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顯微鏡下的嵌入式產(chǎn)業(yè) | 我看工業(yè)4.0與嵌入式系統(tǒng)

2014/12/08
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2010年我曾經(jīng)寫過一篇文章“我看物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)”,文中我談了三個問題:關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)概念和內(nèi)涵之爭,物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)密不可分以及物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)科建設(shè)。那時物聯(lián)網(wǎng)剛剛興起,物聯(lián)網(wǎng)概念模糊,方向不明確,高校的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)設(shè)置也處在實(shí)驗(yàn)階段。經(jīng)過4年多的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)概念逐漸清晰,嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的地位已不可動搖,物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)已經(jīng)在高校轟轟烈烈地興辦起來,首批畢業(yè)生即將走上工作崗位。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市的安防和物流行業(yè)已經(jīng)初據(jù)規(guī)模,智能家居可穿戴設(shè)備正在興起新一輪的創(chuàng)業(yè)高潮,互聯(lián)網(wǎng)公司也正在追趕這一輪萬物互聯(lián)(IoT)的大潮,而工業(yè)4.0 將會帶領(lǐng)我們深入到一個嶄新的領(lǐng)域-智能工業(yè)。

什么是工業(yè)4.0?
工業(yè)4.0概念最早出現(xiàn)在德國,也稱為德國工業(yè)4.0,這個概念在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會上被正式提出。在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動下形成,并已上升為德國國家級戰(zhàn)略。工業(yè)4.0的核心目標(biāo)是提高德國工業(yè)的競爭力,在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機(jī)。2014年10月,在第三輪中德政府磋商期間,工信部苗圩部長與德國工業(yè)4.0平臺相關(guān)機(jī)構(gòu)就加強(qiáng)中德制造業(yè)創(chuàng)新合作進(jìn)行座談時指出:德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略與中國的信息化和工業(yè)化深度融合戰(zhàn)略在核心理念、主要內(nèi)容和具體做法等諸多方面殊途同歸,完全可以相互學(xué)習(xí)和借鑒。德國聯(lián)邦教育研究部工業(yè)4.0工作組的“實(shí)施工業(yè)4.0 攻略的建議”的報告是工業(yè)4.0 最具備權(quán)威的文件(中國工程院咨詢服務(wù)中心已經(jīng)組織翻譯了中文版)。


談到工業(yè)4.0 ,業(yè)界還要提到另外一個概念,“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”,它是通用電氣(GE)2012年秋季提出的,是關(guān)于產(chǎn)業(yè)設(shè)備與IT融合的概念,目標(biāo)是通過高功能設(shè)備、低成本傳感器、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)收集及分析技術(shù)等的組合,大幅提高現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)的效率并創(chuàng)造新產(chǎn)業(yè)?!肮I(yè)4.0”與“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”二者在概念上沒有什么區(qū)別,只是側(cè)重點(diǎn)有所不同。工業(yè)4.0 更強(qiáng)調(diào)的是制造,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)還是網(wǎng)絡(luò)。天津大學(xué)馬建國教授在嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會第15次主題討論會上給出的結(jié)論則是:物聯(lián)網(wǎng)=嵌入式智能系統(tǒng)+網(wǎng)絡(luò),工業(yè)4.0=物聯(lián)網(wǎng)+制造。


我理解的工業(yè)4.0有這樣兩個重要的內(nèi)涵,一是互聯(lián)互通:強(qiáng)調(diào)制造設(shè)備與設(shè)備之間、生產(chǎn)的產(chǎn)品與設(shè)備之間,產(chǎn)品與產(chǎn)品之間的互聯(lián),產(chǎn)品/設(shè)備/互聯(lián)網(wǎng)形成跨越物理范疇的連接,虛擬世界與實(shí)體世界的網(wǎng)絡(luò)連接(也就是工業(yè)4.0 所講的CPS)。二是服務(wù):產(chǎn)品和設(shè)備上的傳感器會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)會滲透到產(chǎn)品制造、營銷、使用和維護(hù)的全生命周期里面,借助云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的技術(shù),未來智能工廠和智能制造一定是面向服務(wù)的集成整合的模式,而不僅僅是單一的產(chǎn)品本身。

