发展工业互联网的难点和对策

范灵俊

发展工业互联网，是中国制造业升级的必由之路。我国有很多的优势，但是也面临很多的困难。面对这些问题，需要顶层设计，也需要积极的发动市场力量，完善工业互联网的产业链。

什么是工业互联网

美国著名电器和电子设备制造公司通用电气（General Electric Company，GE）于2012年底提出了“工业互联网”的概念。近年来，随着物联网、大数据、人工智能等技术的迅猛发展，工业互联网正以前所未有的方式构建起数字化、智能化工厂，已成为全球制造业新一轮抢占的制高点。据估计，到2020年，全球工业互联网市场规模将达到2250亿美元。

工业互联网，顾名思义，是连接工业设备和生产的网络。通过传感器、信息通信技术连接众多工业设备，使得系统能够以前所未有的方式搜集、传输、交换和分析工业数据，并对生产过程和各个环节进行监控和优化，帮助企业进行更明智和更快速的业务决策，优化资源的配置。工业互联网是生产领域的一次革命，其核心是通过物联网、云计算与大数据应用，提升工厂生产效率和产品质量，降低成本，并创造精准供给。

在工业互联网环境下，工业生产的诸多方面和环节都将受益。例如，在设备管理方面，制造设备易于磨损，也易受特定条件的影响。利用传感器可以监控温度、湿度、振动和其他可能导致低于最佳运行条件的因素，从而基于传感器和工业互联网实现设备基于状态的及时维护;在能源消耗方面，通过使用物联网传感器，可以监控企业的电力、水、燃料等资源的消耗，消耗了多少以及消耗在了哪里，通过智能计量和有效管理，可以显著降低运营支出;在库存管理方面，通过供应链监控和分析，可以获得实时供应链信息，原材料和产品将更容易跟踪，所有相关方都可以追踪所需信息，为企业提供全面的库存视图，对可用材料和供應品的估计更加准确，以便尽快预测问题并及时解决库存减少问题，从而降低库存管理的错误和风险。

工业互联网的发展现状

工业互联网是新型工业化的基础设施，是智能制造的关键使能技术。建设工业互联网、实现智能制造是第四次工业革命的核心内容。从经济发展角度，一方面，运用工业互联网可以实现传统产业的智能化转型;另一方面，也推动了运用工业互联网数据分析、机器学习、人工智能等服务的智能化企业的蓬勃发展。因此，近年来，美国、德国等发达国家在工业互联网、智能制造领域积极布局，大力投入，争相抢占制高点。

美国将重振制造业作为近年最优先发展的战略目标，并力求以新的革命性的生产方式重塑制造业。2012年2月美国推出“先进制造业国家战略计划”，希望借助网络和数据的力量，提升传统制造业和发展先进数字化制造技术，从而提升整个工业的价值创造能力。通用电气提出“工业互联网”的概念后，美国五家行业龙头企业联手组建了工业互联网联盟。除了通用电气这样的制造业巨头，加入该联盟的还有IBM、思科、英特尔和AT&T等IT企业。德国2011年11月公布了《高技术战略2020》，提出了工业4.0战略。2013年4月，德国推出《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》报告。报告提出，致力于基于信息物理系统（Cyber Physical System，CPS）实现新的智能化制造方式，使德国在智能制造技术和CPS技术及产品上保持领先。美国通用电气和德国西门子作为发达国家先进制造业的代表，已分别推出了Predix、MindSphere平台，以探索开放共享的工业互联网平台，通过夯实基础，来构建未来工业互联网生态体系。

近年来，我国也迎头赶上，积极布局、发展工业互联网和智能制造。2017年11月，国务院出台关于《深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，随后包括江苏、浙江、广东在内的多个制造业大省也出台了实施方案和扶持政策。例如，广东在2017年已经成立了广东省工业互联网产业联盟。2018年3月，工信部推出《工业互联网平台建设及推广工程实施指南》，旨在加快推动建立我国工业互联网平台体系，加速工业互联网平台推广。

