工业互联网综述

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工业互联网综述

研一 HUANG

 

【摘要】随着科技和产业迅速发展和升级,互联网向生产方面倾斜,现代工业从较为传统的数字化向面向未来的网络化和智能化拓展,在此背景之下,工业互联网应运而生。加速推动工业互联网的发展,深度整合新时期的信息技术和制造业,是顺应时代产业变革和发展的潮流。本文先从工业互联网的概念和应用入手,进而引出工业互联网的发展现状和存在的痛点,然后,以网络为切入点阐述5G如何为工业互联网赋能,最后作出工业互联网不仅能解决制造业痛点,更能带动整个实体经济的发展的总结和展望。

 

【关键词】工业互联网; 网络技术;工业网络

 

前言

近年来,全球掀起了数字化的革命浪潮,世界各地许多国家纷纷将制造工业数字化和智能化作为产业转型的目标。2012年,德国率先提出了“工业4.0”,旨在推进工业的个性化和数字化转型,实现生产系统的高校整合。同年,美国通用公司发布《工业互联网:打破智慧与机器的边界》白皮书,首次提出工业互联网的概念,旨在利用互联网倡导利用互联网的春风推进制造业的未来化发展。随后,世界各国都希望抓住第四次工业革命,借助工业互联网实现制造业智能化转型。如英国的“工业2025战略”、日本的“超智能社会5.0战略”等。

我国为推进工业互联网发展,发布了工业互联网体系架构,政策支持工业互联网平台的发展,更是提出了“中国制造2025”,标志着我国已完全开启了工业4.0的布局。我国先后颁布了包括《工业互联网平台建设及推广指南》和《工业互联网创新发展行动计划(2021-2023年)》在内的多项政策和计划,为推进工业互联网快速创新发展注入了源源不断的动力。

 

一、工业互联网介绍

1、工业互联网的定义

工业互联网这一概念是美国通用电气公司董事长兼CEO杰夫的一个设想:用一个开放的、全球化的网络把人、数据和机器连接起来。后来几经修正,最终变成了如下定义:通过一个开放的、全球化的通信网络平台,把设备、生产线、员工、工厂、仓库、供应商、产品和客户紧密的连接起来,共享工业生产全流程的各种要素资源,使其数字化、网络化、自动化、智能化,从而实现效率提升和成本降低[4]

2、工业互联网平台

工业互联网的核心是互联网平台。工业互联网平台是伴随新工业革命和平台经济的演进而兴起的新事物,是平台经济在工业领域的创造性应用,是由数字技术驱动的工业生产组织方式创新和变革[1]

由于制造行业大多不具备自己开展智能制造所需要的技术支持和对应的系统和设施,再加上经济成本原因,所以就需要向专业的第三方工业互联网平台寻求各项服务。

3、工业互联网发展现状与落地应用场景

当前,企业和工厂的数字化是推进工业互联网发展的重要基础。国内工业领域的企业和共产大多希望将本企业/工厂上传到云端服务器,以更好的改造和管理。工业互联网平台正式基于此应运而生。

但是,就目前来看,企业上云的进展略慢。在制造行业中,大型企业/工厂更加倾向与把数据上传到云端,且这些大型的企业/工厂几乎都使用的是私有的云端服务器。

信息泄露的担忧和云端不确定的稳定性是目前阻碍企业/工厂将数据上传云盘的主要阻力。与此同时,企业/工厂在将数据和服务上传云端后的应用场景不足和潜在的价值不足也是阻止企业上云的重要原因,这多方面的原因产生的后果就是企业/工厂对上云热度大大降低,在一定程度上阻碍了工业互联网的发展。

工业互联网应用场景广泛,可以总结概括为三大应用场景:1)设备与产品的监控和管理、2)业务与运营优化、3)产业协同创新(社会化资源协作)。这三大应用场景完整的覆盖了从企业/工厂端到车间内具体到单个设备的监控与管理,再到外界合作方基于协作的全要素、全产业链和全价值链链条。

前两种应用场景聚焦在工厂内的降本、增效和提质;产业协同创新场景则是从产业链的角度,基于上下游的互联互通,来降低行业交易成本,并为企业带来业务增量,以及提高整个产业的运营效率。

此外,当一个场景具备低难度开发、低资源维护和升级价值高的特点时,往往备受工业行业的青睐。就目前来讲,生产设备监控与设备管理是工业领域最热门的两个场景。跨行业跨领域的产业协同与资源互联互协场景则因为包含的范围太大,跨度太广,目前的较为落后,其发展潜力巨大,尚需社会资源和市场需求的更进一步的培育。

归根结底,工业互联网是为制造企业提供数字化、智能化的产品与服务,从而达到降本、增效、提质与价值创造的目的。

 

