元宵 | 又是一年元宵時，何人伴君詩與酒？
漢諾威工博會所形成新聞熱浪正在退去。但它所指引的工業方向，卻是值得坊間中人咂摸再三、回味難忘的思考。工業集成，成為2016年漢諾威的主調。本屆漢諾威博覽會兩大官方主題皆為此而來：
一個是“集成工業-發現之旅”（Integrated Industry – Discover solutions），
一個是“集成能源-未來能源系統”（Integrated Energy-The Energy system of the future）。
在工業和能源領域，數字化進程使得各種機構和各種技術加速融合與集成。
集成什么？融合何在？在現場，筆者跟蹤了八大集成趨勢。
圖1 德美工業貌似融合
趨勢一：兼容性集成是共識
那一個頒獎的夜晚，燈光屬于德國浩亭（HARTING）公司。其工業計算機MICA，斬獲了有“工業界奧斯卡獎”之稱的Hermes獎。
圖2 德國聯邦教育與科研部長Wanka親自頒獎
這個不起眼的黑盒子，就是斬獲大獎的“MICA”。它究竟有何特別之處？
圖3 酷黑盒MICA系統
作為一臺小型工業計算機（Mini PC），它可以對于智能化工廠的數據進行收集、存儲、處理和發送。配合上傳感器，它就讓原本冷冰冰的機器變得“智能”起來，讓生成的數據開始流動。
讓MICA獲得評委一致青睞的是其良好的兼容性。它是一款很容易讓人“上手”的模塊化產品，可以廣泛適用于各種企業的環境。成為“智能工廠的神經系統”。
MICA計算機的“易上手”體現在三大方面：硬件兼容、軟件兼容、擴展性強。
圖4 MICA計算機的三大特征
MICA具有軟硬通吃的好胃口：無論現在用的是什么硬件標準還是軟件標準，都可以應用。應用的范圍也可大可小：既可以用在一臺機器上，也可以用于成百上千臺機器。許多臺機器結成的網絡之間可以用現有的通訊標準相互通信，數據的處理既可以在本地完成，也可以方便地傳到云端。
自從去年9月推出以來，MICA已經有了30多個成功的應用案例，例如用在這輛帥氣的跑車“RINSPEED”（圖5）中。
圖5 奧巴馬和默克爾親臨參觀
RINSPEED跑車內部安裝了多個傳感器，用來探測油耗情況和溫室氣體排放情況；這些傳感器獲得的數據由MICA計算機來收集、處理，并且統一上傳到云端的第三方監測平臺。通過在成千上萬輛車上安裝MICA，就可以實現智能的汽車排放檢測，并且從大數據中還可以分析出更多有用的信息。能夠在問世不久之后就獲此成功應用，而且又和環保的主題相融合，難怪MICA能夠獲得專業評委和政要們的青睞了。
MICA為代表的產品，代表了一種集成趨勢：全面兼容，用戶易于上手。
看上去工業4.0的升級可以是一種有機的自然生長，不必非得“傷筋動骨”。這種“親民產品”的出現，更多地是為中小企業量身定做，便于其用較低的成本來實現智能化“從0到1”的突破。這在德國也是一種“政治正確”：德國產業規劃從來都把中小企業擺在重要位置，因為它們比大公司更需要外界幫助。
趨勢二：新材料與能量、信息的整合
在工業4.0時代，德國產業界有許多有趣的比喻。
上文介紹的工業計算機產品被稱為智能工廠的“神經系統”，而能量鏈產品則被稱為新一代智能設備的“臍帶”。
能量鏈（德語：Energieführungskette）是一種機械元件，通常包含電纜，用來傳輸電流。最大特點是：這條輸送能量的“鏈”是在不斷運動著的。這種典型應用例子包括機床、機器臂、全自動倉庫等）。如果沒有合適的材料和機械裝置對內在的電纜進行保護，并提供一定的柔性和扭動能力，則電纜會很容易損壞。
如何在確保材料導電能力、并且保證能量鏈不易損壞（給設備“輸血”的臍帶不斷裂）的情況下，還能夠降低整體成本?