工業(yè)4.0與嵌入式系統(tǒng)
工業(yè)4.0概念下的智能工業(yè)系統(tǒng)中有大量的電子控制裝置,它們都是嵌入式系統(tǒng),比如今天我們談?wù)摰煤芏嗟?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E5%B7%A5%E4%B8%9A%E6%9C%BA%E5%99%A8%E4%BA%BA/">工業(yè)機(jī)器人,其中的高性能控制器就是一個很復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng),工廠自動化中大量使用的PLC也是一種嵌入式系統(tǒng)。在德國聯(lián)邦教育研究部工業(yè)4.0工作組的“實(shí)施工業(yè)4.0 攻略的建議”的報告中多次提到嵌入式系統(tǒng),比如在摘要部分有這樣的描述:“功能強(qiáng)大的、自主的微型計(jì)算機(jī)(嵌入式系統(tǒng))正越來越多地相互間或與互聯(lián)網(wǎng)以無線方式互聯(lián)。這正在導(dǎo)致引起實(shí)體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界(cyberspace)以虛擬網(wǎng)絡(luò)—實(shí)體物理系統(tǒng)(CPS)的方式相融合。繼2012年推出新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6”,現(xiàn)在已經(jīng)有足夠的地址使得對象間可以通過互聯(lián)網(wǎng)大范圍直接互聯(lián)”。


智能工業(yè)設(shè)備中的嵌入式系統(tǒng)與消費(fèi)電子產(chǎn)品有很大的不同,一個重要標(biāo)志是智能工業(yè)設(shè)備對實(shí)時性和可靠性的嚴(yán)格的要求,比如一個化工廠的控制系統(tǒng)僅僅因?yàn)闀r間的延遲而造成得嚴(yán)重后果,輕者會帶來產(chǎn)品質(zhì)量下降,殘次品出現(xiàn),重則會導(dǎo)致人命關(guān)天的事故。嵌入式企業(yè)適應(yīng)智能工業(yè)產(chǎn)品的高可靠性要求,要做好開發(fā)和驗(yàn)證周期長的思想準(zhǔn)備,腳踏實(shí)地的做好產(chǎn)品的可靠性認(rèn)證工作是做好嵌入式工業(yè)產(chǎn)品的關(guān)鍵。

圖1 智能工廠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)


除此之外,強(qiáng)調(diào)互聯(lián)互通的智能工業(yè)系統(tǒng),將會有各種通信需求。除了支持民用通信網(wǎng)絡(luò)外,還要支持工業(yè)通訊技術(shù),比如CAN、CANOpen、Modbus ProfiNet、EtherCAT、Powerlink和EtherNet等。一般情況下,智能工廠的網(wǎng)絡(luò)是分三層部署的,即設(shè)備、控制和信息三層,每層之間都布置了網(wǎng)絡(luò)安全隔離措施,如圖1。即使這樣,智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的信息安全依然不容忽視。要解決智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的安全問題,可從兩個方面入手;一是通訊鏈路的安全,二是設(shè)備本身的安全。這兩個目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)均需要使用嵌入式芯片、軟件和協(xié)議方面的技術(shù),目前國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)與國外差距很大,急待提高。

小結(jié)
工業(yè)4.0 為智能工業(yè)在策略層面指明了發(fā)展的方向,這對于中國制造業(yè)的升級和轉(zhuǎn)型是一個很好的契機(jī)。今后幾年,在政府的推動下,工業(yè)4.0 概念下的示范項(xiàng)目會陸續(xù)實(shí)施將給嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)會。

* 我最近參與組織了兩個工業(yè)4.0 相關(guān)會議,會議資料參閱相關(guān)網(wǎng)站或者聯(lián)系@何小慶微博


中國軟件行業(yè)協(xié)會嵌入式系統(tǒng)分會11月20日在北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)成功召開中國(北京)國際智能工業(yè)與信息安全技術(shù)發(fā)展論壇暨2014年中國嵌入式系統(tǒng)年會,王越院士、中國電力科學(xué)研究院信息安全實(shí)驗(yàn)室、海爾軟件公司、北京和利時系統(tǒng)工程有限公司技術(shù)中心的專家,在大會上做了有關(guān)智能工業(yè)和信息安全技術(shù)在大型工業(yè)智能系統(tǒng)的實(shí)踐等方面的高水平的報告。


2014年11月22日嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會第15次主題討論會在北航召開,本次會議的主題是;“研討工業(yè)4.0與嵌入式系統(tǒng)、聚焦機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展?!睍h吸引了來自高校、科研、企業(yè)和科技媒體的近50人參加交流和討論。會議邀請了天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院院長、長江學(xué)者馬建國教授,北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所所長,科技部十二五服務(wù)機(jī)器人技術(shù)專家組組長、長江學(xué)者王田苗教授,湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院李智勇教授,北航魏洪興教授,浙江大學(xué)陳文智教授到會發(fā)言、分享他們對工業(yè)4.0、機(jī)器人和嵌入式技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的理解,幫助大家理清思路,共謀工業(yè)4.0時代發(fā)展機(jī)遇。

與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容,未經(jīng)許可,不得轉(zhuǎn)載!

