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【文萃】我国工业互联网产业的变革径探究——

发布时间:2020-09-05 17:21
 

  在产品层面,“平台”通常表示公司中创造新一代产品或某种系列产品的项目。在技术系统层面,Baldwin将“平台”定义为行业中有重大价值且对行业起控制作用的关键点。在交易层面,经济学家用“平台”来表征在两个或多个交易方之间,负责中介交易的机构或公司。

  平台系统架构的基本特征可以表示为:某些核心组件在平台的整个生命周期中基本保持不变,其他外围组件具有多样化的特点,同时不同组件之间需要必要的接口,即平台系统架构的共性特征是由稳定的核心组件、多样的外围组件和组件间的接口三部分组成。明晰这些特征具有十分重要的实践意义:核心组件具有重复使用的特征,随着市场的改变,不必从头设计或重建系统,可以通过提高外围组件多样性,针对细分市场同时开发多种衍生品来创造范围经济;而核心组件的量产和重复使用,摊销了整个产品系列或产业演进中的固定成本,也实现了规模经济;最后,提高接口的标准性,可以降低外围组件与核心组件兼容的成本,这又进一步降低了产品成本。

  工业互联网平台系统架构解析。如果按照平台系统架构特征来审视工业互联网产业中的各种产品和服务,工业APP、工业软件、芯片、服务平台等都可以视为不同表现形式的平台,甚至可以说平台是整个工业互联网产业的缩影。所以,从平台系统架构的视角出发来探究工业互联网产业的发展问题是可行且必要的。目前国际上有三种常见的架构划分方法。一是美国工业互联网联盟的划分法,将其解析为边缘层、平台层和企业层。二是工程师协会提出的划分法,将其分为资产层、集成层、通信层、信息层、功能层和业务层。三是我国工业互联网产业联盟在2017年发布的《工业互联网平台(2017)》中提出的,工业互联网平台的架构由数据采集层、基础设施层、管理服务层和应用服务层构成。

  目前我国正处于制造业转型升级的关键时期,制造业的各个领域都对工业互联网提出了更高的要求,要全方位、最大化地发挥工业互联网的作用,就需要一种统一的平台系统架构对其进行解析。本文在归纳了平台共性的系统架构特征的基础上,结合制造业对工业互联网平台功能的需求,将工业互联网平台的架构分为核心层、应用层和接口层。其中,核心层为平台架构中长期不变的模块,具有基础性和通用性;应用层为平台架构中具有多样性特征的外围模块,以适应多样、变化的需求场景;接口层为数据源与核心层、数据源与应用层、核心层与应用层以及各层架构内部主体之间的接口。

  系统架构趋于完善。近年来,我国工业互联网产业发展显著。在体量上,据统计,全国各类型的工业互联网平台已达数百个。在服务和产品的多样性方面,已经初步形成了核心层、应用层同步发展的系统化平台服务体系。

  核心层方面,有华为、阿里等ICT企业构建的通用基础性平台和云服务平台,可以为应用层平台提供人工智能、大数据、云计算等方面的核心技术支持。应用层方面,各行业、各领域不同服务类型的平台发展迅速,各企业依据自身的优势和特征,组成了多元化、全方位的平台生态体系。

  关键技术开始突破。网络技术领域,5G将全面使能工业互联网。在化工、机械、电力等行业,许多企业已经依靠5G技术实现了工业互联网对供应链管理、生产过程实时远程控制、设备协作、柔性制造、库存管理、交付管理等生产全过程的贯穿,使资源配置效率、生产效率和产品质量显著提升,同时还有效降低了企业的运营管理成本。在5G技术的基础上,云计算、人工智能、边缘计算等新一代信息技术也将得到进一步发展,这些新兴技术也是工业互联网赋能制造业的关键支点。

  智能制造技术领域,国产操作系统有望逐步替代国外系统。既有利于国内企业构建全要素互联的工业互联网平台,也有利于增强企业信息安全。物联网技术领域,国产超低功耗RFID芯片研制成功。国产芯片的使用也能大幅降低相关的硬件设备和配套软件系统的成本,有利于物联网技术在中小企业中铺开。

  应用规模迅速扩张。一方面,工业互联网与传统制造业的融合不断深化。一些传统制造企业还组建了的专业团队打造工业互联网云平台。

  另一方面,工业互联网平台应用水平明显提升,应用领域更加广泛。近年来,我国的工业互联网企业在企业管理、研发设计、生产管理、流程优化等方面形成了一批针对企业高质量发展实际需求的解决方案和应用模块,使工业互联网平台可以应用到更多领域中。根据有关统计,在设备管理服务、生产过程管控、企业运营管理、资源配置协同、产品研发设计和制造与生产工艺等6类主要领域中,我国企业对工业互联网的应用已经涉足全部14个细分领域。

