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什么是工业互联网
美国著名电器和电子设备制造公司通用电气（General Electric Company,GE）于2 0 1 2 年底提出了“工业互联网”的概念.近年来,随着物联网、大数据、人工智能等技术的迅猛发展,工业互联网正以前所未有的方式构建起数字化、智能化工厂,已成为全球制造业新一轮抢占的制高点.据估计,到2 0 2 0 年,全球工业互联网市场规模将达到2 2 5 0 亿美元.
工业互联网,顾名思义,是连接工业设备和生产的网络.通过传感器、信息通信技术连接众多工业设备,使得系统能够以前所未有的方式搜集、传输、交换和分析工业数据,并对生产过程和各个环节进行监控和优化,帮助企业进行更明智和更快速的业务决策,优化资源的配置.工业互联网是生产领域的一次革命,其核心是通过物联网、云计算与大数据应用,提升工厂生产效率和产品质量,降低成本,并创造精准供给.
在工业互联网环境下, 工业生产的诸多方面和环节都将受益.例如,在设备管理方面,制造设备易于磨损,也易受特定条件的影响.利用传感器可以监控温度、湿度、振动和其他可能导致低于最佳运行条件的因素,从而基于传感器和工业互联网实现设备基于状态的及时维护；在能源消耗方面,通过使用物联网传感器,可以监控企业的电力、水、燃料等资源的消耗,消耗了多少以及消耗在了哪里,通过智能计量和有效管理,可以显著降低运营支出；在库存管理方面,通过供应链监控和分析,可以获得实时供应链信息,原材料和产品将更容易跟踪,所有相关方都可以追踪所需信息,为企业提供全面的库存视图,对可用材料和供应品的估计更加准确,以便尽快预测问题并及时解决库存减少问题,从而降低库存管理的错误和风险.
工业互联网的发展现状
工业互联网是新型工业化的基础设施,是智能制造的关键使能技术.建设工业互联网、实现智能制造是第四次工业革命的核心内容.从经济发展角度,一方面,运用工业互联网可以实现传统产业的智能化转型；另一方面,也推动了运用工业互联网数据分析、机器学习、人工智能等服务的智能化企业的蓬勃发展.因此, 近年来, 美国、德国等发达国家在工业互联网、智能制造领域积极布局,大力投入,争相抢占制高点.
美国将重振制造业作为近年最优先发展的战略目标,并力求以新的革命性的生产方式重塑制造业.2012 年2 月美国推出“先进制造业国家战略计划”,希望借助网络和数据的力量,提升传统制造业和发展先进数字化制造技术,从而提升整个工业的价值创造能力.通用电气提出“工业互联网”的概念后,美国五家行业龙头企业联手组建了工业互联网联盟.除了通用电气这样的制造业巨头, 加入该联盟的还有IBM、思科、英特尔和AT&T 等IT 企业.德国2011 年11 月公布了《高技术战略2020》, 提出了工业4.0 战略.2013 年4 月,德国推出《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0 战略的建议》报告.报告提出,致力于基于信息物理系统(CyberPhysical System,CPS) 实现新的智能化制造方式,使德国在智能制造技术和CPS 技术及产品上保持领先.美国通用电气和德国西门子作为发达国家先进制造业的代表,已分别推出了Predix、MindSphere 平台,以探索开放共享的工业互联网平台,通过夯实基础,来构建未来工业互联网生态体系.
近年来, 我国也迎头赶上, 积极布局、发展工业互联网和智能制造.2017年11 月,国务院出台关于《深化“互联网+ 先进制造业”发展工业互联网的指导意见》, 随后包括江苏、浙江、广东在内的多个制造业大省也出台了实施方案和扶持政策.例如,广东在2017 年已经成立了广东省工业互联网产业联盟.2018 年3 月,推出《工业互联网平台建设及推广工程实施指南》,旨在加快推动建立我国工业互联网平台体系,加速工业互联网平台推广.
与此同时, 我国制造业企业也积极探索工业互联网下新的生产模式.例如,红领集团的网络生产体系,致力于构建“ 互联网+ 大规模” 生态圈,依靠数据驱动实现产业链的协同生产.海尔以COO 平台为核心的智能制造模式,解决了用户和互联工厂资源零距离交互、参与全流程的问题,平台对服务提供者、开发者实现价值回馈,从而构建共创共赢的生态架构.
