工业互联网总体发展趋势

2019-05-29 11:49

  2016年5月25日,由中国大数据产业峰会暨中国电子商务创新发展峰会(简称数博会)组委会主办,中国信息通信研究院、工业互联网产业联盟和遵义市政府共同承办的工业互联网创新与发展论坛成功在贵阳举办。

很荣幸受联盟的委托和邀请来做一个主题发言,介绍一下工业互联网的总体发展的趋势,与贵州及来自全国的各位专家来分享。

  我们在研究的时候首先对工业互联网的内涵做了很长一段时间的分析和研究,最后我们给出了工业互联网的定义,首先这个定义有几个方面。第一个,它是互联网与信息技术与制造业的融合,这个是一个很关键的方面。另外我们认为和互联网一样,产业和应用的环境,会促进创新,推动企业产业的发展。

  针对工业互联网来说,我们觉得它首先也是应该有一个生态的概念在里面,包括应用生态和产能生态。另一方面,工业互联网和互联网一样,对信息基础设施的推动和发展也是非常关键的,而且工业互联网将来是全球化的协同,包括跨企业,包括国内不同企业,还有跨地域、全球化的协同,它需要我们整个的信息基础设施的支撑,而信息基础设施在工业互联网推动下会不断完善和发展。

  这张图我们可以看到,和互联网可以做一个类比,在终端、网络和应用层面都很相似,但是我们看到有工业特征在里面。首先终端层面,我们要体现工业互联网的终端,包括我们的机器、物料都要进行智能化,能够联网来传送一些信息和进行信息的交互。第二个层面是网络层面,包含了网络互联的层面,含了工厂内部网络的连接还有大网上的连接。还有一些信息基础设施,特别涉及到和咱们主题相关的云、大数据,这是很关键的信息基础设施。再往上是工业互联网的各种应用。

  目前也是我们实际上在研究工业互联网的时候,和国内外很多单位进行了调研和研讨,将近一百多家国内外的企业,包括国际一些很大型的企业还有国内的一些大型的制造和信息通信的企业、互联网企业。从整体来看,我们认为实际上产业对工业互联网的理解还是不太一样的,譬如说制造企业,可能是希望首先是对工厂内部进行一些改造,为了满足他的生产经营管理的需要,怎么来更高效率、更好的质量和降低能耗这些方面。同时为了对用户的需求进行对接,或者提升他的增值服务,用到外部的一些互联网的平台,如跟供应链上来一个协同,跟用户需求的匹配。但是他可能侧重的是蓝色,更多的是在工厂内部。

  另一方面,从互联网角度来说,在互联网企业,推动工业互联网或者智能制造发展,他是更希望利用互联网一些模式的创新和商业上的创新,来产生很多新的价值,同时通过这种创新来推动工厂和制造业内部的发展。所以我们看到,一个是从内到外的发展,一个是从外到内的影响和发展,双方同时作用来推动工业互联网整体的发展。

  我们认为不管大家的重点、切入点、视角有什么不太一样,但是实际上共性都需要我们网络、数据和安全这三个共性的支撑。首先为什么说网络是很关键的,因为网络是一个基础,我们要把这些设备,把涉及到工业互联网相关的我们的系统、设备还有与我们的人、产业链各个环节能够互联起来,这个是所有的信息交互的基础,所以网络是他一个很关键的技术,涉及到工厂内部这个系统之间的互联,可能还有一些新的网络化需求,另外涉及到工厂外部的很多要素和系统的互联。

  另外,在这个基础上,网络互联只是一个基础,但是它核心还是数据以及数据在这些系统之间、不同要素之间的流动和对数据的利用。所以我们认为数据的流动或者数据的驱动实际上是对工业互联网引发智能化变革的一个核心,这个流动涉及到多个层面,不光是流动,可能还涉及到数据的分析,在各个层面都会有体现,包括这种生产控制环节,有可能采集数据,实时进行一些控制。在系统之间,数据的交换和共享还有一些大数据的分析。最终在这个基础上实现各种智能化的应用。

  我们可能没有时间来完整阐述为什么得出我们认为的这个工业互联网,实际上我们剖析了很多案例,结合我们对很多案例的分析,最后给出了我们对工业互联网一个总体的体系架构的理解,就是可以看到,这个是目前给出来的体系架构。首先是我们把数据放在核心了,我们认为它是最关键的,而且涉及到很多层面,包括采集、处理、分析还有它的一些基于数据的在工厂内部的智能化运营决策,同时跟物理系统去对接。另外我们看到有网络,涉及到在网络层面的,我们含了网络互联、标识解析和应用支撑,网络互联像我们IP互联一样,标识解析,随着自动识读技术,像RFID、二维码,应用很多,所以标识解析将成为很重要的支撑,就像DNS一样。另外是应用支撑,如互联网上的中间件,及们互联网上有web、http、java这些协议等,将来针对工业互联网也非常关键。

