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余曉暉 | 中國工業互聯網發展現狀、展望
2018-11-22    來源:    發布者:
余曉暉:中國信息通信研究院總工程師、工業互聯網產業聯盟秘書長

2017年對于我國工業互聯網發展具有重要意義,國務院印發了《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》,標志著我國工業互聯網頂層設計正式出臺,為開創我國工業互聯網發展新局面指明方向。下面,圍繞工業互聯網發展態勢以及未來展望兩方面進行介紹。

全球工業互聯網發展格局正在形成。其中比較有代表性的是美國工業互聯網聯盟IIC,涵蓋了全球主要大國以及龍頭企業,我國的華為、電信、中國信通院等也在該聯盟里。圍繞IIC形成的生態體系與德國、日本、法國的體系均有對接,合作與競爭并存,構成了全球工業互聯網協同、競合發展的格局。

在工業互聯網發展過程中,架構設計是核心。因為工業體系是相對封閉傳統的體系,其與互聯網的結合,勢必有諸多理念的碰撞,需要通過架構設計把應用、商業戰略、開放標準、技術路線等統合在一起,進而推動全球商業部署和產業發展。

聚焦于美國工業互聯網發展,其中IIC測試床體現了領域內新的方向、新的技術、新的實踐,大體可分為四個方向。

一是智能工廠與智能服務,涉及數字雙胞胎、智能化生產、供應鏈集成、全球網絡化協同、大規模個性定制、工業資產監測、設備健康管理等多方面的內容。

二是工業/產業人工智能,當前,人工智能如何結合工業互聯網是重要的研究與發展方向。5G微信公眾平臺(ID:angmobile)了解到,余曉暉進一步分析,一方面,工業互聯網一定會把人工智能作為一個非常重要的技術內嵌進去;另一方面,通過機器學習測試床等案例我們不難看出,工業互聯網是人工智能技術與制造業高效結合最重要的載體。

三是新型網絡與安全,諸如軟件定義的工業互聯網設施、高速網絡、安全體系的設計等,都是為了解決互聯網與工業體系融合過程中,需要面臨的網絡與安全挑戰。

四是產業互聯網,其本質是工業互聯網定義數字化轉型的方法論、基本架構、要素等向實體經濟其他領域滲透融合的結果,比如車聯網、航空、能源、城市公共設施、農業、醫療等領域,均有國際工業互聯網業界所做的努力與實踐。

聚焦到我國工業互聯網發展,圍繞工業互聯網產業聯盟(AII)形成的產業生態正在不斷壯大。目前AII有正式會員單位426家,并成立了上海分聯盟和廣州分聯盟,匯聚了我國工業企業、信息通信企業、安全企業、投融資機構、高校及科研單位、各類協會等。

聯盟組織架構方面,目前形成了9+9體系,即九個水平方向工作組和九個特設組,其中垂直領域特設組涵蓋輕工家電、電子信息、工程機械等領域。從目前的經驗看,這種模式能更好地把工業互聯網架構和相關技術,比如人工智能、邊緣計算等,與特定的垂直領域相結合。

聯盟研究進展方面,一系列體系架構、白皮書、參考方案等研究成果已經或即將發布,為梳理清楚我國工業互聯網面臨的問題和未來發展方向提供了支撐,這是全國工業互聯網發展各方力量共同努力的結果。

經過近幾年的努力探索,我國工業互聯網已初步形成三大應用路徑。

一是面向企業內部的生產率提升,即建設智能工廠,通過打通設備、產線、生產和運營系統,獲取數據,實現提質增效,打造數據驅動的智能生產能力。在這一領域全球的實踐較多,特別是德國的智能工廠建設。

二是面向企業外部的價值鏈延伸,即打造智能產品、服務和協同,通過提高生產率、降低生產成本、制造高價值產品等方式為企業創造更多的效益,打造數據驅動的業務創新能力。在智能產品、服務領域,美國進行了較多、較為前沿的探索。

三是面向開放生態的平臺運營,即培育工業互聯網平臺,以其為抓手匯聚協作企業、產品、用戶等產業鏈資源,打造數據驅動的生態運營能力。在這一領域,全球探索的時間不是很長,但GE、西門子等龍頭企業已經發展出自己的平臺。相較國外強于智能工廠與平臺的構建,我國工業互聯網發展路徑則孕育了眾多商業模式的創新,具有多元化的特色。

