2020年3月,中共中央政治局常务委员会召开会议提出,加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度,这其中工业互联网作为“新基建”板块之一,迎来了再一次引领时代发展的机遇,也对工业互联网本身的提出了更高的发展要求。
5G和工业互联网之间的关系
工业企业网络有内网和外网之分。首先,工业企业内物联网的部分,使用传感网协议。企业内网使用工业以太网或时间敏感网络的协议,内网还包括各种各样的数据库、服务器、监控与数据采集系统和边缘计算。企业外网是基于互联网和5G的软件定义广域网。
企业内网现在多使用无线技术,因机器人、物料小车、生产线工件都是活动的,工业上很多场景都需要无线联网。但WiFi因稳定性、扩展性等问题使得其在工业领域的利用率仅为4%。“目前,5G是最适合工业互联网低时延要求的网络。”中国工程院院士邬贺铨说。企业可以租用运营商5G公网,以网络切片方式提供VPN。
企业本身的内网协议也是不容忽视的部分。企业内网的协议已经由最初的现场总线发展到现在的延时敏感网。目前,工业现场总线的方式占到市场近一半份额,但这种方式的标准碎片化、兼容性差,时延无法得到有效保证。以太网是为办公自动化设计的网络,但工业环境设备多,效率太低。工业以太网从高速、交换和同步机制三方面提供实时和可靠性,目前约占一半的市场,但时延仍比较大,难以满足高速生产线的网络需求。TSN业务通过5G连接企业外网,保证低时延传输,是目前最理想的企业内网协议。
5G和工业互联网之间的关系,主要集中在接入层。高连接速率、超低网络延时、海量终端接入、高可靠性,都是5G所具备的优点。一些以往受限于网络接入而不能实现的场景,在5G的加持下,都变得可行。
工业互联网的多种基础设施
首先,要有大数据基础设施。把数据收集到数据仓库,进行数据选择、数据的标清化,把非结构化数据转为结构化数据,把数据分解成基本要素,再根据挖掘的任务进行聚类。在这个闭环过程中,需要用到聚类分析、分类分析和关联分析等,更重要的是,工业大数据中包含多种数据库,在挖掘数据的时候还要根据数据类型选择合适的计算模式。
算法技术是紧随其后的基础设施。目前AI算法需要大量有标注的数据作为样例,依靠大量算力与海量数据来针对特定任务进行试错训练,属于大数据大算力小任务,效率不高,未来需要结合类脑计算,实现小数据小算力大任务。“也就是说,在工业互联网上,人工智能目前都是专用的,没有一个所谓的工业互联网人工智能算法可以适用于所有的行业和企业。”邬贺铨进一步解释。
边缘计算是工业互联网平台中非常重要的一部分。工业生产线上的传感器、工件、机器人、工业的VR/AR应用都要求快速响应。在工业互联网平台中,在降低无线空口时延的基础上,还需要将计算能力下沉,可以利用边缘计算实现本地缓存和过滤数据,减少时延的同时减轻中心云的带宽和处理能力的压力。
工业互联网离不开安全,工业互联网的传感器和PLC量很大,而且永远在线,很容易受木马入侵成为DDoS的跳板。这需要基于零信任架构,支持建立动态和迁移的群组节点的信任关系,实现低成本和低功耗的安全与加密。另外,传统的认证和加密流程等协议不适用于支持工业互联网的大连接与低时延,工业互联网需要高可靠的快速群组认证。
数字孪生数据可能会通过外网传输,仅靠加密仍难以避免数据被劫持,可能会遭遇外界勒索或导致企业经营混乱。因此,企业需要建立IT与OT的安全团队和企业安全运营中心,还要与企业的上下游实现威胁情报共享和安全防护的协同联动,并从政府获得安全态势感知信息,完善工业互联网的安全。
推进工业互联网发展需要解决的问题
工业互联网是智能工业发展的基础设施,是工业向数字化、网络化、智能化发展的核心支撑,是工业变革创新的重要载体。推进工业互联网发展不是简单的网络和平台建设,是个系统性推进工程,需要统筹部署,从根本上解决工业软件、接口标准、工业网络、数字安全和商业模式等系列问题,才能确保工业互联网持续健康发展。
目前对工业互联网平台没有统一的评价标准,实际上不同行业,甚至同一个行业的不同企业,所需要的工业互联网平台也不一定相同。工业互联网的推广深化过程是企业数字化转型的过程,同时需要企业流程再造来适应。
工业互联网发展需要解决五个关键问题(一)解决工业机理模型数字化问题,工业互联网平台是软硬融合平台,工业软件在工业互联网平台数字化、网络化和智能化控制以及商业模式创新中发挥着核心作用,工业产品的数字设计、验证和测试,工业装备的数字化控制,都离不开工业软件支撑;(二)解决数字工业设备集成互联问题,完善接口标准是工业互联网平台发挥平台系统集成、资源汇聚、信息共享等作用的关键。工业数字化设备网络接入、工业软件互联互通等标准不统一,不同厂商提供工业数字化设备、工业软件也就无法综合集成和互联互通,更无法建成一体化的工业互联网平台,互联工厂和智能工厂也就无从谈起;(三)解决数字工业设备高速互联问题,提供满足工业应用场景需求的工业网络接入服务,是工业互联网平台畅通内外信息流通渠道必要保障。需要根据工业应用场景特殊需求,按照5G网络服务能力,为工业应用场景量身定制能解决网络接入痛点、技术切实可行、性价比高的5G专用网络部署方案;(四)解决工业网络化服务商业价值问题,企业数字化转型绝对不是简单的技术层面推动设备上云上平台,是通过商业模式创新来重塑工业企业在数字化条件下的物资链、服务链、价值链。没有商业模式重构的工业互联网平台建设,只能算是企业内部管理信息系统,难以从根本上推动企业数字化转型和变革;(五)解决数字工业设备可管可控问题,当前工业互联网平台安全风险来自多个不同层次,需要保障来自不同工业互联网平台服务厂商的硬软件安全,确保不出现漏洞和后门;需要保障网络接入安全,确保接入安全可信网络;需要保障数据使用安全,严格按照工业数据分级分类要求管理和使用数据。
工业互联网+才能满足新基建的需要
随着工业互联网技术和业务的持续发展,以及各产业数字化转型的发展,在工业互联网的基础上,产业间的协同对于企业完整的经营管理变得愈发重要。工业互联网+正是为了适应这个发展趋势,从更广范围、更基础的层级实现产业间的融合,可以通过电商、供应链、金融、物流等产业对工厂企业的业务发展和数字化转型提供有力的保障和服务价值实现的链路闭环,这个是工业互联网+对于工业互联网业务的自然延伸,是满足工业用户需求变化的必由之路。