對發展工業互聯網的幾點認識與建議

發布者:瀏覽次數:

           以下文章來自 趙敏 走向智能研究院

           工業互聯網從技術上說起源于幾十年前工業以太網和設備物聯網，從術語上說由中國上海可魯軟件公司在2007年提出，從普及上說得力于美國GE公司的大力提倡與推動。

工業互聯網的“第一性原理”，就是要廣泛地聯接各種機器設備和工業系統，由此而實現“聯接-管控-優化-效益”的基本邏輯：由聯接而實現數據采集，由數據采集而實現數據實時傳輸、設備實時監測和設備行為的實時洞察，由此而有憑有據、精細化地進行工業資源的優化配置，為企業提質增效。

采集分析海量數據，泛在聯接各種設備，優化配置工業資源，是工業互聯網的基本內涵；全國大范圍、社會大尺度、跨行業大協作（“三大”）是業界對它的基本期待。

一.工業互聯網的兩個網絡主體

工業互聯網到底發端于何時、源于何處？業界并沒有統一的說法。

如果認為工業互聯網源自工業物聯網，其源頭應該是1999年誕生的物聯網。如果認為工業互聯網源自工業以太網，其源頭應是1969年誕生的PLC（可編程邏輯控制器）。

在1969年，科技與工業領域發生了很多彪炳史冊的事件，出現了影響全世界的UNIX操作系統、C語言、ARPANET（阿帕網）、IP協議、數據庫、PLC等新生事物。其中，PLC是工業以太網、現場總線的源頭，而阿帕網是因特網的鼻祖。

（1）工業以太網

PLC的出現，將第二次工業革命中以傳統的繼電器控制設備的方式，變成了PLC的控制方式，因此德國人將PLC的誕生作為第三次工業革命的發端。

PLC在制造過程中至關重要。在工廠里，各種設備組合成生產線，按照指定的步驟、順序和質量標準實現產品加工和組裝過程的工藝特點，決定了每一道工序、每一個生產環節都需要一個控制單元。因此，在PLC大量應用的過程中，問題也隨之而來：這些PLC形成了各自分立/孤立的信息孤島，彼此之間的通信是個大問題，于是出現了CCR（集控中心）來集中管理。但是當集中控制規模過大、單元過于集中時，如果某一個關鍵路徑出現問題，可能會導致較大一片控制區域癱瘓，于是又有了分布式控制方式。當人們用導線把眾多的控制單元都聯接到一個網絡中后，各節點之間既能彼此正確通信，又不互相發生沖突，局域網的數據鏈路層功能就誕生了。

伴隨著工廠規模的擴大，需要控制的生產區域也不斷增大，車間的生產環境越來越復雜，需要控制的設備越來越多，聯接成本越來越高，當數字通信傳輸技術替代了模擬信號之后，現場總線的基本形態就形成了。后來各種傳感器、執行器不斷融入數字技術，它們之間的通信就逐漸演變成為局域網，從CCR轉變成DDC（直接數字控制），再逐漸進化成DCS（分布式控制系統）。

1973年，施樂帕洛阿爾托研究中心的羅伯特·梅特卡夫，即“梅特卡夫定律”提出者，給他的老板寫了一篇有關以太網潛力的備忘錄，提出了以太網概念。1976年，梅特卡夫與其助手戴維·包格思發表了一篇名為《以太網：局域計算機網絡的分布式包交換技術》的文章，正式提出了以太網和有關技術。

以太網解決方案有效地滿足了工業應用對實時性能和耐用性的要求。當在以太網協議中封裝了特殊的工業協議后，工業以太網就誕生了。

（2）工業物聯網

物聯網在1999年由麻省理工學院（MIT）教授凱文·阿仕頓最早實踐和命名，將諸如RFID芯片或傳感器加在物件上，然后接入互聯網。在2002年，物聯網用于工業領域，于是就有了工業物聯網。

工業物聯網是在工業外部誕生的、隨后又快速滲透到工業領域的聯接機器設備的工業聯網解決方案。近些年，工業物聯的聯接范圍已經遠遠超越并涵蓋了工業以太網的聯接范圍，讓工業以太網成為了工業物聯網的子集。工業物聯網的內涵和定義還在發展變化中，業界不少企業、組織和專家認為工業物聯網非常接近工業互聯網，甚至就是工業互聯網。

