科技日報記者 朱麗(li)

“以前需要靠人做傳(chuan) 送帶的缺陷檢測，現在借助5G、高清攝像頭和AI技術，可以實現遠程的皮帶缺陷檢測。”在近日舉(ju) 行的2021年北京地區廣受關(guan) 注的學術成果報告會(hui) （自動化及人工智能領域）上，北京科技大學自動化學院教授王健全說，5G+工業(ye) 互聯網已經誕生大量應用場景，但大多還停留在工業(ye) 製造輔助生產(chan) 環節。

“5G+工業(ye) 互聯網發展到這個(ge) 階段，還有待進一步深入。”王健全告訴科技日報記者，其應用場景亟待從(cong) 輔助生產(chan) 向與(yu) 工業(ye) 控製深度融合方向發展。

工業(ye) 革命邁向智能化發展階段

工業(ye) 變革經曆了前三次機械化、電氣化和自動化的革命後，近年來，世界各國都在加緊推動工業(ye) 革命升級。2012年，美國率先推出“先進製造業(ye) 國家戰略計劃”，隨後各國也紛紛提出工業(ye) 製造領域的戰略計劃——德國的工業(ye) 4.0、英國的工業(ye) 2050……目前在進行的第四次工業(ye) 革命的顯著特征就是工業(ye) 的智能化。“在向自動化和智能化轉變過程中，信息技術起到非常重要的作用。”王健全說，這點可從(cong) 國家推進工業(ye) 互聯網的各項政策中得到體(ti) 現。

2020年，國家陸續推出各種政策，推進5G、工業(ye) 互聯網加快發展；2020年4月20日，國家發改委首次明確新型基礎設施的範圍，5G與(yu) 工業(ye) 互聯網被列為(wei) 信息基礎設施的重要方向；2021年，國家把工業(ye) 互聯網列為(wei) 數字經濟重點行業(ye) ；發改委、工信部等國家部委紛紛出台落地實施政策來推動工業(ye) 互聯網的加速落地。尤其是今年初，工業(ye) 互聯網專(zhuan) 項工作組印發《工業(ye) 互聯網創新發展行動計劃（2021-2023年）》，從(cong) 基礎設施建設、深化融合應用、強化技術創新和重大產(chan) 業(ye) 生態、提升安全水平等方麵提出了係統全麵的部署和落地化要求。

“推動工業(ye) 互聯網發展，目的是賦能智能製造。”王健全說，工業(ye) 互聯網作為(wei) 信息推動工業(ye) 變革的典型代表，其典型特征是工業(ye) 和ICT能力的集成融合和創新，主要表現為(wei) 數字化、網絡化、智能化。其中，數字化和網絡化是基礎，智能化是目標。

“傳(chuan) 統的工業(ye) 生產(chan) 的五層金字塔架構在工業(ye) 自動化階段起了至關(guan) 重要的作用。但是在向智能化發展過程中卻顯示出不適應。”王健全解釋說，智能化階段需要數據的高效流轉、網絡泛在統一的連接，隻有這樣才能結合上AI和大數據技術，並借助先進的通用技術推動工業(ye) 革命向智能化發展。

