工业互联网这一概念是在德国提出工业4.0的同一时期由美国通用公司提出,被称为美国版工业4.0。根据通用公司的表述,工业互联网就是将人、数据和机器连接起来。
在纳米纸上,富兰克林的实验室和杜克大学化学教授本杰明·威利的实验室开发了一种新型的含有银纳米线的墨水,该墨水可以通过气溶胶打印机在低温下打印到任何基材上。它产生了无需进一步处理即可保持其导电性的薄膜。印刷后,油墨在不到两分钟的时间内干燥,即使在承受50%的弯曲应变一千次后仍保持其高电气性能。
其本质是通过工业互联网平台把工厂、设备、生产线、供应商、产品与客户之间紧密地连接在一起。帮助制造业拉长了产业链,形成可以跨越设备、系统,甚至是厂区、地区的互联互通,提高生产效率,推动整个制造服务体系智能化。此外,工业互联网还利于推动制造业融合发展,实现制造业和服务业之间的跨越发展,使得工业经济各种要素资源可以高效共享。
但是富兰克林的现场印刷不需要以上步骤,并且尽管需要将每一层完全干燥以避免混合材料,但仍可以在迄今为止报道的最低总体加工温度下完成。
从另一个角度来说,工业互联网也可以理解为工业技术和信息通信技术结合的产物。
目前,富兰克林认为他的印刷方法无法替代可穿戴电子产品的大规模制造工艺,但是他确实看到了其应用的潜在价值,例如快速原型设计一种尺寸无法完全适用的情况。
信息通信技术,包括了Information Technology(信息科技)和Communication techonology(通信科技),也就是我们常说的IT和CT;工业技术则是Operational Technology(操作技术),即OT,是指工厂车间里面的那些工业环境和设备,包括机械臂、传感器、仪器仪表、监控系统、控制系统等等。
在ACS Nano论文中,富兰克林(Franklin)和研究生卢世恒(Shiheng Lu)进一步将导电墨水与其他两个可打印的组件组合在一起,以创建功能晶体管。首先,在打印机上放置碳纳米管的半导体条,一旦墨水干燥,并且没有从打印机上移除塑料或纸质基材,将打印两条从任一侧延伸几厘米的银纳米线导线。然后,将二维材料的非导电介电层(六方氮化硼)印刷在原始半导体条的顶部,最后印刷最终的银纳米线栅电极。
工业互联网,就是IT、CT、OT的全面融合和升级。它既是一张网络,也是一个平台,更是一个系统,实现了工业生产过程所有要素的泛在连接和整合
富兰克林说:“没有人认为雾化油墨,特别是氮化硼,可以提供制造功能性电子产品所需的性能,而无需烘烤至少一个半小时。但是我们不仅使它能够正常工作,而且还显示出在打印后烘烤两个小时并不能改善其性能。这与仅使用完全原位打印过程所能获得的效果一样好。”
富兰克林说:“没有人认为雾化油墨,特别是氮化硼,可以提供制造功能性电子产品所需的性能,而无需烘烤至少一个半小时。但是我们不仅使它能够正常工作,而且还显示出在打印后烘烤两个小时并不能改善其性能。这与仅使用完全原位打印过程所能获得的效果一样好。”
随着人口结构的变化,“人口红利”逐渐消失,制造成本逐渐上升。并且由于物质水平的提高,客户需求趋于个性化,消费者的需求由对产品和服务功能的满足,发展到追求个性化定制的阶段,供给侧的生产模式由“管道式”变为“生态型”,工业经济时代进入到数字经济时代。
在第一篇论文随附的视频中,研究生尼克·威廉姆斯(Nick Williams)在他的小指下侧打印了两条电子激活的导线。在他的手指末端,他将导线连接到一个小的LED灯。然后,他向两条印刷引线的底部施加电压,即使弯曲和移动手指,LED仍保持点亮状态。
在这样的大背景下,企业进行数字化转型是必然的选择,数字化技术将为制造企业赢得显著的竞争优势。