工信部電子標準研究院認為：“工業物聯網是通過工業資源的網絡互連、數據互通和系統互操作，實現制造原料的靈活配置、制造過程的按需執行、制造工藝的合理優化和制造環境的快速適應，達到資源的高效利用，從而構建服務驅動型的新工業生態體系。”該定義把工業物聯網看作是工業互聯網的一個最大子集。

迄今為止，國際產業組織或標準化機構尚未給出工業物聯網的權威定義。

綜上所述，工業以太網和工業物聯網是工業互聯網的鼻祖和源頭。工業以太網主要通過機器自帶的PLC上的通訊器來聯接機器，工業物聯網則通過傳感器、RFID來聯接設備和各種物件。這兩種聯接構成了工業互聯網的基本結構和主體，來聯接工業的“端（各種設備）”。由阿帕網發展起來的因特網構成了工業互聯網的補充，其主要用途是社交/消費互聯網，聯接各種電腦的“端”。

二.工業互聯網的三個基本特征

工業互聯網的基本特征可以概括為三句話：

（1）聯接工業要素

工業互聯網所聯接的各種“終端”，都是工業界的各種要素，例如工業人士經常說的“人、財、物”或者“人、機、料、法、環”，包括并不限于各種機器、設備、產線、物料、工藝、流程、設施、技能等。從企業邊界來說，工業互聯網不僅聯接了企業內（可以分布式）的各種資源和在制品，而且可以超出企業邊界，聯接各種高價值的在用品（例如汽車、工程機械、風電/光伏設備等）。

（2）形成工業解決方案

在工業互聯網平臺上，可以形成各種針對工業問題的解決方案，如產品研發改進、個性化定制、智能排產、精益生產、安全生產、預測式維護、節能減排等。

工業互聯網的范疇不宜盲目擴大。與工業無關的消費互聯網、消費物聯網等解決方案，不宜納入工業互聯網解決方案范疇。

（3）為工業主體服務

工業互聯網源于工業，興于工業，也必須以工業為主體，服務于工業。建設工業強國，是中華民族偉大復興的基礎，國家之間的競爭，實際上是工業實力的競爭，是包括了各種工業產品（41個工業大類、207個中類、666個小類）以及工業互聯網（含工業互聯網平臺、工業APP）和工業軟件的工業實力之間的競爭。

三.工業互聯網的四個必須做到

建設工業互聯網，筆者認為有四個必須做到：基于工業要素，遵循工業規律，聚焦工業應用，提供工業價值。

（1）基于工業要素

工業互聯網必須要把企業的人、機、料、法、環、信等工業要素全部聯接起來，其前提是做好這些工業要素的數字化工作。

（2）遵循工業規律

是指在工業領域中，天量身軀，巨大空間，綿長時間，嚴選材料，精算能耗，驗證模型，打磨軟件，耐心沉淀，反復迭代，是工業的基本屬性。因此工業規律就是要反復打磨與沉淀，不會出現一夜“爆款”的短期行為。

（3）聚焦工業應用

是指工業互聯網上，傳輸的是工業數據，承載的是工業知識，控制的是工業設備，解決的是工業問題，優化的是工業資源配置。

（4）提供工業價值

可以從以下三個方面體現工業價值：

（1）超越時空限制，打破原有相對封閉、僵化固化的工業系統格局，以相對離散的形態，更靈活廣泛地聯接各種工業要素，展現跨領域、大系統級的聯接價值；

（2）打造支撐制造資源泛在聯接、彈性供給、高效配置的工業互聯網平臺，構建基于海量工業大數據采集、匯聚、分析的服務體系，形成新型價值鏈；

（3）基于對工業大數據的分析結果，洞察物理世界過去一直發生、但是無法觀測到的物理活動細節，挖掘隱藏的信息價值，做好研發、生產、服務與管理決策。

最終，可以讓企業做到大范圍優化配置工業資源，對企業的復雜系統進行精細化運營，進一步為企業提質增效，實現可持續發展。

四.工業互聯網與社交/消費互聯網的區別

一個“互聯網”詞匯的背后，不同人群有著相當不同的解讀，也確實存在著相當不同的網絡主體。工業互聯網有自己明顯的工業特征，在很多方面都與社交/消費互聯網有較大區別。

（1）基礎不同

社交/消費互聯網聯接的是電腦、手機、平板、服務器等“數字化原住民”，這些數字設備天生就具備上互聯網的基礎，遵循IPv4或 IPv6協議即可；工業互聯網聯接的是“數字化移民”，即可以遷移到工業互聯網而成為網絡終端的人、機、物、活動等各種工業要素，這就需要對大量的工業設備與物料等進行數字化改造，需要開發和應用不同的設備驅動程序。

