科技日?qǐng)?bào)記者 朱麗

“以前需要靠人做傳送帶的缺陷檢測(cè)，現(xiàn)在借助5G、高清攝像頭和AI技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的皮帶缺陷檢測(cè)?！痹诮张e行的2021年北京地區(qū)廣受關(guān)注的學(xué)術(shù)成果報(bào)告會(huì)（自動(dòng)化及人工智能領(lǐng)域）上，北京科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院教授王健全說(shuō)，5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)誕生大量應(yīng)用場(chǎng)景，但大多還停留在工業(yè)制造輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到這個(gè)階段，還有待進(jìn)一步深入?！蓖踅∪嬖V科技日?qǐng)?bào)記者，其應(yīng)用場(chǎng)景亟待從輔助生產(chǎn)向與工業(yè)控制深度融合方向發(fā)展。

工業(yè)革命邁向智能化發(fā)展階段

工業(yè)變革經(jīng)歷了前三次機(jī)械化、電氣化和自動(dòng)化的革命后，近年來(lái)，世界各國(guó)都在加緊推動(dòng)工業(yè)革命升級(jí)。2012年，美國(guó)率先推出“先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃”，隨后各國(guó)也紛紛提出工業(yè)制造領(lǐng)域的戰(zhàn)略計(jì)劃——德國(guó)的工業(yè)4.0、英國(guó)的工業(yè)2050……目前在進(jìn)行的第四次工業(yè)革命的顯著特征就是工業(yè)的智能化。“在向自動(dòng)化和智能化轉(zhuǎn)變過(guò)程中，信息技術(shù)起到非常重要的作用?！蓖踅∪f(shuō)，這點(diǎn)可從國(guó)家推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的各項(xiàng)政策中得到體現(xiàn)。

2020年，國(guó)家陸續(xù)推出各種政策，推進(jìn)5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)加快發(fā)展；2020年4月20日，國(guó)家發(fā)改委首次明確新型基礎(chǔ)設(shè)施的范圍，5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)被列為信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要方向；2021年，國(guó)家把工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)列為數(shù)字經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)行業(yè)；發(fā)改委、工信部等國(guó)家部委紛紛出臺(tái)落地實(shí)施政策來(lái)推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的加速落地。尤其是今年初，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專項(xiàng)工作組印發(fā)《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》，從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、深化融合應(yīng)用、強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新和重大產(chǎn)業(yè)生態(tài)、提升安全水平等方面提出了系統(tǒng)全面的部署和落地化要求。

“推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，目的是賦能智能制造?！蓖踅∪f(shuō)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為信息推動(dòng)工業(yè)變革的典型代表，其典型特征是工業(yè)和ICT能力的集成融合和創(chuàng)新，主要表現(xiàn)為數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。其中，數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化是基礎(chǔ)，智能化是目標(biāo)。

“傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)的五層金字塔架構(gòu)在工業(yè)自動(dòng)化階段起了至關(guān)重要的作用。但是在向智能化發(fā)展過(guò)程中卻顯示出不適應(yīng)。”王健全解釋說(shuō)，智能化階段需要數(shù)據(jù)的高效流轉(zhuǎn)、網(wǎng)絡(luò)泛在統(tǒng)一的連接，只有這樣才能結(jié)合上AI和大數(shù)據(jù)技術(shù)，并借助先進(jìn)的通用技術(shù)推動(dòng)工業(yè)革命向智能化發(fā)展。

5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)亟待破局

數(shù)據(jù)的高效流轉(zhuǎn)與安全可控、網(wǎng)絡(luò)的泛在統(tǒng)一、資源統(tǒng)一調(diào)配和管控、運(yùn)行決策的多維智能化是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的主要特征。

