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| 本文作者： 王金旺 | 2018-10-07 11:23 |
互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和新工業(yè)革命的交匯，催生了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在不同國家有不同叫法，在美國叫工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，在德國叫工業(yè)4.0。在國內(nèi)，由于互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展獨樹一幟，因而正宗的叫法應該是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（也是國家工信部選定的名字）。
2012年底，通用電氣（GE）提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念，至此，互聯(lián)網(wǎng)從對工業(yè)的輔助、集成走向融合階段，從消費互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)向生產(chǎn)性互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，成為單獨概念并入發(fā)展快車道。
在這個過程中，工業(yè)本身發(fā)展也是一個重要的推動因素。工業(yè)中單點信息技術(shù)應用可以追溯到1950年工廠內(nèi)部的單機數(shù)控，之后又有了工控系統(tǒng)；隨著ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計劃）、MES（Manufacturing Execution System，制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)）的集成，互聯(lián)網(wǎng)也逐漸進入商用化階段；而隨著工業(yè)應用中逐漸融合了更多的新興技術(shù)，工業(yè)也開始從最初的單點信息技術(shù)應用向全面的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化變革。
互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和新工業(yè)革命的交匯，從而催生了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。2012年底，通用電氣（GE）提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念，并出版了中英雙語工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)白皮書。
在整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展大潮中，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)也早早起步，早在2013年8月，工信部頒布《信息化與工業(yè)化融合專項行動計劃》，促進兩化融合。隨后，國家又出臺多項政策，包括：
2014年9月，工信部系統(tǒng)部署工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究
2015年5月，頒發(fā)《中國制造2025》
2015年7月，頒發(fā)《關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》
2016年2月，成立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
2016年5月，頒發(fā)《關(guān)于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導意見》
2017年10月，頒發(fā)《深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見》
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不僅是網(wǎng)絡概念，而且是系統(tǒng)化的概念。9月22日，在北京的CCF YOCSEF TDS專題探索班上，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（AII）總體組組長、中國信通院技術(shù)與標準研究所副總工李海花介紹道，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)把整個工業(yè)系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在這些設(shè)備及系統(tǒng)之間流動，從而實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析、運營決策、控制等，優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)。因而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心是通過網(wǎng)絡化，把這些系統(tǒng)都打穿，圍繞生產(chǎn)經(jīng)營，形成一個系統(tǒng)化的、能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和應用的智能體系。也因此，在2017年，國務院單獨頒發(fā)了《深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見》。
