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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
  • 中国社科院
  • 2020年7月21日 15:58

工业机理建模、大数据分析、应用开发和智能边缘计算是工业互联网平台建设的四类核心技术,均存在亟待突破的技术瓶颈。工业机理建模方面,目前我国的工业互联网平台缺乏基础性的通用方法和建模工具。同时,由于机理模型的接口标准不统一,将机理模型转换为满足个性化需求的微服务模块变得十分困难,我国约70%的工业互联网平台所能提供的机理模型只有不到20个。大数据分析方面,主要问题是自主研发的分析工具匮乏,根据数据统计,我国超过80%的工业互联网平台使用的分析工具不足20个,且多为外企产品。在应用开发方面,我国目前还缺乏先进的工业APP标准、通用的开发环境和开源的开发者社区,致使开发进展滞后,在数量和服务质量上都难以满足企业需求。智能边缘计算方面,存在的主要瓶颈是设备间缺乏自主制定的统一标准接口,平台可连接的设备协议种类太少,不同设备的兼容性差。

从应用层看,工业互联网应用领域大而不强

我国工业互联网的应用产业,如工业APP、工业服务平台等的发展仍处于起步阶段,虽然规模扩张速度很快,但缺乏具备解决综合问题能力的龙头企业,细分领域的专精特新企业数量也明显不足,整体上具有大而不强的特点,具体体现在以下三个方面:一是数据采集和边缘计算能力不足。数据采集和边缘计算能力是工业互联网平台和工业APP能够进行高效的数据采集、清洗、处理和分析,以及后续构建解决方案和工业机理模型的基础。但目前国内数据采集和边缘计算能力较弱,限制了平台和APP进行深度学习、数据分析和自主构建机理模型的能力。据统计,目前市场上超过60%的平台和APP边缘计算能力不足,制造业行业中超过50%的工业设备没有设置传感器,使数据采集点极少,采集困难。

二是生产和研发领域的微服务能力较弱。微服务能力是工业APP具备服务特定行业、特定场景等细分服务能力的核心。但由于国内工业机理模型构建能力弱,工业APP缺少原生机理模型的支撑。据统计,目前我国有超过1万个工业APP,但其中约30%的工业APP无任何机理模型,这极大地限制了APP向专业化细分服务领域发展的能力。而且,目前市场上多数工业APP的主营业务依然集中在上云服务、数据管理等互联网领域,跨行业服务的经验、技术和专业知识严重积累不足,约束了企业向制造业专业领域拓展业务。

三是国内尚未形成良好的开发生态。目前国内的工业APP和平台的开发生态环境依然处于初生阶段,对工业APP的内涵界定比较模糊,使不同企业甚至同一企业在不同时期对工业APP的理解不清晰、存在差异。另外,对商业模式的认知也比较混乱,尤其是以平台形式提供服务的企业,大多还处于投入期,没有到达收益期,业内也没有形成标准化的交易模式、成熟的信用体系、信息安全保障体系等,使许多开发者望而却步。再者行业内缺乏较好的开发激励机制,针对企业外部的开发者,主流的合作模式还是先收取第三方开发者的相关费用,开发成功后分成项目收益。这种模式在开发社区成立初期,对外部开发群体的激励严重不足。

从接口层看,标准不统一,互联难度大

接口标准不统一主要包括三个方面。一是对不同设备的数据进行采集的协议标准不统一。目前国内对这类标准没有一个明确的定义,不同的设备、生产机床都有自己特有的数据传输协议,使数据采集的效率降低、难度增大。

二是设备之间的互联以及设备接入平台的接口不统一。设备与边缘计算平台连接的工业通信协议、无线通信协议等是实现现场设备接入平台、数据格式转换的“咽喉”,但不同工业场景、不同品牌和用途的设备的数据通信协议不同。据统计,目前一个行业内的协议数量累计可达上百种,主流协议也多达约40种,大大增加了设备之间以及设备与平台互联的难度。

三是行业之间的“接口”存在隐形隔阂,使工业互联网企业与制造企业之间的跨界合作变得困难。目前国内的制造业与工业互联网企业的跨界合作多数集中在企业运营管理、交易、金融等外围环节,生产、研发、流程监控等核心环节的合作实践不够普遍。一方面是由于大部分制造业与互联网产业之间存在较高的技术壁垒。除去通用性的互联网平台服务,制造业门类繁多,不同的细分行业或企业之间的需求存在很强的特异性,且越靠近产业链的上游,这种特异性越强。出于成本、互联网企业研发能力等条件的制约,许多制造业企业的实际需求难以满足。另一方面则是由于对制造业进行工业互联网改造具有研发成本高、效益回收慢的特点,与消费互联网相比劣势明显,致使部分专业的互联网企业无意付出额外的资金、人员涉足该领域。v

