工業互聯網標準數字化轉型探索研究

關鍵詞：工業互聯網，標準數字化，機器可讀標準

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.013.001

0 引言

標準是經濟活動和社會發展的技術支撐，是國家基礎性制度的重要方面[1]。隨著云計算、區塊鏈、人工智能等數字技術不斷發展，標準化領域進行數字化轉型的需求越發迫切。利用數字化技術賦能標準的編制、管理、應用過程，構建符合數字經濟發展需求的新型標準化范式成為各大標準化組織共同的戰略目標，也成為各國競爭國際標準話語權的又一新陣地。

工業互聯網是構筑全球數字經濟發展的新基座。標準作為固化工業互聯網技術的關鍵路徑，已成為各國推進工業互聯網發展的戰略重點。當前，工業互聯網全球格局未定，加快實施工業互聯網標準數字化轉型，既符合標準發展的必然趨勢，又將為我國打造國際競爭新優勢、深度參與國際治理提供了寶貴的機遇。

本文以工業互聯網標準化工作現狀為切入點，分析其數字化轉型需求，提出工業互聯網標準數字化轉型參考模型、總體框圖及服務模式，明晰工業互聯網數字標準化工作的重點和方向，最后提出相關工作建議，可為推動我國工業互聯網標準數字化研究提供借鑒和指導。

1 工業互聯網標準化現狀與數字化發展需求分析

1.1 工業互聯網標準發展現狀

1.1.1 國際標準現狀

工業互聯網是構筑全球數字經濟發展的新基座。當前，全球工業互聯網處于格局未定和面臨重大突破的戰略窗口期，標準作為固化工業互聯網技術的關鍵路徑，已成為各國推進工業互聯網發展的戰略重點。

國際上工業互聯網持續受到ISO、IEC、ITU等三大國際標準化組織和IEEE、3GPP等具有全球影響力的區域技術標準化組織的廣泛關注，美、日、德等國均加強投入，從國家戰略的高度爭取工業互聯網國際標準話語權。ITU主要依托SG13、SG20研究組，設立工業互聯網網絡、邊緣計算等項目研究計劃，穩步推進工業互聯網標準體系建設。IEC/TC 65工業過程測量控制和自動化技術委員會主要圍繞數字工廠、系統集成、工業網絡等維度構建工業互聯網支撐標準。ISO/TC 184自動化系統與集成技術委員會主要以工業互聯網涉及的設備控制、工業數據、互操作等方面開展研究。IEEE已經發布及修訂時間敏感網絡系列標準16項。3GPP Rel-18中也進一步增強5G-A在工業互聯網場景下低時延高可靠特性。

我國不斷提升工業互聯網的國際話語權，先后牽頭發布全球首個工業互聯網網絡架構標準和全球首個工業互聯網系統功能架構標準，累計發布國際標準3項，標志著我國工業互聯網技術研發和應用成效得到國際認可，為全球工業互聯網產業發展提供了有力支撐。

1.1.2 國內標準現狀

我國政府和產業界高度重視工業互聯網標準化工作，已完成標準體系建設目標，為工業互聯網規?；l展奠定基礎。在頂層設計方面，工業和信息化部先后發布《工業互聯網綜合標準化體系建設指南》2019版和2021版，持續構建工業互聯網標準體系，保障我國工業互聯網跨行業跨領域的合規、有序、協同發展。在組織機制創新方面，形成國家工業互聯網標準總體組、協調推進組和專家咨詢組的工作模式，由總體組統籌開展工業互聯網國行標立項協調工作，不斷優化標準化工作機制。2022年成立工業互聯網技術工作委員會（CCSA/TC 13），全面支撐開展工業互聯網標準制修訂工作。在標準研制成效方面，2023年工業互聯網領域發布國際標準1項、國家標準8項、行業標準7項。累計發布國家標準90項、行業標準17項，關鍵標準累計已超10 0余項[2]，涵蓋基礎共性、網絡、邊緣計算、平臺、安全、應用等各重點方向，涉及關鍵技術、測試方法、管理評價、典型應用等領域。

