影响工业互联网行业发展的主要因素有哪些?

随着工业 4.0 概念的引入,工业产业进入了新一轮的全球性革命,工业互联网作为工业 4.0 最核心的支撑之一,其发展和应用将带来工业生产与管理环节的升级和优化。

据工信部数据显示,2019 年我国工业互联网产业经济规模达到 2.1 万亿元。目前,5G+工业互联网正加速向企业生产核心环节延伸,预计 2020 年,我国工业互联网产业经济增加值规模约为 3.1 万亿元,同比增长约 48%。

同时,在技术方面,随着 5G 商用开启,5G 技术不断升级,能够全面赋能工业互联网,不仅能让工业互联网应用更加节省成本,同时也能保证更加安全和精准,是驱动工业互联网蓬勃发展的关键使能技术之一。

在此背景下,未来抓住 5G 带来的全新技术机遇,加速“5G+工业互联网”融合发展,也将进一步助推产业发展的高速增长与成熟。

工业互联网迎来新机遇

5G+工业互联网”融合创新发展,将为工业转型升级提供强劲动力。

今年 7 月份,5G 标准第一个演进版本——3GPP R16 正式冻结。回顾 R15 标准研究阶段,面对 5G 的 eMBB(增强移动宽带)、mMTC(海量机器类通信)、uRLLC(超可靠、低时延通信)三大类应用场景,技术人员选择了最熟悉、商用最先被部署的 eMBB 作为基础架构进行定义。

在 eMBB 能力基础之上,R16 标准加入了 uRLLC(超可靠、低时延通信)和 mMTC(海量机器类通信)两大物联场景应用,补齐了 5G 的“能力三角”。

可以理解为,R16 标准的完成,实现了 5G 从“能用”到“好用”的过渡升级,围绕“新能力拓展”、“已有能力挖潜”和“运维降本增效”三方面,进一步增强了 5G 更好服务行业应用的能力,加速实现 5G 场景的应用落地。

对此,工业互联网赋能平台企业树根互联表示,随着 R16 标准的冻结,5G 时代应用将逐渐从消费领域走向行业领域,更多赋能垂直行业。

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例如,面向工业互联网应用,引入新技术支持 1 微秒同步精度、0.5-1 毫秒空口时延、“6 个 9”可靠性和灵活的终端组管理,最快可实现 5 毫秒以内的端到端时延和更高的可靠性,提供支持工业级时间敏感网络(TSN,Time Sensitive Networking,时间敏感网络)。这些关键能力的加入,将从底层网络架构标准方面推动工业互联网应用的快速落地。

R16 标准冻结初期,产业如何入局?

业内普遍认为,有了底层网络标准的推动,工业互联网的商用落地指日可待。那么,在 R16 标准冻结初期,工业互联网应该从何切入部署? 运营商又该如何建立新的商业模式?

·URLLC 与 mMTC,谁是重头戏?

R16 是基于现有的 NB-loT 和 eMTC 的空口,扩展 5GC 新核心网能力,实现对大连接的支持。但是,当具备这些能力之后,NB-loT/eMTC 网络如何向 5G 演进或共存成为摆在运营商面前的问题。

紫光展锐先进通信技术实验室首席专家潘振岗博士表示,严格的说,5G 标准体系里的 mMTC 的能力到目前为止主要是由 NB-IoT 承接的。NB 的市场探索已经有一段时间,R16 对 NB 的能力增强有限。对于超可靠低延时(URLLC),R16 作了很大的能力短板补充,URLLC 特性对于工业领域影响相对更大一些。

URLLC 场景的支持弥补了蜂窝技术在工业互联网应用中实时性、可靠性的短板,为 AI、数字孪生等新兴技术在工业互联网中的应用打下了坚实的基础,解决了一大批需要极端性能需求的场景,体现的事工业互联网应用中高、精、尖的部分,显现度会比较高。

恩智浦半导体 Edge Process 事业部市场部经理高磊也表达了相同见解,从本次 R16 的进展来看,行业企业可能在URLLC 应用上会做更多的工作。因为对于 mMTC 来说,实际上在 R16 中已经明确 5G NR mMTC 的应用场景不会涉及 LPWA(低功耗广域技术),eMTC/NB-IoT 仍然将是 LPWA 的主要应用技术。而且 mMTC 在工作方向的要求与 NB-IoT 的工作特点高度吻合,甚至 5G 标准后来对 mMTC 关键指标的划分也是和 NB 一致的。

