中国工程院院士邬贺铨 为产业物联网赋予新内涵

王欢

摘 要：11月9日，2017中国物联网大会盛大开幕，中国工程院院士邬贺铨作为重磅嘉宾在大会上发表题为“产业物联网的技术与应用”主题报告，报告中邬院士重新定义了产业物联网，并深度分析了产业物联网的应用与挑战。

关鍵词：产业物联网；安全

重新定义产业物联网

产业物联网是将具有感知、监控能力的各类采集、控制传感或控制器以及泛在技术，如移动通信、智能分析等技术不断融入到工业生产过程各个环节，从而大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，最终实现将传统工业提升到智能化的新阶段。产业物联网IoT可以理解为IT+IoT，也可以理解为II+oT，即工业互联网+运营技术。

产业物联网通过分布控制系统采集数据，借助工业防火墙连接工业以太网。后台包含不同种类的分布式系统，涉及诸多方面。传感器、二维码和一般互联网的区别在于公共网关。

通信技术和一般通信技术的区别在于产业物联网更看重工业以太网、低功耗广域网，窄带互联网等。平台技术包括各种技术和云技术。传感器是产业互联网的基础，也是产业物联网的基础，除手机与汽车外，工业是应用传感器最多的领域。

产业物联网的监控与数据采集不同于一般物联网。之前采用SCADA、DCS和PLC等链接，且SCADA软件比较复杂，软件结构不同，故本地存储需转到上层数据库，效率较低。现阶段监控系统采用新的工控网关，对设备和各种通信协议具有较强的解析能力。

产业物联网对可靠性、稳定性要求高，且只要有可能，就会优先使用有线。但由于市场总线存在通信交互兼容性问题，因此现采用公有协议接口。CSMA-CD方式可有效减少共存总线的节点冲突，但由于工业环境节点多，因此存在大量冲突，故需多次重发，效率较低。

工业以太网从高速、交换机和同步机制三方面提供实时性和可靠性。其中以运动控制最为严格，传统以太网为100mm，其协议需添加IRT。工业以太网标准众多，但国际通用的工业以太网标准目前有14个，比如常用的西门子PROFInet，可实时为我们直接上传过程数据。它不同于一般以太网之处在于可实现精准的业务同步。如果每个传感器的时间无法校准，那么报出的数据没有任何用处。

有线并非可应用于所有环节，许多已有工业厂房不方便布线，故需使用无线。但将无线应用在工业上，就必须考虑强电池干扰，因此需要考虑采用无线路由、加密等手段。短距离通信主要依靠WiFi、蓝牙等。现在有LoRa、SigFox等技术，适于企业专网使用。NB-IoT技术是去年6月份在韩国通过的技术标准，可利用公网快速覆盖大量中小企业，具有广覆盖、大连接、低功耗、低成本等特点，因此今后将在中国以较快速度发展。

产业物联网的云平台需要实现的功能包括安全监控、工业数据管理、工业数据分析以及云技术应用。目前，一些企业虽然在开发PaaS，IaaS等，但由于不同行业需求不同，故很少有通用的SaaS。SaaS由一些提供个性化服务的企业开发，大企业主要开发PaaS。而提供公用PaaS平台的公司主要为工业软件公司与传统制造业大企业。但无论是哪一种类型的公司，都需要采用合作的方式来弥补对其他行业理解的不足，例如ABB与微软合作、GE与华为合作，GE与微软合作、西门子与亚马逊合作等。

安全技术是产业物联网需要关注的一项技术，相比智能手机和PC操作系统，其漏洞较少，且物联网是企业性质，无需连到公众互联网，免受黑客和木马的攻击。一般产业通用的安全技术都具有智能监控、跟进、加密等功能，产业物联网被攻击的机会虽少，但一旦出现安全问题，其影响难以估量，因此需采用更严格的安全防护技术。今年美国麻省理工发布了2017年十大突破技术，僵尸物联网便列入其中。比如乌克兰电网因病毒攻击而局部停电，2016年美国东部因物联网DDoS攻击导致网络瘫痪，因此需要针对如何解决物联网安全问题，提出物联网区块链。即基于区块链有关技术，分步验证，在体系中架构一个新环境。

