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知己知彼 我国工业互联网发展全解析

供稿:中国工控网 2016/5/25 13:36:27

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    作为工业互联网的独立单元,工业控制系统在工业互联网发展中起着决定性作用,如果工业控制系统没有向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展,我国工业互联网发展将无从谈起;如果不能实现大规模互联感知,工业控制系统将无网可连,工业互联网将无从发展;如果没有大数据分析,没有云计算存储,工业互联网产生的大规模海量数据将毫无价值,网络应用层的业务将无法优化,工业互联网的发展模式必将单一。本文回顾工业互联网的发展历程,指出发展工业互联网在政策、产业、共赢模式及信息安全方面面临的问题与挑战,并结合我国实际,提出保障我国工业互联网安全发展的对策建议。


  一、工业互联网简介

  自2012年美国通用电气公司(GE)发布《工业互联网:打破智慧与机器的边界》白皮书以来,在全球掀起了工业互联网的热潮。GE并没有明确地提出工业互联网的概念,但从其对工业互联网的阐述中可以看出:工业互联网是开放、全球化的网络,通过将人、数据、智能资产和设备连接起来,并结合软件和大数据分析等技术,达到提高生产力和工作效率、降低成本、减少资源使用的目标,从而促进新一轮的工业革命。在我国,无论是IT界还是工业界,无论是学术界还是产业界,都对工业互联网产生极大的关注。GE提出的工业互联网,国内外发展现状如何,存在哪些方面的问题与挑战,结合我国实际国情,需要提前进行怎样的规划和布局,是值得研究的问题。

  二、工业互联网发展历程

  随着信息技术的飞速发展物理世界和信息世界将不断融合,通信网络作为信息技术的重要基础,已经从人到人的通信发展到人与机器以及机器与机器的通信。工业互联网并不是空降的概念,从其发展历程来看,经历了从工业控制系统、到传感网、物联网再到现在的工业互联网。普遍来讲,无论国内还是国外,工业互联网本身的研究都还处于起步阶段,但是工业控制系统、传感网络和物联网的相关研究成果比较丰富。

  (一)我国工业互联网发展历程

  我国工业控制自动化的发展,大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收,然后进行二次开发和应用。目前,工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展,我国工业计算机系统行业已经形成,工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。

  随着传感技术的发展,大量的多种类传感器节点组织的传感网络逐渐形成,该网络是集计算机、通信、网络、智能计算、传感器、嵌入式系统、微电子等多个信息技术于一体,旨在实现对物理世界的动态智能和协同感知。2009年在无锡成立国家传感信息中心,标志着我国对传感技术尤其是微型传感器发展的高度关注。随后传感器网络标准工作组成立,开启了传感网标准的研究,试图在国际标准制定中争得话语权。《国家中长期科学与技术发展规划(2006—2020年)》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域,为我国传感网络的发展提供良好的政策环境。

传感网络的发展为物联网底层的互联网络奠定了良好的基础。随着IBM“智慧地球”的提出,我国提出“感知中国”,意味着关注焦点从传感网络转移到了物联网。2009年,时任总理温家宝在首都科技界发表的《让科技引领中国可持续发展》讲话中,明确表示:“要着力突破传感网、物联网关键技术,及早部署后IP时代相关技术研发,使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的‘发动机’。”随着首颗物联网核心芯片——“唐芯一号”的研制成功,一些发达省市将物联网列为重点培育和发展的新兴产业,如广东的“南方物联网”,北京的“中国物联网产业中心”,上海投资8亿元攻克物联网核心技术并在世博会得到广泛应用,江苏打造无锡物联网产业创新集群,四川抢摊物联网产业建设全国首个“智慧县城”等,标志着我国物联网的发展已经从技术研究到了实际应用的阶段。