圖6 常見的塑料能量鏈（左）和金屬能量鏈（右）
在本次展會上，Igus公司推出的“智能能量鏈”（e-chains）產品給出了一個創新的解決方案，并且獲得漢諾威“展會快報”的專題報導。
圖7 展會上的智能產品“e-chains”
e-chains是Igus公司用塑料材料制造的能量鏈產品。和普通的能量鏈不同的是：
它將高性能的聚合物材料與傳感器集成在一起，使得每條鏈都可以發出信號，及時“報告”其損壞情況。這些信號在本地匯總之后，通過Igus獨有的通訊模塊可以傳遞到云端，從而使得遠程的客戶/工程師也可以接收和分析其數據（圖8）。
圖8 能量鏈渾身都在蒸發出數據
這款復合型智能產品的除了主動性維護，降低了維修頻率，降低能耗，最為重要的是它構成了數據的真正回流：它在運動中的大量數據可以反饋給研發人員，幫助其進一步改善材料、傳感器和通訊模塊的研發。
e-chains產品用實際運營數據指導研發活動，從而使得產品從研發到使用形成了一個“閉環系統”。在數字化時代，傳統的硬件廠商紛紛搖身一變，變成了硬件、軟件、能源、服務等要素的集成提供者；而在這整個集成閉環活動中包含的大量有價值數據，也反過來不斷促進公司自身競爭力。與此同時，材料也成為焦點。事實上, Igus公司在先進塑料材料產品方面的營收迎來了爆發式增長，在2015年增長近20%，并且未來預期還有很大增長空間。
新材料、信息、能源日益呈現集成趨勢
事實上，各種新型材料已經事實上成為了物聯網的一個入口。目前歐美還有很多新穎產品也具備類似特性，例如：美國麻省理工學院（MIT）的AFFOA聯盟正在研究革命性的新型纖維（集能量、信息和材料于一體的功能材料），用于發展可穿戴電子服裝。將來，我們穿戴的衣服和飾物也可能成為物聯網的人機接口。
趨勢三：增材制造與軟件技術的整合
更快，更強，將產品推向市場，正在成為挑戰極限的核心競爭力。
增材制造（"Additive Manufacturing”）在本次展會上也是業界關注的焦點之一，許多知名的公司紛紛推出其解決方案，而西門子給出了一個相互集成的典范。
值得注意的是，“3D打印”這個說法用得并不頻繁了，往往由“增材制造”取而代之。
在本次展會上，西門子在列出齊全的產品系列同時，還專門增設了四個“Highlight
Cubes”展區，重點展示幾個特定領域的成就。其中有一個展區就是關于增材制造的。在這里，西門子共展示了三種增材制造技術（表1中信息均來源于其漢諾威博覽會展臺）：
表1 三種增材制造技術
下面是現場拍攝的產品實例：
圖9 三種增材制造技術的產品實例
現代高端制造業對于產品的要求日漸復雜，用傳統技術可能無法制造，或是要構建冗長的供應鏈才能合作造出來。而利用增材制造技術，可以打造出之前無法構建的幾何形狀，或是大大降低分工協作的復雜性。這種變化，絕不會是任何一家有抱負的軟件廠商所能忽視的。增材制造已經不是一種單純的制造技術，而是集制造與軟件于一身的先進流程。在西門子三種增材制造方式的背后，都有著強大的軟件技術支持，如圖10所示：
圖10 軟件技術與增材制造過程的交互
在此圖中，實際上又有三大交互過程：
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一是應用先進的軟件技術，本身就能大大縮短增材制造產品的研發時間。通過3D數據建模、系統仿真等技術，可以在實際制造開始之前就對產品的性能有很多了解，從而減少出錯的概率。
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二是對于那些仿真還不能完全模擬的要素，通過增材制造過程則可以快速地制造出高品質產品原型，從而在短時間內了解該產品的特性。
