當前位置:今日智造 > 智造快訊 > 新聞

工業互聯網的發展歷程及實現路徑

2019/11/15 14:02:08 人評論 次瀏覽 來源:互聯網天地雜志 分類:新聞

目前,我國工業互聯網發展迅猛,從國家層面、部委層面、地方層面都在積極推動,國際上對工業互聯網發展也比較關注。我主要介紹工業互聯網的三個方面內容:工業互聯網的基本認識、國內外工業互聯網的主要進展、我國工業互聯網發展部署。

工業互聯網的基本內涵

現在很多新的技術不斷涌現,除了原來側重的IT行業,新的技術還在加速向新的實體經濟產業各個環節滲透,包括共享單車、自動駕駛、人工智能等。工業互聯網本身就是和制造業的結合,ICT新的技術融合將會對原有工業模式產生很大的變化和影響。

國家強調數字化轉型或數字經濟。數字經濟包含數字經濟產業化和產業數字化兩部分。

產業數字化部分強調ICT對其他產業的貢獻,它會帶動GDP增長,在農業、工業和服務業三大產業當中,目前對服務業影響比較大,其次是工業,對GDP增長的貢獻超過30%。在當前工業領域,工業數字化已經是很重要的一塊內容,也是工業轉型升級很重要的推動力。

工業互聯網發展的大脈絡有兩個維度,上面是互聯網的發展,下面是工業的發展。互聯網是從消費互聯網向產業互聯網發展,其中一個很重要的方面,就是面向實際的生產經營,利用互聯網提供相關的服務和支撐。工業本身也是有自動化、系統化的一個過程。一開始是單機控制到工控系統出現,到ERP等工業的管理系統,工業和互聯網逐步出現融合發展,到2012年工業互聯網的概念正式提出來。隨著新技術、新發展理念的引入,工業系統正在從單點的信息技術應用向全面的數字化、網絡化、智能化演進。

工業互聯網最開始由美國提出。美國對技術創新非常重視,在2011年就圍繞實體經濟進行創新發展布局。美國還有先進制造計劃,積極打造制造業創新網絡,即NNMI。這類似我國正在推動的創新中心,目前,美國已經有14個,圍繞一些關鍵創新領域,把產業鏈相關方都聚集在一起,從而加速技術成果的產業化。2014年美國成立了工業互聯網聯盟即IIC,包含GE、AT&T、英特爾、思科等企業,在全球形成了很大的影響力。

我國也一直在積極布局工業轉型發展,從兩化融合到兩化深度融合再到現在的工業互聯網。關于采用“工業互聯網”這個概念,開始也進行了反復論證,一是因為我國是制造業第一大國,其次我國互聯網創新活躍,工業互聯網可以將兩個優勢都結合起來。

2017年11月底,國務院發布《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》,工業互聯網正式成為國家級戰略,工業互聯網是一個大的體系,是戰略性變革的理念,不是簡單的網絡,也不是簡單的平臺,也不是簡單的模式,是系統化的,是對工業制造業理念的大變革,會引導著技術脈絡、管理體系等等變革。

工業互聯網的內涵和定義很重要,它的界定實際上是定位和范疇的界定,直接影響到對工業互聯網如何認識,包括大的架構和布局。目前工業互聯網有兩大內涵。首先是工業互聯網是關鍵網絡基礎設施,工業互聯網基于現有互聯網,但同時會推動互聯網發展和演進,以便滿足安全、實時、可靠性等要求,包括工廠內網、工廠外網和標識解析。同時工業互聯網還是新業態和新模式,類似互聯網和移動互聯網,圍繞工業生產經營,會產生很多應用創新,包括智能化生產、網絡化協同等等。

工業互聯網的功能視角包括三大體系,即網絡體系、數據體系、安全體系。第一個網絡體系是基礎,主要作用是把各個工業要素、各個工業環節連接起來,以支持數據的流動,具體包括網絡互聯、標識解析、信息交互;第二個是數據體系,數據體系是核心,通過數據的流動、共享、匯聚,支撐形成各種智能化應用。包括三大閉環,即生產控制的閉環、企業層面的運行決策優化閉環、整個產業鏈價值鏈閉環,其中生產控制閉環因為要滿足生產環節實時反饋控制要求,需要滿足超低時延、超高可靠性等要求。第三個體系是安全體系,安全體系是保障,需要和工業互聯網發展同步規劃、同步部署。三大體系是工業互聯網的關鍵技術設施,把三大體系建設好,基礎設施建設就非常好了,在這個基礎上可以更好地支撐各種創新應用發展。