与此同时，我国制造业企业也积极探索工业互联网下新的生产模式。例如，红领集团的网络定制生产体系，致力于构建“互联网+大规模定制”生态圈，依靠数据驱动实现产业链的协同生产。海尔以COSMO平台为核心的智能制造模式，解决了用户和互联工厂资源零距离交互、参与定制全流程的问题，平台对服务提供者、开发者实现价值回馈，从而构建共创共赢的生态架构。

根据德勤（Deloitte）发布的《2018中国智能制造报告》，中国工业企业数字化能力不断提升，中国已成为工业机器人第一大消费国，需求增长强劲。63%的制造企业已将数字化工厂列为智能制造部署的首要任务，中国智能制造发展当前进入高速成长期。

然而，与发达国家相比，我国工业互联网的发展仍面临差距，主要表现为工业互联网在我国制造业中的渗透率仍较低，发展工业互联网关键基础能力不足、生态构建能力不足，以及缺标准、缺资金、缺人才等问题。

发展工业互联网的难点

工业互联网带来的新生产模式将是诸多生产要素高度的集成与融合，所有参与者及生产资源、生产资料高度互动，客户和产品的独特需求和特性有可能融入到设计、生产、运营等各个阶段，工人能够根据具体情况对生产过程进行动态的控制、监管和最优化配置，智能化生产和产品将随处可见。因此，推动信息技术与制造技术深度融合，促进工业设备和生产数字化、网络化、智能化改造和发展，是发展工业互联网的基础和关键。

工业互联网的标准问题

工业互联网的建设不仅涉及工厂内部网络，还涉及工厂外部网络，涉及海量异构设备的数字化、网络化、智能化改造，同时，更强调系统的开放性、系统的互联互通性及互操作能力。设备和系统联网及协同需求将大大增加，并带来了大量新的标准化需求。如何在系统中集成现有的和即将产生的新的各种各样的设备，如何对设备和资源进行识别、标识和寻址，如何提取和搜集有用的数据，如何进行海量数据的管理和应用，如何实现系统中大量异构设备和节点实时可靠的互联互通等等，都涉及到标准化的问题。因此，需要建立工业互联网领域网络互联标准、平台与支撑标准、标识解析标准、数据标准、安全标准等，包括数据表示的通用标准和接口、通信协议、工业控制网络标识辨别系统等。物联网领域有个著名的“昆虫纲悖论”现象，即，一方面，海量终端和设备应该带来巨大的市场;另一方面，目前尚缺乏可拷贝的大批量的应用，而且人们也想象不出能拷贝上十亿份的批量应用，而没有大规模应用就实现不了低成本。这是一个悖论。东京大学坂村健教授认为，其原因是传统信息系统和设备像哺乳动物纲（5万物种），而物联网领域更像昆虫纲（500万物种）。这个问题在工业互联网发展中同样存在。制造业装备种类繁多、生产厂家众多，设备的数据接口和数据格式有自己的标准，封闭性比较强，不够开放。如何破解工业互联网领域的“昆虫纲悖论”，尽快建立各种通用的标准，将是巨大的挑战。

工业互联网的安全问题

工业互联网的安全，涉及采集、传输、存储和分析数据的制造生产流程的整个环节。与传统的“消费互联网”不同，工业互联网是一个规模巨大、开放、异构和物理分散的分布式系统，工厂、供应商、客户和产品之间将高度融合、高度共享、高度协同，整个工业互联网系统的安全边界将越来越模糊，安全问题将向设备、网络、控制、数据、应用等全面渗透，导致系统可能受到的攻击面不断扩大。尤其是拥有重大基础设施的工业控制系统，目前针对工业控制系统进行的恶意攻击越来越多。在工业互联网环境中，一旦系统连接了网络，机器和设备就可能会遭到攻击，生产过程会受到破坏和干扰，甚至停止。还可能造成数据和信息的泄露，严重影响合作伙伴之间、产业链的上下游之间的配合和信任。因此，如何在复杂多变的工业环境中保障系统和网络安全、保证数据的安全可信，将是巨大的挑战。

工业互联网的成本问题

工业互联网将工业系统与传感技术、先进网络技术、数据技术、智能分析技术等连接融合，将虚拟网络与实体连接，形成更具有效率和智能的生产系统。对于工业互联网来说，平台体系是核心。作为全要素链接的枢纽和资源配置的核心，工业互联网平台是数据、流程、控制、生产相融合的基础，其支撑技术是传感器、物联网、云平台、智能计算和大数据。