“目前5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用于集中監(jiān)控，5G+AR/VR、高清攝像頭，以及AI表面缺陷檢測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理等?！蓖踅∪f(shuō)，遺憾的是，目前應(yīng)用場(chǎng)景基本停留在工業(yè)制造輔助環(huán)節(jié)，幾乎沒(méi)有進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化控制環(huán)節(jié)，其原因有以下兩點(diǎn)：第一，工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)本身沒(méi)有開(kāi)放。傳統(tǒng)金字塔架構(gòu)下，從L0到L5都是國(guó)外的設(shè)備,層與層之間的連接協(xié)議遵循IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但由于IEC現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)眾多，每個(gè)廠家都采用自己的標(biāo)準(zhǔn)，這導(dǎo)致不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)無(wú)法橫向互通；此外金字塔架構(gòu)本身限制了跨層之間的信息交互；封閉體系打不開(kāi)，現(xiàn)有的技術(shù)就無(wú)法深入，這是限制底層設(shè)備狀態(tài)、控制數(shù)據(jù)無(wú)法全面感知和有效流轉(zhuǎn)的主要原因；第二，由于智能制造中，服務(wù)的對(duì)象是工廠，不同于To C場(chǎng)景，工廠中的人機(jī)料法環(huán)成為了新的服務(wù)對(duì)象，特別是對(duì)于核心生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)，其要求必須滿足低時(shí)延、確定性和可靠性的要求，這就要求現(xiàn)有5G等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身也必須進(jìn)行性能上的提升和技術(shù)上的革新，此外，為了保護(hù)既有投資，還必須和現(xiàn)有工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合。

“可以這樣說(shuō)，目前僅靠5G技術(shù)還沒(méi)法解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的連接問(wèn)題。智能工廠中，除了有線之外還有大量無(wú)線，作為有線連接的有效手段，會(huì)帶來(lái)不確定性，5G和TSN結(jié)合是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中比較好的解決思路?！蓖踅∪缡钦f(shuō)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)路在何方

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要推進(jìn)智能制造的進(jìn)展，必須要打破傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化金字塔架構(gòu)，關(guān)鍵有兩點(diǎn)：一就是工業(yè)控制核心PLC的軟硬解耦，進(jìn)而按需實(shí)現(xiàn)云化部署；第二點(diǎn)就是構(gòu)建一張端到端的低時(shí)延、高可靠、確定性的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而打造數(shù)據(jù)可以高效流轉(zhuǎn)的云邊端管控架構(gòu)?！蓖踅∪忉尩馈?/p>

金字塔結(jié)構(gòu)打破了，由封閉走向開(kāi)放，必然就帶來(lái)安全性問(wèn)題，而控制從底層走向云端，其帶來(lái)的安全要求更為重要?！扒八从械奶魬?zhàn)是原來(lái)封閉的國(guó)外體系，要實(shí)現(xiàn)開(kāi)放的架構(gòu)，必須實(shí)現(xiàn)自主可控，用國(guó)產(chǎn)的硬件、軟件、操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制化?！蓖踅∪珡?qiáng)調(diào)。

“開(kāi)放自主可控、融合統(tǒng)一，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)下一階段的研究重點(diǎn)。”王健全強(qiáng)調(diào)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)本身并不是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，也不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的工業(yè)+互聯(lián)網(wǎng)，而是ICT網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的集成融合創(chuàng)新，是一個(gè)新基建的范疇，涉及感知、通信、控制、人工智能等多學(xué)科的交叉融合。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要真正賦能智能制造，還面臨很多挑戰(zhàn)工作。王健全建議：一是，跟行業(yè)對(duì)接要繼續(xù)深化，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還需要趕快補(bǔ)齊；二是，數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)要更高速，這就需要我們從感知層跟網(wǎng)絡(luò)結(jié)合。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放以后，安全要同步進(jìn)行考慮；三是，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施方面，構(gòu)建統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)互通。此外，決策智能化水平還有待提升。

從手機(jī)殼到高鐵，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)涉及的工業(yè)范疇和鏈路較長(zhǎng)，對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，原有標(biāo)準(zhǔn)制定人員和平臺(tái)顯然已經(jīng)跟不上技術(shù)本身的發(fā)展。王健全說(shuō)，業(yè)界已經(jīng)意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題，除了通信標(biāo)準(zhǔn)化組織CCSA在牽頭推動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外，制造行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)組織也開(kāi)始關(guān)注并積極推動(dòng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，如全國(guó)鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)冶金智能制造標(biāo)準(zhǔn)化工作組在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方面也積極部署相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

此外，王健全也注意到，囿于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新興的多學(xué)科交叉領(lǐng)域，行業(yè)面臨人才短缺問(wèn)題?！岸嗨咝Ｔ谕苿?dòng)解決人才培養(yǎng)問(wèn)題，北郵、重郵、北科大等高校紛紛成立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)學(xué)院/研究院，專門(mén)做跨學(xué)科人才的培養(yǎng)和科研方面的推動(dòng)工作。”


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