從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展來看，各國均先從頂層架構(gòu)設(shè)計入手，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的頂層架構(gòu)分為三大體系——網(wǎng)絡體系、平臺體系和安全體系。
其中，網(wǎng)絡體系是基礎(chǔ)，涉及人、物品、機器、車間等全要素，涵蓋設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)、管理等各環(huán)節(jié)，將工業(yè)全系統(tǒng)、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈的泛在深度互聯(lián)；平臺體系是核心，平臺作為各種要素的樞紐，可以將數(shù)據(jù)匯集在一起，不僅連接數(shù)據(jù)，還包括機器狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置、智能分析等；安全體系是保障，通過安全體系可以識別和抵御安全威脅、化解各種安全風險。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡體系可以分為三級兩層，三級指現(xiàn)場級、車間級、工廠級；兩層指OT層和IT層。
現(xiàn)場級包括生產(chǎn)設(shè)備、控制系統(tǒng)；車間級主要包括人機交互界面、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，以及總線和網(wǎng)關(guān)等；前兩級主要圍繞工廠內(nèi)生產(chǎn)部分，分布在OT層。而工廠級主要分布在IT層，主要是IT網(wǎng)絡的信息化模塊，包括SCM、ERP、CRM、MES。
IT、OT融合（即將兩層打通）是發(fā)展趨勢，但是網(wǎng)絡割裂，能力單一仍是工廠現(xiàn)狀。現(xiàn)在的工廠中采用三層兩級架構(gòu)，中間仍是隔離的，仍然比較割裂，有的企業(yè)為了安全，兩層之間甚至會采用物理隔離。這導致現(xiàn)在工廠中互聯(lián)網(wǎng)僅用于商業(yè)信息交互，企業(yè)信息網(wǎng)絡難以延伸到生產(chǎn)系統(tǒng)，大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)沉淀、消失在工業(yè)控制網(wǎng)絡。
與此同時，產(chǎn)業(yè)開始不斷嘗試，工業(yè)PON、寬帶無線、短距離通信、蜂窩無線、IPV6、SDN等網(wǎng)絡技術(shù)切入進來，但是仍遇到諸多問題，首先就是標準的問題。由于行業(yè)類別諸多以及工業(yè)巨頭的存在，現(xiàn)行的OT網(wǎng)絡技術(shù)標準有40多種，正式進入IEC（International Electrotechnical Commission，國際電工委員會）的也有20多種。而由于現(xiàn)在的OT網(wǎng)絡已經(jīng)不僅需要傳輸數(shù)據(jù)，還需要兼顧AR/VR及攝像頭的應用疊加，李海花認為，應運而生的TSN很可能會在將來統(tǒng)一OT網(wǎng)絡的連接技術(shù)。
據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，通用以太網(wǎng)技術(shù)僅僅是解決了多設(shè)備共享網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)連接的問題，但并沒有很好地解決設(shè)備之間實時、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}，而這對工業(yè)設(shè)備尤為關(guān)鍵。TSN是在IEEE802.1標準框架下，基于特定應用需求制定的一組“子標準”，旨在為以太網(wǎng)協(xié)議建立“通用”的時間敏感機制，在確保以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊的時間確定性的同時，為不同協(xié)議網(wǎng)絡之間的互操作提供了可能性。也可以理解為標準以太網(wǎng)的升級版。
如前文所述，TSN可用于OT網(wǎng)絡層，IT層傳輸協(xié)議架構(gòu)可以用OPC，因而，將來工廠內(nèi)部有望統(tǒng)一到TSN+OPC。
在2018年漢諾威工業(yè)展上，AII聯(lián)盟與ECC聯(lián)盟聯(lián)合展示了TSN+OPC UA測試床，該測試床時延小于1微妙，抖動小于100納秒，是采用SDN管理的邊緣計算平臺。
5G作為下一代蜂窩聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，關(guān)于5G空口技術(shù)的研究，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也是其重要涉及領(lǐng)域。5G針對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景的連接多樣性、性能差異化、通信多樣性，現(xiàn)在面向工業(yè)控制、無線傳感、生產(chǎn)輔助有三大空口，具體性能差異見下表：