二、工业互联网的网络技术

1、工业网络现状

网络是目前工业互联网的三大功能体系之一,是工业全要素全连接的重要基础。就目前来说,工业网络大多在工厂内,其大体结构为“两层三级”,如下图1。其中,两层技术架构指的是企业工厂内部的信息和控制网络,三级为现场级、车间级以及工厂级,每级之间互不干涉,相互独立,其划分主要依据的是工厂的管理层级。


 

1 典型工厂内部网络图

在现场级别,现场总线主要是连接传感器和控制器。无线通信极少运用;在车间级,网络主要是控制器之间和与本地及远程系统之间,以及与运营级的通信。

2、网络连接架构

工业互联网的网络连接架构主要是网络互连以及数据互通,如下图2


 

2 工业互联网网络连接框架

网络互联,通常定义为企业/工厂的内网与各要素之间的连接(材料、机器、员工等)和在外网与智能工厂、云端数据、其他企业/工厂之间的连接。

数据互通,主要是指在各要素、各个系统之间的信息与数据交换,是企业/工厂实现跨系统的融合,打破信息孤岛的主要途径。

35G+工业互联网

中国工程院院士邬贺铨中国互联网这样说道,“工业互联网是5G最重要的应用场景之一。”企业/工厂想要实现智能化与数字化的目标,必然要将工厂的所有硬件设备接入网络。由于很难都用光纤来连接,且WiFi本身扩展性差和易受到干扰的特性,光纤和wifi在工厂内的占比极低。而目前只有5G符合工业互联网的全部要求,具有高带宽、低时延、高可靠性、大连接等特性,因此5G在工业互联网的应用中会大有可为。

5G+工业互联网光明与挑战并存,企业仍然需要克服许多的困难,例如标准化、安全性、响应时时间等问题。目前阶段,工业互联网企业都处于起步和摸索阶段,实现跨行业多领域的互联互通需要客服的困难比想象的要更多,5G与互联网的深度融合也需要很长的时间。但是可以预见的是,5G+工业互联网推动企业/工厂智能化和数字化转型的趋势将不可阻挡。

 

总结和展望

中国工程院院士邬贺铨中国互联网这样说道,”工业互联网是5G最重要的应用场景之一。企业/工厂想要实现智能化与数字化的目标,必然要将工厂的所有硬件设备接入网络。由于很难都用光纤来连接,WiFi本身扩展性差和易受到干扰的特性,光纤和wifi在工厂内的占比极低。而目前只有5G符合工业互联网的全部要求,具有高带宽、低时延、高可靠性、大连接等特性,因此5G在工业互联网的应用中会大有可为。

记得以前看到一个文章,说的就是二战结束后。欧洲靠着小作坊个性化定制化生产,又把工业份额从工业集中化生产美国那里抢夺了很多。而现在工业份额的大量集中在中国,如果当别的国家能借助工业互联网的东风诞生出较强个性化定制化生产,中国的工业份额可能会被夺去很多。但如果中国能凭借着工业互联网,进行自我迭代,实现较强的个性化和定制化那被抢夺份额的就是海外的其他竞争者。

5G是一张大网,串联起百业千行。

我国工业互联网的前景机遇与挑战并存,无限可能,未来可期。

 

【参考文献】

[1] 李燕.工业互联网平台发展的制约因素与推进策略[J].改革,2019(10):35-44.

[2] 中国工业互联网产业联盟 中国互联网体系架构(版本2.0

[3] 熊鸿儒.我国数字经济发展中的平台垄断及其治理策略[Jl.改革,2019(7:52-61.

[4] 中国工业互联网产业联盟.中德工业互联网白皮书(中文版)——工业 4.0 x 工业互联网: 实践与启示 2020.08 中国北京 [J]

[5] 中国工业互联网产业联盟工业互联网园区应用场景白皮书”2021.08 中国北京 [J]

[6] 中国工业互联网产业联盟工业互联网园区应用场景白皮书”2021.08 中国北京 [J]

[7] 《工业互联网APP培育工程实施方案(20182020)(工信部信软〔201879)

[8] 工业互联网产业联盟.工业互联网平台白皮书(2019)[EB/OL].http://www.aiialliance.org/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=23&id=673(2019-05)

[9] 彭慧.GE工业互联网到中国工业互联网[EB/OL].(2019-04-26).https://articles.e-works.net.cn/iot/article143639.htm

[10]     工业互联网产业联盟.工业互联网体系架构(版本2.0)[EB/OL].(2020-10).https://mubu.com/explore/CHGlQlYwV_?

 

[11]     杨帅.工业4.0与工业互联网:比较、启示与应对策略[J].当代财经,2015(08):99-107.

修改版:

再改版(V3.0待完成):

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