工業互聯網的發展,一個很重要的核心任務就是建設好三大體系。網絡體系方面,這是互聯網現在的情況。包括智能終端、全球互聯的IP網絡以及HTTP等互聯網協議。工業互聯網的外延擴大了,包含了工廠內網。此處要特別說明一下DNS系統,上網都會輸入域名,通過DNS獲取域名對應服務器地址,然后才能接入到服務器獲取相關信息。到工業互聯網領域,標識解析就是一個很重要的系統。域名是很好記的,但對機器來說識讀效率等就很低。在工業互聯網領域,我們希望給原材料、產品附予編碼,通過自動識讀技術實現自動識讀,為了定位服務器找到相關信息,也需要類似DNS的標識解析系統,以便實現編碼到信息的定位。工業互聯網的標識解析體系也是要建立類似DNS的分層分級的體系,標識解析聽起來很抽象,簡單概述起來,就是一個碼加一個解析系統。

數據體系方面。數據體系是核心,通過數據匯聚和大數據分析等技術,形成智能分析和判斷,而原來工業生產、經營、管理主要靠既有經驗,平臺將來可能匯聚很多數據。現工業互聯網平臺功能構分三層,三層的劃分有點像云計算,最

底層是邊緣層,通過連接設備、不同系統等,把數據采集上來,可以做一些協議轉換適配等等。中間是基礎能力層,基礎能力層是平臺的核心,對數據進行匯聚、處理、清洗,最關鍵該層還會匯聚很多服務、模型、算法,并提供開發環境,特別是把現在的工業經驗、工業模型等進行數字化,放到平臺上,就很容易調用相關能力,形成新的應用。最上層是工業應用SAAS層,包括云化工業軟件,現在很多工業企業都沒有安裝工業軟件,通過提供云化的工業軟件,如ERP,企業就可以租用了。還有垂直領域的應用創新。

安全體系方面,隨著工業互聯網發展,很多工業設備、系統都要連到互聯網上,會帶來很多安全挑戰和風險。現在工業體系相對封閉,有的企業采用物理隔離或者邏輯隔離方式來保障系統安全,但是工業互聯網的發展會慢慢促進工業系統的開放,互聯網上的很多安全風險都會延伸到工業互聯網中,所以安全體系建設是工業互聯網發展的一個很重要的基礎和前提。工業互聯網安全體系包含五個方面:設備安全、網絡安全、控制安全、應用安全和數據安全。

工業互聯網目前以制造為切入點,但工業互聯網不僅僅是制造業,也包含其他領域的應用。做好基礎設施,如網絡平臺、安全等等,保證實時安全可靠,那么還可以有效支撐能源、交通、物流等發展。

3D打印、智能裝備等強調單點智能,工業互聯網是一個大的體系設計。通過數據的流動、數據分析,形成系統化的智能,這是遠遠超越原來靠經驗來判斷的,可能會出現很多新的發展空間,這對現有工業體系會產生很大的影響。

工業互聯網的工業體系實際上復雜很多,將來工業互聯網在工廠內部會出現新的網絡連接,智能傳感器、控制器等更多數據采集節點,互聯網中會出現很多工業互聯網平臺。

國內外工業互聯網的主要進展

目前工業互聯網是全球布局熱點。

美國因為互聯網發展非常好,希望打造工業互聯網發展基礎,而且他們不僅僅是圍繞工業,還包括能源、車聯網、智慧城市等,工業互聯網聯盟是美國牽頭的產業推進平臺。德國更側重制造業,強調ICT技術和工業本身的結合,并成立有工業4.0平臺來推進產業發展。日本更強調機器人應用和工業本身高質量的發展,成立有IVI價值鏈促進協會、物聯網協會等組織。相關組織都發布有各自的參考架構。我國首先也是從參考架構設計出發,同時通過測試引導新技術的研究,通過應用案例標桿,來引導應用探索。