目前 NB-IoT 其实已经被广泛部署,全球至少已经有超过 80 张 NB-IoT 的网建成。这个意思是说在海量广覆盖上,已经做了很多工作。而 URLLC 在 R16 还是有很大的进展的。最关键的是对高可靠低时延的应用场景有了明确的优化。

“标准的冻结到特性技术的导入需要时间,但如上所说,mMTC 场景的解决方案是现成的,基于 NB(及 Cat1)的连接方案已经全面铺开。目标高、精、尖的 URLLC 类场景方案受关注度高,一定程度上被认为是工业互联网应用的标志性技术,相关方案还处于研发、产品规划阶段,一些基于产品原型的示范类应用已经有展示。” 潘振岗说道。

那么 5G 与工业互联网的融合该从何切入?树根互联认为,5G 与工业互联网的融合,可以从设备互联互通、工业数据传输和场景应用的广度和深度切入。R16 版本的 5G 网络可破解工业互联网设备互联互通的难题,加速 5G 与边缘计算的结合,降低工业场景协议转换和设备接入难度,进而提升工业互联网异构数据的接入能力,有效解决“数据孤岛”的问题,大大增加应用场景的各种可能。

·运营商如何建立新的商业模式?

中国联通副总经理梁宝俊指出,5G 的商业模式要避免“管道化”的重蹈覆辙,在 3G、4G 时代,运营商的角色被 OTT 取代,沦为价值很低的“管道工”,与此对应的是按流量收费的商业模式。

但在 5G 时代,每个基站的成本都是此前的 3~4 倍,已经无法再像此前一样按流量收费,必须探索新的商业模式。5G 工业专网将根据网络定制程度,分为物理独立专网、公网切片专网、公网共享专网三种服务能力,为客户提供特定区域覆盖、数据可靠传输、业务安全隔离、设备可管可控的基础连接网络,能够全方位满足客户在组织、指挥、管理、生产、调度等环节的通信服务需求。5G 专网中也分为独享、优享、尊享等不同级别的服务,并据此确立收费标准。

R16 标准冻结后,5G 与工业互联网融合将呈现哪些变化?

从目前的进展来看,主要有三个层面:

一是在边缘智能层面,5G 有利于就近提供算力,将提高设备端的数据处理能力,实现设备的实时响应;

二是在无线下沉层面,5G 逐步下沉与 TSN、高精度定位等功能融合,促进 PLC、DCS 等工业控制器通信能力的提升,让机器之间的互通更加扁平化;

三是在应用升级层面,利用 5G 搭建更宽、更广、更快和更可靠的通信基础设施,同时利用云端的超强计算能力和 AI 技术对海量数据进行分析和学习,可以打造云、边、端一体化的工业大脑。

从具体场景来看,树根互联提到了 5G 与工业互联网融合应用出现的八大类新型场景——5G+超高清视频、5G+AR、5G+VR、5G+无人机、5G+云端机器人、5G+远程控制、5G+机器视觉以及 5G+云化 AGV,相应应用场景对 5G 网络提出了新的需求。

其中,5G 与超高清视频的融合应用已进入应用成熟期,将成为 5G 在工业互联网领域的第一批应用场景;5G+AR、5G+VR 以及 5G+机器视觉等应用已进入高速发展期,经济价值逐渐显现,未来 1-2 年将成为工业互联网的主流应用场景。

恩智浦则重点强调了 TSN 和 5G 专网的快速发展,R16 确定了对 5G+TSN 的支持。作为行业热点,目前已经看到在电力,轨交,工业自动化产线都有国字号的团队在 TSN 上大量投入,对 5G +TSN 的研发也应该已经提上日程。作为 IEEE 的标准,TSN 是工业 4.0 中 IT 和 OT 融合的重要助力,基于 5G URLLC 的低时延高可靠能力,满足 TSN 架构的四大严苛的功能需求:时间同步、低时延传输、高可靠性和资源管理。5G 与 TSN 融合后,可通过 5G NR 无线替代工厂内的有线网络,让工业生产更加柔性化。

5G 赋能之外,工业互联网痛点何在?