根据德勤(Deloitte) 发布的《2018中国智能制造报告》,中国工业企业数字化能力不断提升,中国已成为工业机器人第一大消费国,需求增长强劲.63%的制造企业已将数字化工厂列为智能制造部署的首要任务,中国智能制造发展当前进入高速成长期.
然而,与发达国家相比,我国工业互联网的发展仍面临差距,主要表现为工业互联网在我国制造业中的渗透率仍较低,发展工业互联网关键基础能力不足、生态构建能力不足,以及缺标准、缺资金、缺人才等问题.
发展工业互联网的难点
工业互联网带来的新生产模式将是诸多生产要素高度的集成与融合,所有参与者及生产资源、生产资料高度互动,客户和产品的独特需求和特性有可能融入到设计、生产、运营等各个阶段,工人能够根据具体情况对生产过程进行动态的控制、监管和最优化配置,智能化生产和产品将随处可见.因此,推动信息技术与制造技术深度融合,促进工业设备和生产数字化、网络化、智能化改造和发展,是发展工业互联网的基础和关键.
工业互联网的标准问题
工业互联网的建设不仅涉及工厂内部网络,还涉及工厂外部网络,涉及海量异构设备的数字化、网络化、智能化改造,同时,更强调系统的开放性、系统的互联互通性及互操作能力.设备和系统联网及协同需求将大大增加,并带来了大量新的标准化需求.如何在系统中集成现有的和即将产生的新的各种各样的设备,如何对设备和资源进行识别、标识和寻址,如何提取和搜集有用的数据,如何进行海量数据的管理和应用,如何实现系统中大量异构设备和节点实时可靠的互联互通等等,都涉及到标准化的问题.因此,需要建立工业互联网领域网络互联标准、平台与支撑标准、标识解析标准、数据标准、安全标准等,包括数据表示的通用标准和接口、通信协议、工业控制网络标识辨别系统等.物联网领域有个著名的“昆虫纲悖论”现象,即,一方面,海量终端和设备应该带来巨大的市场；另一方面,目前尚缺乏可拷贝的大批量的应用,而且人们也想象不出能拷贝上十亿份的批量应用,而没有大规模应用就实现不了低成本.这是一个悖论.大学坂村健教授认为,其原因是传统信息系统和设备像哺乳动物纲（5 万物种）,而物联网领域更像昆虫纲（500 万物种）.这个问题在工业互联网发展中同样存在.制造业装备种类繁多、生产厂家众多,设备的数据接口和数据格式有自己的标准,封闭性比较强,不够开放.如何工业互联网领域的“昆虫纲悖论”,尽快建立各种通用的标准,将是巨大的挑战.
工业互联网的安全问题
工业互联网的安全,涉及采集、传输、存储和分析数据的制造生产流程的整个环节.与传统的“ 消费互联网” 不同,工业互联网是一个规模巨大、开放、异构和物理分散的分布式系统,工厂、供应商、客户和产品之间将高度融合、高度共享、高度协同,整个工业互联网系统的安全边界将越来越模糊,安全问题将向设备、网络、控制、数据、应用等全面渗透,导致系统可能受到的攻击面不断扩大.尤其是拥有重大基础设施的工业控制系统,目前针对工业控制系统进行的恶意攻击越来越多.在工业互联网环境中,一旦系统连接了网络,机器和设备就可能会遭到攻击,生产过程会受到破坏和干扰,甚至停止.还可能造成数据和信息的泄露,严重影响合作伙伴之间、产业链的上下游之间的配合和信任.因此,如何在复杂多变的工业环境中保障系统和网络安全、保证数据的安全可信,将是巨大的挑战.