系列之一:智能家居的S曲線

摘要:任何技術(shù)發(fā)展都會有屬于自己的成熟曲線,也就是必要要經(jīng)歷初期-發(fā)展-成熟這幾個階段,這是市場營銷的一個規(guī)律(稱為S曲線),智能家居作為一個高技術(shù)產(chǎn)業(yè)也不會例外……

系列之二:Android開發(fā),才剛剛開始

摘 要:從2008年Android1.0問世到現(xiàn)在短短的6年Android發(fā)展迅速,2013年手機(jī)市場占有率78.6%,正在進(jìn)入各種嵌入式智能設(shè)備領(lǐng) 域 (汽車、家居和穿戴),Android生態(tài)環(huán)境的企業(yè)正在更加廣泛的領(lǐng)域研究和推廣Android的應(yīng)用,隨著Android終端市場占有率的攀升和應(yīng)用 軟件增加,Android應(yīng)用的云和服務(wù)器端開發(fā)和測試需求也日益增大……

系列之三:與Misfit的硬件對比看小米手環(huán)做減法

摘 要:市場對小米手環(huán)的反應(yīng)基本是兩種;一是做手環(huán)的創(chuàng)業(yè)公司們唉聲一片,79元的價格讓他們以前賣數(shù)百元的手環(huán)沒法生存了。另外一類是贊揚(yáng)小米手環(huán)是戰(zhàn) 略性的布局、激活市場、占領(lǐng)入口等等。分析之后,對其簡單實(shí)用的特點(diǎn)有了進(jìn)一步的認(rèn)識。小米手環(huán)在諸多方面借鑒了Misfit手環(huán)……

系列之四:物聯(lián)網(wǎng)的成算

摘要:我對物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識是來自2010年參加中國物聯(lián)網(wǎng)大會的感受,之后在接受工控網(wǎng)采訪的時候我談了兩點(diǎn):第一,物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)密不可分。第二,物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科建設(shè)才剛剛開始……

系列之五:開學(xué)季,也來談?wù)勄度胧浇虒W(xué)

摘要:最近我有機(jī)會參加賽靈思公司和機(jī)械工業(yè)出版社華章分社共同舉辦的“嵌入式課程教學(xué)創(chuàng)新研討會”,與長期從事嵌入式教學(xué)工作的老師們共同交流嵌入式教學(xué)現(xiàn)狀和未來發(fā)展,在會上我做了“嵌入式教學(xué)需改革和創(chuàng)新“的發(fā)言,談了自己對嵌入式教學(xué)的理解和思考……

系列之六:從嵌入式系統(tǒng)視角看智能硬件

摘要:10月我參加了蘇州集成電路協(xié)會的企業(yè)VIP俱樂部活動,以《從嵌入式系統(tǒng)視角看智能硬件》為題談了我對智能硬件設(shè)計(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的看法,以下是主要的觀點(diǎn)……


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中國軟件行業(yè)協(xié)會嵌入式系統(tǒng)分會副理事長,嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會秘書長,中國軟件行業(yè)協(xié)會理事。是國內(nèi)最早涉足嵌入式OS者之一,創(chuàng)辦了北京麥克泰軟件技術(shù)有限公司,有近30年嵌入式技術(shù)和市場經(jīng)驗(yàn)。是《嵌入式操作系統(tǒng)風(fēng)云錄:歷史演進(jìn)與物聯(lián)網(wǎng)未來》一書作者,并譯有《嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)μC/OS-III應(yīng)用開發(fā)》和《嵌入式軟件精解》等多本譯著。目前關(guān)注的領(lǐng)域:嵌入式OS、物聯(lián)網(wǎng)與穿戴設(shè)備和技術(shù)創(chuàng)業(yè)。個人網(wǎng)站:www.hexiaoqing.net。