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新基建-工業互聯網

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 摘要:工業互聯網,因其在數字基礎設施和能力建設、釋放數字經濟增長潛能方面的基礎性和戰略性的作用,起來越成為全球產業競爭的戰略焦點。本文將對工業互聯網對于我國經濟發展的重大意義進行淺析,并就工業互聯網發展存在的問題進行分析,并給出相應的對策建議。

 

關鍵詞:新基建 工業互聯網  數字經濟 高質量發展 互聯網+先進制造業

 

過去數十年里,以鐵路、公路、橋梁、水利等大建筑為主的傳統基礎設施建設,對提升生產效率、改善人民生活質量、我國經濟發展起到了巨大的促進作用。隨著社會生產生活模式的不斷進化升級,以及我國經濟進入“高質量發展”階段,原有基礎設施開始難以滿足社會高效運作的需求,新一代基礎設施建設(以下簡稱“新基建”)的呼聲應運而生。

201812月,中央經濟工作會議確定2019年重點工作任務時首次提出加強人工智能、工業互聯網、物聯網等新型基礎設施建設 2019730日,中共中央政治局召開會議,提出加快推進信息網絡等新型基礎設施建設202013日的國務院常務會議、2020214日的中央全面深化改革委員會第十二次會議、202034日的中共中央政治局常務委員會,以及202041日習近平總書記在浙江考察時,都提到要大力發展新型基礎設施;2020420日,國家發改委在新聞發布會上首次明確了新型基礎設施的范圍。其中,工業互聯網、5G、人工智能、數據中心等數字基礎設施成為新型基礎設施的重要組成部分。

一、工業互聯網的內涵

工業互聯網作為新一代信息技術與制造業深度融合的產物,已成為深化先進制造業發展的重要基石,被越來越多的國家視為重塑制造業全球產業鏈競爭力的關鍵抓手。工業互聯網通過把設備、生產線、工廠、供應商、產品和客戶緊密地連接融合起來,以網絡為支撐,以數據為核心,以安全為保障,構建面向機器設備運行優化、生產運營決策優化,以及面向企業協同和用戶交互與產品服務優化的全產業鏈和全價值鏈等三大閉環,并進一步形成智能化生產、網絡化協同、個性化定制和服務化延伸等四大應用模式(參見下圖1 工業互聯網體系架構,來自《工業互聯網體系架構(版本1.0)》,工業互聯網聯盟,20168月)。工業互聯網也由此成為制造業數字化、網絡化、智能化發展的重要基礎設施和關鍵支撐。

 

 

 

 

 

用戶(消費者/企業用戶)

 

智能化生產

企業內

網絡化協同

企業·企業

個性化定制

企業·用戶

服務化延伸

企業·產品

產業視角

 

互聯網視角

 

產業數據

采集交換

 

生產

反饋控制

 

數據集成處理

 

產業建模、仿真與分析

 

車間/工廠/企業

運營決策優化

 

數據

 

網絡

 

安全

 

應用支撐

 

標識解析

 

網絡互聯

 

應用安全

 

數據安全

 

控制安全

 

網絡安全

 

設備安全

 

物理系統

 

應用

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 工業互聯網體系架構

隨著工業互聯網在制造領域的全面滲透應用,將帶來制造業生產方式、組織方式、商業模式等的全面變革,加速傳統產業鏈重構和新興產業鏈打造,形成跨設備、跨系統、跨廠區、跨地區的互聯互通,提高產業鏈運行效率,推動整個制造服務體系智能化,實現制造業和服務業之間的跨越發展,使工業經濟各種要素資源能夠高效共享。

為此,近年來,黨中央、國務院作出發展我們工業互聯網的重大決策部署,強調要推動實體經濟和數字經濟融合發展,深入實施工業互聯網創新發展等系列戰略。

二、工業互聯網對我國經濟高質量發展的促進作用

(一)將進一步推動數字產業化的飛速發展

工業互聯網本質上是互聯網在機器設備上的延伸,通過工業互聯網平臺把設備、生產線、工廠、供應商、產品和客戶緊密地連接融合起來,這將極大地促進數字產業化的飛速發展。一是需要大量傳感芯片、智能設備、計算與存儲設備等 ,這將極大地推動集成電路和硬件設備的發展與應用;二是工業互聯網將產生海量的數據,對這些數據的采集、傳輸、處理和分析將需要人工智能算法和安全技術保障,以及系統平臺管理,這將極大地促進軟件技術的創新發展和軟件產品的更廣闊的應用;三是工業互聯網將實現制造業和服務業之間的跨越發展,這將促進各類信息服務業的廣泛應用。

