中国信通院李海花:工业互联网加速创新发展分析与展望

1 引言

当前,全球正面临前所未有的不确定性挑战。但有一个基本的共识,即以新一代信息技术为主要技术驱动的第四次工业革命进一步加快,实体经济各领域面临全面深刻的数字化转型,走向智能、绿色、融合的发展道路。工业互联网作为新一代信息通信技术与制造业深度融合的关键基础设施、新型应用模式和全新产业生态,通过对全要素、全产业链、全价值链的全面连接,为数字化、网络化、智能化提供实现途径,成为第四次工业革命的重要基石。在政产学研用各方的共同努力下,我国工业互联网加速创新探索,并与科技进步相互促进,逐步进入落地深耕的新阶段。

2 主要成效

2.1 政策体系持续完善

党中央、国务院高度重视工业互联网发展,习近平总书记强调要深入实施工业互联网创新发展战略,以国务院2017年发布《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》作为重要标志,随后《工业互联网发展行动计划(2018—2020年)》《工业互联网网络建设和推广指南》《工业互联网平台建设与推广指南》《关于印发加强工业互联网安全工作的指导意见的通知》《关于推动工业互联网加快发展的通知》等一系列工业互联网政策体系不断出台,极大地推动了工业互联网的发展。同时,通过连续3年实施的工业互联网创新发展工程,有力地推动了关键核心技术的研究、公共服务平台的建设和系统解决方案提供商的培育,促进了“5G+工业互联网”512工程、工业互联网标识解析国家顶级节点、工业互联网安全态势感知平台等重点项目建设[1]。为与地方产业特色结合推动各地因地制宜发展,全国31个省(市、自治区)也陆续出台政策,积极培育特色产业优势。

2.2 网络体系加速建设

网络是实现工业互联网全要素、全产业链、全价值链连接的基础,相关基础设施和技术产品得到大力发展。

一是工业企业外网覆盖范围持续扩展,适应工业互联网发展需求的低时延、高可靠、广覆盖的高质量外网已覆盖300多个城市,连接18 万家工业企业,如中国联通基于政企专网改造建设了覆盖全国主要城市的工业互联网专用外网(CUII)。

二是工业企业内网建设持续加快,长期占主导地位的工业现场总线开始加速向工业以太网演进,工业以太网的市场份额已超过传统工业总线,工业无线近两年保持30%的高速增长,特别是5G已成为工业互联网网络重要的使能技术。

三是标识解析体系基本建立,北京、上海、广州、武汉、重庆五大国家顶级节点建设完成并稳定运行,60个二级节点已上线,已接入企业节点超过3500家,标识注册量突破60 亿,标识在全流程溯源、智能产线管理、供应链协同管理、核心零配件运维管理等领域得以广泛应用实践。

2.3 平台体系快速壮大

平台是实现工业互联网智能化决策的枢纽与核心。目前,我国工业互联网平台呈现蓬勃发展态势,具有一定行业、区域影响力的平台已经超过70个,多层次平台体系初步形成。

一是跨行业跨领域平台,2019年遴选海尔集团COSMOPlat、北京东方国信科技股份有限公司Cloudiip等十大跨行业、跨领域平台,广泛汇聚产业资源,实现创新引领。双跨平台平均连接设备数量达到80 万台套,平均工业APP数量超过2100个。

二是通用技术赋能平台,华为、阿里巴巴、浪潮集团等ICT企业发挥IaaS和PaaS领域技术优势,构建通用技术底座,降低其他平台建设门槛。

三是垂直行业赋能平台,海尔集团、航天云网科技发展有限责任公司、石化盈科信息技术有限责任公司等制造企业依托行业经验和创新实践,提供专业化服务,带动行业水平提升。

四是企业级平台,中国广核集团有限公司、大唐电信、上海汽车集团股份有限公司等大型集团企业立足业务发展需求,构建部署在本地或私有云的企业级平台,加速智能化转型。

2.4 安全体系稳步推进

安全是工业互联网健康发展的保障。为了应对与日俱增的网络安全威胁,工业互联网安全保障体系建设稳步推进。

一是安全监测体系基本建立。国家级安全态势感知平台建成并投入使用,与山东、广东、江苏、浙江等21个省级平台实现对接,累计覆盖工业企业10.2 万家,监测工业互联网相关平台136个,发现联网设备近900 万,支持协议261种,收录漏洞信息超3600多条,初步实现安全风险实时监测、动态感知、快速预警。