工业互联网的成本问题
工业互联网将工业系统与传感技术、先进网络技术、数据技术、智能分析技术等连接融合,将虚拟网络与实体连接,形成更具有效率和智能的生产系统.对于工业互联网来说,平台体系是核心.作为全要素链接的枢纽和资源配置的核心,工业互联网平台是数据、流程、控制、生产相融合的基础,其支撑技术是传感器、物联网、云平台、智能计算和大数据.在整个工业互联网发展过程中,工业设备数字化改造和数据联网只是第一步,但却意味着巨额资金的投入,而整个智能生产系统的建成,更是不小的投入和漫长的过程.我国有着广大中小企业制造业, 受限于资金、人力、技术、成本高等因素,无法简单照搬、采用或模仿大型制造企业工业互联网建设的方案和模型,中小企业转型意愿普遍不强.因此,发展工业互联网,如何在提升平台关键技术能力和应用水平的同时,搭建若干为中小企业服务的工业互联网平台,推动标准化、低成本、模块化的工业互联网设备和系统在中小企业中部署应用,提升中小企业数字化、网络化基础能力,从而带动广大中小企业利用工业互联网平台优化配置、对接资源、降低成本,实现融通发展,将极为关键.
对策与建议
构建和应用标准体系,积极发挥联盟作用
工业互联网的全面建成,构建和应用标准体系是关键.工业互联网的发展牵扯到工业生产的方方面面,不是一家企业一朝一夕能够完成.诸多基础设施的建设、技术的攻关、标准的制定和推广,需要整个产业链和相关企业的协同和配合.因此,需要积极发挥产业联盟的作用.我国工业互联网产业联盟已于2016年2 月成立.一方面,加强研发的协同,着力突破工业互联网领域核心芯片、智能传感器、低功耗广域网、信息安全等关键技术,提高整体基础实力；另一方面,积极合作,参与到国际标准的制定中去,增强话语权.
从优势领域做起,树立标杆效应
针对广大中小企业发展和应用工业互联网的困境,可以在重点行业和关键领域,通过树立标杆,推动有条件的行业和龙头企业先行先试,形成示范效应,逐步带动上下游企业跟进,推动规模化的应用,促进工业互联网行业的联动发展.具体而言,可以鼓励一批制造业企业进行制造业升级的试点,逐步完善产业链条,建立产业联盟,通过技术和管理模式溢出,带动产业链条的升级.
研发和使用新技术,安全与效率兼顾
工业互联网的发展要积极拥抱新技术.例如,由于工业互联网缺乏统一的标准,不同厂商之间的设备无法互联互通,网络中的工厂与工厂、设备与网络、用户与产品之间无法建立相应的信任机制和安全防护措施.区块链是一种去中心化、安全、可信的分布式技术,利用区块链,可以将智能生产设备以开放或授权的方式接入工业互联网中,设备与设备之间以分布式的网络相连接,设备之间建立一个低成本的、点对点的直接沟通网络.从而可以在网络中利用多私钥规则进行访问权限控制,利用学的相关原理进行数据验证,保证不可篡改,充分保护用户隐私和数据安全.
此外,工业互联网将产生大量数据,同时很多生产过程又有精准和实时性的控制需求,仅仅依靠云平台,网络带宽压力和延时抖动等问题都不可避免.因此,发展和应用边缘计算技术,通过在工业互联网中部署边缘计算模块,实现数据在生产现场的轻量级运算和实时分析,可以有效缓解数据向云端传输、存储和计算的压力,优化数据的存储和处理.
注重复合型技术人才的培养
工业互联网的发展是工厂生产、工业制造与物联网、互联网、大数据等技术的全面融合,不管是设备互联、流程再造,还是数据抓取、融合分析,都亟须既精通工业生产流程又懂信息技术的跨界融合人才.然而,该领域相关技术发展迅速,高校专业基础教育普遍跟不上企业的发展需求,不能一味地依靠高校进行专业设置和人才培养的不断调整或改革,需要从整个行业和企业自身出发,加大投入力度,创新人才培养模式,解决复合型人才匮乏的难题.
结束语
我国是制造业大国, 产业链完善,当前面临产业转型升级的巨大压力,工业互联网技术的不断发展,为我们带来了重大的机遇.工业互联网能够提升产业的效率,最终实现智能制造.通过产业联盟构建标准体系,由优势企业带动整个产业发展,积极拥抱和采用新技术,创新复合型人才的培养模式,多措并举,可以有效解决工业互联网发展中的诸多难题.
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