新階段工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺演進(jìn)及其數(shù)字化技術(shù)分析

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過構(gòu)建人、機、物全面互聯(lián)的新型生產(chǎn)制造和服務(wù)體系，是新一代信息技術(shù)與制造業(yè)融合發(fā)展的積極嘗試和有效產(chǎn)物，在引領(lǐng)新基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)全面推進(jìn)、加快工業(yè)領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型、促進(jìn)經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

1 我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的迭代過程

1.1 演變歷程

我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了從概念到應(yīng)用的不斷迭代過程。2008 年工業(yè)和信息化部切實推進(jìn)工業(yè)與信息化融合工作，是我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最早的溯源，“云制造”理念為我國構(gòu)建了當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的工業(yè)云架構(gòu)雛形，制造強國和“互聯(lián)網(wǎng) +”戰(zhàn)略，引導(dǎo)制造業(yè)實現(xiàn)從底層生產(chǎn)裝備、上層互聯(lián)網(wǎng)連接的互聯(lián)與智能的迭代升級。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心要素，是網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)賦能的載體。

表 1?我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)演變歷程

當(dāng)前，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的技術(shù)體系、新模式新業(yè)態(tài)、融合應(yīng)用都需要結(jié)合不同行業(yè)不同場景實際，不斷提煉規(guī)律、復(fù)制拓展。

1.2 平臺主要體系架構(gòu)

我國對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的定位，是面向制造業(yè)智能化需求，通過工業(yè)云和邊緣側(cè)的協(xié)同云，采集、匯聚、分析工業(yè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建整體的服務(wù)體系，支撐制造資源互聯(lián)和智能。

圖 1?我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)

我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系架構(gòu)包括邊緣層、IaaS 層、工業(yè) PaaS 層和工業(yè) APP 層四個層級（參見圖 1）。其中，邊緣層主要是工業(yè)現(xiàn)場，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和協(xié)議解析，5G、窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）、時敏網(wǎng)絡(luò)（TSN）、OPC UA 等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)總線等通信協(xié)議的應(yīng)用，為制造業(yè)用戶的企業(yè)管理系統(tǒng)和工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的互聯(lián)創(chuàng)造條件，構(gòu)建了低時延、高可靠、廣覆蓋的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)各類工業(yè)數(shù)據(jù)便捷、高效、低成本的互聯(lián)和智能應(yīng)用。

IaaS 層主要是云架構(gòu)的基礎(chǔ)支撐，是工業(yè)云的硬件載體通過不斷探索升級，實現(xiàn)體系的演變，通過不同級別的資源要素的匯聚，從應(yīng)用軟件上云、核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)上云逐步升級為軟件和裝備硬件共同上云，逐步實現(xiàn)云、邊、端的實時協(xié)同；工業(yè) PaaS 平臺層包含平臺開發(fā)運行環(huán)境及工業(yè)數(shù)據(jù)建模和分析以及工業(yè)應(yīng)用微服務(wù)和開發(fā)工具等，是整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺或者企業(yè)數(shù)據(jù)中臺的是核心所在，其中工業(yè)知識模型最為重要，工業(yè)機理和應(yīng)用模型是工業(yè)現(xiàn)場的工藝系統(tǒng)、過程、事物或概念的一種表達(dá)形式，擁有數(shù)學(xué)模型、物理模型、仿真模型、算法模型等多種形態(tài)，決定了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的處理精度；工業(yè) APP 是最頂層應(yīng)用層，是各類工業(yè)場景的應(yīng)用軟件和可視化，面向特定工業(yè)場景需要定制開發(fā)高價值的特色工業(yè) APP，并實現(xiàn)推動工業(yè)知識和經(jīng)驗的固化和封裝。