二是安全公共服务深入开展。能源、石化、建材等行业的安全测试验证、综合防护等公共服务平台建设加速建设,推动应用下沉与行业纵深防护能力提升。针对工业互联网设备、平台、工业APP等的安全评估体系逐步构建形成,安全评估评测等公共服务能力全面提升。

三是安全产业生态创新发展。在电子、航空航天、机械制造等重点领域涌现出一批关键安全技术产品和解决方案,有效支撑工业互联网企业安全防护能力建设。

2.5 融合应用由浅向深

我国工业互联网应用创新持续活跃。

一是各类新模式、新业态不断涌现。当前工业互联网已覆盖原材料、装备制造、消费品、电子、石化、钢铁、航空航天等30余个国民经济重点行业,并由销售、服务、物流等外部环节向研发、控制、检测等内部环节延伸。根据中国信息通信研究院组织开展的2019年企业应用新模式调查,企业中应用智能化生产、网络化协同、服务化延伸、规模化定制4种新模式的占比分别为33.3%、26.8%、14.4%、8.7%。

二是“5G+工业互联网”融合应用加速落地。“5G+工业联网”512工程取得积极进展,形成了协同设计、仿真验证、辅助装配、精准操控、柔性加工、无损检测、远程维护、无人巡检八大典型应用场景,在航空、钢铁、矿业、港口、能源五大行业降本、提质、增效的作用初步显现。

2.6 产业生态由小变大

一是产业协作平台作用突出。工业互联网产业联盟集聚1600余家企业、高校、科研单位力量,开展技术、标准、产业合作创新。

二是产业集聚效应初显。各地立足自身优势积极探索差异化发展路径,工业和信息化部已遴选出上海、北京、武汉、深圳4个工业互联网产业示范基地,纳入国家新型工业化产业示范基地,增强工业互联网产业集群能力。

三是产业规模逐步壮大。工业互联网参与主体不断丰富,涌现出一批优秀的工业互联网平台、新型网络解决方案、工业数字化装备等供给侧企业与服务商,成为国民经济中增长最为活跃的领域之一。

据中国信息通信研究院测算,2020年我国工业互联网产业经济增加值规模约为3.1 万亿元,占GDP比重为2.9%,对数字经济增长的贡献超过16%[2]。

3 面临的问题

3.1 数字化基础薄弱

我国工业企业数字化水平参差不齐,大部分仍处于工业2.0发展阶段,少数处于3.0阶段,数据采集和互联互通难度大。许多传统老式的设备缺乏数字化模块,是不生产数据的“哑设备”。许多设备虽有数字化模块,但由于缺少标准化接口规范,导致数据读取困难。同时,工业通信协议超过百种之多,进一步加大了互联互通的难度。

3.2 产业支撑能力仍有不足

一是核心技术短板和核心技术产品产业供给能力问题突出不足,如85%以上的工业内网网络核心技术和标准、95%以上的高端PLC市场、90%的高端工业软件以由国际企业主导产品为主,工业知识经验固化和模型积累与国外差距较大。

二是产业生态竞争能力不强,缺乏龙头企业引领带动,大多数平台开发者数量不足千人,与不到国外领先平台还存在较大差距的10%;同时,安全风险隐患突出,企业安全意识和防护能力不足。

3.3 融合应用亟待深化

一是工业互联网要与各领域的生产实践、行业特性、知识经验紧密结合,差异化特征明显,面临很多行业和技术壁垒,成为工业互联网更大范围、更深程度延伸的一大制约。

二是集合整合能力要求高,工业互联网“平台化、生态化、体系化”特征明显,网络、标识、平台、安全一体推进,对集成应用提出更高要求,建设、改造难度更大。

三是工业互联网发展仍处于发展初期,虽涌现出一批典型应用,但可持续的商业模式、市场造血能力均亟待加强。

此外,工业互联网投入大、周期长,很多企业特别是中小企业虽有意愿但存在不敢用、不会用、不能用等问题,如43.8%企业表示不了解工业互联网相关技术。工业互联网相关法规政策体系仍有待完善、人才短缺问题仍然严重,数据要素资源市场仍需加快探索,仅头部企业对数据开放共享较为积极。

