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关于培育工业互联网全产业生态的思考 以青岛市为例胡春燕(中共青岛市委党校,山东 青岛2 6 6 0 7 1)摘 要 工业互联网全产业生态包括产业支撑、网络基础、平台体系、融合应用、安全保障、生态体系和开放合作等内容。青岛市工业互联网在网络基础、平台体系、融合应用等方面具备一定发展优势,下一步围绕打造工业互联网全产业生态,应当凝聚推动工业互联网的新一轮发展合力,循序渐进拓展市场,提升产业辐射能力,重视营造工业互联网技术研发和产业孵化生态,聚焦基础科技研发和产业化发力,解决“卡脖子”问题,并把工业互联网安全放在重要地位,筑牢工业互联网发展基础。关键词 工业互联网 产业生态 底层技术研发 中图分类号 F 4 2 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 83 6 4 2(2 0 2 3)0 40 0 7 20 4收稿日期:2 0 2 3-0 4-1 5作者简介:胡春燕,中共青岛市委党校科研部副教授。青岛市于2 0 2 0年初提出大力发展工业互联网产业,经过近几年的发展,工业互联网平台建设取得积极成效,利用工业互联网实现技术改造的企业数量快速增加,工业互联网产业生态进一步丰富和完善,先发效果得到了初步体现。但面对国外在工业互联网关键技术方面的优势,面对国内城市间发展工业互联网的激烈竞争态势,青岛市要实现从先发到领跑,就要尽快谋篇布局工业互联网全产业生态,巩固做强平台、深度赋能百业、突破关键技术,在青岛把我国发展工业互联网中最薄弱的底座相关实体产业培育起来并发展壮大,为制造业立市再添生机活力,为数字经济跨越发展奠定坚实基础。一、工业互联网发展的战略背景及概况(一)我国工业互联网发展的战略背景我国发展工业互联网是党中央作出的重要战略部署。2 0 1 7年1 2月8日,中共中央政治局就实施国家大数据战略进行集体学习,习近平总书记指出,要深入实施工业互联网创新发展战略,系统推进工业互联网基础设施和数据资源管理体系建设,发挥数据的基础资源作用和创新引擎作用,加快形成以创新为主要引领和支撑的数字经济。同年,国务院 关于深化“互联网先进制造业”发展工业互联网的指导意见 发布实施,擘画了我国工业互联网从2 0 1 7年到2 0 5 0年的远景蓝图和发展路线图。(二)世界工业互联网的发展概况工业互联网是新一代信息技术与制造业深度融合的产物。近年来,世界主要经济体都高度重视工业互联网发展,取得了积极进展。1.我国将工业互联网作为重要制造业发展战略加以推动。我国工业互联网发展在框架、标准、测试、安全、国际合作等方面都取得了显著成效,成立了汇聚政产学研等各类产业资源的工业互联网产业联盟,发布 工业互联网体系架构 工业互联网标准体系框架 等,涌现出一批领军平台和企业。我国提出工业互联网发展水平要走在国际前列、争取实现并跑乃至领跑的目标,到2 0 2 5年基本形成具备国际竞争力的基础设施和产业体系,到2 0 3 5年在重点领域实现国际领先,到2 1世纪中叶工业互联网综合实力进入世界前列。2.德国通过工业4.0计划推动工业互联网发展。2 0 1 3年4月,德国联邦政府推出“工业4.0”计划。其核心功能是建立虚拟网络与实体物理融合系统,推动“智能+网络化”的纵向集成、端对端集成和横向集成,从而促进企业内、企业间、生态圈的集成和协同。3.美国采取政企联动方式推动工业互联网发展。2 0 1 2年美国推出国家制造业创新网络计划,联邦政府成立先进制造技术测试床、卓越制造中心、卓27中共青岛市委党校 青岛行政学院 学报J O U R N A LO FT H EP A R T YS C H O O LO FC.P.C.Q I N G D A OM U N I C I P A LC OMM I T T E E2 0 2 3年第4期N o.4,2 0 2 3越材料制造中心来推进智能制造感知控制等关键技术研发,引导制造业企业将工业互联网平台建设一并统筹。2 0 1 4年3月,美国五家制造业领军企业联合其他企业宣布成立工业互联网联盟,推动工业互联网在商业上进入快速应用推广阶段。4.其他国家和经济体也在积极推动工业互联网发展。