美國和德國不同的地方在于:美國強調水平化、互操作能力建設;德國以工業為主。美國IIC和德國工業4.0清晰地展示了雙方關注點。工業互聯網應用說兩個方面都涵蓋,目前是以制造業為切入點,但更加強調水平化、互操作能力建設。

美國通過測試床引導新技術應用,且要求嚴格,必須有創新技術或解決方案才可以。美國的測試床覆蓋范圍較大,不僅涵蓋智能制造,還延伸到產業互聯網,如航空、微電網等。同時,通過測試床,積極推進軟件定義、時間敏感網絡、人工智能等研究和應用。。

全球范圍看,工業互聯網平臺成為全球競爭的焦點,大家使用互聯網和移動互聯網能感覺出來,誰的平臺占據了優勢,會匯聚越來越多的資源和用戶。目前互聯網領域對平臺的競爭已經延伸到工業互聯網領域。IT、CT、電信運營商、工業企業、互聯網公司都在積極布局。許多大家熟知的公司都在布局工業互聯網平臺。

平臺是工業互聯網核心。國內和國際工業互聯網平臺還存在較大差距。GE在能源、航空、醫療等行業有深厚的積累,很多模型已經放到Predix平臺上,相關機理模型、算法、工藝等需要多年沉淀,也能夠反映出平臺的技術基礎和實力。從目前看,工業企業在工業互聯網平臺方面具有較強的競爭優勢。

國際很多技術創新、產業布局在不斷地調整和演進中。美國一些跨國企業、初創企業發展特別快,在工業互聯網領域出現了很多獨角獸企業,如Uptake。歐洲老牌工業企業,還有日本,都在加速工業互聯網的布局和發展,同時也產生了很多技術創新,如邊緣計算、低代碼開發等。

產業之間也在不斷深化合作。如美國PTC,與羅克韋爾開展深度合作,可以給工業企業提供整體解決方案,目前企業之間合作非常踴躍,平臺發展也非常快。

“兩大陣營”主要指產業界分別從供給側和需求側出發,來推動和探索工業互聯網發展。

我國工業互聯網發展部署

我國初步形成了“一大聯盟”“兩大陣營”“三大路徑”“四大模式”的態勢。“一大聯盟”指工業互聯網產業聯盟,聯盟會員已超過1000多家,包括ICT企業、工業企業、面向工業領域的解決方案提供商,在中國工業互聯網發展一大特色是互聯網企業非常積極。聯盟也在積極提升國際影響力,并吸引外資企業參與,目前聯盟會員中包含了20多家外資企業。此外,聯盟會員中還包含了投融資機構。目前聯盟已經形成“12+9+X”的組織架構,即12個工作組,9個特設組和X個分聯盟。特別要提一下,12個工作組中,包含垂直領域工作組,以加速工業互聯網在垂直領域的發展和落地,此外聯盟還成立有政策法規和投融資組,以宣傳我國工業互聯網相關政策,促進產業與政策的對接,產業與投融資的對接。特色組主要是為加速推進一些熱點方向的研究與發展,如開源特色組。

“兩大陣營”主要指產業界分別從供給側和需求側出發,來推動和探索工業互聯網發展。

我國不斷加快工業互聯網發展與探索,逐步形成了“三大路徑”,一是工業企業的智能化改造,主要側重工程內部,將設備、系統等連接加強數據采集,以實現企業提質增效等需求。二是工業與產品、企業上下游和用戶的協作。在工業互聯網理念引導下,工廠正在從封閉走向開放,產品走向智能化,工廠系統和產品、企業上下游和用戶互聯起來,在此基礎上,提供產品增值服務、企業之間的信息交互與服務協作,了解用戶的感受。三是平臺化路徑,工業企業、ICT企業等依托原有能力,結合工業互聯網發展需求,來做工業互聯網平臺。