2 平臺數(shù)字化技術(shù)發(fā)展趨勢及應(yīng)用賦能情況分析

2.1 架構(gòu)體系向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略是利用信息物理系統(tǒng)，實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實物理世界的融合，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)則是注重信息技術(shù)與工業(yè)制造技術(shù)的緊密結(jié)合，客戶環(huán)境與資源的約束，實現(xiàn)高價值的工業(yè)互聯(lián)，物聯(lián)化是一切工業(yè)互聯(lián)的底層必要條件。隨著通用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與生態(tài)快速發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在反復(fù)迭代和優(yōu)化過程中，越發(fā)向底層技術(shù)體系演化，將解決工業(yè)現(xiàn)場問題作為最關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)繼續(xù)向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系演進(jìn)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是通過工業(yè)現(xiàn)場的執(zhí)行單元的互連互通及互操作，實現(xiàn)要素的資源配置、制造的按需執(zhí)行、工藝的合理優(yōu)化和環(huán)境的快速適應(yīng)，構(gòu)建服務(wù)驅(qū)動型基礎(chǔ)底層技術(shù)體系。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)呈現(xiàn)兩個顯著趨勢，一方面，應(yīng)用范圍從智能制造領(lǐng)域向上游供應(yīng)鏈、產(chǎn)品及下游的服務(wù)與消費延伸；另一方面，技術(shù)范疇從通用 IT 技術(shù)，開始與工業(yè)現(xiàn)場的OT 技術(shù)做深度對接。

2.2 數(shù)據(jù)處理向數(shù)字孿生升級

數(shù)字孿生技術(shù)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)實轉(zhuǎn)換的重要技術(shù)，通過實現(xiàn)面向執(zhí)行單元和編程對象建立機理模型或數(shù)據(jù)驅(qū)動模型，形成工業(yè)對象在賽博空間的虛實交互。（詳見圖 2）

圖 2?數(shù)字孿生技術(shù)原理

數(shù)字孿生架構(gòu)包括數(shù)字孿生體之間的層次型、關(guān)聯(lián)型和點對點型的關(guān)系架構(gòu)。層次型架構(gòu)是指就像現(xiàn)實世界中的同類產(chǎn)品一樣，一組組件的數(shù)字孿生可以構(gòu)成設(shè)備數(shù)字孿生，一組設(shè)備的數(shù)字孿生可以構(gòu)成生產(chǎn)線的數(shù)字孿生，一組生產(chǎn)線數(shù)字孿生可構(gòu)成工廠數(shù)字的孿生。關(guān)聯(lián)型架構(gòu)是指數(shù)字孿生之間存在關(guān)聯(lián)，如油氣管道數(shù)字孿生系統(tǒng)與其油氣生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字孿生系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。

數(shù)字孿生將繼續(xù)以人工智能、邊緣計算、先進(jìn)存儲及計算等新技術(shù)為技術(shù)和能力支撐，實現(xiàn)物理空間和賽博空間的虛實互動、輔助決策和持續(xù)優(yōu)化。

2.3 平臺技術(shù)是向數(shù)據(jù)中臺拓展

工業(yè) PaaS 是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的“引擎”，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的知識和工具的核心。工業(yè) PaaS 既包括共性關(guān)系數(shù)據(jù)庫、時序數(shù)據(jù)庫、圖表文檔數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)，又包含以工業(yè)對象的工藝建模、仿真建模、算法建模、開發(fā)模型、行業(yè)知識、組態(tài)工具、工業(yè)機理模型等微服務(wù)組件及 APP 應(yīng)用開發(fā)和容器調(diào)用工具等。工業(yè) PaaS 的本質(zhì)是構(gòu)建一個適合對應(yīng)工業(yè)場景的可擴展的操作系統(tǒng)。在制造企業(yè)探索建設(shè)工業(yè) PaaS 的搭建過程中，因工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)分散，缺乏數(shù)據(jù)分類分級標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)無法統(tǒng)一利用等問題，數(shù)據(jù)中臺應(yīng)運而生。數(shù)據(jù)中臺實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的“采、傳、通、用”，整合企業(yè)業(yè)務(wù)流程，聯(lián)通 ERP、MES、SCM、CRM、PDM 等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的場景化應(yīng)用和價值最大化，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供全面的數(shù)據(jù)支撐。