（2）所有權不同

絕大多數電腦、手機、平板等，具備個人屬性，歸個人使用和保管，而絕大多數工業設備具備企業的公有屬性，是國有、公有、集體的，由于安全、保密、高價值等方面的考慮，工業設備上網時企業家的顧慮較多。

（3）聯接量級不同

社交/消費互聯網聯接幾十億消費人群和電腦設備，工業互聯網要聯接的是幾百億設備——Gartner曾經預計今年IoT設備聯網量為260億，PTC預測設備接入量為500億，思科預測IoT設備聯接數為500億，而最新的預測將會達到1千億。總體上有數量級的差異。

（4）聯接難度不同

社交/消費互聯網是統一標準協議，開放網絡，聯接相對容易，工業互聯網聯接對象是工業設備，存在存量大、種類雜、協議多、開放程度不相同，由此帶來的是設備數字化改造成本高、數據采集精度差、協議兼容難度大、云端匯聚效率低等問題。

（5）響應不同

社交/消費互聯網無需工業級的實時響應，例如在微信對話或提交購物申請時，有1秒左右的延遲并不影響使用結果；工業互聯網往往需要毫秒、微秒甚至百納秒級的實時響應，需要與此相適應的時間敏感網絡TSN，甚至需要更精準的時間明晰網絡TAN。有些看似只有半毫秒的延遲，在車間里可能就會釀成重大工業事故。在國家電網的管理中，精準對時的要求已經小于1微秒。

順便指出，5G是最新一代蜂窩移動通信技術，具有高速率、大容量、低時延、高可靠等特點。但是5G的低時延只是在1毫秒級別，從通信角度來看，時延已經很低，但從工業控制角度來看，距離工業現場中自動化設備的百納秒級實時控制要求還差兩個數量級。但是這并不妨礙5G在自動控制設備之外的工業場景找到大量使用場景。

（6）對象/場景不同

社交/消費互聯網的典型場景是在以人為主體的消費活動中，為了人與人溝通在電腦之間傳輸數據，對可靠性、穩定性的要求一般。例如使用家用型普通網線就可以實現聯網。

工業互聯網的典型場景是在車間或設備工作現場等以機器為主體的業務活動中，為了生產目的在設備之間傳輸數據，對可靠性、穩定性的要求更高，在車間使用的網線要求防潮、防塵、抗震動、抗拉和抗電磁串擾，通常會使用五類網線、超五類網線或者甚至使用六類屏蔽網線。

（7）用戶心態不同

在社交/消費互聯網用戶群體，人們愿意嘗試新事物，擁抱變化，特別是消費群體中的年輕人，是擁抱和嘗試新生事物的主力軍；

在工業互聯網用戶群體，人們趨于保守，駐足觀望，想變又擔心變化。很多企業的決策者并不愿意把自己的設計、生產與服務數據以及相關經驗，以工業APP的方式分享出來。對工業互聯網真正有積極性的，應該是某些工業設備生產廠商。

（8）有很多意想不到的坑

某企業選擇了一家報價最低的供應商，結果現場部署的網線居然是家用型普通網線，沒有使用工業級的五類以上網線，而且網線水晶頭做得質量差，走線也很不規范。結果在實施過程中就出現了異常情況，設備接入網絡后出現了丟包現象，有的網線不通，造成調試難度增大和實施時間的增加。而且企業的后期維護變得很麻煩，經常出問題。后來該企業只好用標準的六類屏蔽網線取代了家用普通網線，走線規范整齊，才徹底解決了問題。

（9）相互融合與借鑒

兩個領域兩回事，認識上不可混同，試圖以一種領域場景去直接套用另一種領域經驗，是難以奏效的。但是二者也可以相互跨界，可以相互借鑒經驗。

例如在消費互聯網的一些成熟做法，也可以在工業互聯網中予以借鑒，如某工業互聯網平臺，就借鑒了“滴滴打車”模式而做了一個“工業滴滴”，將設備保有方與設備維修人員聯系起來，對接雙方需求，讓設備保有方不再找不到維修人員，讓維修人員不再找不到活干。

