工业互联网领域关键技术与发展趋势分析

2023-03-23谢士琴李国栋

中国科技纵横 2023年24期

谢士琴李国栋

（中国软件评测中心,工业和信息化部软件与集成电路促进中心，北京 100048）

1 工业互联网技术发展趋势的总体分析

1.1 工业互联网平台技术融合创新、快速发展

随着物联网、大数据、边缘计算和AI 技术与工业互联网平台技术的深度融合，工业互联网平台技术得到创新发展。2022 年，以双跨平台为代表的工业互联网示范平台，在工业互联网信息感知技术、信息传输技术、数据分析平台、工业App 开发等平台技术领域实现创新引领。

工业互联网平台信息感知技术作为工业互联网平台边缘层的核心关键技术，其主流技术以自感知技术为主，同时多源异构数据融合技术也成为重点研究方向。信息传输技术主要包括有线传输和无线传输两大类，其中无线传输技术作为重点技术领域主要包括局域网通信技术和广域网通信技术两种类型。其中，局域网通信技术以蓝牙、WiFi、Zigbee 等为代表的短距离传输技术研究为主；广域网通信技术则以LPWAN 低功耗广域网为技术代表[1]。工业互联网平台数据分析技术，不仅涉及大数据分析技术，还包括数据清洗、数据融合等技术，特别是基于工业大数据的工业机理模型技术也是重点研究和发展方向。工业App 作为工业互联网平台SaaS 层的核心构成，通过对工业知识进行提炼与抽象，再将数据模型和知识结果形式化封装和固化形成工业App，以实现对人和机器的高效快速赋能[2]。工业App 的云化、低代码化、轻量化、可复用技术是现在的主流研究方向。

展望未来，新一代信息技术与工业互联网相融合，重点在边缘数据感知技术、大容量光传输技术、工业低代码技术、数字孪生技术等领域开展突破性研究。同时，随着工业互联网平台多技术融合的快速发展，工业互联网产业大脑平台、工业元宇宙等综合应用技术也将成为平台技术研究的发展方向。

1.2 工业互联网安全技术在智能化领域不断突破

我国工业互联网安全技术快速发展，工业互联网安全防护水平，特别是在攻击防护、工业防火墙、工业互联网漏洞挖掘、渗透测试、安全态势感知等领域技术有所提升。2022 年，我国基本建成涵盖国家、省、企业三级协同的工业互联网安全监测服务体系，覆盖14 个重要领域、140 个重点平台，联网企业达到11 万余家，深入开展工业互联网网络安全分级分类试点工作。

2022 年，工业互联网安全技术在底层技术、安全防护技术、安全评测技术以及安全监测技术等领域有所发展。首先，底层技术发展主要以区块链技术、人工智能技术、密码算法技术为主，为工业互联网安全领域的防护、评测以及监测等提供强有力的支撑。其次，安全防护技术主要包括工业互联网各层级边界控制技术和身份鉴别与访问控制技术，包括工业互联网安全体系架构中所有安全防护对象，比如边缘端点的防护技术以及工业防火墙技术等。再次，安全评测技术包括漏洞扫描技术、漏洞挖掘技术、渗透测试技术以及上线测试技术等。最后，安全监测技术研究包括工业互联网安全态势感知技术、安全监测与审计技术以及资产安全管理技术等[3-5]。

展望未来，工业互联网安全技术将进一步与智能领域技术融合，重点在动态感知、提前预测、主动防御、智能防护等领域实现智能化核心技术突破和创新应用。结合主动探测技术、被动诱捕技术以及流量分析技术等，开展工业互联网领域的安全态势感知以及风险预警，从而实现工业互联网安全主动防御技术突破。同时，结合AI 技术、大数据分析技术等，大幅度提高安全风险预警以及处置的精准水平，从而实现工业互联网网络智能化防护。

1.3 工业互联网网络技术体系持续优化

随着工业互联网网络体系建设快速推进，网络互联技术和标识解析技术快速发展，工业互联网在助力工厂内网改造升级、推进基础设施建设等方面成果显著。2022 年，我国高质量外网建设基本覆盖全国300 余地市，助力推动企业内网改造升级的5G 基站总数达220 万。此外，国家标准化管理委员会发布了我国工业互联网网络领域的首个国家标准—《工业互联网总体网络架构》，标志着我国工业互联网体系建设迈出了坚实而有力的一步。

以工业互联网网络通信技术为例，现在主流的技术包括工业现场总线、工业以太网以及工业无线网络等技术。现场总线技术是指连接智能现场设备和自动化系统的通信网络技术，其具有数字式、双向传输和多分支结构的特点，主要以Profibus、CAN、Modbus 等为代表。工业以太网技术是一种基于载波监听多路访问/冲突检测技术机制的广播型网络技术，其主要在工业系统的控制层及以上进行应用，以 Power link、Ethernet/IP 等为代表[6]。其中，时间敏感网络是在以太网技术的基础上演进而来，也是当今的研究热点。工业无线网络技术主要应用于工厂内移动的设备和线缆连接较难实现的情况，主流技术有蓝牙技术WLAN 技术、无线HART 技术和5G 技术等[7]。

展望未来，工业互联网网络技术将主要朝向有线、无线互补并进方向发展，工业现场总线技术主要向工业以太网技术发展，确定性网络技术、时间敏感网络技术、5G网络技术、边缘计算技术等也将持续快速发展，促进工业互联网网络技术体系不断优化。