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三是圖中所涉及到的這些軟件技術本身，如果能夠有機結合成一個整體，則大大提升智能制造和研發水平。
值得注意的是，西門子公司的這些軟件幾乎都由自己開發。近年來，它正逐步將自身打造成一個“軟件公司”，以數字化來驅動制造進程。
上述幾種增材制造技術已經有了實際的應用案例，用于能源、汽車等行業。在本次漢諾威博覽會上，一家叫”Local Motors”的公司將上述技術用于電動車的增材制造，整個制造的原材料只有塑料和碳纖維兩種。
每一輛汽車都可以為顧客量身定做，從在系統里確定其數字方案到實際“打印”出來，只需要20小時。
整個制造方案預計在未來一年內投入實用。
圖11 Local Motors電動汽車的“粉末層融合”制造場面
圖11中可以看到“粉末層融合”印刷過程。我們固然可以想象這種車在成本等方面的局限性，然而它畢竟是要實際投產了，并且，20小時！傳統制造商，如何能不感受到壓力？
縮短研發周期、縮短”Time to market”，由于軟件與增材制造的集成，正在挑戰傳統思維的極限。全新機遇，正在展開。
趨勢四：虛實結合
以人為中心的”虛實結合”技術，開始大舉進軍工業界
本次開幕式上的一幕令人印象深刻：德國總理默克爾戴著虛擬現實眼鏡，在“虛擬世界”中向奧巴馬伸出手，而奧巴馬則在“現實世界”中伸出手回應。
漢諾威官方網站評論說：這一幕將無疑是本屆展會上最令人銘記的畫面，它象征著美德兩國在工業4.0道路上深度合作的誠意。
圖12 默克爾通過VR和奧巴馬“握手”
好吧。這個誠意也太具有作秀的成分了。但在事實上，VR/AR等技術已經開始全面滲透工業界了。博世（Bosch）公司讓工人通過配戴虛擬現實眼鏡來感知生產線的運行狀況，以及通過視頻投影儀來為工人提供指導、提示下一步工序所需的工件。
在本次展會的研究展區(Research & Technology Area)中，著名的Fraunhofer研究所也展出增強融合技術的一個應用案例。此案例是對“工人”裝配汽車的過程進行指導：
圖13 Fraunhofer研究所展示AR交互技術
場景看上去并不起眼，但是研究所有著清晰的應用思路，通過AR增強現實來指導人的工作。
其中，攝像機對于場景的監控可以具體識別出人的身體動作和臉部表情，而“給人下達建議”則可以通過來激光指示或佩帶眼鏡（具有增強現實效果）來完成。這種技術在更為復雜的工作環境里可以發揮非常大的作用：首先，減少人的腦力負擔（比如可以免于鑒別成百上千種不同的零件型號）；其次，可以減少體力負擔，例如規劃最短的行走路線；再次，可以避免工作中的低級錯誤-電腦算法通常不會因為“疲勞”或“走神”而出錯。
除了激光指示和數字化眼鏡之外，平板顯示等技術也常常用來描繪虛擬的世界。
例如在圖14中，Fraunhofer展示了如何用AR系統顯示出機器隱患的。這可以幫助員工提早發現問題，避開很多“雷區”。
圖14 Fraunhofer用AR來“透明化”機器運行中的隱患
在此必須強調，這里討論的是“以人為中心”的虛實結合技術。事實上，德國在工業4.0進程中從來不忽略“人”的要素，也不認為人會逐步被機器淘汰。德國人不斷描繪的新型工業生態系統，是一個人與機器和諧共存的體系。新的勞動觀已經形成共識。所有的開發和應用這些技術時應堅持雙重目標導向，在提高工作效率的同時，一定要為勞動者帶來便利、愉悅和健康。工廠現場那些違背宜人工程學原理的布局，都在成為工業4.0世界的不和諧之音符。
趨勢五：認知技術與工業的集成
認知技術的觸角已經伸向工業界，智能決策嶄露頭角。
美國是本次漢諾威博覽會的主賓國，破天荒地許多美國公司紛紛跑到德國場地，秀出自己的“武器庫”。在這其中，運用大數據和認知技術來幫助工業企業作出決策，便是一枚“重磅炸彈”。微軟公司展臺，一臺巨大的飛機發動機赫然入目。喧賓奪主的硬裝備！難道微軟開始造發動機了嗎？
