“5G 工业互联网”的关键技术与发展趋势.pdf

2 0 2 3年8期 5 5 2 0 2 3年第4 5卷第8期“5 G+工业互联网”的关键技术与发展趋势莫佑锟收稿时间:2 0 2 3-0 6-1 1作者简介:莫佑锟(1 9 8 0-),本科,工程师,研究方向为通信工程规划设计。(广西通信规划设计咨询有限公司 南宁5 3 0 0 0 0)摘 要 工业互联网由网络、平台、安全三大体系共同构成。其中,网络体系由网络互联、数据互通和标识解析3部分共同构成。网络互联可以让要素之间的数据传输得以进行,数据互通可以让要素之间的传输信息得以相互理解,标识解析可以让要素的标记、管理和定位得以完成。在此过程中,有线网络仍占据很大的比重,实时工业以太网非常适合成为通信主干网,现场总线技术在设备级通信中有着很大的影响,5 G等新技术则使无线网络由补充技术向主要组成的方向加快发展。在数据交互方面,加快信息建模技术的发展,推动I T和O T相结合的多源异构数据的共享、传递和交互。在具体实践过程中,建议有关企业根据行业的实际需要,提前建设工业互联网的网络设施,加快对工业互联网关键技术的测试验证,并在实践过程中不断完善工业互联网的网络体系。关键词:工业互联网;网络;关键技术;发展中图法分类号 T P 3 9 3.0 9K e yT e c h n o l o g i e sa n dD e v e l o p m e n tT r e n d so f“5 G+I n d u s t r i a l I n t e r n e t”MOY o u k u n(G u a n g x iC o mm u n i c a t i o nP l a n n i n ga n dD e s i g nC o n s u l t i n gC o.,L t d.,N a n n i n g5 3 0 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t T h e I n d u s t r i a l I n t e r n e t i s c o m p o s e do f t h r e e s y s t e m s:n e t w o r k,p l a t f o r ma n ds e c u r i t y.Am o n g t h e m,t h en e t-w o r ks y s t e mi sc o m p o s e do f t h r e ep a r t s:n e t w o r ki n t e r c o n n e c t i o n,d a t a i n t e r o p e r a b i l i t ya n di d e n t i f i c a t i o na n a l y s i s.N e t-w o r k i n t e r c o n n e c t i o na l l o w sd a t a t r a n s m i s s i o nb e t w e e ne l e m e n t s t ob ec a r r i e do u t,d a t a i n t e r o p e r a b i l i t ya l l o w s t h e t r a n s-m i s s i o n i n f o r m a t i o nb e t w e e ne l e m e n t s t ob em u t u a l l yu n d e r s t o o d,a n d i d e n t i f i c a t i o na n a l y s i s a l l o w s t h em a r k i n g,m a n a g e-m e n ta n d p o s i t i o n i n g o fe l e m e n t st o b e c o m p l e t e d.I n t h i s p r o c e s s,w i r e d n e t w o r k s w i l ls t i l lo c c u p y al a r g ep r o p o r t i o n.R e a l-t i m e i n d u s t r i a lE t h e r n e t i sv e r ys u i t a b l e f o rb e c o m i n