复的环境。智能制造企业可以通过智能和自动化的行动来预测性地满足业务需求，而这些行动是由物理世界以前难以获得的驱动。智能制造将企业转变为积极主动的自主组织，能够预测和修复潜在的破坏性问题，发展运营并为客户带来愉悦，同时增加盈利。

包括Bosch, Cisco, FCA (Fiat Chrysler Automobiles), GE, General Mills,Harley-Davidson 和Siemens等在内的许多全球领先制造商都是其工厂中智能制造(或工业4.0)的早期采用者。 有趣的例子包括：

西门子。在德国安贝格的西门子电子制造工厂，机器和电脑自主处理75%的价值链，从生产线的一端到另一端，约有1000台自动化控制器正在运行。正在生产的零件通过产品代码与机器进行通信，产品代码告诉机器他们的生产要求以及下一步需要采取的步骤。所有流程都针对IT控制进行了优化，从而实现最低的故障率。员工主要负责监督生产和技术资产，包括处理突发事件。

通用电气GE。在GE的Durathon电池工厂，10,000多个传感器实时测量温度，湿度，气压和机器运行数据。这不仅提供了实时监控生产和调整过程的机会，而且还可以追溯电池性能，回溯到特定批次的粉末以及过程中的每一步。

哈雷戴维森。 Harley-Davidson在宾夕法尼亚州约克的主要生产设施和生产车间中的每个资产都是连接的，生产中的每一步都被跟踪并纳入到实时绩效管理系统中。

思科。 为了更好地协调其全球外包生产工厂网络，思科开发了一个“虚拟”制造执行系统平台(VMES)，该平台提供生产操作的实时可见性。该系统利用诸如云，大数据分析和物联网等技术连接并收集生产机器的实时信息，从而在完全外包的制造环境中实现预测质量功能。

智能制造需要使用健康的技术来确保机器协同工作，实时显示物料流动，工程师团队协调整个流程。物联网是使这成为可能的技术环境。 在工厂车间应用中，物联网可以创建一个网络，从生产设备到生产零件，从传感器嵌入式自动化控制到能量计，从卡车到仓库的智能货架，连接各种制造资产。

通过物联网，制造商可以为每个物理资产提供数字身份，使他们能够在整个供应链中实时了解这些资产的确切位置和状况。

正确的投资时机

世界各地的制造商现在都有信心。大约40%的受访者认为，智能制造及其基础技术 - 物联网已经准备就绪，现在是投资的正确时机(图2)。 只有3%的人将智能制造和物联网视为纯粹的流行语。

对于准备就绪的人来说，智能制造本质上是一个集成了多种技术的平台，例如连接技术(使物体能够连接到互联网的网络)，云(资产可以通信的计算和存储环境)以及大数据分析(能够分析数据并提供洞察力的系统智能)。

这个想法是使用连接技术(例如，工业网络，wifi，M2M等)将工厂自动化资产(例如生产设备，机器人，RFID等)与终端用户应用程序(例如MES，PLM， ERP等)以及移动设备进行更加积极准确的业务决策。 图3显示了我们智能制造应用的物联网基础技术。

在我们的实地调查中，我们也询问了智能制造业的预期业绩结果，并发现了很高的期望。质量，正常运行时间，库存效率等方面的收益预计将达到两位数的百分比(图4)。

物联网有一个引人注目的光环，但是对于许多可能性来说，想象力几乎是太深远了。当这个概念应用于特定的应用时，特别是当与其他变革性技术结合在一起时，其潜力就变得清晰了。 对于制造商来说，IoT在智能制造领域的可能影响确实非常大。

03

物联网(IoT)在制造业调研数据

在未来两年内，76%的制造商将在制造过程中增加对智能设备或嵌入式智能的使用。

63%的制造商已经或正在计划将物联网技术集成到他们的产品中。

58%的制造商表示，提高产品质量是他们通过整合智能设备或嵌入智能追求的最重要目标。

44%的制造商表示，他们利用物联网的最大障碍是他们公司对物联网如何改进运营和产品的知识有限。

这些和其他许多见解都来自MPI集团的物联网研究。 该研究基于2015年8月和9月与罗克韦尔自动化，QAD完成的350家制造商的采访，并且BDO也赞助该研究。尽管几乎每家企业的兴趣都很高，但今天只有10%的制造商实施了物联网战略。