使用当今的技术,这些步骤中的至少一个步骤将需要除去基板以进行其他处理,例如化学浴以冲洗掉不想要的材料、硬化过程以确保各层不混合、或者进行长时间烘烤以除去痕迹,这些步骤都会干扰电场的有机材料。
而工业互联网能为数字化转型提供新型通用基础设施支撑。工业互联网具有较强的渗透性,不仅仅用于工业领域,还能与能源、交通、农业、医疗等整个实体经济各个领域融合,为各行业数字化转型升级提供必不可少的网络连接和计算处理平台,加速实体经济各领域数字化进程。
毫无疑问,未来的工业数字化的程度会不断加深,而工业企业要数字化就必须发展工业互联网。
“多年来,有大量的研究论文对这类“完全印刷的电子产品”作出了承诺,但现实情况却是,该过程实际上涉及多次取出样品以进行烘烤、洗涤或旋涂材料到样品上。 ”富兰克林说。“我们是第一个将现实与公众的看法相匹配的国家。”
创新创业是国家大力支持的内容,凭借工业互联网平台,能够使得创新资源跨越行业、地域甚至是时空实现快速汇聚,使得工业经济涵盖的各类要素资源高效共享,为创新创业注入新活力,催生网络化协同、服务型制造以及规模化定制等新模式新业态,大幅提升企业创新能力与创新效率,发展壮大新动能。
所谓的电子纹身的概念最早是由John A. Rogers在伊利诺伊大学于2000年代后期提出的,John A. Rogers现在是路易斯·辛普森(Louis Simpson)和西北大学材料科学与工程学的金伯利·奎里(Kimberly Querrey)教授。Rogers的电子纹身不是将永久性的纹身永久注入皮肤,而是由薄而柔软的橡胶块组成,其中包含同样柔软的电子组件。
此外,工业互联网还对先进制造业以及现代服务业深度融合起到推进作用,促进一二三产业、大中小企业开放融通发展,培育发展大量深耕细作于实体经济的创新者和中小企业,并可能催生一批类似互联网时代的工业互联网企业巨头,在提升我国制造企业产业生态能力的同时,打造新的增长点。
“当人们听到'印刷电子设备'一词时,人们期望将基板和电子电路的设计装载到打印机中,并在合理的一段时间后,将功能齐全的电子电路拆除,” Aaron Franklin,杜克大学电气与计算机工程副教授说。
除了助力企业数字化转型,以及促进创新创业外,工业互联网更为长远的意义就是助力我国成为制造、网络强国。
薄膜像临时纹身一样粘在皮肤上,而早期的柔性电子设备被制成包含心脏和大脑活动监测器以及肌肉刺激器。尽管这些类型的设备正朝着商业化和大规模生产的方向发展,但在某些领域它们并不十分适合,例如当需要通过添加定制电子设备直接对表面进行修改时。
在2017年10月30日,国务院常务会议审议通过了《深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》,这是规范和指导我国工业互联网发展的指导性文件。
富兰克林说:“要使直接打印或增补打印真正有用,需要能够一步完成所有打印内容的打印设备。一些更奇特的应用包括可以用于生物标记或独特检测机制的紧密连接的电子纹身,用于即时定制电子设备的快速原型制作以及可以轻松集成到定制绷带中的纸质诊断。”
工信部陈肇雄副部长在解读《指导意见》的相关内容时提到,工业互联网作为新一代网络信息技术与现代工业融合发展催生的新事物,是实现生产制造领域全要素、全产业链、全价值链连接的关键支撑,是工业经济数字化、网络化、智能化的重要基础设施,是互联网从消费领域向生产领域、从虚拟经济向实体经济拓展的核心载体。加快工业互联网发展,对推动制造业与互联网深度融合,促进大众创业万众创新和大中小企业融通发展,建设制造强国、网络强国意义重大。