ga c o mm u n i c a t i o nb a c k b o n en e t w o r k.F i e l d b u s t e c h-n o l o g yh a sag r e a t i m p a c to nd e v i c e-l e v e l c o mm u n i c a t i o n.N e wt e c h n o l o g i e s s u c ha s 5 Gm a k ew i r e l e s sn e t w o r k s c o n s i s t o fc o m p l e m e n t a r yt e c h n o l o g i e s.A c c e l e r a t ed e v e l o p m e n t i nt h ed i r e c t i o no fm a i nc o m p o n e n t s.I nt e r m so fd a t ai n t e r a c t i o n,a c c e l e r a t e t h ed e v e l o p m e n to f i n f o r m a t i o nm o d e l i n g t e c h n o l o g y,a n dp r o m o t e t h es h a r i n g,t r a n s m i s s i o na n d i n t e r a c t i o no fm u l t i-s o u r c eh e t e r o g e n e o u sd a t ac o m b i n i n gI Ta n dO T.I nt h es p e c i f i cp r a c t i c ep r o c e s s,i t i sr e c o mm e n d e dt h a tr e l e v a n te n t e r p r i s e sb u i l dt h en e t w o r kf a c i l i t i e so f t h e I n d u s t r i a l I n t e r n e t i na d v a n c ea c c o r d i n gt ot h ea c t u a l n e e d so f t h e i n d u s t r y,s p e e du pt h e t e s t i n ga n dv e r i f i c a t i o no fk e yt e c h n o l o g i e so f t h e I n d u s t r i a l I n t e r n e t,a n dc o n t i n u o u s l y i m p r o v e t h en e t w o r ks y s t e mo f t h e I n d u s t r i a l I n t e r n e t i nt h ep r o c e s so fp r a c t i c e.K e y w o r d s I n d u s t r i a l i n t e r n e t,N e t w o r k,K e yt e c h n o l o g i e s,D e v e l o p m e n t0 引言近年来,我国许多工业龙头都积极开展了该领域的研究,并取得了良好的成果。此外,当前我国的工业互联网应用仍然存在一些问题和弊端,如投资与生产的比例偏低、中小企业的普及率偏低、核心业务的应用不够深入等,需充分利用市场的主导地位,借助政府的力量,通过树立标杆典型、完善公共服务、推动技术融合、完善工业生态等,促使更多的企业将工业互联网的理念、技术、模式与自己的业务紧密联系起来,加快其数字化转型与高质量发展。1 工业互联网的重要性作为公司数字化经营的基石,工业互联网以安全生产为主要目的,对风险源的监控、安全监管等问题进行了深入讨论。其中,部分工业互联网平台可以构建“人、机、物”互联的安全生产管理系统,为企业提供了安防、火灾、矿山等的安全监测、安全生产等方面的支持,促使企业做出了科学、准确、及时的综合决策,从而提高了政府、园区、企业的综合监管能力,改善了环境质量,强化了生产安全,降低了企业的经营成本,最终达到了园区管理精细化、决策科学化和服务高效化的目的1。