圖1 微軟公司展臺上的飛機發動機
軟件試圖定義硬件！這臺大家伙是業內鼎鼎有名的羅-羅航空發動機Trent XWB，用于空中客車的A350 XWB系列大飛機。為了能夠基于大數據進行智能決策，羅-羅在每臺這樣的發送機上都安裝了傳感器，并實時將數據傳到微軟公司的軟件平臺，用于進一步的數據分析。
圖2 微軟為羅-羅發動機打造的決策平臺
現場工作人員告訴筆者：這個軟件平臺能隨時掌握每臺飛機的多方面數據，并且憑借大數據和認知技術，可以得出許多非常有價值的重要信息。
圖3 微軟平臺智能分析
馬航飛機的意外失蹤，時間會證明，這對于發動機的數據采集與分析，是一個分水嶺事件。發動機的數據，從此與所有人都有關。
說到認知技術，當然不能忽略了IBM公司。只是這一次博覽會上，IBM不再耍酷了，而是越來越走親民形象了，詮釋其認知技術的最新進展，包括“Watson”產品的多種應用。
是啊，沃森真的要變成全能的達芬奇了。這次它要寫毛筆字。
圖4 IBM的認知技術用于寫毛筆字
這臺寫書法的機器人是由IBM和富士康聯合研制的。據現場觀察，它寫的毛筆字還不錯，至少比筆者的要好一些（哎呀，下次碰到機器人，心怯的地方越來越多了）。根據工作人員介紹，這一實例主要強調認知技術在翻譯領域的應用：當用戶說一句英語（例如“I wish you would get rich”），機器人就會自動將它翻譯成中文（例如，翻譯成“恭喜發財”）。然后它會在系統字庫中找出“恭喜發財”這幾個漢字及其字體，再通過機器人技術將毛筆字寫出。
當然，這還只是娛樂一下。但IBM決議離工業走的更近，跟聽上去就有點笨重的大機器也裹在一起了。是的，沃森開始玩機床啦。
圖5 IBM認知技術面向金屬加工
在名為“工業認知物聯網解決方案”上，IBM為一家銑削加工廠提供的認知技術服務，吸引了觀眾的目光（如圖6）
圖6 IBM認知技術幫助客戶優化銑削加工過程
在銑削過程中，有很多變量（如加工角度、速度等）顯著影響最終的加工效果。在這種多變量的環境中找到最優的參數組合，并非易事。傳統公司往往基于歷史經驗來制定加工策略，而IBM的認知過程則可以模仿人的思維和學習過程，通過先進的學習算法，在短期內大幅優化參數的組合，從而明顯改善加工效果。
計算機認知技術的應用實例，正在逐步影響實業界的運營模式和產品開發。例如，一些公司在機械加工方面通過好幾十年積累的經驗，可能會在短期內就被計算機程序趕上和超越。又比如，計算機在語言翻譯方面的功能也變得日益強大。在長遠的未來，是否可能提供一款產品，在人機交互方面能同時滿足上百種語言的用戶需要，或是在不同語言之間靈活切換？考慮到谷歌已經可以翻譯500種語言，我們只能有些驚心地說：機器有能力，一切皆可能。
趨勢六：企業之間的技術集成
Festo公司是德國一家的工業控制與自動化企業，早期以氣動元器件而聞名。而現在，它致力于用先進的產品技術來提高客戶的生產力，并且在柔性、仿生等方面有獨到的研究。Festo也是工業4.0理論和實踐的領導者和推動者之一。在本屆博覽會上，它展出了“空中抓取技術”、“磁懸浮搬運”等多項尖端科技。
圖7 漢諾威博覽會上的Festo展區
在物流自動化領域，Festo公司介紹了一款全新產品概念“多托盤系統”（MCS, Multi-Carrier-System）。用它打造的自動化裝配線，具有極其強大的功能：傳送帶上每一個托盤都可以自主決定運動軌跡，且可以自行與中央控制系統通訊。這項技術可以帶來最大限度的生產柔性，從物流角度貫徹生產的定制化。
此外，多托盤系統很容易和傳統的傳送帶相結合，且便于靈活改裝。它的優點還包括：托盤移動速度很快、軟件編程容易上手、托盤可以在狹小空間內作三維移動、等等。有專家曾指出：物流自動化的規劃是智能工廠設計的一大難點。多托盤系統作為一項模塊化、易拓展的先進柔性技術，有望在這方面帶來突破性的進展。