2.4 應(yīng)用融合向關(guān)鍵行業(yè)、關(guān)鍵領(lǐng)域賦能

我國擁有超大規(guī)模市場和豐富的應(yīng)用場景，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺融合應(yīng)用方面有著巨大的發(fā)展機遇。國家持續(xù)開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新工程，完善網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施，支持關(guān)鍵技術(shù)協(xié)同攻關(guān)，遴選跨行業(yè)跨領(lǐng)域平臺、專業(yè)細(xì)分平臺，培育高效能的工業(yè) APP 軟件，推動融合應(yīng)用走深向?qū)崱?/p>

垂直行業(yè)逐步實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。石化、電力、鋼鐵、汽車、船舶、電子信息等行業(yè)的制造業(yè)企業(yè)、系統(tǒng)集成商聯(lián)合探索積極推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺場景化落地，通過平臺實現(xiàn)生產(chǎn)過程、管理決策、資源配置協(xié)同和產(chǎn)品生命周期管理服務(wù)等領(lǐng)域的優(yōu)化擴展。裝備供應(yīng)商結(jié)合自身工藝和工業(yè)設(shè)備經(jīng)驗積極打造工業(yè)自動化平臺，制造企業(yè)通過梳理自身業(yè)務(wù)流程、升級傳統(tǒng)服務(wù)模式建設(shè)服務(wù)型平臺，軟件和 ICT 企業(yè)以自有的信息技術(shù)平臺為支撐，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動實現(xiàn)平臺向制造領(lǐng)域延伸。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺已在很多場景下發(fā)揮了積極的作用，特別是在新冠疫情防控的過程中，面臨人員居家、生產(chǎn)停頓等不確定性因素，通過工業(yè)互聯(lián)解決了資源配置、生產(chǎn)制造、物流運輸?shù)确矫娴闹T多難題。

3 平臺發(fā)展面臨的主要問題

“十四五”時期我國信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的內(nèi)外部環(huán)境正在發(fā)生深刻的變化，但關(guān)鍵核心領(lǐng)域仍然存在短板弱項，存在各項能力的不足，尚有較大的能力提升空間。

3.1 低成本數(shù)據(jù)采集方案欠缺

數(shù)據(jù)采集、設(shè)備連接與工業(yè)互聯(lián)平臺的發(fā)展息息相關(guān)。然而，我國工業(yè)現(xiàn)場絕大部分設(shè)備沒有聯(lián)網(wǎng)，少數(shù)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也存在使用工業(yè)協(xié)議不統(tǒng)一的集成應(yīng)用問題。在集成應(yīng)用方面，我國主要依靠工業(yè)現(xiàn)場集成商的長期集成應(yīng)用經(jīng)驗進(jìn)行，缺乏適配主流工業(yè)協(xié)議、現(xiàn)場設(shè)備，對接工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的成熟、高效、低成本的解決方案，嚴(yán)重影響了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的應(yīng)用和發(fā)展。

3.2 行業(yè)性工藝模型沉淀不足

由于工業(yè)企業(yè)現(xiàn)有系統(tǒng)相對封閉，工業(yè)和信息化領(lǐng)域的思維意識的差異，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺廠商對不同領(lǐng)域、不同行業(yè)的典型工業(yè)特征、工業(yè)機理、工藝、業(yè)務(wù)流程和知識經(jīng)驗的積累不足。目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺普遍在先進(jìn)技術(shù)與知識、工藝、流程等融會貫通能力方面非常薄弱。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)分析能力薄弱

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的機器人、機、物、系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流是在工業(yè)體系中由下而上實現(xiàn)“感、傳、智、控”的關(guān)鍵主線。目前雖然在石化、電力調(diào)度等高度自動化工業(yè)領(lǐng)域，已初步實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時處理和反饋，但在大部分制造企業(yè)中，“信息孤島”現(xiàn)象普遍，數(shù)據(jù)種類不全、級別不清，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分散且出處不統(tǒng)一，缺乏數(shù)據(jù)方面的衡量標(biāo)準(zhǔn)，制約了工業(yè)大數(shù)據(jù)建模分析和工業(yè) APP 功能。

3.4 全局性安全防護體系空白

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在實現(xiàn)互聯(lián)和智能的同時，把傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)形式發(fā)展到了工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，同時也帶來了各類的互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)的安全威脅。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)底層的缺乏網(wǎng)絡(luò)安全防護手段，通信協(xié)議采用明文傳輸且較為開放，系統(tǒng)存在容易被利用的遠(yuǎn)程運維接口，導(dǎo)致工業(yè)領(lǐng)域的安全事件頻發(fā)，我國缺乏工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)體系和防護體系。