1.2 工業互聯網標準數字化轉型需求分析

近年來，我國工業互聯網標準化取得了一定的成績，但在制定效率、內容質量、實施治理等方面仍存在一定問題，亟需通過數字化技術夯實工業互聯網標準基石。

（1）標準研制周期長，無法及時固化新技術

工業互聯網標準涉及眾多交叉技術領域，有些關鍵技術更新、迭代速度較快，但標準的制定仍需要遵循立項、起草、征求意見、送審、報批等繁復的流程，一般需要36個月左右。工業互聯網標準從產生到應用時間周期長，錯失了技術固化和推廣應用的最佳時間窗口，導致標準的發布、應用遠落后于技術發展和市場化需求。

（2）傳統標準化工作模式無法支撐高質量發展

工業互聯網是交叉密集、滲透性強的領域，不僅需要確保體系內各要素高質量協同，更需要融合實體經濟體系下科技、產業、金融、創新之間協同發展、良性互動和整體效能。依據傳統標準化工作模式，工業互聯網標準仍是一個孤立的靜態封閉體系，在豎井式的技術體系與技術壁壘下，跨行業、跨領域標準橫向協作困難。

（3）標準的供給能力與社會發展需求間不匹配

國家經濟由數量型經濟增長向質量型經濟增長轉變過程中，促進標準化發展由數量規模型向質量效益型轉變。目前工業互聯網標準供給在數量方面保持線性增長趨勢，但在質量方面仍存在重復立項、內容交叉、指標不一的現象，無法引領、規范產業高質量發展。標準數量與質量不匹配也將進一步影響經濟社會高質量發展。

（4）標準使用角色變化催生新的標準范式

隨著工業互聯網的發展與普及，未來接入工業互聯網的終端或系統數量將會呈現爆發式增長，海量異構終端或系統間的互聯和數據交互，都需要通過標準化的方式加以保障。機器可讀使得工業互聯網標準的使用對象逐漸從以“人的使用”為中心轉向以“機器使用”為中心轉變。標準中規定的屬性要求、性能要求等指標項，將以信息元、代碼、軟件、接口等形式被機器所讀取和執行。現階段，標準仍然在很大程度上由人來執行和檢查，大量機器與系統的標準應用由人在做著“翻譯”，這種翻譯不僅效率低下，還難免存在對標準內容理解和操作上的偏差。

2 工業互聯網標準數字化支撐體系

2.1 參考模型

標準數字化是標準作為面向所有領域的基礎規范與制度本身，在適應數字化、網絡化、智能化時代發展中自我驅動的變革，是一項復雜的系統工程[3]。針對標準數字化過程中涉及的基礎元素、組件及關聯關系分析，提出標準數字化參考模型如圖1所示。

標準數字化的過程中將實體空間中的標準化對象及標準文本按照規則向數字空間進行映射。虛擬對象是標準化對象在數字空間的數字化表示，包含對該對象的特征、屬性、狀態、參數等描述。標準文件在向數字空間映射過程中進行結構化、語義化拆解，抽象成指標項、關系值和指標值的關系模型，并與標準對象進行匹配，形成數字化表征，具備雙向映射、動態交互和實時連接的能力。

從工業互聯網應用場景來看，制造業數字化轉型的大背景下，設備、物料、資產都將以數字化的形態存在于數字空間中，這些資產作為標準化的對象，在現實世界可以通過標準進行規范，但在數字空間中要讓這些標準化對象仍能遵循標準，必須制定在數字空間可實施的數字標準，規范數字世界秩序。

2.2 總體框架

工業互聯網標準數字化建設是一個全面系統的工程，涉及到異構的標準化對象、數字化技術應用、服務模式創新、標準化干系人及配套政策法規等。圖2給出了工業互聯網標準化轉型總體框架。