2 0 1 5年日本提出“工业4.1 J”计划,主要是采用工业互联网技术将日本分散在世界各地的工厂串联起来,形成智能工厂环境。大部分欧盟成员国工业机器人拥有量超过全球平均水平,其中意大利跨国公司同有关国际组织投入1 3 0多亿欧元为企业提供经费并支持企业增加研发费用,为工业4.0开发创新型技术提供解决方案。瑞士企业A B B集团、爱尔兰企业D a v r aN e t w o r k s发力工业互联网底层技术和垂直领域,均取得积极成果。二、工业互联网全产业生态解析(一)从国家战略任务角度解析工业互联网全产业生态根据国务院 关于深化“互联网先进制造业”发展工业互联网的指导意见,我国对工业互联网全产业生态的总体概括为工业互联网通过系统构建网络、平台、安全三大功能体系,打造人、机、物全面互联的新型网络基础设施,形成智能化发展的新兴业态和应用模式。由此引申细化,国家部署推进了七项主要任务,实际上共同构成了一个完整的工业互联网产业生态。这七项任务分别包括网络基础、平台体系、产业支撑、融合应用、生态体系、安全保障、开放合作。(二)从技术功能要素角度解析工业互联网全产业生态总结国内外机构和学者的观点,从技术功能要素角度解析工业互联网全产业生态大约有五种表述。1.工业互联网全产业生态分为边缘层、平台层和企业层1。边缘层指需要被采集数据的工业设备,具体包括设备接入(对海量设备进行连接和管理)、协议解析(利用协议转换实现工业数据的互联互通和互操作)、边缘数据处理(通过运用边缘计算技术,实现错误数据剔除、数据缓存等预处理以及边缘实时分析,降低网络传输负载和云端计算压力);平台层是核心,用于分析、管理采集到的数据,具体包括为工业用户提供海量工业数据的管理和分析服务,积累沉淀不同行业、不同领域内技术、知识、经验等资源,实现封装、固化和复用,在开放的开发环境中以工业微服务的形式提供给企业,打造完整、开放的工业操作系统;企业层则是指将工业互联网技术应用于企业,具体包括通过自主研发或者是引入第三方开发者的方式,平台以云化软件或工业A p p形式为用户提供设计、生产、管理、服务等一系列创新性应用服务,实现企业价值的挖掘和提升。而提供这三个要素的相关企业和机构,共同构成了工业互联网产业生态。2.工业互联网全产业生态分为资产层、集成层、通信层、信息层、功能层和业务层2。其中资产层表示所有实体组件;集成层对资产进行数字化表示;通信层提供数据传输的协议和网络;信息层负责管理和存储信息;功能层和业务层则与前文的平台层、企业层类似。同样,工业互联网产业生态即由提供这些功能要素的相关企业、机构集合而成。3.工业互联网全产业生态分为数据采集层、基础设施层、平台服务层和应用服务层3。数据采集层通过传感器实时搜集工业数据;基础设施层为工业互联网平台各功能的实现提供物理硬件支撑;平台服务层是核心系统,集成了数据清洗、数据分析、数据管理、智能建模、智能算法等功能;应用服务层则是针对不同的应用场景将管理服务层的功能进行软件化,从而形成可实践的应用。为这四层要素提供产品和技术服务的企业、机构即构成工业互联网产业生态。4.工业互联网全产业生态分为设备层、网络层、平台层、软件层、应用层和安全体系4。设备层包括智能生产设备、网络连接终端、生产现场智能终端、嵌入式软件和工业数据中心;网络层包括工厂内网和外网;平台层能够实现海量异构数据汇聚与建模分析、工业经验知识软件化与模块化、各类创新应用开发与运行,从而支撑生产智能决策、业务模式创新、资源优化配置、产业生态建设;软件层包括研发设计、信息管理和生产控制软件,是帮助企业实现数字化价值的核心环节;应用层包括垂直行业应用、流程应用和基于数据分析的应用;安全体系渗透在以上各个板块中,是产业重要的支撑保障。5.工业互联网全产业生态分为核心层、应用层和接口层5。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,如系列产品的核心功能、数据处理分析技术、核心建模和算法、数据集成管理等;应用层为平台架构中具有多样性特征的外围模块,如细分市场的衍生产品、工业软件系统中的微服务模块、平台的个性化拓展服务、企业定制工业A p p等,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,如网关、通信协议、行业标准、数据转换等。提供这些要素的企业、机构构成工业互联网产业生态。