5G+工業(ye) 互聯網亟待破局

數據的高效流轉與(yu) 安全可控、網絡的泛在統一、資源統一調配和管控、運行決(jue) 策的多維智能化是工業(ye) 互聯網體(ti) 係架構的主要特征。

“目前5G+工業(ye) 互聯網主要應用於(yu) 集中監控，5G+AR/VR、高清攝像頭，以及AI表麵缺陷檢測、遠程監控和管理等。”王健全說，遺憾的是，目前應用場景基本停留在工業(ye) 製造輔助環節，幾乎沒有進入工業(ye) 自動化控製環節，其原因有以下兩(liang) 點：第一，工業(ye) 生產(chan) 環節本身沒有開放。傳(chuan) 統金字塔架構下，從(cong) L0到L5都是國外的設備,層與(yu) 層之間的連接協議遵循IEC相關(guan) 標準，但由於(yu) IEC現有標準眾(zhong) 多，每個(ge) 廠家都采用自己的標準，這導致不同係統之間的數據無法橫向互通；此外金字塔架構本身限製了跨層之間的信息交互；封閉體(ti) 係打不開，現有的技術就無法深入，這是限製底層設備狀態、控製數據無法全麵感知和有效流轉的主要原因；第二，由於(yu) 智能製造中，服務的對象是工廠，不同於(yu) To C場景，工廠中的人機料法環成為(wei) 了新的服務對象，特別是對於(yu) 核心生產(chan) 控製環節，其要求必須滿足低時延、確定性和可靠性的要求，這就要求現有5G等網絡技術本身也必須進行性能上的提升和技術上的革新，此外，為(wei) 了保護既有投資，還必須和現有工業(ye) 現場網絡進行融合。

“可以這樣說，目前僅(jin) 靠5G技術還沒法解決(jue) 工業(ye) 現場網絡的連接問題。智能工廠中，除了有線之外還有大量無線，作為(wei) 有線連接的有效手段，會(hui) 帶來不確定性，5G和TSN結合是工業(ye) 網絡中比較好的解決(jue) 思路。”王健全如是說。

工業(ye) 互聯網路在何方

“工業(ye) 互聯網要推進智能製造的進展，必須要打破傳(chuan) 統的工業(ye) 自動化金字塔架構，關(guan) 鍵有兩(liang) 點：一就是工業(ye) 控製核心PLC的軟硬解耦，進而按需實現雲(yun) 化部署；第二點就是構建一張端到端的低時延、高可靠、確定性的工業(ye) 現場網絡，進而打造數據可以高效流轉的雲(yun) 邊端管控架構。”王健全解釋道。

金字塔結構打破了，由封閉走向開放，必然就帶來安全性問題，而控製從(cong) 底層走向雲(yun) 端，其帶來的安全要求更為(wei) 重要。“前所未有的挑戰是原來封閉的國外體(ti) 係，要實現開放的架構，必須實現自主可控，用國產(chan) 的硬件、軟件、操作係統來實現控製化。”王健全強調。

“開放自主可控、融合統一，是工業(ye) 互聯網下一階段的研究重點。”王健全強調，工業(ye) 互聯網本身並不是一個(ge) 網絡，也不是簡簡單單的工業(ye) +互聯網，而是ICT網絡和工業(ye) 網絡的集成融合創新，是一個(ge) 新基建的範疇，涉及感知、通信、控製、人工智能等多學科的交叉融合。

工業(ye) 互聯網要真正賦能智能製造，還麵臨(lin) 很多挑戰工作。王健全建議：一是，跟行業(ye) 對接要繼續深化，相關(guan) 標準還需要趕快補齊；二是，數據流轉要更高速，這就需要我們(men) 從(cong) 感知層跟網絡結合。同時，網絡開放以後，安全要同步進行考慮；三是，網絡基礎設施方麵，構建統一的標準，實現互通。此外，決(jue) 策智能化水平還有待提升。

從(cong) 手機殼到高鐵，工業(ye) 互聯網涉及的工業(ye) 範疇和鏈路較長，對工業(ye) 互聯網的標準建設也帶來了新的挑戰，原有標準製定人員和平台顯然已經跟不上技術本身的發展。王健全說，業(ye) 界已經意識到這個(ge) 問題，除了通信標準化組織CCSA在牽頭推動相關(guan) 標準外，製造行業(ye) 的標準組織也開始關(guan) 注並積極推動相關(guan) 的標準化工作，如全國鋼鐵標準化技術委員會(hui) 冶金智能製造標準化工作組在工業(ye) 互聯網方麵也積極部署相關(guan) 的標準化工作。

此外，王健全也注意到，囿於(yu) 工業(ye) 互聯網是新興(xing) 的多學科交叉領域，行業(ye) 麵臨(lin) 人才短缺問題。“多所高校在推動解決(jue) 人才培養(yang) 問題，北郵、重郵、北科大等高校紛紛成立工業(ye) 互聯網學院/研究院，專(zhuan) 門做跨學科人才的培養(yang) 和科研方麵的推動工作。”


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