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邬贺铨:产业互联网发力新基建的关键点

  在疫情防控与复产复工两手抓的档口,新基建成为恢复中国经济的引擎动力,也让产业互联网迎来新的发展机遇。那么,什么是新基建?要想加快推进产业互联网进程,该从何处入手?中国工程院院士邬贺铨,从新基建的战略与内涵以及在产业转型中的战略地位,进行了系统阐述。在他看来,在新基建概念中,5G尤为重要,5G应用已经扩展到产业互联网、智慧城市和云计算等诸多方面。

  新基建概念与内涵

  在2018年12月份中央经济工作会议中,“新基建”概念首次被提出。这次疫情防控期间,中央多次会议也都强调,加快推进新型基础设施建设。国家发改委也对新基建有一个初步的定义。

  ▲中国工程院院士邬贺铨

  “新基建就是要建设一个节约高效、经济实用、智能绿色、安全可靠的现代化基础设施体系。”邬贺铨认为,实际上新基建包括三个方面的内容:新一代信息基础设施、融合基础设施,创新基础设施。融合基础设施除了智能交通、智慧能源,还有科教的、科技的和产业技术创新的基础设施。其中,以网络基础设施为代表的新一代信息基础设施是主要支柱,包括5G物联网、工业互联网、算力基础设施,还有数字中心、智能计算中心等。

  云计算视觉的产业互联网组成

  而从产业互联网角度看,云计算最主要的基础设施是服务层,是数据中心。可以说,互联网数据中心是产业互联网企业自建的,其中包括虚拟化网络、资源池、安全接入管理、智能安防产业互联网系统。

  产业互联网最核心的技术是云服务,也是工业服务所需要的功能。在云服务里面最基础的是PaaS层,这里面包括开源大数据的软件框架、数据建模与分析的软件,还有人工智能的算法、训练、分析等软件。除了PaaS这个平台,还需要有SaaS、软件支付,这里面有各种各样的公共软件。而云服务商本身的数据存储、计算这些能力要放到数据中心,云服务商也可以向上包容数据中心的功能在里面。

  作为产业互联网的提供者,平台的提供者,不仅有云和数据中心,还需要有产业互联网的核心平台,这里面主要是对应大市场,包括企业数据、行业数据、社会数据和数据挖掘和分析的工具,当然产业互联网供应商本身很大,可以把公有云、私有云这些都包括进去了,甚至还可以自建数据中心,当然也有一些产业互联网平台供应商的云是外包的。

  多数企业还不具有平台提供功能,不提供产业互联网的平台软件,但是它具有产业互联网的应用功能,这里包括企业外网、内网、物联网、边缘计算、网络安全、公共软件数据库、专用大数据和人工智能的处理算法、软件等等。产业互联网一条线,产业平台供应商本身也是产业互联网的应用企业。

  从企业视角来看产业互联网的组成

  产业互联网的组成包括底层的数控机床、联网的仪器仪表,有现成的组件,当然还有一些分布控制系统、现场控制系统、逻辑控制器以及各种各样的传感器等等,对应的是企业的物联网,使用的是传连网的协议。

  产业互联网上还要有一个企业内网,它收集送来的各种各样的数据,在企业内网里有服务器,有监控数据采集系统,当然还有边缘计算。在企业内网里面它的通信协议是由工业以太网的协议,还有TSN协议。工厂收集了这些数据要送到企业,企业里具有工业互联网平台,这个平台上面包含了各种各样的数据库,当然更有云计算。

  产业互联网除了在企业内部以外,当然还会跟外部发生关系,很多企业本身并不都在一个地方,还有它的分支机构以及它的数据库可能放在外面,需要通过外网关联起来,外网一般都走于运营商的网络,但是可以选择运营商的互联网或者运营商的专线,其中选择哪一种根据你企业所需要传输数据的服务质量,高要求的决定。怎么控制选择哪一个呢?企业本身可以通过软件定义来控制局域互联网或者取专线。整个产业互联网本身实际上是从数据采集汇聚、分发,支撑数据发挥生产要素的作用。

  边缘计算

  在云上,很多工业上的传感器、工业机器人、工业VR/AR对时间比较敏感,因此在工业产业上面往往把云的能力分上来,分得靠近数据端,这叫边缘云。

  边缘云负责处理那些对时间敏感的数据,当然它过滤了一些数据在中心云,中心云收集了数据,再下发给边缘云,通过两级云减轻了对中心云的压力,也减轻了对带宽的消耗,同时提供快速响应,增加了可靠性,并且两级云和单级云相比成本还可以节省。

  当然,大企业会自建中心云和边缘云,对于中小企业可能中心云是使用第三方的公有云,边缘云还要自己建,边缘云里面处理分析软件跟企业本身所需要处理的业务内容是相关的。

  企业内网协议

  企业内网协议也是产业互联网的重要组成部分,通信协议早年用的是现场总结,比较简单;但是,国际标准数量很多,实际上兼容性很差,时间没保证。

  工业性比较好的是以太网,如果用传统的以太网的办法使用,效率太低,时延太大,因此现在发展工业以太网。目前,在全球大概一半企业在企业内网都会使用工业以太网,它从高带宽、交换技术和服务技术上面改进了以太网,时间也会有所改进。