在数字经济高速发展的当下,R16 标准的完成补齐了 5G“能力三角”,提升了工业互联网在数据传输、通信等方面的性能。工业互联网发展固然够快,但却不够完善。

由于工业互联网落地布局不易,其发展过程中经常暴露出各种各样的难题与共性问题。受此影响,未来发展不仅需要更多考虑与行业、企业需求痛点的结合,更要针对这些问题作出应对和解决。

那么,当前还有哪些因素在影响工业互联网行业的发展?

成本高

树根互联认为,后续 5G 商业模式中最需要解决的就是性价比的问题,有必要探索出一个整体的解决方案。如果仍像现在这样单点做 5G,无论是整个厂区还是原来的有线网投资,在成本上是无法维持的。5G 组网之后,应该探索出对过去各种有线网络的替代方案,并且在便利性、可靠性,乃至整体成本上创造新的价值。

因此,在 5G R16 标准确立之后,业界应该思考如何在成本、可靠性、先进性方面实现可持续发展,作出差异化的网络配置,根据不同的价值进行收费,形成运营商与用户之间共赢的商业模式。

对此,运营商方面也在探索新的商业模式,例如将 5G 工业专网根据网络定制程度分类,按照客户不同需求提供特定服务,然后根据不同级别的服务,确立不同等级的收费标准。

安全问题

国民技术市场部专家指出,在推进工业互联网建设过程中,信息安全已上升为国家战略。目前来看,工业互联网信息安全问题严峻:“5G+工业互联网”带来智能化,同时也带来潜在的资产与信息安全风险,涉及采集、传输、存储和分析数据的制造生产流程的整个环节。

当大量的工业终端设备大规模接入云端之后,机器和设备可能会遭到多种类型的攻击,生产过程会受到破坏和干扰,甚至停止。Gartner 在 2018 年调查显示,近 20%的企业组织在过去三年中至少发现一次基于物联网的被攻击事件,预计全球物联网安全支出将在 2020 年达到 24.57 亿美元。

在实际应用中,物联网的云业务平台往往面临未授权访问、敏感数据挖取、伪造请求攻击、假冒服务器等安全风险;管道端则面临中间攻击、数据监听、劫持、数据协议分析等安全威胁;而接入物联网的海量终端,也面临着可信根提取、固件提取、逆向分析、硬件破解、设备伪造等潜在风险。

因此,如何在复杂多变的工业环境中保障系统和网络安全、保证数据的安全可信是巨大的挑战。

恩智浦半导体 Edge Process 事业部市场部经理高磊向笔者强调了网络边缘侧安全问题的重要性。“如果将工业物联网的终端设备最终都会接入云作为一个讨论背景,我认为管道侧的安全其实做的相对还是不错的,更多的问题可能出在边缘侧设备。因为边缘设备接入数量巨大,成本要求高,品类繁杂,很难管控。因此边缘安全至关重要,所需功能包括安全启动信任锚、片上加密、安全配置、双向设备认证、安全设备管理、空中 (OTA) 安全升级更新和生命周期管理等全系列风险问题。”

紫光展锐认为,解决工业互联网的安全是一个系统工程,需要在工业互联网体系架构中涉及到的所有环节都需要增加安全方面的设计。以 5G 在工业互联网中的应用为例,5G 专网的部署、切片技术的应用以及基于安全芯片的行业终端的使用都是针对性解决方案的例子。终端侧更是需要有完整的安全体系架构设计,包括安全启动、TEE 可信执行环境、安全密钥管理、安全外设接口、国密算法支持、存储加密等等一系列安全特性。

工业互联网的渗透应用进一步扩展了安全的内涵和边界,引发企业对生产运营安全更多的担忧,同时也因全面连接加大数据安全风险,而与此相应的数据确权、流转等规则尚未建立,导致大量企业在是否应用工业互联网上举棋不定。在安全防护方面,安全监管和制度体系尚不健全,安全态势感知、预警、防御等技术能力亟待提升。

标准不统一

数据采集是发展工业互联网的前提,但工业市场制造设备种类繁多、生产厂家众多,各企业,各类型制造设备的数据结构、格式各不统一,导致数据采集的按照统一标准实现的难度大,就会出现设备与设备之间、设备与系统之间互联互通操作困难,制约了加工系统信息化水平的提高和生产智能化的进程。

