尹浩:工业互联网竞争日趋激烈,网络体系面临三方面挑战

作者:吕萌 责任编辑:朱文凤 2021.07.23 07:56 来源:工联网

通信世界网消息(CWW)近日,在第八届国际物联网传感技术峰会上,中国科学院院士尹浩以视频形式发表了演讲。

尹浩表示:“工业互联网作为全新工业生态、关键基础设施和新型应用模式,正在全球范围内不断颠覆传统制造模式、生产组织方式和产业形态。目前,工业互联网产业生态竞争日趋激烈,生态的构建和产业布局正在全球加速展开。”

工业互联网竞争日趋激烈产业生态加速构建

从2012年被提出,工业互联网发展到现在已历经10年时间。工业互联网是新一代通信网络技术与工业经济深度融合的关键基础设施,是产业效率提升的倍增器,产业效率每提高1%将创造万亿美元级的GDP。欧盟预计未来15年,基于ICT技术的工业互联网将带来20%~30%的生产效率提升。工业互联网与传统信息化制造系统的本质区别是打破传统制造信息系统“烟囱式”孤岛,形成具有“全互联、扁平化、平台化、开放服务”特征、“人-机-物”深度融合的智能制造系统。尹浩指出:“目前工业互联网呈现三个发展趋势:第一,基于网络的人机制造全要素互联。第二,基于网络的生产链全面流程化。第三,基于网络的全产业链和全价值链重塑。”同时,在工业互联网四大体系(网络、平台、数据、安全)当中,网络体系是基础,涵盖设计、研发、生产、管理等各环节人-机-物的泛在深度互联。平台体系是核心,汇集各类生产数据、机器状态,实现资源的优化配置、智能分析等。数据体系是关键,提升数据价值挖掘能力、促进数据流动、推动数据知识共享、构建数据驱动新生态。安全体系是保障,识别和抵御安全威胁、化解各种安全风险。

目前,全球工业互联网正处在格局创立的关键期和规模化扩张的窗口期,发展工业互联网已经成为主要国家抢占全球产业竞争新制高点、重塑工业体系的共同选择。工业互联网产业生态竞争日趋激烈,生态的构建和产业布局正在全球加速展开;国际企业利用自身优势加快网络、工业设备、核心芯片、工控系统、传感器等产业链布局;操作系统与云平台一体化成为掌控生态主导权的重要手段;工业制造、能源、交通等关系国计民生的重要行业成为产业竞争的重点领域。

工厂内网、外网络分别呈现三大趋势

尹浩指出,工业互联网整个体系包括网络互联、数据互通两个层面:“网络互联按照工业互联网业界的分法又分为工厂内网络和工厂外网络,工厂内网络主要连接工厂内的各种要素,包括人员(生产人员、设计人员、外部人员)、机器(装备、办公设备)、材料(原材料、制成品)、环境(仪表、监测设备)。工厂外网络连接智能工厂、分支机构、下游协作企业、工业云数据中心、智能产品用户等。”

而工业互联网应用发展对网络基础设施提出了更高的要求和更多的需求。工厂内网呈现融合、开放、灵活三大发展趋势。

在融合性方面,一是内网结构扁平化。传统“两层三级”网络架构严重影响信息互通效率,大数据分析和边缘计算业务对现场实时数据采集需求,OT网络中的车间级和现场级将逐步融合,MES等信息系统向车间延伸的需求,推动IT网络与OT网络融合。二是控制信息与过程数据共网传输。传统工业网络依附控制系统,主要实现控制闭环的信息传输,工业互联网业务对工业生产全流程数据的采集需求,要求网络同时满足控制信息和过程数据的传输需求。三是有线与无线一体化协同,无线网络部署将成为必然。

在开放性方面,一是技术的开放性,打破传统工业网络众多制式间的技术壁垒,控制系统、应用系统将不与具体网络技术绑定。二是数据的开放性,生产全流程的数据将以标准化语法和数据模型开放给上层应用使用。三是产业的开放性,打破少数巨头对全产业链的控制,新的芯片厂商、设备厂商、网络提供商将加入进来,推动产业开放。

在灵活性方面,一是网络形态的灵活性。未来工厂内网络可根据智能化生产、个性化定制等业务灵活调整形态,快速构建出生产环境。二是网络管理的便捷性。随着工业网络化深入发展,工厂内的网络管理都将变得复杂,新的数据互通和软件定义技术应用提供网络系统的可呈现度,网络管理更加便捷。

同时针对工厂外网络呈现的普遍化、精细化、灵活化趋势,外网服务逐步普遍化。尹浩强调道:“随着云平台技术的发展,企业信息系统正在外网化,未来海量设备的远程监控、维修、管理、优化等业务等都将基于工厂外网络开展。其次,在普遍化基础上要做到精细化,针对企业上网、业务系统上云、公有云与私有云互通等不同场景提供细分服务。”

外网服务也逐步趋向灵活化,工厂外网络能够根据企业要求快速开通服务、调整业务,5G移动通信网络等新技术的应用,提高网络接入的便捷程度和部署速度,为企业实现广泛互联提供更灵活的方式选择。

尹浩表示,构建整个网络体系,归纳起来本质要求是实现生产要素、生产链和全价值链的安全可靠互联,实现面向工业生产和服务的人-机-物网络化协同。其本源要实现工业网与“互联网、生产系统、人”三者有效互动,关键是实现面向“三链”的比特流、信息流、知识流的语义互联。比特流实现IT/OT融合及三链数据互联;信息流实现计划域、操作域与控制域的信息互联;知识流是实现人与生产系统的知识交互。

工业互联网网络体系面临三方面挑战

目前工业互联网网络体系建设应以网络“互联、协同”为抓手,突破“互动”瓶颈,以实现比特流、信息流、知识流的三个层面“互动”为核心关键。尹浩认为,目前工业互联网网络体系正面临三方面挑战。第一,如何实现按需互联,保障比特流端到端实时可靠交互。现有工业互联网基于TCP/IP“尽力而为”的模式,使“二八效应”严重,网络资源主要消耗于20%的节点,无法实现全要素链、全产业链和全价值链的按需互联及比特流端到端的可靠交互。

第二,如何最大化网络效能。他认为,生产链、价值链和产业链泛在化感知产生的数据量将呈现爆炸性增长,如何通过最大化网络效能,实现三链跨感知、计算、控制三个功能域的直接优化控制,支持跨功能域的信息流语义级交互是面临的又一挑战。

第三,如何保障互动的安全可控,实现人-机-物知识流协同交互。人-机-物多维度、跨层次互动带来一系列不确定性,构建网络、设备、平台、数据、应用的多维度的安全可信保障体系,实现云边端的智能协同、实时精准控制是当务之急。


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