  但是,随着生产线自动化程度越来越高,生产线速度越来越快,工业以太网也满足不了这种高速率、低时延的要求,所以未来企业内网要发展延时敏感网络,它也是一个以太网的体系,只是在以太网的第二层加上时间敏感队列,这实际上是一个虚拟局域网,在虚拟局域网里头专门有一个来指定这个IP包括数据流本身的服务质量,一个企业有多种多样的数据包括传感器数据收集要上传,但是并不等于所有数据都是一样的,都是等级那么高的。

  企业里面有温度传感器、湿度传感器会定期上报数据,这些要求不高,但是企业在生产过程中出现一些临时故障,报警的这些数据包要求就高了。我们利用等级区分,当没有别的包来的时候,这个包网能够宣传,B传完C也是要宣传的,继续占用这个时间,到B和C都传完了,这个时候再把A传完,时延敏感网络并不是说要完全靠增加这个网络带宽的时间,实际上是靠网络里面我们抢占低优先包的时间位置,时延敏感网络的包可以透过5G来传输。

  智能化工控软件

  对于企业来说,拥有各种各样的风控软件也同样重要。比如,系统辨识就跟企业生产所有的环节都关联,传统很多企业的ERP本身是在一个表上表现,我们看从哪个车间到哪个车间,从哪个工序到哪个工序。但是在生产过程中总会出现一些不确定性因素,这个时候就是停下来召开临时性的生产沟通会,修改Excel表,这实际上是耽误时间的,我们希望用物联网反映的问题直接修改ERP,但是目前全球只有16%的工业企业在ERP里面使用了物联网数据。

  ERP不仅仅跟物联网的数据关联,还跟5G、大数据、区块链、云计算这些都关联起来,不仅仅是原始的数据送到ERP。我们希望,经过人工智能分析的数据送到ERP,自动化的更新ERP的表,这样执行时间可以缩短25%,到明年全球排名前2000的企业基本上都会这样做。

  智能物联网

  与 5G相提并论的还有“智能物联网”概念,我们知道物联网是感知数据,感知数据送到后台进行大数据分析和人工智能的决策,在过去没有5G之前网络带宽不够,时延比较大,送过去再回来决策已经错过了时实性。现在5G来了,它不仅是高带宽低时延,还是大连接,端到端的时延不超过10秒,丢包率不超过1%,5G的到来使得物联网和云计算充分融合。大数据分析、决策,我们第一时间就回到了互联网终端执行,可以说现在是人工智能+物联网直接的无缝融合。不管物联网、人工智能还是人工智能,都通过5G把它们无缝连接在一起。

  还有一种方式,是直接把人工智能芯片以及开发工具、操作系统和物联网集成在一起,形成智联网的终端,这适用于要求比较高的物联网、超高清的摄像头,这才真正把人工智能和物联网融合。从更进一步的角度看,我们在AIOT的模块里面,还可以嵌入区块链,这样可以保证物联网结构验证、数据加密和授权安全,可以解决数据确权和数据资产化的问题。

  另外,互联网特别要注意安全,这个安全涉及到很多层次,有物理层,有网络通信层,有云平台层,有大数据方面,还有人工智能决策的,涉及到网络边界防护和终端防护,这里面是一个很复杂的系统工程,特别是在产业因为传感器和POC使用量很大,本身的安全防护能力没有那么强,而且它永远在线,因此很容易被木马入侵,成为攻击的的跳板。

  与此同时,这么多传感器,一个一个验证加密,这个过程非常复杂,所以我们需要高可靠、快速的进行验证。

  产业互联网安全体系

  产业互联网可能会用到数字孪生,也就是说把实际场景的数据通过远端传到网上,中间可能经过外网,因此这个数据要防止被篡改和劫持。

  对于一个企业来讲我们要加强企业安全,增强企业的安全性。仅此还不够,由于网络安全是一个社会问题,企业安全还需要争取外部的支撑,比如说我们原来使用风控系统的设备供应商,我们希望从他那里得到安全服务,从社会上的网络安全厂商那里得到基础支撑,我们需要从运营商那里得到网络流量异常的告警,还需要从政府部门提供的更多数据中实现企业上下游的安全防护,形成协同联动效应。

  产业互联网可以应用到各个生产环节。举个例子,比如说数字建模环节,协同设计、生产加工过程的机器人控制,还有产品质量检测VR/AR的应用,还有数字孪生,做预防性的维护,以及供应链管理和云上管理,应该说所有的软件都可以得到产业互联网的应用。

  产业互联网不仅仅需要新兴技术,还需要有制造技术的支撑,除此之外还有专用的技术,包括传感器、接收器、POC、MES制造系统、ERP等等,除了产业制造技术,还有产业材料、机器、测量、维护、机器、建模。

  总之,产业互联网要发力新基建,要深入实施工业互联网创新发展战略,协同推进工业互联网基础设施和数据资源体系建设,发挥技术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据服务。特别需要强调的一点是,产业互联网是要把数据资源调动起来,发挥数据的基础资源作用和创新引擎作用。

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