就核心層而言，5G通過網(wǎng)絡切片技術(shù)，靈活組織架構(gòu)，動態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡資源，在邏輯上滿足不同組網(wǎng)需求。
關(guān)于建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施，我國也通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施升級改造工程，加快企業(yè)內(nèi)外網(wǎng)絡改造升級和IPv6部署，主要有四個發(fā)展重點：
加快企業(yè)外網(wǎng)絡改造建設(shè)。推進寬帶網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與改造，擴大網(wǎng)絡覆蓋范圍，優(yōu)化升級骨干網(wǎng)絡。包括高速率、低時延、大帶寬可定制，即可以按照企業(yè)需求進行定制。
開展企業(yè)內(nèi)網(wǎng)絡改造建設(shè)。加強TSN、工業(yè)SDN、工業(yè)PON等技術(shù)的研究，推動工業(yè)企業(yè)應用新技術(shù)改造建設(shè)在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的部署。
推動IPv6的全面部署。加強對適用于工業(yè)應用的IPv6關(guān)鍵設(shè)備、通信模塊、解決方案的研發(fā)，加快推進IPv6在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應用部署。
推進中小企業(yè)提速降費。加強新型專線技術(shù)研究，進一步推進連接中小企業(yè)的專線提速降費。
標識解析也是網(wǎng)絡體系中的重要部分。連接的核心是為了采集信息，但是工業(yè)中很多設(shè)備是被動性設(shè)備，例如輪胎，為了采集這些設(shè)備的信息，從而引入了標識解析技術(shù)。
標識解析體系包括標識和解析系統(tǒng)，標識是機器和物品的“身份證”；解析系統(tǒng)類似互聯(lián)網(wǎng)DNS，是全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全運行的核心基礎(chǔ)設(shè)施之一。上述例子中，通過給輪胎賦予或疊加特定的標識，從而將信息傳送到各個系統(tǒng)。通過信息的標識可以實現(xiàn)信息的關(guān)聯(lián)。
李海花告訴雷鋒網(wǎng)編輯，這樣看似很簡單的技術(shù)，其實在很多工業(yè)企業(yè)中并沒能應用，沒能實現(xiàn)信息的打通，很多企業(yè)進貨后重新賦碼，重新輸入新地址，這樣實現(xiàn)的工作效率就低多了。可以看到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過給每一個對象賦予標識，可以實現(xiàn)跨地域、跨企業(yè)、跨系統(tǒng)信息的共享和查詢。這也是推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析技術(shù)的出發(fā)點。
目前針對標識解釋技術(shù)主要分為兩類：改良類和變革類。
由于標識解析技術(shù)在DNS技術(shù)上疊加一套標識服務，然后再往下保存標識ID和與標識相關(guān)的映射。現(xiàn)行的OID體系、Ecode體系、GS1體系三大體系都是基于這一方式，而且基礎(chǔ)設(shè)施上也已經(jīng)開始做這樣的工作。但是其中存在一個問題是，它是嫁接在DNS上的二級平臺，所有的查找都需要經(jīng)過DNS后才能到達二級平臺。
另外一個是變革路徑，包括Handle體系、UID體系（日本），以及一些其他類型的體系。現(xiàn)在國家很看重Handle體系的建設(shè)，也是中國在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上的一個發(fā)展機會。
平臺作為工業(yè)智能中樞，尤其關(guān)鍵。通過全面連接設(shè)備、軟件、人員等各類生產(chǎn)要素實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的對接；基于海量的工業(yè)數(shù)據(jù)分析，形成智能化的生產(chǎn)與運營決策；通過平臺數(shù)據(jù)和功能的對外開放，支持開發(fā)者開展工業(yè)APP創(chuàng)新；實現(xiàn)各類制造資源的優(yōu)化配置，重構(gòu)生產(chǎn)組織模式和制造方式。
企業(yè)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，再基于平臺提供開發(fā)工具、模型、API接口，很多第三方開發(fā)者就可以基于平臺進行應用開發(fā)，從而可以形成一個生態(tài)。
基于平臺的工廠化也可以實現(xiàn)資源的整合、調(diào)動，甚至平臺運營商可以以工業(yè)企業(yè)或生產(chǎn)企業(yè)角色對外推廣，但是可以沒有實體經(jīng)濟，類似現(xiàn)在的耐克，生產(chǎn)采用代工，沒有實體工廠。
目前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系架構(gòu)已經(jīng)發(fā)布，整個體系架構(gòu)包括三層：邊緣層、工業(yè)PaaS層和應用層。其中，邊緣層解決數(shù)據(jù)采集的問題；工業(yè)PaaS層解決工業(yè)數(shù)據(jù)處理和知識積累沉淀問題，形成開發(fā)環(huán)境，與之前不同的是會有云化的軟件的應用；應用層解決工業(yè)實踐和創(chuàng)新的問題。這一體系架構(gòu)類似現(xiàn)在的云平臺體系架構(gòu)，只是對應到了工業(yè)體系中。