(二)將進一步推動產業數字化的快速發展

工業互聯網作為新一代信息技術與制造業深度融合的產物,將進一步促進信息化與工業化的融合向縱深滲透。一是通過嵌入各類傳感芯片和智能數字化設備,對制造業機器設備、生產線和工廠基礎設施等“機”和“物”的運行狀態和運行環境進行全面的感知、智能的處理和數據通信,以實現制造業“機”和“物”的全面數字化;二是通過智慧供應用鏈管理系統和大數據,實現生產供應用鏈和整體生產經營管理的數字化;三是通過構建面向企業協同和用戶交互與產品服務優化的全產業鏈和全價值鏈等閉環,進一步融通制造業和服務業,促進制造業和服務業的數字化融合發展。

(三)有助于促進產業和消費“雙升級”

新消費時代,大量的消費場景正在被重塑,消費鏈條正在變得越來越短,也使得C2M反向定制等生產模式成為可能,最終是社會整體效率的提高。但如何讓生產跟上消費的步伐,縮短與消費之間的距離,這是一個重大課題。

20191212日閉幕的中央經濟工作會議確定,明確202年經濟工作的重點之一是促進產業和消費“雙升級”,明確將制造業升級的過程與需求端的消費內需進行直接掛鉤。

工業互聯網通過工業互聯網平臺把設備、生產線、工廠、供應商、產品和客戶緊密地連接融合起來,建立“客戶需求—產品設計—要素準備——生產加工—倉儲運輸—客戶反饋”等全價值鏈閉環,結合軟件和大數據分析,可實現需求與供給之間的直接對接,可快速實現適應消費的產業升級。

以《面向可重構和微服務的可穿戴產品智慧工廠》項目(詳見《工業互聯網聯盟 案例展示》, http://www.aii-alliance.org/)為例,為滿足智能可穿戴產品未來30%左右的行業高增長、變化快的消費需求,歌爾股份有限公司,參考工業互聯網體系架構,制定了以全數字化集成的軟件系統為核心,具有“全面感知、設備互聯、數字集成、智能預測”等特點的工業互聯網平臺,通過虛擬工廠的模擬生產與實體工廠的生產線的互聯互通,實現實體物理制造過程和資源的虛擬映像,完整模擬從需求到產品、從訂單到交付的物理制造全過程,實現產品研發、工藝規劃、生產制造和供應鏈等的高效協同,打造高度柔性化、數字化、智能化的生產模式和個性化定制模式,以適應消費者個性化日益提升的需求及市場快速變化的趨勢。

(四)助力企業輕型化與降本增效

工業互聯網借助各類傳感器、智能化設備、高速網絡連接技術以及系統平臺,將可實現對各類物品智能化感知、識別與管理,在制造、物流各領域用于遠程及無人操控,助力企業輕型化與降本增效。工業互聯網將會形成海量大數據,通過對這些大數據進行智能分析處理,產生的價值信息將全面賦能生產要素的最優組合、產品生產的柔性定制、企業的精細化經營、供應鏈的科學動態管理,助力企業提升品質。

以富士康工業互聯網平臺BEACON(詳見《工業互聯網聯盟 案例展示》, http://www.aii-alliance.org/)為例,通過整合制造、連網技術、數據分析、云端存儲及工業互聯網解決方案,連通設備層、車間層、企業層,智能輔助生產者、管理者和決策者,以物聯網平臺數據采集為基礎,以智能數據平臺、智能制造平臺、影像大數據平臺為核心,輔以數據模型化、模型服務化,快速打造客戶關系管理、生產智造、供貨商供給側管理、質量管理、產品技術管理、金流與通路管理、安全管理和環保管理等服務應用。并通過平臺開放共享,打造生態鏈,為客戶提供高品質、高效率、安全可靠的智能制造服務。

