關于培育工業互聯網全產業生態的思考

胡春燕

［摘要］工業互聯網全產業生態包括產業支撐、網絡基礎、平臺體系、融合應用、安全保障、生態體系和開放合作等內容。青島市工業互聯網在網絡基礎、平臺體系、融合應用等方面具備一定發展優勢，下一步圍繞打造工業互聯網全產業生態，應當凝聚推動工業互聯網的新一輪發展合力，循序漸進拓展市場，提升產業輻射能力，重視營造工業互聯網技術研發和產業孵化生態，聚焦基礎科技研發和產業化發力，解決“卡脖子”問題，并把工業互聯網安全放在重要地位，筑牢工業互聯網發展基礎。

［關鍵詞］工業互聯網產業生態底層技術研發

［中圖分類號］F427［文獻標識碼］A ［文章編號］1008—3642（2023）04—0072—04

青島市于2020年初提出大力發展工業互聯網產業，經過近幾年的發展，工業互聯網平臺建設取得積極成效，利用工業互聯網實現技術改造的企業數量快速增加，工業互聯網產業生態進一步豐富和完善，先發效果得到了初步體現。但面對國外在工業互聯網關鍵技術方面的優勢，面對國內城市間發展工業互聯網的激烈競爭態勢，青島市要實現從先發到領跑，就要盡快謀篇布局工業互聯網全產業生態，鞏固做強平臺、深度賦能百業、突破關鍵技術，在青島把我國發展工業互聯網中最薄弱的底座相關實體產業培育起來并發展壯大，為制造業立市再添生機活力，為數字經濟跨越發展奠定堅實基礎。

一、工業互聯網發展的戰略背景及概況

（一）我國工業互聯網發展的戰略背景

我國發展工業互聯網是黨中央作出的重要戰略部署。2017年12月8日，中共中央政治局就實施國家大數據戰略進行集體學習，習近平總書記指出，要深入實施工業互聯網創新發展戰略，系統推進工業互聯網基礎設施和數據資源管理體系建設，發揮數據的基礎資源作用和創新引擎作用，加快形成以創新為主要引領和支撐的數字經濟。同年，國務院《關于深化“互聯網﹢先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》發布實施，擘畫了我國工業互聯網從2017年到2050年的遠景藍圖和發展路線圖。

（二）世界工業互聯網的發展概況

工業互聯網是新一代信息技術與制造業深度融合的產物。近年來，世界主要經濟體都高度重視工業互聯網發展，取得了積極進展。

1.我國將工業互聯網作為重要制造業發展戰略加以推動。我國工業互聯網發展在框架、標準、測試、安全、國際合作等方面都取得了顯著成效，成立了匯聚政產學研等各類產業資源的工業互聯網產業聯盟，發布《工業互聯網體系架構》《工業互聯網標準體系框架》等，涌現出一批領軍平臺和企業。我國提出工業互聯網發展水平要走在國際前列、爭取實現并跑乃至領跑的目標，到2025年基本形成具備國際競爭力的基礎設施和產業體系，到2035年在重點領域實現國際領先，到21世紀中葉工業互聯網綜合實力進入世界前列。

2.德國通過工業4.0計劃推動工業互聯網發展。2013年4月，德國聯邦政府推出“工業4.0”計劃。其核心功能是建立虛擬網絡與實體物理融合系統，推動“智能+網絡化”的縱向集成、端對端集成和橫向集成，從而促進企業內、企業間、生態圈的集成和協同。

3.美國采取政企聯動方式推動工業互聯網發展。2012年美國推出國家制造業創新網絡計劃，聯邦政府成立先進制造技術測試床、卓越制造中心、卓越材料制造中心來推進智能制造感知控制等關鍵技術研發，引導制造業企業將工業互聯網平臺建設一并統籌。2014年3月，美國五家制造業領軍企業聯合其他企業宣布成立工業互聯網聯盟，推動工業互聯網在商業上進入快速應用推廣階段。

4.其他國家和經濟體也在積極推動工業互聯網發展。2015年日本提出“工業4.1J”計劃，主要是采用工業互聯網技術將日本分散在世界各地的工廠串聯起來，形成智能工廠環境。大部分歐盟成員國工業機器人擁有量超過全球平均水平，其中意大利跨國公司同有關國際組織投入130多億歐元為企業提供經費并支持企業增加研發費用，為工業4.0開發創新型技術提供解決方案。瑞士企業ABB集團、愛爾蘭企業Davra Networks發力工業互聯網底層技術和垂直領域，均取得積極成果。