  从核心层看,大量技术瓶颈仍需自主突破。核心层中的主要技术可以大致分为开源技术、基础性技术、平台建设技术三类,我国在这三类技术中皆存在空心、短板、瓶颈突出的问题。

  开源平台(通用PaaS)和开源社区是工业互联网开源技术的核心领域,而我国在这两方面的研发和建设几乎处于空白状态。工业控制硬件、工业软件、网络和信息安全技术是工业互联网的基础性技术,而与这些软硬件相关的产业链上游部分主要被国外厂商掌控,国内相关技术的自主研发进展十分缓慢,空心化更为严重。工业机理建模、大数据分析、应用开发和智能边缘计算是工业互联网平台建设的四类核心技术,均存在亟待突破的技术瓶颈。工业机理建模方面,缺乏基础性的通用方法和建模工具。大数据分析方面,自主研发的分析工具匮乏。应用开发方面,还缺乏先进的工业APP标准、通用的开发和开源的开发者社区,致使开发进展滞后,在数量和服务质量上都难以满足企业需求。智能边缘计算方面,设备间缺乏自主制定的统一标准接口,平台可连接的设备协议种类太少,不同设备的兼容性差。

  从应用层看,工业互联网应用领域大而不强。我国工业互联网的应用产业虽然规模扩张速度很快,但缺乏具备解决综合问题能力的龙头企业,细分领域的专精特新企业数量也明显不足,整体上具有大而不强的特点,具体体现在以下三个方面:一是数据采集和边缘计算能力不足,了平台和APP进行深度学习、数据分析和自主构建机理模型的能力。二是生产和研发领域的微服务能力较弱。三是国内尚未形成良好的开发生态,对外部开发群体的激励严重不足。

  从接口层看,标准不统一,互联难度大。接口标准不统一主要包括三个方面。一是对不同设备的数据进行采集的协议标准不统一。二是设备之间的互联以及设备接入平台的接口不统一。三是行业之间的“接口”存在隔阂,使工业互联网企业与制造企业之间的跨界合作变得困难。

  做强核心层:突破尖端核心技术,发展基础性、通用性技术。我国制造业整体数字化和信息化水平较低,中小企业众多且发展差异较大,仍然处于工业“2.0”“3.0”阶段的企业众多,极大制约了工业互联网在制造业中的应用,很难使广大中小企业在短时间内完成信息化、智能化。

  在这种现状下,一是要积极推广云制造、ERP、MES等基础性技术和软件在云端平台的应用,帮助企业以较低的成本实现最基本的信息化。二是要推进通用工业机理模型、通用分析算法、通用工业微服务模块等基础性、通用性技术的研发和完善。三是要重点突破边缘智能、大数据分析、数据采集等方面的核心技术。

  做精应用层:增强针对性,提高精准微服务能力。近年来我国的工业互联网服务平台、工业APP数量增长迅速,但其中大量应用仅具备技术展示的功能,能够付诸于实践的场景十分有限,整体看目前应用层的实用性较差,使用效率较低。

  为解决这种现状,一是紧密依托核心层的基础性平台,降低开发成本,建立提供更专业服务的行业级平台。二是以行业级平台为依托,在下游进一步建立面对特定场景、提供个性化微服务为主的企业级平台和工业APP。三要建立机制完备的工业APP开发者开源社区,以促进工业APP发展的良性循环。

  规范接口层:建立工业互联网综合标准化体系。推进接口标准的统一化可以解决多类型设备同时接入、多源数据解析、数据格式统一、海量数据管理及边缘计算等工业互联网的核心问题。因此可以说,接口层各主体的统一化进程是工业互联网变革能否成功的关键所在。

  主要应从以下三个方面开展:一是推进通讯协议的标准化进程。二是推进标识标准的统一。三是推进工业互联网应用领域各项标准的统一。

  推动变革的保障措施。我国工业互联网发展基础薄弱,同时整个产业的建设具有投入大、周期长、受益慢的特点,因此,在推进工业互联网变革的关键时期,需要从政策扶持、营造、人才技术支撑、安全保障等各方面采取相应保障措施,为工业互联网高质量发展营造良好的外部。

  在政策扶持方面,要制定完善的财税、金融等激励优惠政策。在发展营造方面,要加强引导,完善相关服务体系和监管体系。在人才和技术支撑方面,建立完整的人才分层培养和供给体系。在安全保障方面,加快构建完备的工业互联网安全机制,完善安全保障顶层设计,鼓励推进安全芯片、漏洞防护、监测预警等方面的技术研发,增强平台和APP的数据安全保障能力,以提升应用的可信力。

  (作者单位:中国社会科学院工业经济研究所。《人民论坛·学术前沿》CNKI网络首发2020-7-17,中国社会科学网 闫琪/摘)

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