   (二)国外工业互联网发展历程

  从20世纪60年代开始,西方国家就依靠技术进步(即新设备、新工艺以及计算机应用)开始对传统工业进行改造。从PLC的提出到集散系统DCS的出现,从计算机集成制造系统CIMS到现场总线技术FCS的发展,发达国家在致力于工业信息化的同时,传感网络和物联网也得到了迅猛发展。2002年4月,韩国提出e-Korea(电子韩国)战略;2004年,日本提出“U-Japan”计划;2006年6月,新加坡公布了“智慧国2015”大蓝图;2008年年底IBM向美国政府提出“智慧地球”战略;2009年6月欧盟启动“物联网行动计划”等,都是利用各种信息技术来突破互联网的物理限制,以实现无处不在的物联网络。这些都为工业互联网的提出到实现奠定了良好的基础。

  三、工业互联网发展面临的问题与挑战

  个人计算机数量的增加,网络连接成本的下降推动了互联网的发展。如今,传感器的成本越来越低,而性能越来越高,具备了更好的数据采集和存储能力,同时,工业控制系统将能够处理大量信息的实时数据,大数据的分析工具将日趋成熟,这些都是工业互联网能够受到广泛关注、拥有良好发展前景的主要原因。同时,工业互联网也面临如下的问题和挑战:

  (一)政策环境有待建立

  以物联网为例,2009年从中央到地方一系列重要指示的出台使得物联网产业获得了良好的宏观政策环境。对于工业互联网,从概念的辨析到发展前景的预测,政府和企业都是摸着石头过河,究竟该怎样进行产业扶持,政策如何细化,政府如何做好产业引导工作,这些都需要时间来研究和探讨,不可能一蹴而就。

  (二)行业壁垒需要打破

  工业互联网应用的大部分场景和行业相关。对于某些行业,其自身信息化程度较高,采用行业私有标准的信息采集终端和应用管理平台,行业封闭性强,与外部网络的互连互通性差。而某些行业由于信息保密等原因,不愿开放内部资源,也不愿采用第三方信息系统,无法纳入到工业互联网框架。工业互联网需要各行业遵守统一的标准规范,在不涉及行业机密和信息安全的范围内实现有效的互连互通,因此行业融合是工业互联网发展需要面临的深层次问题,这涉及企业流程改变、设备改造等诸多问题,需要逐一解决。

  (三)产业链有待完善

  目前,物联网产业链包括芯片厂商、软硬件提供商、系统集成商、网络运营商、应用服务提供商和客户等多个环节,以物联网为基础发展起来的工业互联网,是否也包括这些环节,这些环节的界定和分工如何明晰,一些重要的环节尚未发展起来,比如工业互联网的网络设计、工业互联网统一信息平台、工业大数据服务等方面的能力还处于缺位状态。

  (四)共赢模式有待确立

  如何确立一个使产业链各方满意的盈利模式,实现投入产出的良性循环,彰显规模效应是需要在工业互联产业的运营过程中逐渐明确的。工业互联网目前尚未出现清晰的商业模式,产业链上下游的价值传递和产生有什么机制?产业链上的各环节怎样创造价值以及在市场上体现出该价值?这些价值最终如何得到传统工业界的认同?

  (五)应用模式需要探索

工业互联网将充分利用传感技术和物联网,实现人与机器、机器与机器的连接,那么如何利用云计算实现海量数据的存储,如何结合大数据进行数据挖掘和分析,如何使得生产与消费对接,如何发展出基于互联网的按需制造和定制化生产。工业互联网的应用需要技术的支撑,更需要业务模式的创新,如何创造更多更新的应用模式,是决定工业互联网发展速度的核心要素。

    (六)安全问题亟待关注

  从工业互联网本身来看,工业互联网的发展意味着工业控制系统将更加复杂化、IT化和通用化,不同工业控制系统互连互通,内部将越来越多采用通用软件、通用硬件和通用协议,这将增加信息安全隐患。

  从产业角度看,虽然我国工业控制系统已经形成较大的产业规模,但是芯片、嵌入式操作系统、嵌入式软件、总线协议和工控软件等核心技术仍受制于国外公司,高端市场拥有自主知识产权的技术和产品较少,这意味着如果不能自主可控,工业互联网的发展将受制于人。