4 對策建議

面向新發(fā)展階段、貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局，融合發(fā)展是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的必然選擇，是激發(fā)數(shù)字化新業(yè)態(tài)新模式的有效手段，如何利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺支撐加快自身發(fā)展成為關(guān)鍵一環(huán)。推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用必須具備鮮明的問題導(dǎo)向、豐富的應(yīng)用場景、顯著的經(jīng)濟和社會效益，通過協(xié)同創(chuàng)新逐步提升制造業(yè)企業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展水平，推動我國信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)從產(chǎn)業(yè)鏈價值鏈的中低端向高端發(fā)展，保障產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈暢通穩(wěn)定。

4.1 政策性驅(qū)動新技術(shù)與平臺賦能應(yīng)用

我國應(yīng)圍繞工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)、特征和需求，在政策支持下，全面整合資源，通過新基建的支持，大力推動工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)軟件等基礎(chǔ)技術(shù)攻關(guān)，促進(jìn)邊緣計算、人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)與工業(yè) PaaS 的融合應(yīng)用，進(jìn)行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈條的強鏈、優(yōu)鏈。

4.2 強化低成本采集連接方案產(chǎn)業(yè)化規(guī)?；?/p>

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺廠商應(yīng)加強與工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與集成應(yīng)用服務(wù)商的商業(yè)合作，聯(lián)合推動相關(guān)場景的應(yīng)用適配，提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的前端能力。解決方案供應(yīng)商應(yīng)推出快速連接、支持不同場景主流協(xié)議的低成本現(xiàn)場互聯(lián)解決方案。工業(yè)企業(yè)應(yīng)結(jié)合建設(shè)項目遴選工業(yè)現(xiàn)場連接的優(yōu)秀解決方案，形成可復(fù)制的參照清單，實現(xiàn)市場規(guī)?；茝V。

4.3 通過生態(tài)開放實現(xiàn)數(shù)據(jù)和模型迭代優(yōu)化

應(yīng)當(dāng)加快工業(yè)企業(yè)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺廠商的融合融通，積累多種類、大數(shù)量的分析算法、分析工業(yè)機理模型，完整的行業(yè)模型庫，研發(fā)形成相應(yīng)工具集，融合裝備、軟件、控制、安全等領(lǐng)域知識機理，強化工業(yè) PaaS 平臺的核心能力，通過建立工業(yè)技術(shù)軟件化體系，促進(jìn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗的顯性化、模型化，推動工業(yè)知識的沉淀、傳播、復(fù)用與價值創(chuàng)造。引導(dǎo)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺企業(yè)開放開發(fā)工具、知識組件、算法組件，構(gòu)建資源集聚、開放共享的工業(yè)應(yīng)用開發(fā)生態(tài)，確保模型機理模型的不斷迭代。

4.4 完善工控安全防護能力，保障業(yè)務(wù)可靠運行

以業(yè)務(wù)連續(xù)性為原則，工業(yè)企業(yè)應(yīng)聯(lián)合工控安全廠商，依據(jù)相關(guān)的法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和最佳實踐，摸清工業(yè)資產(chǎn)底數(shù)及基本防護情況，制定適合自身工藝和業(yè)務(wù)流程的制度規(guī)范，增強內(nèi)網(wǎng)安全的技術(shù)管控措施和合規(guī)性管理，提升安全運維響應(yīng)效率，完善遠(yuǎn)程運維機制，加強對新型威脅和攻擊的安全防護、信息泄漏審計和追溯。不斷探索自動風(fēng)險預(yù)警體系，實現(xiàn)對威脅的自感知與預(yù)測，加強工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備層、平臺層、控制層等安全防護關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和縱深防護。

5 結(jié)束語

在當(dāng)前我國加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的背景下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展是我國工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要標(biāo)志，數(shù)字化水平高低是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的關(guān)鍵制約因素，做好工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化賦能是推動制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必要環(huán)節(jié)，需要不斷探索、持續(xù)突破。