  在上面基于这三个基础的支撑来支撑个性化各种应用,这张图还有几点需要说明一下,第一个我们看到,实际上这是一个两维的图,我们看到数据是在网络、安全上面一点点,我们体现网络和安全做一个基础和支撑的作用。第二个是三个大的数据闭环,工业和我们公众的通信是不一样的,工业里面是一个微观的系统,很多设备在自动运行,需要在底层有一个小的闭环进行快速的数据分析和决策,然后反馈控制。再往上在工厂里面会形成一个更大一个层面的闭环,再往上是整个产业链,形成一个很大的闭环。

  这是我们现在对工业互联网的一个认识,目前实际上工业互联网也是国际上很重要的一个议题,像美国和德国都在积极推进相关的发展,可能用的概念和术语不太一样,切入点不同,像美国一开始提先进制造,后来在通用电气一些大的企业引领下,开始推动工业互联网。他核心是利用美国在一些基础,对材料、理论这方面的积累,还有互联网、大数据分析方面的积累,来推动工业互联网发展。

  德国的工业4.0也是在积极推动,他可能叫CPS这个术语,但实际上他可能侧重的是制造环节的装备智能化和流程方面的自动化,主要集中在智能工厂内部,可能制造本身的一些。不管是什么样的,但是从两个国家的推动情况来看,数据都是一个很重要的核心,工业互联网是达成的一个重要的共识,推动网络化、智能化,另外数据也是很重要的核心。

  刚才我们说了一下我们对工业互联网体系架构的认识,包括网络数据安全,实际上体系架构研究也是美国和德国很关键的切入点,因为它是对工业互联网最顶层的设计,它会引导后续所有的研究、方向还有它的一些实施。这个体系架构作为他最顶层的设计,在美国和德国受到高度重视,这张片子给出来的是德国工业4.0发布的,在去年给出来的工业4.0的参考架构。

  我们可以看它是三个维度,一个维度是从功能的维度,提炼了一些共性的功能,资产就是物理的这些东西,集成就是一些设备集成传感器、执行器,再往上通信,然后信息的分析,然后提炼一些功能,最后再支撑商业价值的实现。同时我们知道工业4.0是强调几个集成的,一个是在生命周期的端到端的集成,实际上从设计到最后的产品服务这个环节,整个生命周期都离不开ICT的支持,所以信息系统会把第一维度的这些功能在生命周期整个价值链条上会有映射,不同阶段的。第二个是在工厂内部,实际上它也是有不同层级,包括现场的一些设备和控制,还有再往上的一些工厂的信息系统,所以它是相关的功能,对这个工业系统也是有各个层次的映射和对接。这个是简单介绍一下德国工业4.0参考模型。

  刚才谈到美国也非常重视,美国IIC,这是一个由GE、ATT、英特尔、思科、IBM五家公司发起成立的一个联盟组织,叫工业互联网产业联盟IIC,它在去年也发布了工业互联网的体系架构,首先有一个方法论,从四个视角来切入的,针对每个视角都有给出相关的体系描述。

  我稍微介绍一下,我们知道不同的人他的视角和对系统的理解是不一样的,比如商业视角,一个经理、CEO,他更关注的是价值的实现、商业的实现。他这个商业的实现怎么对应到这种系统或者流程方面,就要用到第二个视角,就是使用视角,我要把我这种价值的实现,比如产品服务化,怎么在这种系统角度把它数出来。第三个视角是功能视角,从系统功能实现的角度来给出一些功能模块,具体的一些接口,这种要求,以便来实现整个流程、整个功能。另外一个,实现视角我们知道就是不同的部件,我们都有不同的实现方式,有很多协议选择,这样就涉及到实现视角,就是具体实施的层面。

  这是美国工业互联网的,这个是功能视角,我们可以看一下给出来的架构。一个是含了控制、运营、信息应用和商业,控制就是底层的设备自执行这个层面,运营是这个设备的一些管理、配置,还有一些预测优化。另外信息这块,所有的信息可以汇聚一起来进行分析和处理,同时可以提供一些用户的接口还有一些逻辑,还有API的供上层的商业来调用。这个是五个主要的模块。我们可以看到实际上这些模块可以看到,除了这五个模块,实际上还有两个主要的数据流,一个是针对这种信息流层面的消息的采集,另外一个是决策控制,我们看到红色这块有一个控制的,实际上他要强调反馈控制,我们不光信息要采集,而且要能够作用到系统。第三个是一个闭环,就像我们刚才谈到工业互联网三大闭环,微观层面的闭环,还有在上面形成一个很大的闭环。