我國圍繞工業互聯網的創新應用有很多,有設備的健康管理、智能生產管理、能耗監控、排放管理、質量管理等。如設備健康管理,是國內外都在積極推進的應用,通過通信模塊將設備練到網上,很容易做到預測性維護。還有創新應用是圍繞企業經營管理和資源配置優化,依托平臺化理念,可以將企業的生產能力、生產資源在全國甚至全球范圍內進行開展調配和協作。和國外相比,由于我國工業企業信息化基礎整體還較薄弱,在模式創新同時還需要同步補課,如針對工業企業信息化水平較低的問題,利用工業互聯網平臺、企業上云用云,來滿足中小企業低成本信息化需求。通過平臺連接工廠,可以打通供需,或將訂單分解成不同的工廠加工。還有連接物流,可以優化物流效率。有的企業還通過平臺來連接金融,來服務中小企業貸款等等。

我國工業互聯網頂層設計基本已經完成了,包括國家戰略設計和技術體系設計。圍繞網絡、平臺和安全,正在加速創新,當然我們也面臨很多挑戰。安全保障體系同步還要加強設計,且與發展同步推進。隨著新技術如區塊鏈、人工智能等發展,這些新技術正在加速向工業領域延伸。技術方面,IT和OT融合是個挑戰,且新技術在工業領域的應用有效性待驗證,不同場景對數據模型不同,大數據分析能力需求也不同。我國工業領域技術基礎較弱,還需補課并加快跟進。

應用方面,中國企業信息化程度薄弱,且本身資金短缺,投入不足,一些標準化的解決方案不能大規模推廣。

國家高度重視工業互聯網發展,去年12月底,中央經濟工作會上把工業互聯網定位于新型基礎設施,目前工信部等相關部委正在加緊落實推進。此外,今年政府工作報告也提出打造工業互聯網平臺,拓展互聯網+等等。

工業互聯網指導意見是工業互聯網綱領性文件,重點任務可以歸納“323行動”,包括打造網絡、平臺、安全三大體系,推動應用發展以及產業支撐、創新生態和國際合作。

工業互聯網外網怎么推動演進升級,以滿足工業高可靠、低時延、廣覆蓋、可定制的需求。工廠內網包括IT系統、OT系統,需要推動它無線化、扁平化和靈活化。現在兩個重點,第一個就是TSN,時延可達到毫秒級、同步可達到納秒級,可以很好滿足工業現場高實時等要求。第二就是5G在工業互聯網中的應用。

關于標識解析體系。國家頂級節點向下連接二級節點,因為工業可細分很多行業,如機械制造、汽車、原材料、信息電子,不同行業可以做不同的二級節點。目前現在5個頂級節點已經上線試運行,很多企業和地方在加速推進二級節點建設。標識解析整個產業生態還涉及標簽技術、打碼設備、讀寫設備、校驗設備以及標識注冊、解析軟件等。

平臺方面,正在推動建設和運營同步發展,希望到2020年打造10個左右“雙跨”平臺,到2025年形成15個國際競爭性的平臺,同時建設實驗驗證平臺來支撐相關研究和發展。

安全方面,要打造安全防護能力,數據是最重要的,它的安全防護機制是重點的。國家正在推動工業互聯網安全監測能力建設,包括國家、省級/行業和企業三級。

應用方面,要提升大企業工業互聯網創新應用水平,提升工業互聯網集成,引導其發展平臺。中小企業創新活躍,應引導它數字化、網絡化和向云端遷移。

三大支撐體系方面,包括構建協同創新生態,組織區域創新示范工程,建設工業互聯網創新中心和示范基地。推動產業支撐能力建設,包括技術研究、標準研制、產品解決方案的孵化。同時積極推進國際合作交流與推廣,互操作性是工業互聯網的關鍵,需要打造全球化的技術標準。

工業互聯網不僅僅是制造業的切入點,通過工業互聯網發展可以探索出整個數字經濟發展的路徑,或者說產業轉型發展的方法和路徑。工業互聯網做好了以后,會帶動整個實體經濟的發展。當然,工業互聯網還有很多需要研究和探索的地方,特別是應用模式、推廣模式、商業模式方面,還有很多挑戰。

原文刊載于《互聯網天地》2019年8期,作者:李海花,單位:中國信息通信研究院工業互聯網與物聯網研究所

投稿郵箱:[email protected]

封面垂詢:010-68209027


免責聲明:本文系網絡轉載,版權歸原作者所有,如涉及版權,請聯系我們刪除,QQ:1138247081!

共有條評論 網友評論

驗證碼: 看不清楚?
    安徽福彩网