實體層主要包含標準化對象及執行對象。通過感知識別進行標準化對象及標準應用場景的特征提取，解構歸集成語義要素與需求。標準化執行對象指使用機器可讀標準的對象，這類對象可直接解析標準內容中指標項、指標值并執行相應操作，例如工業相機等質檢終端可按照產品的質量標準對成品進行缺陷實時檢測和自動報警。從標準化對象特征識別，到標準化執行對象的指令執行構成了完整的標準數據價值鏈。

標準數字化基礎設施層是進行標準開發、采集、加工、治理及交易的新型公共服務基礎設施，工業互聯網標準數字化采用該層提供的通用標準標簽集、標準模型、通用知識庫等，采用統一的顆粒度提煉標準的最小信息單元，結合工業互聯網的專業術語庫、圖形庫、知識圖譜等知識庫，經關聯、映射、重組，生成工業互聯網機器可讀標準，并提供標準數據包供上層應用調用。

工業互聯網標準數字化應用層可提供智能推送、自動撰寫、問題回答、自動更新、符合性檢查等新型的標準化增值服務，滿足不同標準化干系人如標準化管理部門、標準編制機構、產業主管部門、應用企業和個人用戶等不同責任主體，在標準化全生命周期不同環節下的標準化需求，支撐于工業互聯網典型應用場景的標準化需求。

安全和監管是工業互聯網標準數字化建設的保障機制，應確保符合國家法律法規，并建立標準數據安全保護機制，包括數據安全、數據可信、標準可信、數據倫理等方面。

2.3 服務模式

標準數字化轉型為標準化工作的創新發展提供了機遇。在數字化技術深度賦能的基礎上，通過挖掘工業互聯網標準數據價值，打通標準研制、應用推廣、實施監督的全生命周期數據鏈條，形成服務于不同責任主體的標準數字化服務模式，構建工業互聯網標準數字化服務新生態，深化標準在成果轉化、產業基礎再造、產業鏈協同方面的引領作用。

工業互聯網標準數字化一方面將遵照ISO、IEC對機器可讀標準分級模型進行推進，另一方面將結合工業互聯網自身螺旋式發展過程中網絡、平臺、安全及數據各要素的標準化需求，以標準促進制造業數字化融合為目的，將標準數據無縫集成到產品制造、企業生產及供應鏈各環節中，實現標準全生命周期數據與工業制造體系生命周期雙閉環，賦能制造業高質量發展。

工業互聯網標準服務模式（見圖3）突破傳統的單一供給模式，形成基于標準知識關聯的標準開發、采集、加工、治理及交易的新型公共服務基礎設施，以業務和應用為牽引，滿足各級標準化管理部門、標準編制機構、產業主管部門、應用企業和個人用戶等不同責任主體不同應用場景下的標準化需求。

3 工業互聯網標準數字化轉型發展路徑

3.1 總體思路

在進行工業互聯網標準數字化轉型過程中，需要根據標準本身的屬性特征（基礎類標準、導則類標準、產品類標準、測試類標準、管理類標準等），以合理的顆粒度對文本內容進行拆解及精細化標記，利用標準信息模型、公共數據字典、語義模型等技術對數據元進行數字化處理，結合人工智能、大數據分析等技術實現機器智能化分析與決策。對于工業互聯網來說，標準數字化其主要需求場景在于如何將工業互聯網標準中確定的指標、參數、公式等應用在制造業全生命周期活動中，以期用標準化手段提高產線生產效率、產品質量及產線協作，形成新的生產模式及產業生態。

工業互聯網標準數字化轉型將沿著形式結構化、數據知識化和智能互操作化方向推進，形成標準數據采集、標準數據解析到標準數據互操作的三階段發展模式。

第一階段主要實施標準的結構化轉換，目標是形成標準的XML格式文檔輸出，成為機器進行數據讀取和處理的基線數據集。對于存量的紙質標準，可采用OCR文字識別技術進行數字化處理，對于增量標準直接利用在線標準編制平臺、軟件等數字化工具制定數字標準，形成工業互聯網標準數據元的數字基座。

第二階段主要是實現機器可讀（對應機器可讀標準Level 3級）。基于標準類型模型及分解顆粒度，對已結構化的標準內容進行拆解及標記，識別標準信息元相互間的關聯關系，實現基于語義化的標準內容訪問或其他復雜操作。