(五)有助于快速推進我國制造業向全產業鏈高端邁進

工業互聯網實現工業經濟全要素、全產業鏈、全價值鏈的全面連接,支撐服務制造業數字化、網絡化、智能化轉型,不斷催生新模式、新業態、新產業,重塑工業生產制造和服務體系,將有助于快速推進我國制造業向全球產業鏈中高端邁進。

一是將促進我國高端工業半導體芯片技術的快速發展。工業互聯網所涉及的工業數據的采集、工業數據的傳輸、工業數據的本地及云分析和處理,都將需要大量的工業半導體芯片。同時,為適應某些非常惡劣的工業環境,不得不要求芯片能在低溫、高溫、強干擾、強震動等極端環境中運行,并要求具有高可靠性和穩定性,以及極強的數據處理能力。二是為人工智能的發展提供了廣泛應用場景。運用人工智能技術有利于實現各類工業設備的自決策、自治理,推動設備在最佳運行狀態自動實現信息交換、分析決策與協同工作,提高邊緣智能水平。通過對語音、手勢等進行智能識別,有利于打造新型人機交互體系,提高互聯設備管理效率。

三、問題和挑戰

工業互聯網所涉及的工業數據的采集、工業數據的傳輸、工業數據的本地及云分析和處理都離不開工業互聯網平臺。工業互聯網平臺是面向制造業數字化、網絡化、智能化需求,構建基于海量數據采集、匯聚、分析的服務體系,支撐制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置的工業云平臺,包括邊緣層、云基礎設施層(IaaS)、平臺(工業 PaaS)、應用層(SaaS)等四個層級(參見圖2 工業互聯網平臺功能架構圖)。業互聯網平臺本質是在傳統工業云平臺的基礎上疊加物聯網、大數據、人工智能等新興技術,構建更精準、實時、高效的數據采集體系,建設包括存儲、集成、訪問、分析、管理功能的使能平臺,實現工業技術、經驗、知識模型化、軟件化、復用化,以工業 APP 的形式為制造企業各類創新應用,最終形成資源富集、多方參與、合作共贏、協同演進的制造業生態。

工業互聯網在發展應用過程中,會存在諸多問題,如工廠和企業數字化基礎問題、企業內網完備度問題、企業管理系統與生產運行系統等之間的信息孤島問題,以及從數據設備到網絡到數據的安全問題等等。除此之外,更為突出的問題與挑戰主要有:

 

 

 

業務運行

應用創新

應用開發

(開發工具、微服務框架)

設計

APP

生產

APP

管理

APP

服務

APP

設備狀態分析

APP

供應鏈分析

能耗分析優化

……

工業微服務組件庫

(工業知識組件、算法組件、原理模型組件)

工業數據建模和分析

(機理建模、機器學習、可視化)

工業大數據系統 (工業數據清洗、管理、分析、可視化等)

通用PaaS平臺資源部署和管理

設備管理

資源管理

運維管理

故障恢復

云基礎設施 (服務器、存儲、網絡、虛擬化)

 

設備接入

協議解析

邊緣數據處理

邊緣層

IaaS

平臺層

(工業PaaS)

應用層

(工業SaaS)

消費者

供應鏈

協作企業

開發者

工業安全防護

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 工業互聯網平臺功能架構圖

(一)邊緣側的數據采集難度較大。至目前,邊緣側的數據產生所依賴的智能裝備、自動控制、工業協議、高端工業軟件等均掌握在他國手里。其中,95%以上的高端PLC和工業網絡協議被國外廠商壟斷。同時,由于企業的數字化層次不一、各種裝備接口標準不一、數據不開放、數據格式形式多樣、數據兼容性差、等因素,實踐中,工業數據采集采集門檻高、采集難度大。

(二)云計算的數據處理困難較多。一方面,由于邊緣側采集的工業數據多為大體量、低質量的“臟”數據,需要經過大量的數據清洗處理后才能分析;另一方面,我國制造業行業專家知識、機理模型積累不足,面對各類復雜的工業場景,難以為人工智能算法提供有效的數據模型和算法理論,這制約了工業互聯網平臺的深度應用開發。

