【周末阅读】工业互联网的发展历程及实现路径

来源：青岛智能产业技术研究院

【导读】目前，我国工业互联网发展迅猛，从国家层面、部委层面、地方层面都在积极推动，国际上对工业互联网发展也比较关注。我主要介绍工业互联网的三个方面内容：工业互联网的基本认识、国内外工业互联网的主要进展、我国工业互联网发展部署。

工业互联网的基本内涵

现在很多新的技术不断涌现，除了原来侧重的IT行业，新的技术还在加速向新的实体经济产业各个环节渗透，包括共享单车、自动驾驶、人工智能等。工业互联网本身就是和制造业的结合，ICT新的技术融合将会对原有工业模式产生很大的变化和影响。

国家强调数字化转型或数字经济。数字经济包含数字经济产业化和产业数字化两部分。

产业数字化部分强调ICT对其他产业的贡献，它会带动GDP增长，在农业、工业和服务业三大产业当中，目前对服务业影响比较大，其次是工业，对GDP增长的贡献超过30%。在当前工业领域，工业数字化已经是很重要的一块内容，也是工业转型升级很重要的推动力。

工业互联网发展的大脉络有两个维度，上面是互联网的发展，下面是工业的发展。互联网是从消费互联网向产业互联网发展，其中一个很重要的方面，就是面向实际的生产经营，利用互联网提供相关的服务和支撑。工业本身也是有自动化、系统化的一个过程。一开始是单机控制到工控系统出现，到ERP等工业的管理系统，工业和互联网逐步出现融合发展，到2012年工业互联网的概念正式提出来。随着新技术、新发展理念的引入，工业系统正在从单点的信息技术应用向全面的数字化、网络化、智能化演进。

工业互联网最开始由美国提出。美国对技术创新非常重视，在2011年就围绕实体经济进行创新发展布局。美国还有先进制造计划，积极打造制造业创新网络，即NNMI。这类似我国正在推动的创新中心，目前，美国已经有14个，围绕一些关键创新领域，把产业链相关方都聚集在一起，从而加速技术成果的产业化。2014年美国成立了工业互联网联盟即IIC，包含GE、AT&T、英特尔、思科等企业，在全球形成了很大的影响力。

我国也一直在积极布局工业转型发展，从两化融合到两化深度融合再到现在的工业互联网。关于采用“工业互联网”这个概念，开始也进行了反复论证，一是因为我国是制造业第一大国，其次我国互联网创新活跃，工业互联网可以将两个优势都结合起来。

2017年11月底，国务院发布《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，工业互联网正式成为国家级战略，工业互联网是一个大的体系，是战略性变革的理念，不是简单的网络，也不是简单的平台，也不是简单的模式，是系统化的，是对工业制造业理念的大变革，会引导着技术脉络、管理体系等等变革。

工业互联网的内涵和定义很重要，它的界定实际上是定位和范畴的界定，直接影响到对工业互联网如何认识，包括大的架构和布局。目前工业互联网有两大内涵。首先是工业互联网是关键网络基础设施，工业互联网基于现有互联网，但同时会推动互联网发展和演进，以便满足安全、实时、可靠性等要求，包括工厂内网、工厂外网和标识解析。同时工业互联网还是新业态和新模式，类似互联网和移动互联网，围绕工业生产经营，会产生很多应用创新，包括智能化生产、网络化协同等等。

工业互联网的功能视角包括三大体系，即网络体系、数据体系、安全体系。第一个网络体系是基础，主要作用是把各个工业要素、各个工业环节连接起来，以支持数据的流动，具体包括网络互联、标识解析、信息交互;第二个是数据体系，数据体系是核心，通过数据的流动、共享、汇聚，支撑形成各种智能化应用。包括三大闭环，即生产控制的闭环、企业层面的运行决策优化闭环、整个产业链价值链闭环，其中生产控制闭环因为要满足生产环节实时反馈控制要求，需要满足超低时延、超高可靠性等要求。第三个体系是安全体系，安全体系是保障，需要和工业互联网发展同步规划、同步部署。三大体系是工业互联网的关键技术设施，把三大体系建设好，基础设施建设就非常好了，在这个基础上可以更好地支撑各种创新应用发展。

工业互联网的发展，一个很重要的核心任务就是建设好三大体系。网络体系方面，这是互联网现在的情况。包括智能终端、全球互联的IP网络以及HTTP等互联网协议。工业互联网的外延扩大了，包含了工厂内网。此处要特别说明一下DNS系统，上网都会输入域名，通过DNS获取域名对应服务器地址，然后才能接入到服务器获取相关信息。到工业互联网领域，标识解析就是一个很重要的系统。域名是很好记的，但对机器来说识读效率等就很低。在工业互联网领域，我们希望给原材料、产品附予编码，通过自动识读技术实现自动识读，为了定位服务器找到相关信息，也需要类似DNS的标识解析系统，以便实现编码到信息的定位。工业互联网的标识解析体系也是要建立类似DNS的分层分级的体系，标识解析听起来很抽象，简单概述起来，就是一个码加一个解析系统。