在整个工业互聯网发展过程中，工业设备数字化改造和数据联网只是第一步，但却意味着巨额资金的投入，而整个智能生产系统的建成，更是不小的投入和漫长的过程。我国有着广大中小企业制造业，受限于资金、人力、技术、成本高等因素，无法简单照搬、采用或模仿大型制造企业工业互联网建设的方案和模型，中小企业转型意愿普遍不强。因此，发展工业互联网，如何在提升平台关键技术能力和应用水平的同时，搭建若干为中小企业服务的工业互联网平台，推动标准化、低成本、模块化的工业互联网设备和系统在中小企业中部署应用，提升中小企业数字化、网络化基础能力，从而带动广大中小企业利用工业互联网平台优化配置、对接资源、降低成本，实现融通发展，将极为关键。

对策与建议

构建和应用标准体系，积极发挥联盟作用

工业互联网的全面建成，构建和应用标准体系是关键。工业互联网的发展牵扯到工业生产的方方面面，不是一家企业一朝一夕能够完成。诸多基础设施的建设、技术的攻关、标准的制定和推广，需要整个产业链和相关企业的协同和配合。因此，需要积极发挥产业联盟的作用。我国工业互联网产业联盟已于2016年2月成立。一方面，加强研发的协同，着力突破工业互联网领域核心芯片、智能传感器、低功耗广域网、信息安全等关键技术，提高整体基础实力;另一方面，积极合作，参与到国际标准的制定中去，增强话语权。

从优势领域做起，树立标杆效应

针对广大中小企业发展和应用工业互联网的困境，可以在重点行业和关键领域，通过树立标杆，推动有条件的行业和龙头企业先行先试，形成示范效应，逐步带动上下游企业跟进，推动规模化的应用，促进工业互联网行业的联动发展。具体而言，可以鼓励一批制造业企业进行制造业升级的试点，逐步完善产业链条，建立产业联盟，通过技术和管理模式溢出，带动产业链条的升级。

研发和使用新技术，安全与效率兼顾

工业互联网的发展要积极拥抱新技术。例如，由于工业互联网缺乏统一的标准，不同厂商之间的设备无法互联互通，网络中的工厂与工厂、设备与网络、用户与产品之间无法建立相应的信任机制和安全防护措施。区块链是一种去中心化、安全、可信的分布式技术，利用区块链，可以将智能生产设备以开放或授权的方式接入工业互联网中，设备与设备之间以分布式的网络相连接，设备之间建立一个低成本的、点对点的直接沟通网络。从而可以在网络中利用多私钥规则进行访问权限控制，利用密码学的相关原理进行数据验证，保证不可篡改，充分保护用户隐私和数据安全。

此外，工业互联网将产生大量数据，同时很多生产过程又有精准和实时性的控制需求，仅仅依靠云平台，网络带宽压力和延时抖动等问题都不可避免。因此，发展和应用边缘计算技术，通过在工业互联网中部署边缘计算模块，实现数据在生产现场的轻量级运算和实时分析，可以有效缓解数据向云端传输、存储和计算的压力，优化数据的存储和处理。

注重复合型技术人才的培养

工业互联网的发展是工厂生产、工业制造与物联网、互联网、大数据等技术的全面融合，不管是设备互联、流程再造，还是数据抓取、融合分析，都亟须既精通工业生产流程又懂信息技术的跨界融合人才。然而，该领域相关技术发展迅速，高校专业基础教育普遍跟不上企业的发展需求，不能一味地依靠高校进行专业设置和人才培养的不断调整或改革，需要从整个行业和企业自身出发，加大投入力度，创新人才培养模式，解决复合型人才匮乏的难题。

结束语

我国是制造业大国，产业链完善，当前面临产业转型升级的巨大压力，工业互联网技术的不断发展，为我们带来了重大的机遇。工业互联网能够提升产业的效率，最终实现智能制造。通过产业联盟构建标准体系，由优势企业带动整个产业发展，积极拥抱和采用新技术，创新复合型人才的培养模式，多措并举，可以有效解决工业互联网发展中的诸多难题。