(三)工業APP建設能力相對較弱。目前,支撐工業互聯網平臺發展的一些通用開源軟件基本上由國外企業主導,我國工業互聯網平臺的參與度和掌控度不高,我國工業互聯網平臺開發者社區建設仍處于空白,開發者規模和能力與國外工業互聯網平臺相比差距顯著,嚴重制約了工業APP的培育。

(四)亟待完善互聯互通相關監管政府和標準規范。工業互聯網最終將形成跨設備、跨系統、跨廠區、跨地區的互聯互通,以推動整個制造服務體系智能化,實現制造業和服務業之間的跨越發展,使工業經濟各種要素資源能夠高效共享。這就要求制定生產內網與生產外網之間互聯互通的監管政策和接入規范、企業生產數據的確權、交易和保護政策以實現工業數據的價值流通,同時,要求制定工業互聯網平臺的安全評測標準,規定安全保護等級要求,以確保工業互聯網平臺之間的互聯互通與各工業數據資源的共享應用是在統一監管政府和標準規范下進行。

四、對策與建議

(一)夯實產業基礎,突破關鍵技術短板。統籌整合產學研用優勢資源,著力突破高端工業網絡設備和控制設備、高性能傳感器等關鍵技術短板。尤其是高性能傳感器需要的高端工業半導體芯片技術,以適應低溫、高溫、強干擾、強震動等極端環境中運行,并具有高可靠性和穩定性和極強的數據處理能力。同時,要分類分層次定義邊緣層數據采集的標準規范,開放數據接口,著力提高邊緣側的數據采集能力。

(二)鼓勵創新引領,打造共性技術基礎。支持建設開發者社區和開源項目,引導有關企業建設設備協議兼容的開源社區,開放各類標準兼容、協議轉換的技術,實現工業數據在多源設備、異構系統之間的有序流動。培育行業共性知識開放的開源社區,引導工業互聯網平臺企業開放開發工具、知識組件、算法組件,構建開放共享、資源富集、創新活躍的工業APP開發生態。

(三)強化示范引領,發揮標桿輻射作用

 考慮到工業互聯網體系標準體系和安全體系的實踐檢驗,建議盡量選擇具有代表性的產業鏈比較完整的行業,以及具備一定生產規模的企業進行試點應用。通過試點,一方面可檢驗工業互聯網體系標準的適用性,評測工業互聯網平臺的互聯互通能力,評測工業互聯網安全體系的防范水平,另一方面可通過試點進一步完善工業互聯網網絡、平臺和安全體系。同時,通過試點,探索面向機器設備運行優化、生產運營決策優化、企業協同和用戶交互與產品服務優化的全產業鏈和全價值鏈等閉環應用模型的建立,積累數據處理、數據模型和機理模型的建設經驗,為工業互聯網的普及應用發揮標桿輻射作用。

(四)完善監管體系,筑牢安全發展屏障。健全工業互聯網安全管理法律法規體系,建成滿足設備、控制、網絡、平臺、數據等安全需求的多層次技術防控體系,強化平臺及數據安全監督檢查和風險評估,全面提升產業安全保障能力,既要滿足各工業互聯網平臺之間的互聯互通、各工業數據資源之間的共享應用,又要確保各工業互聯網平臺的安全防范、各工業數據資源的安全隱私。

19Oct
2020

閆同柱陳威如曹仰鋒從工業互聯網平臺解...

閆同柱陳威如曹仰鋒
---從工業互聯網視角解讀《平臺化管理》
(下)
由總裁讀書會主辦的閆同柱、陳威如、曹仰鋒領讀《平臺化管理》》正式與大家見面。本期嘉賓有世紀縱橫(北京)管理咨詢有限公司董事長、北京信息化和工業化融合服務聯盟理事長閆同柱、中歐國際工商學院戰略學教授、阿里巴巴產業互聯網研究中心主任、《平臺化管理》作者陳威如、香港創業創新研究院院長、《海爾轉型:人人都是CEO》作者曹仰鋒。本期主持人由新華社資深財經主持人賴冬陽擔任。

主持人:好的,謝謝

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