数据体系方面。数据体系是核心，通过数据汇聚和大数据分析等技术，形成智能分析和判断，而原来工业生产、经营、管理主要靠既有经验，平台将来可能汇聚很多数据。现工业互联网平台功能构分三层，三层的划分有点像云计算，最底层是边缘层，通过连接设备、不同系统等，把数据采集上来，可以做一些协议转换适配等等。中间是基础能力层，基础能力层是平台的核心，对数据进行汇聚、处理、清洗，最关键该层还会汇聚很多服务、模型、算法，并提供开发环境，特别是把现在的工业经验、工业模型等进行数字化，放到平台上，就很容易调用相关能力，形成新的应用。最上层是工业应用SAAS层，包括云化工业软件，现在很多工业企业都没有安装工业软件，通过提供云化的工业软件，如ERP，企业就可以租用了。还有垂直领域的应用创新。

安全体系方面，随着工业互联网发展，很多工业设备、系统都要连到互联网上，会带来很多安全挑战和风险。现在工业体系相对封闭，有的企业采用物理隔离或者逻辑隔离方式来保障系统安全，但是工业互联网的发展会慢慢促进工业系统的开放，互联网上的很多安全风险都会延伸到工业互联网中，所以安全体系建设是工业互联网发展的一个很重要的基础和前提。工业互联网安全体系包含五个方面：设备安全、网络安全、控制安全、应用安全和数据安全。

工业互联网目前以制造为切入点，但工业互联网不仅仅是制造业，也包含其他领域的应用。做好基础设施，如网络平台、安全等等，保证实时安全可靠，那么还可以有效支撑能源、交通、物流等发展。

3D打印、智能装备等强调单点智能，工业互联网是一个大的体系设计。通过数据的流动、数据分析，形成系统化的智能，这是远远超越原来靠经验来判断的，可能会出现很多新的发展空间，这对现有工业体系会产生很大的影响。

工业互联网的工业体系实际上复杂很多，将来工业互联网在工厂内部会出现新的网络连接，智能传感器、控制器等更多数据采集节点，互联网中会出现很多工业互联网平台。

国内外工业互联网的主要进展

目前工业互联网是全球布局热点。

美国因为互联网发展非常好，希望打造工业互联网发展基础，而且他们不仅仅是围绕工业，还包括能源、车联网、智慧城市等，工业互联网联盟是美国牵头的产业推进平台。德国更侧重制造业，强调ICT技术和工业本身的结合，并成立有工业4.0平台来推进产业发展。日本更强调机器人应用和工业本身高质量的发展，成立有IVI价值链促进协会、物联网协会等组织。相关组织都发布有各自的参考架构。我国首先也是从参考架构设计出发，同时通过测试引导新技术的研究，通过应用案例标杆，来引导应用探索。

美国和德国不同的地方在于：美国强调水平化、互操作能力建设;德国以工业为主。美国IIC和德国工业4.0清晰地展示了双方关注点。工业互联网应用说两个方面都涵盖，目前是以制造业为切入点，但更加强调水平化、互操作能力建设。

美国通过测试床引导新技术应用，且要求严格，必须有创新技术或解决方案才可以。美国的测试床覆盖范围较大，不仅涵盖智能制造，还延伸到产业互联网，如航空、微电网等。同时，通过测试床，积极推进软件定义、时间敏感网络、人工智能等研究和应用。

全球范围看，工业互联网平台成为全球竞争的焦点，大家使用互联网和移动互联网能感觉出来，谁的平台占据了优势，会汇聚越来越多的资源和用户。目前互联网领域对平台的竞争已经延伸到工业互联网领域。IT、CT、电信运营商、工业企业、互联网公司都在积极布局。许多大家熟知的公司都在布局工业互联网平台。

平台是工业互联网核心。国内和国际工业互联网平台还存在较大差距。GE在能源、航空、医疗等行业有深厚的积累，很多模型已经放到Predix平台上，相关机理模型、算法、工艺等需要多年沉淀，也能够反映出平台的技术基础和实力。从目前看，工业企业在工业互联网平台方面具有较强的竞争优势。

国际很多技术创新、产业布局在不断地调整和演进中。美国一些跨国企业、初创企业发展特别快，在工业互联网领域出现了很多独角兽企业，如Uptake。欧洲老牌工业企业，还有日本，都在加速工业互联网的布局和发展，同时也产生了很多技术创新，如边缘计算、低代码开发等。

产业之间也在不断深化合作。如美国PTC，与罗克韦尔开展深度合作，可以给工业企业提供整体解决方案，目前企业之间合作非常踊跃，平台发展也非常快。

我国工业互联网发展部署

我国初步形成了“一大联盟”“两大阵营”“三大路径”“四大模式”的态势。“一大联盟”指工业互联网产业联盟，联盟会员已超过1000多家，包括ICT企业、工业企业、面向工业领域的解决方案提供商，在中国工业互联网发展一大特色是互联网企业非常积极。联盟也在积极提升国际影响力，并吸引外资企业参与，目前联盟会员中包含了20多家外资企业。此外，联盟会员中还包含了投融资机构。目前联盟已经形成“12+9+X”的组织架构，即12个工作组，9个特设组和X个分联盟。特别要提一下，12个工作组中，包含垂直领域工作组，以加速工业互联网在垂直领域的发展和落地，此外联盟还成立有政策法规和投融资组，以宣传我国工业互联网相关政策，促进产业与政策的对接，产业与投融资的对接。特色组主要是为加速推进一些热点方向的研究与发展，如开源特色组。