進一步講,我國工業互聯網多元化的應用探索體現在垂直行業場景和路徑的差異化發展,比如輕工行業當前聚焦于個性化定制與供應鏈集成,鋼鐵行業則更側重在產業鏈協同與智能生產管控一體化,這是聯盟中各垂直領域的相關企業總結形成的,并不是一家之經驗。

AII收集到的眾多應用案例也體現了我國工業互聯網發展多元化的特色,涵蓋了智能化生產、個性化定制、服務化延伸、工業互聯網平臺、生產過程監控與優化等多個領域。

通過聯盟的測試床相關信息也能看到多元化的發展特色與趨勢,目前在制造業垂直行業測試床數量最多,涌現出智能服務測試床、云制造服務平臺、生產管理質量試驗平臺等項目。與此同時,在產業互聯網,像能源與公共事業、基礎共性技術、醫療等方面也有一些實踐。

多元化的應用不斷涌現有賴于全面、系統的工業互聯網推進工作,其中“網絡是基礎、平臺是核心,安全是保障”的三大體系是重點。網絡方面,相關案例包括克拉瑪依油田同中國移動開展的IPv6和LTE合作、濰柴測試床通過中國電信解決工廠內網絡連接等。與此同時,仍有不少網絡技術問題尚待解決。

平臺方面,目前總結出四大特點、七大核心技術與四類企業。在四大特點中,平臺架構里的核心是PaaS,應用創新里的核心是工業機理與數據科學的融合,功能下沉體現在邊緣與云端協同,而開發框架中,微服務等新型架構大幅降低了開發難度與創新成本,為快速服務提供了重要的條件。

七大核心技術包括數據集成和邊緣處理技術、IaaS技術、平臺使能技術、數據管理技術、應用開發和微服務技術、工業數據建模與智能分析技術、以及安全技術。四類平臺承建主體包括了裝備和自動化企業、領先制造企業、工業軟件企業以及信息技術企業。以上是工業互聯網平臺領域目前達到的基本共識,未來還將繼續發展。

關于平臺應用問題,目前顯現出四大場景。一是面向工業現場生產過程的優化,比如制造工藝、生產流程的優化;二是面向企業運營的管理決策優化,比如供應鏈管理;三是面向社會化生產的資源優化配置與協同,比如協同制造;四是面向產品全生命周期的管理與服務優化,比如產品溯源。

從以上四個場景進而總結出三個特點,一是設備維護、工藝和產品優化方面,場景較為清晰、機理較為明確,目前可以依托平臺實現比較復雜的智能應用;二是企業的生產和運營管理方面,系統復雜度比較高、深度分析面臨一定挑戰,目前主要通過平臺對局部流程進行改進提升;三是產品資源協同方面,目前還沒有成熟的分析優化體系,主要依托平臺實現資源的匯聚和供需對接,僅在局部領域實現了協同設計、協同制造。特別需要說明的是,一個平臺并不一定、也很難完成所有產業、所有行業、所有環節的應用服務,所以未來將是多平臺協同發展的局面。

除了工業互聯網本身的發展與實踐探索外,工業互聯網與人工智能的融合探索也值得關注。前文也提到,人工智能如果要作用于制造業,最重要的載體就是工業互聯網。目前二者的結合主要體現在設備、邊緣、平臺三個層面,尤以平臺層面的實踐更為豐富。目前人工智能與平臺的結合有兩種方法,第一種是將人工智能功能系統/架構直接集成到工業互聯網架構中;第二種是把人工智能算法封裝在工業微服務模塊,或是直接在工業APP里面植入機器算法。

另外,在工業大數據分析與工業智能實施路徑探索方面也取得了一定成效。2017年,中國信通院在工信部的指導下成功舉辦了工業大數據競賽,吸引了來自全國各地一千多支隊伍,最后十二支團隊勝出。獲獎團隊的解決方案主要體現出兩種工業大數據分析路徑。一種是以高校、信息技術企業為代表的參賽團隊,對工業了解不多,但軟件開發能力、數據分析挖掘能力強,通過大數據分析、機器學習等手段不斷優化模型從而獲得較好的結果;另一種是以制造企業為代表的參賽團隊,對行業知識非常了解,通過數據科學與工業機理的融合解決問題,取得非常好的效果。