二、工業互聯網全產業生態解析

（一）從國家戰略任務角度解析工業互聯網全產業生態

根據國務院《關于深化“互聯網﹢先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》，我國對工業互聯網全產業生態的總體概括為工業互聯網通過系統構建網絡、平臺、安全三大功能體系，打造人、機、物全面互聯的新型網絡基礎設施，形成智能化發展的新興業態和應用模式。由此引申細化，國家部署推進了七項主要任務，實際上共同構成了一個完整的工業互聯網產業生態。這七項任務分別包括網絡基礎、平臺體系、產業支撐、融合應用、生態體系、安全保障、開放合作。

（二）從技術功能要素角度解析工業互聯網全產業生態

總結國內外機構和學者的觀點，從技術功能要素角度解析工業互聯網全產業生態大約有五種表述。

1．工業互聯網全產業生態分為邊緣層、平臺層和企業層［1］。邊緣層指需要被采集數據的工業設備，具體包括設備接入（對海量設備進行連接和管理）、協議解析（利用協議轉換實現工業數據的互聯互通和互操作）、邊緣數據處理（通過運用邊緣計算技術，實現錯誤數據剔除、數據緩存等預處理以及邊緣實時分析，降低網絡傳輸負載和云端計算壓力）；平臺層是核心，用于分析、管理采集到的數據，具體包括為工業用戶提供海量工業數據的管理和分析服務，積累沉淀不同行業、不同領域內技術、知識、經驗等資源，實現封裝、固化和復用，在開放的開發環境中以工業微服務的形式提供給企業，打造完整、開放的工業操作系統；企業層則是指將工業互聯網技術應用于企業，具體包括通過自主研發或者是引入第三方開發者的方式，平臺以云化軟件或工業App形式為用戶提供設計、生產、管理、服務等一系列創新性應用服務，實現企業價值的挖掘和提升。而提供這三個要素的相關企業和機構，共同構成了工業互聯網產業生態。

2．工業互聯網全產業生態分為資產層、集成層、通信層、信息層、功能層和業務層［2］。其中資產層表示所有實體組件；集成層對資產進行數字化表示；通信層提供數據傳輸的協議和網絡；信息層負責管理和存儲信息；功能層和業務層則與前文的平臺層、企業層類似。同樣，工業互聯網產業生態即由提供這些功能要素的相關企業、機構集合而成。

3．工業互聯網全產業生態分為數據采集層、基礎設施層、平臺服務層和應用服務層［3］。數據采集層通過傳感器實時搜集工業數據；基礎設施層為工業互聯網平臺各功能的實現提供物理硬件支撐；平臺服務層是核心系統，集成了數據清洗、數據分析、數據管理、智能建模、智能算法等功能；應用服務層則是針對不同的應用場景將管理服務層的功能進行軟件化，從而形成可實踐的應用。為這四層要素提供產品和技術服務的企業、機構即構成工業互聯網產業生態。

4．工業互聯網全產業生態分為設備層、網絡層、平臺層、軟件層、應用層和安全體系［4］。設備層包括智能生產設備、網絡連接終端、生產現場智能終端、嵌入式軟件和工業數據中心；網絡層包括工廠內網和外網；平臺層能夠實現海量異構數據匯聚與建模分析、工業經驗知識軟件化與模塊化、各類創新應用開發與運行，從而支撐生產智能決策、業務模式創新、資源優化配置、產業生態建設；軟件層包括研發設計、信息管理和生產控制軟件，是幫助企業實現數字化價值的核心環節；應用層包括垂直行業應用、流程應用和基于數據分析的應用；安全體系滲透在以上各個板塊中，是產業重要的支撐保障。

5．工業互聯網全產業生態分為核心層、應用層和接口層［5］。其中，核心層為平臺架構中長期不變的模塊，具有基礎性和通用性，如系列產品的核心功能、數據處理分析技術、核心建模和算法、數據集成管理等；應用層為平臺架構中具有多樣性特征的外圍模塊，如細分市場的衍生產品、工業軟件系統中的微服務模塊、平臺的個性化拓展服務、企業定制工業App等，以適應多樣、變化的需求場景；接口層為數據源與核心層、數據源與應用層、核心層與應用層以及各層架構內部主體之間的接口，如網關、通信協議、行業標準、數據轉換等。提供這些要素的企業、機構構成工業互聯網產業生態。