4 发展展望

4.1 政府持续加大战略引领和政策支持

国际上主要国家和组织为抢占发展机遇,不断强化政府作用,如美国更新《联邦云计算战略》《国家人工智能战略》等,促进新一代信息通信技术与实体经济深度融合。欧盟委员会发布《增强欧盟未来工业的战略价值链》报告,将工业物联网(工业互联网)作为未来产业发展优先发展的战略价值链。

2020年是我国工业互联网创新发展3年行动的收官之年,也是布局工业互联网新阶段发展的关键之年,目前工业和信息化部正在组织开展工业互联网发展成效评估,信息通信行业十四五规划和专题领域规划已经启动,工业互联网的发展思路、发展目标、发展重点和主要任务将会得到进一步明确,从而有效指导我国工业互联网下一阶段发展。

4.2 前沿新技术赋能工业互联网发展

前沿技术的综合集成应用全加速发展,5G、边缘计算、区块链、数字孪生、新型标识等成为工业互联网应用发展的焦点和热点。

一是工业成为5G应用主阵地。5G的高带宽、低时延、大连接特性能够匹配工业数据采集、自动控制、AR/VR等业务升级发展需求,随着5G技术的逐渐成熟和部署,以5G为主的多种无线技术将更多地应用于工厂内网改造。5G网络切片技术可以支持网络资源定制更加灵活,确保资源的协调/隔离,为并发场景下的多类业务提供性能保障。

二是边缘计算及边云协同加速落地。边缘计算能够就近提供边缘智能服务,满足工业在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求,成为支撑工业互联网网络发展的关键技术。英特尔、西门子、GE、PTC等国际企业,以及华为、阿里巴巴、百度等国内企业都纷纷推出边缘计算产品以及边云协同解决方案,并已展开实施。

三是区块链基础设施和技术应用加快发展。区块链可以实现分散增强型生产关系的高效协同和管理,促进工业数据互信、互联、共享。目前,区块链技术已经普及到工业互联网领域,在生产管理、产品追溯、可信数据、供应链协同等方面有了一些应用。国家新型基础设施——星火·链网启动建设,进一步为区块链规模化应用奠定基础[3]。

四是数字孪生推动物理世界和数字世界深度融合。数字孪生能够通过各类模型与数据的集成融合,在信息空间构建物理对象(包括资产、行为、过程等)的精准数字化映射,面向具体应用需求开展分析预测和决策反馈,最终促进业务流程的闭环优化。

五是新型标识助力全球开放资源体系建设。以W3C设计的新型标识体系为代表,标识具有自注册自分配、分布式存储、可验证等特征,可实现拥有者对标识的自我控制和管理。目前,微软、百度等70家企业已有系统地实现和开展应用实践,这为变革传统集中化标识分配提供了新的路径选择。

5 结束语

工业互联网作为第四次工业革命的重要基石,其发展得到国内外政产学研用各方的高度重视和积极推进。自国务院2017年发布《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》以来,我国工业互联网发展从起步进入到了落地深耕的新阶段,形成了战略引领、政策支持、应用推进、技术突破和产业创新的良性互动局面,成效显著。

参考文献

[1] 中国电子信息工程科技发展研究, 中国信息与电子工程科技发展战略研究中心, 科学出版社. 工业互联网专题[R], 2019.
[2] 黄鱼. 工业互联网高质量外网覆盖率达89.7%[N] .人民邮电, 2020-09-01(03).
[3] 工业互联网产业联盟, 可信区块链推进计划. 工业区块链应用白皮书1.0版本[R], 2020.

作者简介

李海花

中国信息通信研究院工业互联网与物联网研究所副所长,工业互联网产业联盟总体组主席,中国仪器仪表学会理事和智能制造推进工作委员会委员,正高级工程师,主要从事与信息通信相关的政府支撑、战略咨询、新技术跟踪研究、标准研制等工作,目前聚焦工业互联网及标识解析体系相关研究与推动工作。

论文引用格式:

李海花. 工业互联网加速创新发展分析与展望[J]. 信息通信技术与政策, 2020(10):6-9.

本文刊于《信息通信技术与政策》2020年 第10期

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