  从技术应用来讲,随着工业控制系统产生、存储和分析的数据海量增长,数据保护如何解决,云端数据信息如何保障,大数据、云计算技术的应用将带来更多更复杂的安全问题,工业互联网信息安全面临着严峻挑战。

  四、我国工业互联网发展建议

  工业革命创造了各种机器、设备、机组和基础设施,互联网革命带来了信息技术的飞速发展,工业互联网汇集了两大革命的成果,必将进一步促进经济发展。工业是我国国民经济的主体,是促进国民经济发展的重要引擎,现正值我国工业转型发展的攻坚时期,如何利用工业互联网为我国经济发展创造新的增长机遇,有以下几点建议。

  (一)充分利用工业互联网带来的工业革命,推动我国经济结构调整

  我国曾经依靠人力成本低、资源成本低取得了巨大的工业成就,但如今产能过剩、耗能过大等现状意味着这种粗放型的工业发展模式是不可持续的。《2006—2020年国家信息化发展战略》《工业转型升级规划(2011—2015年)》《国务院关于大力推进信息化发展和切实保障信息安全的若干意见》《关于加快推进信息化与工业化深度融合的若干意见》等多个文件的发布表明我国处于工业转型发展的关键阶段。在这个背景下,机器、设备组、设施和系统网络组成的工业互联网,如果能在更深的层面将连接能力、大数据分析能力完美结合,并贯穿于设计、生产、流通、消费、分配等各个环节之中,可大幅提高工业生产的效率、缩短产品的设计和流通周期、增加制造的灵活性、降低生产能耗,必将提高工业发展的质量和效益。不仅如此,工业互联网发展将在创新工业要素配置、生产制造和产业组织方式中带来更多的创新,从大规模生产到定制化生产的模式,将加快工业生产向网络化、智能化、柔性化和服务化转变,从而推进我国制造业和信息业的融合、制造业和服务业的融合。

  (二)制定我国工业互联网扶持政策,创建工业互联网发展环境

  工业互联网的发展依靠三项关键技术,一是各种传感器的普及;二是强大的计算与存储能力;三是不断延伸的网络。随着我国基础设施建设的不断投入,中国的航空、电力、铁路、医疗、石油天然气等重点领域为工业互联网的发展提供了广阔的平台。但是在这些传统行业中,工业化、信息化融合程度不同,对工业互联网关键技术的应用程度不同,而且每个行业对工业互联网的认识不同,对工业互联网的发展预期不同,对充分利用工业互联网改造的准备基础不同,那么在这些关系国计民生的关键领域中,选择哪些行业先期发展工业互联网,如何提前规划和布局才能充分利用工业互联网的优势,以带动传统行业的创新发展值得进一步思考。

  (三)主导工业互联网核心标准制定,加快工业互联网应用规模

  正如互联网标准促进互联网的普及和发展一样,工业互联网的快速发展也需要各企业、各行业的共同参与,制定一个开放的标准,如开放的、具有实时能力、安全的工业协议,通俗、统一、易识别的机器表示等。如何调动工业制造商的积极性,在商业利益和行业之间取得平衡,共同制定统一的工业标准和接口,是我国未来工业互联网规模化发展的关键。同时,建议积极参与工业互联网国际标准的制定,做好顶层设计,满足我国工业互联网发展需要,形成技术创新、标准和知识产权协调的互动机制。

  (四)重视工业互联网信息安全问题,保障工业互联网安全发展

  比起传统工业控制系统,工业互联网的信息安全问题将更加凸显。互联网上的黑客攻击、数据操纵、间谍、病毒、蠕虫和特洛伊木马等都有可能成为工业互联网的潜在威胁,一旦出现安全问题,工业网络信息的保密性、完整性、可靠性、可控性、可用性遭到破坏,将造成不可估量的损失。因此,建议加强工业互联网信息安全问题研究,从工业互联网基本结构、系统特点、面临的主要安全威胁进行分析,设立工业互联网信息安全专项,提出在工业互联网实际应用中的管理控制、运行控制以及技术控制等安全控制方法和要求,遵循“同步规划,同步建设,同步运行”的原则,保障工业互联网安全发展。


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