（三）比較與結論

從以上對工業互聯網產業生態的解析來看，各有不同、存在差異，有的產業分層較為概括，有的則分層較細。但是仔細分析后，各種分類又有相通之處，有的對同一類分層只是有概括和細化的區別，如對于網絡基礎層，有的就細化為資產層、集成層、通信層、信息層。有的分層有交叉，但其功能和所指的企業群體是一樣的。如對“邊緣層”的定義就較為寬泛，實際上包括了網絡基礎和安全保障等內容。因此，總體上各方面各種對工業互聯網產業生態的解析異中有同，其背后對于工業互聯網的規律性認識是一致的。但是，要特別指出，對于工業互聯網全產業生態，有廣義和狹義之分。我國從國家戰略任務角度看待工業互聯網產業生態時采用了廣義的概念，即在網絡、平臺和應用之外，還把產業支撐、生態體系、開放合作作為產業生態的有機組成部分。而其他的機構和專家都采用了狹義的概念，聚焦于網絡、平臺、應用和相關基礎設施，其實也將狹義概念所延伸的生態要素隱含包括在全產業生態之中。相關比較和相互關系如圖1所示（虛線表示該要素可延伸通用）：

三、對完善青島工業互聯網全產業生態的建議

青島市發力工業互聯網發展已有八年時間?！肚鄭u市互聯網工業發展行動方案》提出要培育全國領先、行業主導的互聯網工業平臺，打造智能工廠或互聯工廠，建設自動化生產線或數字化車間，促進傳統制造業轉型升級和提質增效，新業態新模式不斷發展壯大。2020年以來，青島市相繼出臺《打造世界工業互聯網之都規劃方案》《工業互聯網三年攻堅實施方案》《工賦青島專項行動計劃》等，推動工業互聯網發展不斷深入。目前，青島市工業互聯網平臺體系發展在全國具有領先性，在雙跨平臺、垂直行業平臺、關鍵技術平臺方面數量眾多、整合能力強?！肮べx青島”作為典型案例受到山東改革品牌表彰。下一步圍繞完善工業互聯網全產業生態，青島市應當在以下五個方面積極推進。

（一）圍繞鍛造“長板”持續發力

青島市已經調動各種資源形成合力來推動工業互聯網產業生態發展，具備了很好的條件。在網絡基礎方面，青島市的5G網絡、企業內網鋪設已經比較廣泛，具備很高的覆蓋率和傳輸效率，平臺基礎方面，青島市已培育出像卡奧斯這樣的全國工業互聯網“雙跨”平臺第一名的企業，同時還有很多細分行業工業互聯網平臺。在生態體系方面，青島市在產業聚集、場景應用、標準制定、人才政策等方面先行探索，系統化、整體性推動全市工業互聯網發展工作，促進政府和企業聯動、部門間協同，推出了系列工作的組合拳。在開放合作方面，青島市積極推動工業互聯網平臺開拓市場，在區域和行業上同時發力，同時也參與甚至主導了部分國際工業互聯網的技術研討、標準制定工作。這些工作上的優勢有必要進一步鞏固和強化，努力營造工業互聯網發展的最優產業生態，圍繞產業鏈全力培育和招商各類企業，盡快使青島成為工業互聯網相關產業最為聚集的城市。

（二）清醒認識我國工業互聯網全產業生態短板和發展潛力

我國工業互聯網的總體發展仍存在許多短板，特別是產業支撐能力不足，核心技術和高端產品對外依存度較高，這已經成為我國工業互聯網發展亟待解決的問題。一是核心技術瓶頸較為明顯。在開源平臺方面，我國排名靠前的工業互聯網平臺如卡奧斯、航天云網、東方國信等基本全部采用國外的開源軟件，工控實時操作系統基本由國外操作系統壟斷，這種依賴國外技術的情況制約了我國工業互聯網平臺自主研發建設。二是基礎和高端工業軟件受制于人。全球超過90%的工業軟件（如CAD、MES、PLM等）市場由西門子、PTC、達索等國外企業占領，我國研發設計類軟件的國產化率不足5%，運維服務類軟件國產化率僅約30%。自中美經貿摩擦以來，美國針對“實體清單”上的中國企業進行工業軟件禁用限制，此類工業軟件多達150余種，對我工業互聯網建設造成阻礙。三是關鍵硬件卡脖子問題嚴重。超過95%的高端工業控制硬件市場被國外廠商壟斷，在高端PLC（可編程邏輯控制器）方面，西門子、羅克韋爾、施耐德、三菱、GE Fanu和歐姆龍是主力軍。在DCS（集散控制系統）方面，ABB、愛默生、西門子和霍尼韋爾是世界巨頭，占據了全球主要的過程控制領域市場。補足這些短板，應當是青島市培育工業互聯網全產業生態的發力點，也提供了很難得的產業發展機遇。