圖8 Festo的“多托盤系統”裝配線演示
這樣一款產品，并不能夠獨立開發研究。實際上，這是Festo和西門子合作的結晶。多托盤系統本身就是多種先進技術結合的產物。如圖9所示，Festo和西門子至少各貢獻了三方面的關鍵技術：
圖9 “多托盤系統”的關鍵技術
這款高精尖產品是Festo與西門子雙劍合璧的成果。在本次漢諾威博覽會上，類似的強強聯合例子還有很多，如德國Fraunhofer研究所和華為公司聯合研發的農業機械大數據技術，以及印度Infosys軟件公司與德國SAP公司合作開發的制造業數據建模系統。無論合作的具體方式是什么，知名企業之間尋求技術集成，已然是一種趨勢。再知名的公司，也需要伙伴一起蕩起“友誼的小船”。
趨勢七：小企業與大企業的生態集成
如果大企業都需要相互抱團，那么小企業如何尋找生存的空間？
在本次博覽會上，美國館的“Digital Factory U.S.A”展區吸引了許多與會者的目光。除了GE等知名大公司外，許多小公司的產品，也讓人覺得饒有興味。
圖10 美國館標志“選擇美國”
一家名為Eagle Technology的公司，專注于數字化工廠的“智能管理”系統。它可以將工廠各種軟件系統（如制造執行系統MES、 供應鏈管理系統SCM、企業資源計劃軟件ERP）中的數據集成起來，通過自動分析和處理生成“Work Order”(可供管理者直接執行的決策)并顯示在電腦屏幕上或是手機APP中，從而讓企業管理變得更加透明化和便捷。這家公司的客戶包括工業領域的多家世界500強大企業。
圖11 集成的智能管理系統
另一家名為TATSOFT的公司，則用模塊化軟件技術來實現工廠運行的可視化和數據分析。它開發的“Factory Studio”系統，通過處理傳感器收集來的數據，可以將管理者感興趣的對象（例如：工廠中所有的關鍵設備）虛擬顯示在同一個界面里，并且可以實時從每個對象里面獲取想要的數據和分析報告。人機交互界面（HMI）的建立非常簡單：軟件商為各種常見的對象（如機床、車輛、管道、發電機）都準備了相應的可視化模板，用戶只需簡單地將這些模板拖到界面中即可建立初步的系統模型。憑借其易用性、可視化優勢和后臺數據分析能力，TATSOFT也在世界各地贏得了許多客戶，包括工業4.0領域知名的大公司。
圖12 Factory Studio的界面實例
在大企業尚且紛紛抱團之際，這些小企業是如何實現夾縫中生存，并且還從大客戶那里“淘到一桶金”的？
我們觀察到這類小企業有一些共同點：
圖13 小公司的生存策略
一方面，它們的產品和各大公司的標準相兼容。如一家公司宣傳的：它的數字化產品與所有主流的通訊標準、軟件標準都能很好地對接。這就便于其融入每一家巨頭的“平臺”及其生態圈。另一方面，許多小公司有很強的客戶定制能力。現場的許多公司表示，如今的客戶需求呈現出越來越多樣化的趨勢，所以對其進行定制化服務也越來越有挑戰。許多時候，大公司會選擇專攻通用性的平臺，而把定制化的工作外包給小公司。這樣一來，兩者相得益彰，都獲得了自己的“比較優勢”。在大企業的主流平臺中，存在大量小型企業生存的空間與集成的空間，與生態圈相容。
趨勢八：國際范圍內的標準集成
德國和美國的機構在共同制定新一代的工業標準，微軟公司等IT巨頭正強勢介入。印度等國的公司也在密切跟進。
在新一波工業革命浪潮中，有兩大組織持續吸引著產業界的目光：一是德國的“工業4.0平臺”，二是美國為主導的“工業互聯網聯盟”。
圖14 工業4.0平臺與工業互聯網聯盟