这个研究的主要内容包括：

71%的制造商表示物联网将在未来五年对他们的业务产生重大影响(24%)或一些影响(47%)，但仍有24%的企业没有全面了解物联网。 尽管大多数制造商认识到物联网的价值，但在如何最好地规划和利用这些技术方面存在重大的知识差距。

76%的制造商将在未来两年内将智能设备或嵌入式智能的使用增加到制造工艺中。 66%将增加对非生产物联网应用。制造商认为运输，仓储和文件管理是提高运营准确性和性能的最佳机会。 下表提供了代表充分利用IoT的最佳机会的流程分析。

根据制造商的说法，使用物联网技术的现有产品(28%)是最好的机会。 为其他制造商的产品(10%)和其他制造商的设备(9%)提供物联网技术是制造商目前最有吸引力的三大机会。 下表根据调查数据比较了产品类别的机会排名。

提高客户满意度(76%)，提高生产率(75%)和提高产品质量(72%)是制造商预期会影响盈利能力的最大改进。 预计物联网战略需要做出实质性贡献的其他领域包括速度和准时交货(59%)，机器可靠性和正常运行时间(59%)，产品和服务创新(54%)。 该研究还发现制造商正在着重于改进成本控制和降低(53%)，安全(41%)和实现可持续发展目标(16%)。

目前只有10%的制造商拥有能够进行机器对机器通信的网络。 41%预计将需要对其网络进行一些升级，32%表示需要进行重大升级才能实现机器对机器的集成。 18%，或接近五分之一，他们的系统将需要进行大修。 下表比较了制造商的机器对机器和机器对企业的通信能力。

大多数制造商计划在其产品中嵌入智能设备，新产品和市场份额(均为39%)的收入增加是最具革命性的目标。其他目标包括获得该领域产品或服务的数据(34%)，提高每个产品的利润率(34%)，提高品牌和市场意识(27%)以及进入新市场/部门(26%)。

58%的制造商表示，提高产品质量是他们通过整合智能设备或嵌入智能追求的最重要目标。通过采用物联网技术，制造商追求的前五大目标是提高运营绩效和速度(57%)，降低制造成本(57%)，改善制造设备维护和正常运行时间(47%)，并改善业务分析信息(42%) 。

认识了解物联网(44%)的机会/收益并可扩展以处理物联网(38%)的网络功能是当今制造商面临的两大挑战。其他挑战包括开发或扩展IoT计划的预算和资源(37%)，包含智能设备或嵌入式智能(37%，适应现有技术(36%)。

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中国工业物联网

2016年中国工业物联网产值1896亿元，在整体物联网产业中约为18%。预计到2020年，工业物联网在整体物联网产业中的占比将达到25%，突破4500亿元。

工业物联网即物联网在工业领域的应用，将在能源、物流(包括铁路和车站、机场、港口)、制造(采矿、石油和天然气、供应链、机械制造)等领域都要重要应用。

笔者有幸采访了全球物联网专家Roger Da，Roger先生曾经服务于世界顶级物联网应用企业Z斑马(Zebra)技术有限公司和华为技术有限公司，曾经帮助美国的波音公司和加拿大庞巴迪公司主导物联网方案部署，他也曾作为首席架构师经帮助昆山市政府建立智慧城市，对于国内的物联网应用，他提到：中国工业物联网的主要问题还是复合型人才比较缺乏，熟悉整体架构和方案，同时熟悉平台，软件和固件的人才很少，另外，中国的基础设施也比较薄弱，很多民营制造业还是大型作坊的方式运作，部署比较完整的物联网和工业4.0在基础设施条件都在很基本的阶段，另外，在开发部署整个方案方面，资金投入可能也是一个比较明显的问题。

Roger先生说到，整个市场，需要更多的专家进行培养，针对企业和政府的一些技术，应用和实际成果和一些海外先进的成熟的案例共享，及其相关的知识和专业的传授是很重要的，另外，政府，行业组织主导更多的高峰论坛，自媒体传播都对市场的拓展有很大的意义，政府建立专门的基金，建立试点和帮助企业建立模板(DEMO，都对整个产业有积极的推动作用。