雖然近幾年我國工業互聯網取得了一定成績,成為推動全球工業互聯網發展的重要力量,但放眼未來,我們仍需直面挑戰、砥礪前行。2017年11月,國務院印發的《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》中,明確提出“工業互聯網發展323行動”,即三大體系、兩類應用、三大大支撐,將作為我國發展工業互聯網的重要方向與指引。

網絡體系,我國同美國、德國尚存在一定差距,主要表現在工廠內網方面,很多企業在生產層面還沒有全面實現網絡化建設,網絡改造多集中在企業管理層面。即使部分企業完成了網絡化改造,目前的技術仍不能完全滿足工業互聯網的需求。同時,工廠外網的升級還需三大運營商努力推動,以滿足發展要求。下一階段,推動工業企業內網改造升級、加快工業企業外網建設、推進工業領域全面部署IPv6、構建工業互聯網標識解析體系等將是重點的推進方向。

平臺體系,下一階段圍繞建設我國工業互聯網平臺、提升我國工業互聯網平臺運營能力等方面,仍有很多工作需要不斷推進。一是平臺培育,包括搭建跨行業跨領域平臺、建成一批企業級平臺、建立健全平臺技術體系等內容,以滿足制造業數字化、網絡化、智能化轉型需求。二是平臺試驗驗證,需要產業聯盟、企業與科研機構等共建面向數據采集、工業PaaS平臺、工業APP等領域的測試驗證平臺,開展功能、性能、適配性、安全性等技術驗證與測試評估服務,以加快平臺落地應用。

三是企業上云,通過平臺在產業集聚區落地、鼓勵中小企業業務系統向云端遷移等方式,形成平臺能力提升與海量使用之間相互促進、雙向迭代的良性循環。四是工業APP培育,圍繞推動工業技術軟件化、培育特定行業特定場景的工業APP等工作,形成基于平臺的工業APP開發者創新生態,進而推進工藝經驗程序化、工業知識顯性化和工業智能云計算化。

安全體系,目前仍面臨著較大挑戰。5G微信公眾平臺(ID:angmobile)了解到,余曉暉進一步分析,一方面是由于互聯網與工業體系融合發展所帶來的全新的安全挑戰,工業互聯網的安全相比于傳統的互聯網安全和工控安全,其范圍、復雜性、風險度和安全帶來的影響要遠大得多,而其中的數據安全、平臺安全等問題也更突出;另一方面,目前處于工業互聯網的發展初期,很多工業企業還沒有意識到安全部署的必要性與緊迫性,安全防控與管理工作亟待加強。未來,圍繞工業互聯網設備安全、控制安全、網絡安全、平臺安全和數據安全,提升安全防護能力、建立數據安全保護體系和推動安全技術手段建設,將是工業互聯網發展的重要課題。

應用方面,為做好“大型企業集成創新、中小企業應用普及”兩方面的工作,需要各方共同努力,解決“如何用好平臺、如何探索出基于垂直領域的工業互聯網應用路徑”等問題。其中,鼓勵大企業將平臺、資源等向中小企業開放,引導中小企業將自身設計創意、制造能力等對外開放,進而推動大中小企業融通發展、促成良性產業生態,將具有非常重要的意義。

產業技術體系方面,如何突破工業互聯網核心技術,在工業軟件、系統集成與服務、自動化、平臺等領域形成我們自己的競爭力,進而打造涵蓋新網絡、新平臺、新智能、新軟件、新技術、新產品等領域的產業技術體系,是未來我們需要重點考慮的問題。

工業互聯網是制造業和產業數字化智能化轉型的方法論。“網絡是基礎、數據是核心、安全是保障”的三大體系是其重要的發展主體,其中涉及的很多機理是一致的,包括基于數據智能的閉環、機器學習和人工智能的嵌入、智能分析與決策等,同時還存在其他一些共性技術和產業要素,需要我們著力解決突破。工業互聯網的發展需要業界各方的共同努力、協同推進,也必將推動中國制造業的轉型升級。

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