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干货!工业互联网将给中国制造业怎样的未来? -

2023.07.05

近日,工业和信息化部、财政部等部委密集发布了《工业互联网发展行动计划》(2018-2020年)、《2018年工业互联网专项工作组工作计划》、《2018年工业转型升级资金工作指南》等多项旨在促进工业互联网发展的产业支持政策,引起市场广泛关注。

业内普遍认为,随着工业互联网成为中国“制造业强国”的国家战略高度和产业支持政策的不断实施,工业互联网将进入快速发展时期。

在这里,作者需要指出的是,虽然工业互联网的发展将为中国制造业的“弯道超车”插上翅膀,但它能飞多远取决于三大工业互联网技术标准的支持。

下面,让我们从什么是工业互联网开始,了解它的前世、今生和未来。

工业互联网是什么?

关于工业互联网的声明有很多,一般的官方定义是——

工业互联网是连接整个产业系统、整个产业链、整个价值链、支持产业智能发展的关键基础设施,是新一代信息技术与制造业深度整合形成的新兴形式和应用模式,是互联网从消费到生产,从虚拟经济到实体经济的核心载体。

从本质上讲,工业互联网的本质是基于机器、原材料、控制系统、信息系统、产品和人之间的网络互联,实现智能控制、运营优化等生产组织模式的变革,通过对工业数据的全面深入感知、实时传输和交换、快速计算和处理以及高级建模分析。

以下是工业互联网产业联盟提供的参考功能架构图:

从图中可以直观地看出,工业互联网强调设备在底层边缘的接入。从这个意义上说,工业互联网和工业物联网的定义更加拟合,可以交换使用。

工业互联网和互联网有什么区别?

如图 如1所示,与互联网架构体系相比,工业互联网架构有一个涉及传感器和其他设备访问的边缘层,即将物理世界从概念上映射到电子世界的过程。与互联网相比,其本质是完全在线电子信息的互动和共享。因此,与互联网相比,工业互联网在访问标准、商业模式、网络拓扑和数据特征方面将有所不同。以下是一个接一个的简要分析:

1、标准化程度

就互联网应用而言,HTTP、HTTPS协议已成为统一的应用层访问协议。借助底层TCP/IP协议,用户可以使用浏览器访问互联网,并使用DNS识别分析服务有效地搜索和定位指定的网站,然后完成信息访问。

随着移动互联网的发展,移动应用形成了另一个接入入口,但其本质仍然遵循互联网网页应用设计架构MVC的原则,行业标准化程度较高。

与互联网相比,工业互联网标准的碎片化更为突出。首先,与互联网本身相比,它是一个简单的IT网络。工业互联网涉及IT网络和OT网络的整合。当然,需要整合多个通信协议和标准。其次,工业互联网的IP化程度与互联网不同,MQTTT等多种应用协议并存、CoAP、Modbus、PROFIBUS、对于私有TCP/UDP等,大多数边缘设备无法支持HTTP协议家族,这也是边缘设备计算能力差异化的侧面反映。最后,工业互联网在设备和服务搜索方面没有DNS等统一的识别分析服务,分析服务也是标准的碎片化,如Handle、OID、由不同组织发起的Ecode等。

2、业务模式

互联网产业属于轻资产产业,工业互联网涉及设备投资,即固定资产和库存管理,属于重资产。

与互联网技术平均每三年迭代一次的高频更新相比,工业互联网技术迭代需要同时发生在边缘设备和服务器两端,不仅涉及上层应用软件升级,还涉及固件甚至硬件升级,技术更换成本和安全稳定性是双高门槛,许多企业不得不妥协先进的技术。

由于技术替代的高成本和高风险,企业在工业互联网技术的早期研究和选择上更加谨慎。毕竟,与互联网技术相比,工业互联网(IIOT)设计周期一般较长。

3、网络拓扑和系统组成

传统互联网采用基于TCP/IP的HTTP通信机制,使用B/S或C/S模式对网络拓扑的敏感性和依赖性较低,其通信转换多为端口转发,基本不涉及协议转换。

基于网关的多协议转换正在广泛应用于工业互联网,如GE推出的数据采集转换模块Predix Machine。由于系统的上下通信依赖于网关,工业互联网对网络拓扑比互联网更敏感。同时,由于许多设备访问,数据呈指数级增长,但传输带宽有限,边缘计算节点在工业互联网部署中比互联网更为必要。

4、数据特性

与互联网相比,工业互联网具有完全不同的数据特性。以下表1为例,列出了工业互联网与互联网的数据特性对比。

如表 如1所示,不同的数据特性直接导致系统架构设计重点的不同,这也是互联网架构不能直接应用于IOT(工业互联网)的原因之一。以下示例如下:

(1)并发连接。由于IIOT接入大多是并发的,这意味着工业互联网接入设计需要异步通信接入。与Web接入相比,许多成熟的架构主要是同步通信。

(2)数据时序性。IIOT访问的数据时间顺序强,数据生成频率快,测点多,数据量大。传统的关系数据库无法满足时间序列数据的有效存储和处理,因此需要使用InfluxDB等特殊的时间序列数据库。

(3)数据相关性。与互联网相比,IIOT访问的数据维度和类型越来越广泛。由于它是一个时间序列数据,数据之间存在着强烈的相关性。这要求系统架构支持数据集成,以深入挖掘数据之间的相关性,更好地支持上层业务系统的决策。

(4)延迟容忍度。工业互联网对系统的延迟要求远高于互联网,因为它涉及OT网络和实时控制。因此,系统延迟通常需要从边缘设备开始进行规划和设计。例如,软实时操作系统Linux有时无法满足需求。基于硬实时RTOS可以有效减少边缘设备数据采集的延迟不确定性。

了解上述工业互联网与互联网的区别,然后思考工业互联网的未来,我们可以更深入地了解它对工业制造业乃至国家发展的意义。

工业互联网的未来

目前,随着网络信息技术与产业的深度整合,以及数字、网络、智能的新产业形式,工业互联网已成为世界主要工业国家抓住国际制造业竞争的重要组成部分,也成为寻求新经济增长点的共同选择。

以美国、德国、日本为首的全球工业互联网格局,以龙头企业引领工业互联网的推广,迅速推动全球工业互联网的发展。

在中国,工业互联网平台为中国制造业提供了“弯道超车”的绝佳历史机遇。目前,工业互联网已成为中国“制造强国”的国家战略,并逐步覆盖医疗、工厂、基础设施等各个领域。

同时,工业互联网也给金融领域带来了许多新的变化。例如,它可以为工业供应链金融提供基本的信息服务,有效地解决信息不透明的问题,直接有利于金融机构对企业的信用和风险评估,进而解决企业融资问题。

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