  去年美德发布工业体系架构以后,因为工业互联网需要全球化的协同,包括产业的协同、产品的全球化流动、企业之间的协作,产业不希望采用不同的标准或者区域去割裂它,所以美国和德国也在积极推动他们两个体系的对接。这个是在2016年3月的时候,德国工业4.0和美国的IIC联盟签署合作协议,他们做了功能性的对接。后续会在标准方面,在实施和具体的解决方案的研究和开发方面,都会做一些深层次的对接,这个也是在逐步推动的。

  目前除了美德的体系架构这种顶层设计之外,实际上也在同步开展标准的研制,测试床和案例征集。从这可以看到美国的情况,大家首先非常重视标准化的工作,这是一个方面,像德国发布了两版的工业4.0的标准路线图。另外是案例库和测试床的工作,实际上测试床、案例库都非常关键,通过这种搜集和测试床的展示,业界可以看到我们利用工业互联网能解决企业的什么问题,确实能够这样去实施去部署,这样对推动整个产业发展非常关键。美国IIC也是这样的,这是它的组织架构,也征集了很多测试床和案例,然后推动标准化工作。

  除了这个我们看到,实际上我们就会在想,刚才我讲了这些体系架构,和这些怎么结合的,我们有了体系架构,我们为什么认为体系架构是一个总体的设计,有了体系架构之后我们可以看这种互操作的需求,产生很多新的接口,我们可以针对性的看看需要制定什么样的标准。另外我们在做测试床的这种建设和应用案例的征集和选择,我们看到这种案例是不是作为我们的一个判断的依据,是不是符合工业互联网的理念。工业互联网的体系架构是一个基础,像IIC他的测试床都要去说明,就是在推动测试床建设的时候要说明我这个测试床是符合工业互联网架构的,说一些理由。所以体系架构作为顶层设计是非常关键的,目前受到国际的高度重视。这个是对美德整个顶层设计还有技术标准的一些简单的介绍。

  除了这种技术标准工作之外,产业也是在积极推动工业互联网的发展,有很多的动作,一些大的公司,我们今天大家在这块也接触了很多企业,包括国内外的企业,也看到大家在这方面的实践和探索。

  首先我们认为工业互联网它为什么叫变革,首先它除了技术创新之外,它对产业带来很大的变革,刚才谈到数据是一个核心,它对很多层面都会带来很大的影响,它对产业推动什么,一个是会出现新的产业环节,我们看这张图的时候可以看到,现在生产系统上很多自己专用的一些装备、控制系统和信息系统,将来我们看到右边这张图,我们认为工业数据平台将会是一个核心,而且很多的这种传感、执行设备和智能设备跟现有的装备会更好的去紧密地结合,而且整个体系架构会更扁平化。可以看到这个大的变化,可能我们看到将来会出现新的产业环节,首先最核心的可能是工业数据平台。第二个会推动现有产业的变革,包括一些传感器在工业一些工业的应用和工业系统的结合,包括智能工控系统。我们知道将来机床是什么样,也可以像我们的生产设备也可以像手机一样,有智能化的系统,我们可以很方便的修改或者去灵活组态、编程,加载一些应用逻辑或者控制逻辑。另外还有一些新型的工业软件,基于大数据分析,会有很多新的变革,包括集成化的需求。这个是我们认为对产业会产生很大的变化。

  我们看到实际上我们对整个工业互联网的产业做了分析,将来会出现的一些关键产业,从底到上,包括新的操作系统,还有传感器,还有工业企业网络,这块技术有很多了,还有生产控制系统,再往上是平台,实际上现在的平台有两个层面,一个是在这种底层,就是我们刚才看到有很底层的闭环,实现闭环,我们跟生产紧密相关的环节有一个边缘计算平台,可以实现数据的快速处理和反馈。再往上是我们大的一个数据平台。再往上是各种应用软件,甚至像手机一样,来开发一些工业的APP。

  目前我们来观察,现在国际上很多大的企业都在做布局,在各个层面,包括在终端、在平台、在云层面,都有相关的一些大的动作,包括他的产品、解决方案还有他的一些公司组织模式类的变革。除了这种对终端层面的改造,核心大家都是在云平台做相关的部署,希望将来能够基于云实现统一的包括工厂还有不同企业之间的协同。