(三)比较与结论从以上对工业互联网产业生态的解析来看,各有37中共青岛市委党校 青岛行政学院 学报J O U R N A LO FT H EP A R T YS C H O O LO FC.P.C.Q I N G D A OM U N I C I P A LC OMM I T T E E2 0 2 3年第4期N o.4,2 0 2 3不同、存在差异,有的产业分层较为概括,有的则分层较细。但是仔细分析后,各种分类又有相通之处,有的对同一类分层只是有概括和细化的区别,如对于网络基础层,有的就细化为资产层、集成层、通信层、信息层。有的分层有交叉,但其功能和所指的企业群体是一样的。如对“边缘层”的定义就较为宽泛,实际上包括了网络基础和安全保障等内容。因此,总体上各方面各种对工业互联网产业生态的解析异中有同,其背后对于工业互联网的规律性认识是一致的。但是,要特别指出,对于工业互联网全产业生态,有广义和狭义之分。我国从国家战略任务角度看待工业互联网产业生态时采用了广义的概念,即在网络、平台和应用之外,还把产业支撑、生态体系、开放合作作为产业生态的有机组成部分。而其他的机构和专家都采用了狭义的概念,聚焦于网络、平台、应用和相关基础设施,其实也将狭义概念所延伸的生态要素隐含包括在全产业生态之中。相关比较和相互关系如图1所示(虚线表示该要素可延伸通用):图1 工业互联网全产业生态解析 三、对完善青岛工业互联网全产业生态的建议青岛市发力工业互联网发展已有八年时间。青岛市互联网工业发展行动方案 提出要培育全国领先、行业主导的互联网工业平台,打造智能工厂或互联工厂,建设自动化生产线或数字化车间,促进传统制造业转型升级和提质增效,新业态新模式不断发展壮大。2 0 2 0年以来,青岛市相继出台 打造世界工业互联网之都规划方案 工业互联网三年攻坚实施方案 工赋青岛专项行动计划 等,推动工业互联网发展不断深入。目前,青岛市工业互联网平台体系发展在全国具有领先性,在双跨平台、垂直行业平台、关键技术平台方面数量众多、整合能力强。“工赋青岛”作为典型案例受到山东改革品牌表彰。下一步围绕完善工业互联网全产业生态,青岛市应当在以下五个方面积极推进。(一)围绕锻造“长板”持续发力青岛市已经调动各种资源形成合力来推动工业互联网产业生态发展,具备了很好的条件。在网络基础方面,青岛市的5 G网络、企业内网铺设已经比较广泛,具备很高的覆盖率和传输效率,平台基础方面,青岛市已培育出像卡奥斯这样的全国工业互联网“双跨”平台第一名的企业,同时还有很多细分行业工业互联网平台。在生态体系方面,青岛市在产业聚集、场景应用、标准制定、人才政策等方面先行探索,系统化、整体性推动全市工业互联网发展工作,促进政府和企业联动、部门间协同,推出了系列工作的组合拳。在开放合作方面,青岛市积极推动工业互联网平台开拓市场,在区域和行业上同时发力,同时也参与甚至47中共青岛市委党校 青岛行政学院 学报J O U R N A LO FT H EP A R T YS C H O O LO FC.P.C.Q I N G D A OM U N I C I P A LC OMM I T T E E2 0 2 3年第4期N o.4,2 0 2 3主导了部分国际工业互联网的技术研讨、标准制定工作。这些工作上的优势有必要进一步巩固和强化,努力营造工业互联网发展的最优产业生态,围绕产业链全力培育和招商各类企业,尽快使青岛成为工业互联网相关产业最为聚集的城市。(二)清醒认识我国工业互联网全产业生态短板和发展潜力我国工业互联网的总体发展仍存在许多短板,特别是产业支撑能力不足,核心技术和高端产品对外依存度较高,这已经成为我国工业互联网发展亟待解决的问题。一是核心技术瓶颈较为明显。在开源平台方面,我国排名靠前的工业互联网平台如卡奥斯、航天云网、东方国信等基本全部采用国外的开源软件,工控实时操作系统基本由国外操作系统垄断,这种依赖国外技术的情况制约了我国工业互联网平台自主研发建设。二是基础和高端工业软件受制于 人。全 球 超 过9 0%的 工 业 软 件(如C A D、ME S、P LM等)市场由西门子、P T C、达索等国外企业占领,我国研发设计类软件的国产化率不足5%,运维服务类软件国产化率仅约3 0%。自中美经贸摩擦以来,美国针对“实体清单”上的中国企业进行工业软件禁用限制,此类工业软件多达1 5 0余种,对我工业互联网建设造成阻碍。