目前,我国在生产安全与隐患排5 6 2 0 2 3年8期查整治工作中,使用的信息化体系的类型较为齐全,但整体应用程度较低。这是因为各个信息化系统的服务类型比较简单,且系统之间相对孤立,还没有完全建立起一个互联互通的应用模型。因此,利用工业互联网、云服务等信息技术,基于工业互联网平台,开发基于工业互联网的安全生产创新应用,是一种符合现代企业发展与数字化管理体制的新潮流,对提升公司安全管理和隐患排查治理能力、加强安全生产监督管理、强化应急处置与指挥调度能力等,都具有重要意义。2 “5 G+工业互联网”时代下高端装备智能制造面临的挑战 随着现代化进程的加快,我国已经迈入“5 G+工业互联网”的时代。在此情况下,更多的现代科技进入制造业,促进了制造业的高质量发展。作为企业的管理者,必须把握新技术革命与行业转型的机会,实现对高端设备的智能制造。随着“5 G+工业互联网”的来临,当前的高端装备智能化制造也面临着新的挑战。(1)随着“5 G+工业互联网”的发展,智能化高端设备以及相关领域的技术人员,都存在巨大的缺口。在传统的制造业发展中,企业很少使用智能制造技术,对现代技术的应用较少。但随着“5 G+工业互联网”的发展,在高端设备的智能制造中,有关人员必须充分利用现代化技术,建立一个更加完善的智能制造系统。在这种情况下,需要更多的技术类人才。但对于现在的制造业企业而言,某些专业的人才极度缺乏,难以推进高端装备的智能化生产。(2)在当前的高端设备智能化生产过程中,很多企业的信息化水平相对较低。随着“5 G+工业互联网”时代的来临,企业需要加大内部改革力度,完成内部网络、生产设备和生产线的改革,以满足应用5 G技术的条件。但在目前的情况下,部分企业的数字化程度和网络建设还不完善。在这种情况下,不能充分利用现代技术的优势,也不能有秩序地推动企业的智能化转型升级。3 工业互联网与行业融合的应用方法3.1 业务层(1)选择集成应用策略。针对各产业特征和发展水平的差异性,从研发设计、生产制造、智能产品、服务创新和商业营销等方面入手,结合产业发展的整体趋势,制定集成应用策略。(2)基于数据驱动。对数据驱动下的数据驱动机制进行分析,提出一种基于数据驱动的多目标协同优化方法,并在该基础上对数据驱动的模型进行验证2。与产品服务有关的情景计划,需要利用工业互联网,对市场服务、基于平台的供应链融资等方面进行创新,创造增量价值。(3)实现资源组织模式的创新,构建适合工业互联网的组织结构,以实现对生产过程的数字化改造。3.2 能力层(1)普适性感知,即利用传感器或软件,提高管理者对重要设备、生产环境、生产运营过程等关键节点和生产运营过程的状态认知。(2)基于I C T智慧化决策,以I C T为基础,对各层级、各业务、各流程进行信息化转型,并以大范围、深度的大数据为基础,提高决策的科学性。(3)灵活反应,即通过工业互联网实现与外界的互联互通,快速响应市场变化,以适应客户的多元化要求。(4)动态优化,即借助工业互联网优异的计算能力和大量的实时数据,根据现实状况对企业的运行和生产流程进行优化,从而实现全局化和精细化管控的目的。3.3 系统层为实现上述能力,还需对行业互联网的实施配置进行描述。从总体上看,可将其分为4个层级,即设备层、边缘层、企业层和产业层。其中,设备层和边缘层分别包含了边缘设备访问、工业数据采集、控制信息传输等内容,且重点关注了设备的安全性和控制的安全性。企业层由企业生产制造、经营决策、产品全生命周期管理等各类业务系统组成,提高了各工序、各业务、全流程的运行效率和管理水平。产业层的工作重点是通过跨企业的网络化链接与产业协作平台,提高跨企业、跨区域的信息互联效能,实现最优的供应链资源分配。4 工业互联网的发展现状4.1 工业互联网备受市场关注近年来,工业互联网在市场上引起了广泛关注,其重要原因是政府建立了一个工业互联网特别工作组。工业互联网专项小组的成立,是我国产业升级的关键环节,它将带来巨大的产业投资,并在后续持续政策的支持下,促进工业互联网的快速发展,帮助制造业的产业升级。专项小组的成立,标志着我国在工业互联网领域中,建立了一个政策层面的最高决策机构,这也是我国对发展工业互联网的决心的重要表现。4.2 工业互联网发展的深层背景从经济结构上看,经济结构变化会对经济发展产生巨大的影响。未来,劳动力数量将逐渐减少,随着人口老龄化越来越严重,将对智能制造产生巨大的需求。劳动力数量的减少会导致人力成本增加,从而推动制造业向着智能化和自动化的方向发展。