在引領工業革命的過程中，兩大組織都深刻意識到標準制定的重要性，因此先后推出了其頂層架構設計標準：工業4.0的架構稱為RAMI 4.0 (Reference Architecture Model for Industrie 4.0)，工業互聯網的架構被稱為 IIRA (Industrial Internet Reference Architecture)。
本次漢諾威博覽會上，在德美合作的大背景下，兩大組織就RAMI 4.0和IIRA的關系展開熱烈的討論，謀求合作共贏。名為“工業4.0與工業互聯網”的專題論壇貫穿了漢諾威博覽會的全過程（如圖15）。
圖15 本次博覽會的專題論壇
“工業4.0與工業互聯網”
通過討論，兩大組織達成三大共識：
共識一：工業4.0和工業互聯網的重點領域具有互補關系。
博覽會上給出了如下的關系圖：
圖16 工業4.0和工業互聯網的重點領域
可以看到工業互聯網涉及的領域更加廣泛，覆蓋能源、醫療、公共服務等，而工業4.0則是在制造業這一個領域深挖。
兩大組織并不想完全走在一起，他們一點都不遲疑地對外宣稱，二者的架構不可能徹底合并。但是，二者具有很好的互補性。目前它們正不斷深入研究，以期達成更大的共識。
共識二：有必要建立兩大架構標準之間的對應關系，增強其互通性（Interoperability）
兩大組織宣稱：互通性意味著工業互聯網和工業4.0要共同影響全世界的標準。它們要采取的行動包括：1）促進標準制定機構之間的合作，清楚地定義需求；2）保持技術交流，鑒別兩大架構體系的相同點和不同點，建立對應關系；3）促進不同應用領域之間的互通性。
共識三：要在研發基礎設施上加強合作。
工業4.0和工業互聯網組織要加強基礎設施方面的交流和共享，包括測試床（Test Bed）等設施，以促進共同研發和創新。
圖17 工業4.0與工業互聯網的三大共識
兩大組織不僅僅是有口頭的共識而已。事實上，德美兩國的公司已經在“標準”問題上行動起來了。例如在本次博覽會上，SAP公司和微軟公司共同宣布其云服務產品支持”OPC-UA”標準，也就是機器與機器之間的通訊標準。目前應用極其廣泛（前文所述的MICA工業計算機、Festo“多托盤系統”等產品都支持它）。
而“云”作為一種熱門的網絡技術，則是工業互聯網的核心之一。所以OPC-UA和“云”的結合，被視作在工業4.0和工業互聯網之間搭起了一座橋梁，也在硬件和軟件之間搭起了一座橋梁。
如果說OPC-UA通訊和云服務都是既有的標準，那么通過此次SAP和微軟的動向，
我們可以看到一種新的集成標準：“OPC-UA + 云”。
今后想要實現硬件聯網化的公司，可能都不得不按此集成模式來做：所有硬件的數據直接傳到云端，在“云里霧里”通過微軟的大數據平臺或是SAP的ERP/MES系統來作出決策，然后再將指令直接發給各個硬件（包括傳感器、控制器、機器設備等）。
如果這個集成模式非常成功、成為行業標桿的話，那么不符合此模式的公司都可能會被邊緣化。因此這是一個非常值得關注的趨勢。
圖18 自動化公司用微軟Azure云平臺實現
工業物聯網
除了德國和美國之外，印度的公司也憑借其在軟件技術方面的積累，開始在標準制定方面躍躍欲試。例如Infosys公司（印度頂級軟件公司）在此次“工業4.0和工業互聯網”論壇上作專題報告，分析應如何增加RAMI 4.0和IIRA兩大架構的互通性。
這家公司還和SAP合作，幫助能源行業的大型客戶建立三維數據建模的流程，從而在樹立這一領域的標準。應該說，印度公司涉足的這些標準都是相當關鍵、影響深遠的。放眼中國企業，本次在漢諾威展出的產品并不少，也有很多在本行業內市場占有率領先。但是在標準制定和技術趨勢引領方面，中國似乎并沒有發出太多聲音。
圖19 日本代表團在學習微軟的云平臺技術
得標準者得天下。在這一方面，德、美等國的企業開始組團了，這一點，留給中國制造的時間已經越來越少了。