三是关键硬件卡脖子问题严重。超过9 5%的高端工业控制硬件市场被国外厂商垄断,在高端P L C(可编程逻辑控制器)方面,西门子、罗克韦尔、施耐德、三菱、G EF a n u和欧姆龙是 主 力 军。在D C S(集 散 控 制 系 统)方 面,A B B、爱默生、西门子和霍尼韦尔是世界巨头,占据了全球主要的过程控制领域市场。补足这些短板,应当是青岛市培育工业互联网全产业生态的发力点,也提供了很难得的产业发展机遇。(三)向建设工业互联网之都2.0版迈进青岛市培育工业互联网全产业生态,必须面向工业互联网的底层基础产业,大力发展工业互联网相关的新一代信息技术产业,迅速形成产业高地,建设工业互联网之都2.0版。青岛市应当向突破工业互联网的关键技术发力、向制造工业互联网的基础设备发力、向研发工业互联网的核心工业软件发力,解决制约我国工业互联网下一步发展的卡脖子问题,聚焦工业互联网核心产业环节,积极推进关键技术产业化进程。按照国家部署,青岛市应当加快工业互联网关键网络设备产业化,开展I P v 6、工业无源光网络、时间敏感网络、工业无线、低功耗广域网、软件定义网络、标识解析等关键技术和产品研发与产业化;应当研发推广关键智能网联装备,围绕数控机床、工业机器人、大型动力装备等关键领域,实现智能控制、智能传感、工业级芯片与网络通信模块的集成创新,形成一系列具备联网、计算、优化功能的新型智能装备;应当积极开发工业软件,聚焦重点领域,围绕生产流程优化、质量分析、设备预测性维护、智能排产等应用场景,开发工业应用软件,实现产业化部署。(四)重视营造工业互联网技术研发和产业孵化生态工业互联网底层技术与5 G、新一代网络、物联网、区块链紧密相关,会成为未来技术的先导技术。青岛市打造工业互联网之都2.0版,不仅应在应用场景和产业聚集方面下功夫,更应当成为工业互联网技术研发和产业孵化的聚集地。这种技术研发,包括基础技术研究和应用技术开发,青岛市可以以应用技术研发为中心,打造技术研发和产业高地,培育相关产业生态,集合驻青高校专业力量,形成研究氛围,并以龙头企业为载体,校企联合开展技术攻关,抢占工业互联网研究先机;对于国内这方面有一定基础和优势的企业资源,也需要定向积极引进和培育;同时加强人才、金融等基础资源保障。(五)高度重视工业互联网安全青岛市在推动工业互联网健康快速发展的同时,须高度重视相关网络安全问题,抓紧攻关争取在工业互联网安全底层技术方面尽早取得突破,为产业发展打下坚实基础。工业互联网作为大量产业信息的传输网络,其安全涉及国家产业安全,有重要基础地位。青岛市发展工业互联网、培育全产业生态,应当将抓好工业互联网安全作为重点工作:一是塑强安全意识,重视保障工业互联网生态中的主权安全和商业安全;二是引导企业在突破关键技术,设备互联中构建防火墙、解决无线网络信息频率互扰等问题;三是抓紧引进一批为工业互联网安全底层技术提供解决方案的企业,培育工业互联网安全产业,使其成为为工业互联网生态保驾护航的重要产业门类。参考文献:1祝毓.国外工业互联网主要进展J.竞争情报,2 0 1 8(6):5 9-6 5.2肖鹏.工业互联网体系架构概貌E B/O L.2 0 2 3-0 4-1 0.h t t p s:/m.1 6 3.c o m/d y/a r t i c l e/F 9 N 5 7 V R 7 0 5 1 8 C 0O T.h t m l.3工业互联网平台白皮书(2 0 1 7年)E B/O L.2 0 2 3-0 4-0 9.h t t p:/a i i-a l l i a n c e.o r g/u p l o a d/2 0 2 0 0 3/0 3 0 2_1 4 2 9 3 9_4 9 0.p d f.4胡世良.打造工业互联网产业生态 推动工业制造高质量发展J.通信管理与技术,2 0 2 0(8):9-1 2.5吕铁.我国工业互联网产业的变革路径探究:从平台系统架构视角出发J.人民论坛,2 0 2 0(7):1 4-2 2.责任编辑:马秀贞57中共青岛市委党校 青岛行政学院 学报J O U R N A LO FT H EP A R T YS C H O O LO FC.P.C.Q I N G D A OM U N I C I P A LC OMM I T T E E2 0 2 3年第4期N o.4,2 0 2 3