5G賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)面對的挑戰(zhàn)

如果說2018年是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的元年，2019年則是5G商用元年。當5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相遇，碰撞后會有怎樣的能量爆發(fā)，本文從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念；國內(nèi)主要工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺列舉；國際主要工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺之西門子——MindSphere；5G賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)面對的挑戰(zhàn)；四個方面進行闡述。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念

2012年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念正式提出，使大量設(shè)備相連有了真實落地的意義，大數(shù)據(jù)分析、云計算開始真正在工業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)造價值。

我們先來看一下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的兩版官方定義：

1、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是鏈接工業(yè)全系統(tǒng)、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈，支撐工業(yè)智能化發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，是新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合所形成的新興業(yè)態(tài)和應(yīng)用模式，是互聯(lián)網(wǎng)從消費領(lǐng)域向生產(chǎn)領(lǐng)域、從虛擬經(jīng)濟向?qū)嶓w經(jīng)濟拓展的核心載體。

2、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是開放、全球化的網(wǎng)絡(luò)，通過將人、數(shù)據(jù)、智能資產(chǎn)和設(shè)備連接起來，并結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，達到提高生產(chǎn)力和工作效率、降低成本、減少資源使用的目標。

我的理解：通俗而言，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是將互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)系統(tǒng)連接融合。

網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全三要素實時高效互聯(lián)互通，將先進計算、感應(yīng)技術(shù)、智能分析技術(shù)應(yīng)用于工廠的內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)，是新興產(chǎn)業(yè)與新興工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的新方向。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)——來源：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟

國內(nèi)主要工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

從2018年初到2019年中，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行動計劃(2018-2020年)》三年行動計劃；先后成立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略專家委員會、中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院；有4類72個項目入選試點示范項目；國內(nèi)已有50多家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在深度發(fā)展，例如：COSMOPlat平臺（海爾）、INDICS+CMSS（航天云網(wǎng)）、FusionPlant（華為云）、ET工業(yè)大腦平臺（阿里云）、根云（樹根互聯(lián)）、浪潮云工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺（浪潮集團）、天翼云工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺（中國電信）、木星工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺（騰訊云）、漢云工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺（徐工）等。

國際主要工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺之西門子——MindSphere

2016年4月：MindSphere在漢諾威工業(yè)博覽會上西門子正式發(fā)布，其是基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)；2017年6月：在西門子亞太首個數(shù)字化體驗中心落成；2018年7月9日：西門子和阿里巴巴旗下的云計算公司阿里云在柏林簽署備忘錄，攜手共同推進中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

2019年4月，漢諾威工業(yè)博覽會上，西門子宣布西門子基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)——MindSphere牽手阿里云，正式進入中國。

西門子——MindSphere一路走來，從在國外MindSphere西門子工業(yè)云僅通過 AWS（Amazon Web Services）和微軟的 Azure云平臺上完成部署，為歐美國家提供服務(wù)，到MindSphere 搭建在阿里云的服務(wù)器上，標志著西門子的數(shù)字化業(yè)務(wù)已進入中國，將共同參與構(gòu)建起中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)的發(fā)展。

MindSphere是云計算技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，屬于平臺即服務(wù)PaaS。其縱向向下連接多種現(xiàn)場設(shè)備，向上提供可適性的應(yīng)用程序MindApp。MindSphere也是一個開放的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。在工業(yè)領(lǐng)域，可通過其進行設(shè)備預(yù)警大數(shù)據(jù)維護、能源數(shù)據(jù)管理以及工廠資源優(yōu)化等數(shù)字化服務(wù)。

西門子——MindSphere開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)

5G應(yīng)用對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的挑戰(zhàn)

1、5G的發(fā)展歷程

從1979——2019年，從1G——5G，40年的發(fā)展歷程，實現(xiàn)了5G可達百兆下載速度、10 G帶寬、100萬／平方公里的連接量、1-0.5ms 的時延，即：高數(shù)據(jù)傳輸速率、高帶寬、超短延遲、能夠?qū)崿F(xiàn)海量數(shù)據(jù)的互聯(lián)。工業(yè)5G的這些特點，將為生產(chǎn)、物流、維護所需的無線網(wǎng)絡(luò)打開大門，雖然我們可以看到其是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)，但工業(yè)領(lǐng)域是標準先行，R16標準版本要到2020年第二季度才會正式發(fā)布，如何跨越跨界融合的專業(yè)性壁壘、IT、OT和CT融合的技術(shù)壁壘、行業(yè)與行業(yè)之間的產(chǎn)業(yè)壁壘，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展帶給5G的真正挑戰(zhàn)與考驗。西門子從規(guī)范制訂開始，依托2018年成立的互聯(lián)工業(yè)聯(lián)盟，R16標準推出后，將會推出基于工業(yè)5G整體解決方案的實驗項目和平臺。

2、5G在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的挑戰(zhàn)

2019年6月6日，工業(yè)和信息化部向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放了5G商用牌照，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)因其行業(yè)革新驅(qū)動力大，成為5G服務(wù)發(fā)展的重點行業(yè)。但5G只有與云計算、大數(shù)據(jù)、邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等相結(jié)合，才能真正為工業(yè)企業(yè)服務(wù)，提升復(fù)合的端到端的能力。牌照雖然得到了頒發(fā)，卻依然處在起步階段，預(yù)計真正的商業(yè)運營要明年R16標準版本發(fā)布后開展。

工業(yè)的復(fù)雜環(huán)境，例如無線干擾和電池兼容性等問題，對5G在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與傳統(tǒng)消費領(lǐng)域的應(yīng)用要求差異很大。5G在工業(yè)上的應(yīng)用，是增量的應(yīng)用，還是在替代既有的應(yīng)用？幾百種的工業(yè)協(xié)議與5G如何結(jié)合，協(xié)議如何適配？工業(yè)的標識問題，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全問題等，決定了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜性。

挑戰(zhàn)一：實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)冗余

我們知道，在化工等行業(yè)，重要工藝段的控制系統(tǒng)，均會采用雙機熱備冗余，主機故障，備機無縫切換，從而保證生產(chǎn)的安全有序進行。如何用無線的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)冗余，實現(xiàn)一主一備，并且能夠避免供應(yīng)故障，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?，?G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相遇的挑戰(zhàn)之一。

挑戰(zhàn)二：保證網(wǎng)絡(luò)高效安全

控制系統(tǒng)必須向用戶確保控制的安全性。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也必須向用戶承諾網(wǎng)絡(luò)的安全性。關(guān)聯(lián)到安全生產(chǎn)，制造業(yè)一般會采用局域網(wǎng)或私有云。如果用公有云，就要求數(shù)據(jù)采集精準，參數(shù)傳輸可靠，保證工業(yè)數(shù)據(jù)加密傳輸，適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場多種基礎(chǔ)物理場景。擁抱5G就要保護數(shù)據(jù)的安全性，提高電池兼容性，保證設(shè)備在高頻干擾的情況下運行，最大化保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全。這是5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相遇的挑戰(zhàn)之二。

挑戰(zhàn)三：IT、OT、CT，3T融合

無論離散制造業(yè)還是流程制造業(yè)，擁抱5G必然離不開運營商的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并要保證設(shè)備低功耗運行。工廠設(shè)備正常的壽命為10-20年，工業(yè)設(shè)備更換頻次最高是一年，如何將芯片的算力、工業(yè)軟件應(yīng)用到千變?nèi)f化的工業(yè)物理場景中，將網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、計算機和人，有效集成，進行數(shù)據(jù)分析，充分發(fā)揮IT、OT、CT方面的能力，還在探索中。