目前,我国的低成本、环保要求较低的劳动力密集型行业,往往会向东南亚等地迁移。同时,出于对自动化和智能化生产的需要,部分中、高档工业也有向欧美工业回流的趋势,我国的制造业面对着两种压力。这两大领域与工业互联网的发展密不可分。在工业互联网,使用了3项核心技术。(1)连接。它可以帮助企业将水平和垂直领域,线上和线下进行连接,将销售网络、信息网络和工业网络连接起来。(2)“云”。例如,移动信息2 0 2 3年8期 5 7 “云制造”“云计算”“互联网”和“制造”的结合,就是“云”的融合,“云”是当前高端制造领域的核心竞争力,也是进入“云”领域的核心。(3)网络安全性。其直接关系到工业互联网的发展。4.3 智能制造模式下,企业的新需求是直接因素我国的制造业大而不强,自主创新水平较低。目前,在发展动能转换和国际竞争日益激烈的情况下,大力发展智能制造,是实现工业强国战略目标的重要路径。利用互联网、大数据和云计算等技术,企业能更准确地预测客户需求,从而实施灵活的生产,并对整个生产流程进行监督,达到降低服务成本的目的。5 工业互联网的发展趋势5.1 智能化趋势随着人工智能、大数据、云计算等技术的飞速发展,“互联网+”理念给各行各业带来了巨大的便利,未来的工业互联网将与高新技术融合,并进行持续的创新,使工业装备越来越智能化3。目前,以智能控制、3 D打印和工业机器人为代表的智能制造装备的发展,为工业互联网的发展提供了现实支撑。在传统的工业生产方式中,机械、设备和系统网络是构成工业生产的3个关键要素,而在工业互联网背景下,关注这3个要素的交互作用,将其与智能传感器和控制器相结合,并利用系统的软件和硬件对其进行控制,提升了工业生产的品质和效率。5.2 网络安全性趋势在工业互联网的帮助下,工业生产不同于传统的运行方式,在工业互联网的推广和发展过程中,其涉及的信息数据的安全问题越来越受到人们的关注。而在这个过程中,网络安全状况将直接影响工业互联网的发展。因此,如何提升工业互联网的安全性,是一个值得深入研究的问题。在工业互联网的安全问题上,既要通过网络技术的创新来提升安全保护水平,也要通过国家的政策法规来提高安全保护能力。在此背景下,美国 制造业与工业控制系统安全保障能力评估 草案、欧洲 工业控制系统网络安全白皮书等均从政策层面对其进行了保护,而我国的工业互联网发展时间尚短,其安全标准尚待完善。5.3 网络标准化趋势通过对工业互联网内涵的分析可以知道,网络是工业互联网的基础,若想实现网络互联和技术创新,则离不开系统安全性的提升。上文对网络安全性发展的趋势进行了分析,而安全性的发展离不开工业互联网标准化的发展。例如,美国提出了“先进生产”,德国提出了“工业4.0”,这些都是在互联网上发展起来的。在此基础上,我国有关主管部门开展了智能制造标准化工作,目前已取得了很大的进展。5.4 标识解析技术在工业互联网,识别技术是一种能对生产过程中的实体与虚拟资源进行识别的符号。在工业互联网内,标识解析则是一种可以通过标识代码来查询目标对象的网络位置或相关信息的系统设备,它按功能可以划分为标识数据采集、标签管理、标识注册、标识解析、数据处理及标识数据建模等类型。其中,识别数据建模为特定领域的应用构建了识别数据服务模型,并以一个统一的识别为基础,在不同的信息系统中建立了目标联系,为它们提供目标信息服务。本项目提出了以“身份标识”为基础,以信息共享为基础,将与之相关联、相联系的工业互联网标识解析系统,并以此为基础,提出了一种面向工业数据来源的、可溯源的、可跟踪的、可管理的、可集成的、可扩展的、可持续的、具有自主知识产权的、可快速且可持续发展的工业互联网识别系统,以支持工业数据的源头溯源与管理。6 结语在信息化时代,重视网络信息技术在行业中的运用,对促进行业的发展和产业结构的升级具有十分重要的作用。随着新信息技术和传统工业体系的融合,工业互联网给传统行业带来了巨大的变革。因此,企业管理者必须关注工业互联网的发展,了解其内涵和核心因素,并关注其发展,探索其发展的方向和规律。目前,国家有关部门非常关注工业互联网,在机械自动化、数字化、智能制造等领域投入了大量的资源,不断地完善着工业互联网的标准和研发工作。未来,工业互联网将会拥有更广阔的发展空间。参考文献1任保平.工业互联网发展的本质与态势分析J.人民论坛,2 0 2 1(1 8):4.2工业互联网产业联盟.工业 互联 网信 息 模型 白皮 书R.2 0 2 0.3工业互联网产业联盟.5 G/5 G-AUR L L C场景需求 白 皮书R.2 0 2 2.移动信息