1.4 工业大数据技术朝向高流通、可交易方向发展

随着我国工业数据汇聚能力持续增强，国家工业互联网大数据中心广泛汇聚医院、企业、政府、社会组织等2800 余家单位的防控物资需求，发布物资需求达5670 多万件，形成对240 余万家中小企业复工、复产的全方位监测。为了实现工业数据高质量汇聚和处理分析，现在主流技术研究包括多源异构数据的融合技术、工业实时数据库技术、工业数据的监测分析技术等。

展望未来，工业互联网将重点发展工业数据空间技术、区块链和隐私计算技术，加大工业实时数据库技术的研究，促进工业数据要素资源的交换流通与交易，实现数据全流程可记录、可验证、可追溯，建设高效、高安全和高流动性的数据要素交易市场。

2 对工业互联网应用与产业化发展趋势的分析

2.1 工业互联网平台应用深入垂直行业,持续赋能实体经济

随着工业互联网平台技术的不断深入应用，以我国跨行业、跨领域的工业互联网平台为代表的示范平台，带动了各行各业的产业化发展。2022 年，我国具有一定区域和行业影响力的工业互联网平台达到248 家，服务工业企业超过160 万家。工业互联网已为工业、交通、教育、医疗等多个行业领域提供高效赋能。

展望未来，工业互联网平台技术应用将从以双跨平台为代表的领军企业延伸到行业和产业链上下游，大中小企业也将开展工业互联网平台建设。平台技术应用范围向钢铁、机械、电力、交通、能源等多个国民经济大类深入渗透，持续赋能实体经济，也为加快我国一、二、三产业融合发展提供助力。

2.2 工业互联网+5G 融合应用，助力企业数字化转型升级

随着工业互联网网络技术的不断发展，通过建设低时延、高可靠、广覆盖的网络基础设施，为工业全要素互联互通提供有力支撑。根据工业和信息化部数据显示，2022年，“5G+工业互联网”全国建设项目累计已超过3100个。“5G+”工业互联网技术应用深入企业生产管理环节，形成一系列工业互联网应用新场景、新模式、新业态。

展望未来，工业互联网网络将重点开展“5G+工业互联网”融合应用，加快5G 等新型基础设施建设，促进工业互联网网络无线化、融合化、智能化建设，帮助企业改造传统生产流程、优化组织模式、提升生产效率，助力企业数字化转型升级。

2.3 工业互联网安全需求与日俱增，产业结构持续优化

2022 年，我国工业互联网战略全面实施，政府和企业不断加大安全领域投入，工业互联网安全需求与日俱增。我国工业互联网安全领域市场不断扩大，工业互联网安全产品和服务体系日渐完善，产业规模不断增加。据工业信息安全产业发展联盟数据预估，至2026 年，全球工业信息安全市场规模将增长到299.7 亿美元。此外，我国工业互联网安全领域法律法规和政策体系逐渐完善，产业发展环境不断优化，将形成一定的产业聚集效应。

展望未来，通过发展动态感知、智能预测、主动防御、智能防护等工业互联网安全技术，不断优化安全防护策略，建设工业互联网安全保障体系，工业互联网安全产业需求快速扩大，将带动整个工业安全产业的发展，帮助工业领域拓展更为广阔的市场空间。

2.4 工业大数据价值不断提升，生态体系建设持续完善

随着工业数字化转型不断加快，工业数据资源要素潜力进一步激发，工业大数据产业快速发展，并形成一定规模，工业数据赋能价值不断凸显。据统计，2022 年，我国重点工业互联网平台工业设备连接总数为7900 万台，全国设备日均运行数量持续增长，从2022 年年初的日均137 万台增加到近300 万台，连入工业互联网的工业设备数持续增多，海量工业数据价值亟待挖掘。

展望未来，工业数字化转型算力和数据需求进一步加大，工业数据空间、区块链、隐私计算等技术将实现数据深层次的利用和赋能，对制造业生产方式、运行模式和产业升级均产生重大影响，将成为工业数字产业发展的关键支撑。此外，通过大力发展工业数据汇聚共享、数据融合创新、数据治理以及数据安全管理技术，工业大数据生态体系建设也将逐步完善。

3 促进工业互联网技术发展的相关建议

3.1 加强工业互联网技术产品的设计研发，构建自主可控的技术创新体系

加强工业互联网平台、网络、安全、数据相关技术和产品的设计和研发。加大研发力度，实现工业互联网与AI、大数据、5G、区块链等关键共性技术与前沿引领技术的深度融合。支持企业、学校及科研院所加强合作，构建多层次联合创新体系，强化工业互联网平台、网络、安全、数据等方面的创新性技术与标准，形成技术创新攻坚合力，构建自主可控的工业互联网技术创新体系。

3.2 积极开展检验检测和认证评估，提升技术服务和行业治理能力

积极开展工业互联网相关检验检测、认证评估服务，支持面向工业互联网技术、产品、服务和管理体系的测试认证。围绕工业互联网边缘层、网络层、通用PaaS 层、DaaS 层、工业机理模型、SaaS 层等领域，开展工业机理模型管理能力和跨平台数据、应用调用能力等性能测试，以及验收测试、安全防护能力评估等评测服务。鼓励检测、评估、认证机构跨行业跨领域发展，推动跨行业标准互通和结果互认，提升技术服务和行业治理能力。

3.3 加快培育复合型创新人才，加强工业互联网人才队伍建设

加强工业互联网创新人才体系建设，着力打造工业互联网人才培养体系，建设工业互联网公共服务平台，开展产教合作，培育复合型创新人才。科研院所和相关企业联合开展专业人才培养计划，研究细化工业互联网人才分类评价标准，完善工业互联网技能人才评价体系，共同构建充满活力的工业互联网人才评价机制，加快建设具有交叉知识结构、创新实践能力的工业互联网人才队伍。