人才短缺

工业企业应用工业互联网的配套人才和资源注入能力准备不足,企业要实际利用工业互联网需要既了解工业又懂互联网的复合型人才,才能协助服务提供商将工业互联网嵌套到企业生产运营中。

国民技术对此也深有体会,“缺乏人才储备,发展工业互联网所需的既精通工业技术又懂信息技术的跨界融合人才极度缺乏,人才缺口如果得不到解决,未来将严重阻碍工业互联网的发展。”

应用基础薄弱

从应用基础看,企业数字化基础和能力薄弱,制约规模化推进。尤其是我国工业企业数字化基础整体较弱,大多处于工业 2.0 和 3.0 阶段之间,应用工业互联网的必要条件有欠缺。特别是数量众多的中小企业,更需投入大量资源对设备和内网等进行改造,才能部署应用工业互联网。

此外,还需要投入一定的资金支持前期改造和持续运转,这对整体盈利能力不强和从事传统制造业生产的企业来说都是不小的挑战。

工业互联网市场仍在起步阶段,中小型企业的数字化转型意识、意愿和行动力有待提升,也需要给行业企业和市场一些接受新事物的时间。

生态体系不完善

从整体环境看,融合发展和应用尚缺乏必要的保障和支撑,制约生态体系良性发展。

缺乏完善的公共服务平台和服务,跨界融合是工业互联网发展和应用的内在要义,对供需对接、资源共享、要素协同等有更高的要求。目前与之相关的公共服务平台数量有限,服务能力尚无法全面支撑发展所需。

此外,尚未探索出可持续的商业模式,由于工业企业需求差异大,供给方无法推出标准化、通用化的工业互联网解决方案,这同时也导致需求方无法以低价获得高质的针对性服务,延缓供需良性互促局面的形成。

破局之路

5G 网络的逐渐完善在某些方面赋能工业互联网向前发展,但现阶段,我国工业互联网的发展处于起步阶段,在大数据管理、服务、安全体系以及成本管控等方面仍存在一定问题,同时在人才、产业技术等领域也存在不小的困难。

抓住机遇是一方面,直面挑战是另外一方面。上述挑战既是行业通病,也是我国产业发展绕不开的难题。

通过上述描写和分析,笔者将破除行业问题的措施总结为三点。

其一:实现技术的不断突破与升级。加强核心技术攻关,推动关键技术升级,对于工业互联网的大数据应用来说具有至关重要作用。目前,我国聚焦核心关键技术研究,始终在持续推进工业互联网数据中心建设,这表明国家对技术发展的高度重视。在此背景下,未来技术升级还需企业助力。

其二:加速标准的持续构建与完善。众所周知,标准建设对于工业互联网大数据应用也能起到良好规范和保障的作用。标准的建设分为两方面,一方面是行业级、企业级等的制定,这能增强行业企业公信力;另一方面是基础业务层面的数据、通信协议等的制定,这能打通行业壁垒。两方面的作用决定了工业互联网发展必须强化标准。

其三:推动人才的有效培育与储备。人才是行业的主要参与者,也是行业发展的基础。我国需要更多人才投入工业互联网标准制定、技术研发、行业应用等环节之中,以一个个人才为螺丝钉紧固行业发展各方面,以人才为催化剂解决发展各大问题。在此背景下,我国还需建设相关人才培育体系,完善人才发展秩序,增强人才保底。

写在最后

作为第四次工业革命的重要基石,工业互联网在支撑实体经济数字化、网络化、智能化转型等方面发挥着重要作用。

其核心逻辑是通过数字技术的全面应用实现数据在“设备—生产线—企业—产业链—价值链” 的汇聚和流通,构成一个数据驱动的全生命周期优化闭环,实现快速感知、敏捷响应、动态优化和全局智能化决策模式。

5G 技术的逐渐完善,以及大数据AI、云计算等新兴领域的发展进一步催生了工业互联网发展的新机遇。与此同时,伴随着政策推动以及企业布局,工业互联网建设取得积极进展,进入到更多企业的视野之中。

在此背景下,工业互联网产业需要抓住机遇,放开手去加大建设布局,趁着政策、资本与市场的热度,抓紧去面对和解决其中的挑战。

工业互联网即将迎来其最好的发展时代。
       责任编辑:tzh

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