  这个是我们对最新的一些动态的介绍,大家看到这张片子可以看到,很多国际大的公司在引领产业发展,在创新产业生态,包括刚才说到工业4.0平台,还有工业互联网联盟,那都是很大的。

  在去年和今年部里也都非常重视智能制造和工业互联网发展,通过这种试点示范还有智能制造专项来推动。去年一共有94个项目入选,主要从两大方面,一个是试点,今年有五个试点,示范的内容在征集,包括离散、流程、网络协同、个性化定制、远程运维,大家可以在网上看到相关通知。另外还有两个大的实施方向,标准化的实验验证,还有新模式推广应用。标准验证非常基础的,还有行业标准的实验验证的征集。这个是部里最新的动作,而且在2016年的时候是把工业互联网的试点示范还有标准验证的新模式纳入到智能制造专项里一起来推动的。

  刚才谈到国际上很多大的企业领头,在中国我们知道,可能咱们中国的工业企业还需要产业整合力,在产业生态建设和推动方面和国际相比还是有一些差距的,为了推动中国的产学研用的发展,我们在2月1号的时候,中国信息通信研究院联合相关的工业企业、互联网企业、信息通信企业一起来发起成立了工业互联网产业联盟,苗部长亲自担任指导委员会主任,而且五个部领导都在这个指导委员会亲自担任主任、副主任,对联盟进行指导,另外我们还有专家委员会。

  目前成员单位数量增长很快,现在一共是181家,还有10多家在审核。从这个比例可以看到,一个是工业企业和信息通信企业,基本上数量有点持平,这样对我们了解工业企业需求,基于他们的需求来匹配需求,来开发相应的产品和解决方案是非常有推动作用的,最后再回到工业企业去应用。同时我们看到还有境外的企业,我们希望做成一个开放的联盟。

  目前联盟一共设立了7个组,结合联盟的目标,有总体、需求、技术标准、安全、试验平台、产业发展、国际合作。另外我们为了推动创新,一个是边缘计算,这个现在国际上也非常热,为了推动它的创新发展,我们在总体组下成立特设组,因为大家也知道工业大数据是非常核心的,为了汇聚产业力量,加快它发展,成立了一个工业大数据的特设组。最后还有一个知识产权保护,这个也是非常关键的,对于保护工业互联网健康的发展和它的技术创新。这个是大的组织架构。

  我们刚才谈了很多美国和德国都发布了体系架构,体系架构作为工业互联网顶层设计,我们也是能够尽快推出来。目前这是我们的一个大的提纲,基本上这个文件也是相对比较完善的分成了六个大的章节,包括内涵、体系架构,还有从网络数据安全方面对它的解读。另外我们为了指导企业,剖析完他的各个方面之后,为了引导指导企业的运用和实施,还专门写了一章工业互联网实施的架构,希望能够有效的指导。应该说这是我们联盟第一个要孵化出来的产品,计划在近期发布。

  在这个里头我展示了一下,刚才谈到有一个工业互联网的实施,在这里面我举一个例子,比如网络互联,我们给出一张图,大家可以看到,为了实现网络互联我们可以做哪些工作。第一个,可以对现有的网络进行改造。第二个,对相关的设备进行网络化、智能化改造。第三个,可以加装一些现有的设备,可能本身设备就能采集一些数据,直接拿这种设备或者工控系统传送相关的数据。第三个,可能我们采集得不全,可以加载一些传感器采集数据,另外还可以部署一些新的传感器。另外还有工业互联网一个特点,将来这种产品的原材料都会网络化,这样可以跟产线结合,进行灵活匹配。最后还有智能边缘计算、云、大数据和产品智能化。可以看到这些方面都可以考虑网络化的实施,这个是我们报告里的其中一个典型的图。

  联盟2016年的一些成果还是非常显着的,大家在一起协作,推进的速度还是非常快的,包括研究报告,大概列了一下,除了体系架构之外我们有标准,还有大数据的报告,可能在下面都会推出来,包括这种需求还有技术体系安全方面的报告。另外我们也会推动实验平台的建设,包括像美国和德国一些测试床的解决方案的展示,一些实验系统的建设,建一个大的水平化的平台,大家都可以在上面做做实验,在这个平台上提供一些基础的工具、开发环境,还有模型算法的支撑,包括一些PI。

  另外就产业发展这块,刚才谈到,其实今年工业互联网的试点示范就和智能制造形成了组织,也会进行这种案例的征集,还有优秀案例的评选工作,包括标准的研制还有国际的合作也是在推动,希望加强跟美国、德国的合作。

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