“两大阵营”主要指产业界分别从供给侧和需求侧出发，来推动和探索工业互联网发展。

我国不断加快工业互联网发展与探索，逐步形成了“三大路径”，一是工业企业的智能化改造，主要侧重工程内部，将设备、系统等连接加强数据采集，以实现企业提质增效等需求。二是工业与产品、企业上下游和用户的协作。在工业互联网理念引导下，工厂正在从封闭走向开放，产品走向智能化，工厂系统和产品、企业上下游和用户互联起来，在此基础上，提供产品增值服务、企业之间的信息交互与服务协作，了解用户的感受。三是平台化路径，工业企业、ICT企业等依托原有能力，结合工业互联网发展需求，来做工业互联网平台。

我国围绕工业互联网的创新应用有很多，有设备的健康管理、智能生产管理、能耗监控、排放管理、质量管理等。如设备健康管理，是国内外都在积极推进的应用，通过通信模块将设备练到网上，很容易做到预测性维护。还有创新应用是围绕企业经营管理和资源配置优化，依托平台化理念，可以将企业的生产能力、生产资源在全国甚至全球范围内进行开展调配和协作。和国外相比，由于我国工业企业信息化基础整体还较薄弱，在模式创新同时还需要同步补课，如针对工业企业信息化水平较低的问题，利用工业互联网平台、企业上云用云，来满足中小企业低成本信息化需求。通过平台连接工厂，可以打通供需，或将订单分解成不同的工厂加工。还有连接物流，可以优化物流效率。有的企业还通过平台来连接金融，来服务中小企业贷款等等。

我国工业互联网顶层设计基本已经完成了，包括国家战略设计和技术体系设计。围绕网络、平台和安全，正在加速创新，当然我们也面临很多挑战。安全保障体系同步还要加强设计，且与发展同步推进。随着新技术如区块链、人工智能等发展，这些新技术正在加速向工业领域延伸。技术方面，IT和OT融合是个挑战，且新技术在工业领域的应用有效性待验证，不同场景对数据模型不同，大数据分析能力需求也不同。我国工业领域技术基础较弱，还需补课并加快跟进。

应用方面，中国企业信息化程度薄弱，且本身资金短缺，投入不足，一些标准化的解决方案不能大规模推广。

国家高度重视工业互联网发展，去年12月底，中央经济工作会上把工业互联网定位于新型基础设施，目前工信部等相关部委正在加紧落实推进。此外，今年政府工作报告也提出打造工业互联网平台，拓展互联网+等等。

工业互联网指导意见是工业互联网纲领性文件，重点任务可以归纳“323行动”，包括打造网络、平台、安全三大体系，推动应用发展以及产业支撑、创新生态和国际合作。

工业互联网外网怎么推动演进升级，以满足工业高可靠、低时延、广覆盖、可定制的需求。工厂内网包括IT系统、OT系统，需要推动它无线化、扁平化和灵活化。现在两个重点，第一个就是TSN，时延可达到毫秒级、同步可达到纳秒级，可以很好满足工业现场高实时等要求。第二就是5G在工业互联网中的应用。

关于标识解析体系。国家顶级节点向下连接二级节点，因为工业可细分很多行业，如机械制造、汽车、原材料、信息电子，不同行业可以做不同的二级节点。目前现在5个顶级节点已经上线试运行，很多企业和地方在加速推进二级节点建设。标识解析整个产业生态还涉及标签技术、打码设备、读写设备、校验设备以及标识注册、解析软件等。

平台方面，正在推动建设和运营同步发展，希望到2020年打造10个左右“双跨”平台，到2025年形成15个国际竞争性的平台，同时建设实验验证平台来支撑相关研究和发展。

安全方面，要打造安全防护能力，数据是最重要的，它的安全防护机制是重点的。国家正在推动工业互联网安全监测能力建设，包括国家、省级/行业和企业三级。

应用方面，要提升大企业工业互联网创新应用水平，提升工业互联网集成，引导其发展平台。中小企业创新活跃，应引导它数字化、网络化和向云端迁移。

三大支撑体系方面，包括构建协同创新生态，组织区域创新示范工程，建设工业互联网创新中心和示范基地。推动产业支撑能力建设，包括技术研究、标准研制、产品解决方案的孵化。同时积极推进国际合作交流与推广，互操作性是工业互联网的关键，需要打造全球化的技术标准。

工业互联网不仅仅是制造业的切入点，通过工业互联网发展可以探索出整个数字经济发展的路径，或者说产业转型发展的方法和路径。工业互联网做好了以后，会带动整个实体经济的发展。当然，工业互联网还有很多需要研究和探索的地方，特别是应用模式、推广模式、商业模式方面，还有很多挑战。