五.工業互聯網的自身完善與融通發展

（1）工業互聯網還是工業局域網

對于“互聯網”一詞，早期國家標準翻譯為因特網，源于其英文名internet的音譯，本意是“國際電腦互連網絡”。因此，國際、電腦、網絡，是它最重要的三個標簽。

社交/消費互聯網早就是四通八達的國際互聯網絡了，極少有兩個終端之間發生無法對話交換數據的事件；而工業互聯網，目前還基本上是一個“工業局域網”，無論是哪一家的工業互聯網平臺，都是在相對有限的范圍內、聯接一定數量的設備，主要看業務需求和自身拓展能力而定。有外聯需求且聯接能力強的平臺，已經走出國門，聯接了大量境外設備；無外聯需求或聯接能力弱的平臺，以聯接本地設備為主。總體上，工業互聯網還沒有發展到“國際互聯網”的聯接水平。因此拓展工業互聯網的聯接能力是首要問題。

（2）工業互聯網生態建設日漸重要

國內工業互聯網平臺已經有了數百家。但是這些工業互聯網平臺之間基本上都是各自為戰、互不相聯的“數據孤島”，每個“孤島”各自聯接了業內一批客戶和開發者。先知先覺的平臺企業，開始注重工業互聯網的生態體系建設，盡量在延伸自己網絡上的各種“鏈”的觸角，在更多的領域、更大的范圍開疆拓土；而后知后覺的平臺企業，似乎還沒有建立工業互聯網生態體系的概念。

未來工業互聯網的發展與競爭，實際上是工業互聯網生態體系的競爭。唯有注重工業互聯網的生態體系建設，方能行穩致遠，做到可持續發展。

（3）工業互聯網“扶貧”勢在必行

大企業通常不會選用別人的工業互聯網平臺而自己開發，但是中小微企業不具備工業互聯網平臺的開發能力，是工業互聯網領域的“貧困戶”，他們應用工業互聯網的問題，是一個工業領域的實實在在的“扶貧”問題。

談及工業轉型升級，如果只有大型企業成功地加入新基建，應用工業互聯網，那么中國的工業轉型升級最多完成了一半。只有中國的中小微企業也大部分上了工業互聯網，才能說工業轉型升級走上了正軌。

目前，中小微企業只能選擇某一家的商用平臺，或者仰賴政府提供的工業云/工業互聯網的公共服務平臺。因此，工業互聯網的公共服務平臺建設就成了一個必須要解決、具有全局戰略意義的問題。

（4）工業互聯網平臺的互聯互通

絕大部分工業互聯網平臺，不僅聯接工業終端的數量和能力不夠，聯接其它工業互聯網平臺更不夠。這造成了很多問題，如一個在平臺甲上客戶，能否因客觀原因而順利遷移到平臺乙？一款在平臺甲上開發成功的工業APP，能否順利遷移到平臺乙？否則重復開發、重復建設的內耗很嚴重。

因此，如何從目前的諸侯割據、各自為戰，發展到強強聯手、合作共贏，生態致勝，如何從工業局域網盡快過渡到工業互聯網，如何讓不同的工業互聯網平臺之間實現互聯互通、融通發展，是目前各個工業互聯網平臺提供商亟待思考、盡快破局、必須解決的關鍵問題。

六.小結

工業互聯網是從工業的內生需求與外部技術合力發展中誕生的新型工業網絡。它的面世迎合了新工業革命的發展需求，是兩化融合向縱深的發展，是智能制造落地的關鍵基礎設施。

今年4月，工業互聯網被國家列為“新基建”項目，點名要加快建設；在剛剛過去的6月30日，中央再次要求“以智能制造為主攻方向，加快工業互聯網的創新發展”，充分表明國家對工業互聯網的高度重視。因此工業互聯網生逢其時，前景無限。

在工業互聯網的發展過程中，一定要領會和掌握工業互聯網的“兩個網絡主體、三個基本特征、四個必須做到”；要注意工業互聯網與社交/消費互聯網的區別，不要把不是工業互聯網的內容納入工業互聯網；要特別注意工業互聯網平臺的融通發展和生態建設，以及工業互聯網發展中的“扶貧”問題。