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)

2010年我曾經(jīng)寫過一篇文章“我看物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)”，文中我談了三個(gè)問題：關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)概念和內(nèi)涵之爭(zhēng)，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(shí)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(dòng)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，智能家居和可穿戴設(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(huì)帶領(lǐng)我們深入到一個(gè)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(guó)，也稱為德國(guó)工業(yè)4.0，這個(gè)概念在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上被正式提出。在德國(guó)工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)、西門子公司等德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動(dòng)下形成，并已上升為德國(guó)國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略。工業(yè)4.0的核心目標(biāo)是提高德國(guó)工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)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(zhǎng)與德國(guó)工業(yè)4.0平臺(tái)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(shí)指出：德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略與中國(guó)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(guó)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(bào)告是工業(yè)4.0 最具備權(quán)威的文件（中國(guó)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(gè)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(guó)教授在嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會(huì)第15次主題討論會(huì)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(gè)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(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會(huì)滲透到產(chǎn)品制造、營(yíng)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(gè)很復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，工廠自動(dòng)化中大量使用的PLC也是一種嵌入式系統(tǒng)。在德國(guó)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(bào)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(duì)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(gè)重要標(biāo)志是智能工業(yè)設(shè)備對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性的嚴(yán)格的要求，比如一個(gè)化工廠的控制系統(tǒng)僅僅因?yàn)闀r(shí)間的延遲而造成得嚴(yán)重后果，輕者會(huì)帶來產(chǎn)品質(zhì)量下降，殘次品出現(xiàn)，重則會(huì)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(zhǎng)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(huì)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(gè)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(gè)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(guó)內(nèi)企業(yè)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)與國(guó)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(duì)于中國(guó)制造業(yè)的升級(jí)和轉(zhuǎn)型是一個(gè)很好的契機(jī)。今后幾年，在政府的推動(dòng)下，工業(yè)4.0 概念下的示范項(xiàng)目會(huì)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(huì)。

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

中國(guó)軟件行業(yè)協(xié)會(huì)嵌入式系統(tǒng)分會(huì)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(guó)（北京）國(guó)際智能工業(yè)與信息安全技術(shù)發(fā)展論壇暨2014年中國(guó)嵌入式系統(tǒng)年會(huì)，王越院士、中國(guó)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(shí)系統(tǒng)工程有限公司技術(shù)中心的專家，在大會(huì)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(bào)告。

2014年11月22日嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會(huì)第15次主題討論會(huì)在北航召開，本次會(huì)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。”會(huì)議吸引了來自高校、科研、企業(yè)和科技媒體的近50人參加交流和討論。會(huì)議邀請(qǐng)了天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院院長(zhǎng)、長(zhǎng)江學(xué)者馬建國(guó)教授，北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所所長(zhǎng)，科技部十二五服務(wù)機(jī)器人技術(shù)專家組組長(zhǎng)、長(zhǎng)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(huì)發(fā)言、分享他們對(duì)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(shí)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(huì)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(gè)階段，這是市場(chǎng)營(yíng)銷的一個(gè)規(guī)律（稱為S曲線），智能家居作為一個(gè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)也不會(huì)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(chǎng)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(chǎng)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(cè)試需求也日益增大……

系列之三：與Misfit的硬件對(duì)比看小米手環(huán)做減法

摘 要：市場(chǎng)對(duì)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(jià)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(chǎng)、占領(lǐng)入口等等。分析之后，對(duì)其簡(jiǎn)單實(shí)用的特點(diǎn)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。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(duì)物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)是來自2010年參加中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)的感受，之后在接受工控網(wǎng)采訪的時(shí)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(huì)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(huì)”，與長(zhǎng)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(huì)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(duì)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(huì)的企業(yè)VIP俱樂部活動(dòng)，以《從嵌入式系統(tǒng)視角看智能硬件》為題談了我對(duì)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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