國際巨頭在工業(yè)技術(shù)、產(chǎn)品、經(jīng)驗和數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)上，打造“國際品牌+高端產(chǎn)品+先進平臺”的綜合優(yōu)勢，以GE的Predix、西門子的Minsphere為引領(lǐng)，全球平臺超過150個。
我國由于互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展較好，出現(xiàn)很多新的玩法，包括平臺+保險、平臺+信貸、平臺+訂單、平臺+教育等，平臺類產(chǎn)品多達269個。但是綜合來看，仍然存在諸多問題，例如有80%平臺連接設(shè)備協(xié)議種類不足20，83%平臺提供的分析工具不足20個，68%平臺提供的工業(yè)機理模型不足20個。我國52%平臺第三方開發(fā)者數(shù)量在100人以下，最多也只有三四千人，而GE的開發(fā)者數(shù)量已達到5萬人。
就國家戰(zhàn)略方面來看，國家推動建平臺、用平臺兩方面同步發(fā)展。
在建平臺方面，通過平臺培育，開發(fā)滿足數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化需求的解決方案，預計到2020年擁有10個跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的平臺，2025年擁有3-5個具有國際競爭力的平臺；通過產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等多個主體共建測試驗證平臺。
在用平臺方面，鼓勵中小企業(yè)業(yè)務系統(tǒng)向云端遷移，預計到2025年實現(xiàn)百萬家企業(yè)上云；培育特定行業(yè)、特定場景APP，到2025年培育出百萬工業(yè)APP。
現(xiàn)行工廠中工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)采用的安全體系是在廠外與公共互聯(lián)網(wǎng)相互隔離，廠內(nèi)采用“兩層三級”防御、分層分域隔離。
有的為了減小防火墻對信息阻斷的影響，并沒有合理地設(shè)置防火墻；有的工廠中很多設(shè)備很少升級或者根本沒有安全的防護系統(tǒng)和軟件；有些設(shè)備運行的系統(tǒng)比較老。這些都是現(xiàn)行工廠中存在的安全問題。這些安全問題的存在也直接導致了諸如“震網(wǎng)事件”、烏克蘭電廠攻擊事件、勒索病毒等的發(fā)生。
李海花指出，我國在互聯(lián)網(wǎng)安全上有一定基礎(chǔ)，在封閉體系下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也有一些技術(shù)，但是現(xiàn)在全都實現(xiàn)互聯(lián)，由于原來ICT領(lǐng)域?qū)I(yè)不太了解，工業(yè)領(lǐng)域?qū)CT也不了解，從而會出現(xiàn)很多安全問題。這樣的安全問題影響很大，小到影響工廠系統(tǒng)級工業(yè)生產(chǎn)，大到影響國民經(jīng)濟。
雷鋒網(wǎng)了解到，目前，我國預計將從防護對象視角、防護措施視角及防護管理視角三大視角出發(fā)構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全框架，引導企業(yè)全面部署安全防護措施。
防護對象根據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)分為設(shè)備、控制、網(wǎng)絡、應用和數(shù)據(jù)。其中，由于平臺將來會匯聚很多重要的數(shù)據(jù)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、工業(yè)數(shù)據(jù)將是重點。
目前，整套體系仍然在設(shè)計階段。
在安全體系中，國家發(fā)展重點是強化安全保障，包括提升安全防護能力、建立數(shù)據(jù)安全保護體系、推動安全技術(shù)手段建設(shè)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用現(xiàn)在發(fā)展較快。目前來看，整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用初步形成三大路徑：智能生產(chǎn)、業(yè)務創(chuàng)新和生態(tài)運營。
智能生產(chǎn)是面向企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)效率提升，即智能工廠。通過設(shè)備、產(chǎn)線、生產(chǎn)、運營系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)提質(zhì)增效，決策優(yōu)化。
業(yè)務創(chuàng)新是面向企業(yè)外部的價值鏈延伸，即智能產(chǎn)品/服務/協(xié)同。通過打通企業(yè)內(nèi)外部價值鏈，實現(xiàn)產(chǎn)品、生產(chǎn)和服務的創(chuàng)新。
生態(tài)運營是面向開放生態(tài)的平臺運營，即工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。匯聚協(xié)作企業(yè)、產(chǎn)品、用戶等產(chǎn)業(yè)鏈資源，實現(xiàn)向平臺運營的轉(zhuǎn)變。
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