推进我国工业互联网变革的路径和保障措施 

制造业与工业互联网融合,可以实现全要素、全产业链、全价值链的互联互通,进而推动资源配置的优化,大幅提高生产效率和产品质量,最终达到提升经济效益的目的。当前我国制造业正处于转向高质量发展的关键时期,面对更加复杂、更加专业和更加细致的企业需求,工业互联网产业必须选择符合国情和行业实际的路径务实推进变革,才能更好地帮助制造业实现提升经济效益和产业竞争力的目标。为此,需要从平台系统架构的视角出发,精确把握每层架构中存在的难点、痛点,以寻找正确的变革路径。在归纳分析各层架构主要问题的基础上,提出以下推动工业互联网产业变革的三条主要路径以及相应的保障措施。

做强核心层:突破尖端核心技术,发展基础性、通用性技术

我国制造业整体数字化和信息化水平较低,中小企业众多且发展差异较大,仍然处于工业“2.0”“3.0”阶段的企业众多,极大制约了工业互联网在制造业中的应用,很难使广大中小企业在短时间内完成信息化、智能化改造。在这种现状下,应采取一种由表及里、逐步做强的发展路径,即从最基本的“生产上云”改造入手,逐渐开展企业运营的信息化改造和生产制造的智能化改造,并同步推进核心技术的研发突破。这样既可以满足我国制造业转型升级的要求,又符合我国工业互联网的发展实际。

一是要积极推广云制造、ERP、MES等基础性技术和软件在云端平台的应用,帮助企业以较低的成本实现最基本的信息化改造。二是要推进通用工业机理模型、通用分析算法、通用工业微服务模块等基础性、通用性技术的研发和完善。通过建立机理模型、智能算法与工业微服务库,提供可重复使用的分析算法、机理模型、微服务模块等服务,可以有效利用核心层的特征实现规模经济。三是要重点突破边缘智能、大数据分析、数据采集等方面的核心技术。构建自主研发的边缘数据采集、边缘计算体系,以提升设备接入平台的能力,实现海量数据的汇集;突破海量、异构、多源的工业大数据管理与分析技术,建立同时具备大数据转换、清洗、存储、分析挖掘能力的基础性服务平台,从而达到降低应用层研发成本、提升针对性服务能力的效果。

做精应用层:增强针对性,提高精准微服务能力

制造业高质量发展要求企业应具备满足定制化和个性化需求的能力。相应地,在工业互联网服务制造业转型的过程中,也需要具备满足不同行业、不同企业、不同流程和不同场景的个性化需求的能力。近年来我国的工业互联网服务平台、工业APP数量增长迅速,但其中大量应用仅具备技术展示的功能,能够付诸于实践的场景十分有限,整体看目前应用层的实用性较差,使用效率较低。为解决这种现状,需要拓展服务领域,同时增强应用的针对性和精准度,最终实现范围经济。

一是紧密依托核心层的基础性平台,降低开发成本,建立提供更专业服务的行业级平台。这种平台需要具备丰富的行业知识,对行业运行和组成信息的掌握要更加全面。同时,还需要具备一定的汇聚数据和资源的能力,即通过战略合作、自主采集甚至购买的方式,将上层基础性平台的算法和模型,以及政策、金融、人才和行业发展等领域的数据汇入平台,并通过对数据的应用和管理,进一步提供更加专业和丰富的服务。二是以行业级平台为依托,在下游进一步建立面对特定场景、提供个性化微服务为主的企业级平台和工业APP。这需要平台和APP掌握更加专业化的技术、知识、经验和模型等工业原理,与用户企业的设备提供方、软件提供方、标准制定方以及同时提供其他服务的ICT企业之间建立起良性的合作机制,并结合具体应用场景,为企业用户提供优质的微服务。三要建立机制完备的工业APP开发者开源社区,以促进工业APP发展的良性循环。开发者社区可以汇聚企业和外部的个人开发者,围绕繁杂的企业需求开发一系列工业APP,之后再由其他开发者结合具体使用情况进行迭代开发,从而促进工业APP的海量产出和持续迭代升级。

编 辑:向坤
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