（三）向建設工業互聯網之都2.0版邁進

青島市培育工業互聯網全產業生態，必須面向工業互聯網的底層基礎產業，大力發展工業互聯網相關的新一代信息技術產業，迅速形成產業高地，建設工業互聯網之都2.0版。青島市應當向突破工業互聯網的關鍵技術發力、向制造工業互聯網的基礎設備發力、向研發工業互聯網的核心工業軟件發力，解決制約我國工業互聯網下一步發展的卡脖子問題，聚焦工業互聯網核心產業環節，積極推進關鍵技術產業化進程。按照國家部署，青島市應當加快工業互聯網關鍵網絡設備產業化，開展IPv6、工業無源光網絡、時間敏感網絡、工業無線、低功耗廣域網、軟件定義網絡、標識解析等關鍵技術和產品研發與產業化；應當研發推廣關鍵智能網聯裝備，圍繞數控機床、工業機器人、大型動力裝備等關鍵領域，實現智能控制、智能傳感、工業級芯片與網絡通信模塊的集成創新，形成一系列具備聯網、計算、優化功能的新型智能裝備；應當積極開發工業軟件，聚焦重點領域，圍繞生產流程優化、質量分析、設備預測性維護、智能排產等應用場景，開發工業應用軟件，實現產業化部署。

（四）重視營造工業互聯網技術研發和產業孵化生態

工業互聯網底層技術與5G、新一代網絡、物聯網、區塊鏈緊密相關，會成為未來技術的先導技術。青島市打造工業互聯網之都2.0版，不僅應在應用場景和產業聚集方面下功夫，更應當成為工業互聯網技術研發和產業孵化的聚集地。這種技術研發，包括基礎技術研究和應用技術開發，青島市可以以應用技術研發為中心，打造技術研發和產業高地，培育相關產業生態，集合駐青高校專業力量，形成研究氛圍，并以龍頭企業為載體，校企聯合開展技術攻關，搶占工業互聯網研究先機；對于國內這方面有一定基礎和優勢的企業資源，也需要定向積極引進和培育；同時加強人才、金融等基礎資源保障。

（五）高度重視工業互聯網安全

青島市在推動工業互聯網健康快速發展的同時，須高度重視相關網絡安全問題，抓緊攻關爭取在工業互聯網安全底層技術方面盡早取得突破，為產業發展打下堅實基礎。工業互聯網作為大量產業信息的傳輸網絡，其安全涉及國家產業安全，有重要基礎地位。青島市發展工業互聯網、培育全產業生態，應當將抓好工業互聯網安全作為重點工作：一是塑強安全意識，重視保障工業互聯網生態中的主權安全和商業安全；二是引導企業在突破關鍵技術，設備互聯中構建防火墻、解決無線網絡信息頻率互擾等問題；三是抓緊引進一批為工業互聯網安全底層技術提供解決方案的企業，培育工業互聯網安全產業，使其成為為工業互聯網生態保駕護航的重要產業門類。

參考文獻：

［1］ 祝毓.國外工業互聯網主要進展［J］.競爭情報，2018（6）：59-65.

［2］ 肖鵬.工業互聯網體系架構概貌［EB/OL］. ［2023-04-10］.https：//m.163.com/dy/article/ F9N57VR70518C0 OT.html.

［3］ 工業互聯網平臺白皮書（2017年）［EB/OL］. ［2023-04-09］.http：//aii-alliance.org/upload/202003/0302_142939_490.pdf.

［4］ 胡世良.打造工業互聯網產業生態 推動工業制造高質量發展［J］.通信管理與技術，2020（8）：9-12.

［5］ 呂鐵.我國工業互聯網產業的變革路徑探究：從平臺系統架構視角出發［J］.人民論壇，2020（7）：14-22.

責任編輯：馬秀貞