把区块链加入物联网也是解决安全问题的一个有效办法。网关间建立起物联网区块链，当与网关C相连的物联网节点被黑并以DDoS方式攻击物联网服务器A时，该攻击被识别并通知网关A，网关A将按智能合约与网关C会话，有关攻击的信息就会被写入BOT的账本。但就目前来看，仍有一些问题需要解决，如区块链技术的成熟性问题等。

产业物联网的应用与挑战

产业物联网应用领域从大的方面可分为遥感监测、定位跟踪、移动信息管理、自动化和远程控制管理，主要应用在制造业供应链管理，生产过程工艺优化，生产设备监控管理，环保监测机能源管理及工业安全生产等方面。Accenture公司认为产业物联网应该在三方面发挥重要作用，即通过增加产品和创造新的混合商业模式来提升收入；开拓引领创新的智能技术；推动产业转型。

产业物联网的云平台上传感器应用案例较多。比如GE的汽轮机与发电机占全球市场的30%，其在风电场建设之前，利用“数字风场”数字环境来配置每个风机，效率提升约20%。沈阳机床开发出了i5智能数控机床，将客户劳动生产率提高了30%～50%。

物联网和产业物联网对全球经济的影响。有人认为2020年物联网的使用将带来1.9万亿美元的生产力提升和1 770亿美元的生产成本降低，对全球经济影响6%，未来15年，产业物联网的投资近60万亿美元。Keruey预测，2020年物联网的使用将带来1.9万亿美元生产力增长和1 447亿美元生产成本降低。物联网的产业链很长，硬件和终端占25%，数据传送通行服务占10%，云平台占10%，软件开发系统集成服务占55%。

2016年全球产业物联网产业支出为主要领域。位列第一的制造业为1 780亿美元，可将其细分为制造运营，生产资产管理与维护，现场服务。第二大类是交通运输业，其中供应链货物监控为559亿美元，之后为运输工具跟踪，通信系统、IT安全。公用事业排第三位，为690亿美元，包括IT安全、智能电网和医疗保健、智能城市。据Accenture研究报告，2030年物联网产业将创造10～15万亿美元GDP，据预测，未来15年中国将在产业物联网领域受益达1.8万亿美元，近15万亿人民币。波斯顿分析公司认为，到2020年全球产业物联网产值将达到1 510亿美元。Lux调查公司预测，未来产业物联网市场可分为三部分，即设备跟踪，环境监测，货物跟踪与人员跟踪和其他，其中设备跟踪占主要部分。

对产业物联网的投资。Gartner公司预测2016年对物联网新硬件投入将超过250万美元/分钟，2021年每小时将有100万台物联网设备被购买和安装，2020年连接到互联网的产品数量增加到350亿元。普华永道预测2015～2020年间，物联网解决方案将获得6万亿美元的高额投资。研发经费主要投资在软件和运营程序方面。2014年，产业互联网市场占物联网的比例为1%，2020年将为25%，且增长还在继续，增长率高达20%。但传感器的市场份额中，美国、日本、德国位列三甲，中国在亚洲及其他国家中占比很少。产业互联网云平台的供应商主要为西门子与亚马逊，还包括ABB、施奈德等，主要的供应商中没有中国公司，我们在这方面的自主能力还比较弱。

产业物联网面临缺乏互联互通标准的挑战。现阶段，物联网安全问题尚未得到解决；产业升级的数据应由制造商掌握还是由用户掌握，界线并不明确；人员技能短缺。我们需要在产品技术和产品提供方和应用方之间架起桥梁，为不同行业、企业提供方案，而非简单地卖一个产品。

产业物联网未来展望

物联网是新时代信息化的重要特征，产业物联网是未来物联网应用最重要的方向，是互联网+先进制造的必要支撑。产业物联网涉及产业互联网与物联网及工业生产运营技术，集成了微电子、计算技术、通信技术、云平台和大数据技术等，代表了信息技术新的发展领域。产业物联网本身也是大产业，对经济发展有很大的贡献。习近平总书记在十九大上提出我们国家发展不充分、不平衡，实际上我国产业物联网的发展也不充分、不平衡，总体上处于起步阶段，产业的自主创新和网络安全需要特别关注。endprint