最后一階段是全面實現標準的智能交互。利用人工智能、機器學習等技術對標準知識的語義建模，機器可自主分析決策并為標準化過程提供預測性的內容[4]，實現工業互聯網標準的數字化執行、新標準的自動生成以及標準關聯關系的精準更新與推送。

3.2 發展方向與重點

標準數字化是一個新興的研究領域，工業互聯網標準數字化也處于摸索期，應從體系建設、技術研究、試點推廣三個方向提前進行布局。

（1）體系建設方面：重點需要完成工業互聯網標準數字化頂層設計，構建工業互聯網標準數字化技術體系。明確工業互聯網標準數字化的內涵及外延，挖掘工業互聯網標準數字化轉型業務場景。強化工業互聯網標準化體系與工業互聯網標準數字化體系協同發展機制，加快標準體系中重點領域數字化進程。

（2）技術研究方面：重點需要對工業互聯網標準數據基礎形態治理及數據價值挖掘技術進行攻關，包括標準元數據結構化技術、標準標簽集技術、信息單元標注技術、公共數據字典技術、資產管理殼、自然語言理解技術、語義模型、知識圖譜技術等。另一方面需加快建立工業互聯網數字化標準資源庫、知識庫、工業互聯網標準數字化服務平臺等公共標準化能力工具，推動工業互聯網標準數據要素的共建共享。

（3）試點推廣方面：重點需要開展工業互聯網標準數字化試點示范?？蛇x取電子制造、汽車制造等工業互聯網應用程度較高的行業領域，開展工業互聯網標準數字化試點示范，將標準以數據的形式嵌入企業生產經驗活動中，實現面向企業的現場終端設備、生產控制系統到企業信息系統的縱向對接，聯通上下游企業間供應鏈層面的橫向數據交互，形成跨領域統一的標準數據基座，支撐全產業數字化轉型。

3.3 發展建議

（1）加強工業互聯網標準數字化頂層設計和統籌協調。明確工業互聯網標準數字化的戰略地位，加快工業互聯網標準數字化的頂層設計研究，將標準數字化體系納入工業互聯網標準體系中，構建工業互聯網標準化體系與工業互聯網標準數字化體系協同發展機制。

（2）依據“共性先立、急用先行”原則，加強工業互聯網重點領域標準數字化。加快工業互聯網術語、元數據、信息模型等標準的制定及數字化進程。依托國家級、省部級項目，開展工業互聯網標準數字化試點工作。

（3）深化國際間合作交流。積極參與ISO、IEC等SDOs數字標準化活動，參與ISO SMART標準制定。跟蹤國際數字標準化先進水平，提升標準化開放合作水平。適度借鑒他國成功經驗，特別是德國工業4.0標準數字化工業與工業互聯網標準數字化契合。

（4）加快專業人才培養。我國標準化專業人才培養仍處于上升發展階段，缺乏國際標準化競爭力的領袖型人才。持續加強標準化人才培養，形成有效的知識儲備體系是促進標準高質量、可持續性、數字化轉型的重要抓手。

4 結語

工業互聯網標準數字化是工業互聯網標準本體應對全球數字化發展的必然選擇，也是工業互聯網持續賦能數字經濟建設的新途徑。目前，暫無工業互聯網領域標準數字化轉型發展路徑分析的相關研究，本文結合工業互聯網標準化工作現狀，分析其數字化轉型需求，提出工業互聯網標準數字化轉型參考模型、總體框架及服務模式，明晰工業互聯網數字標準化工作的重點和方向，最后提出相關工作建議，可為推動我國工業互聯網標準數字化研究提供借鑒和指導。

作者簡介

陳潔，通信作者，碩士研究生，工程師，研究方向為工業互聯網體系架構和標準數字化。

沈彬，本科，高級工程師，研究方向為5G+工業互聯網和標準數字化。

朱瑾瑜，碩士研究生，高級工程師，研究方向為確定性網絡及其標準化。

（責任編輯：張佩玉）