工业互联网系统的发展趋势和机遇

发布时间：2017-03-28 作者：周宏仁

关键字：工业互联网

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全球信息化的发展正进入一个新的阶段，在经历了数字化和网络化的快速发展之后，智能化正在成为全球信息化向高端发展最主要的特征之一。

（二）工业互联网

早在2000年8月，就有美国学者提出了工业互联网的概念，基本思路是把复杂的物理设备和网络，包括传感器和软件等，构造成一个系统化的整体，将大数据、机器学习、M2M等全部整合在一起，利用所得的数据和信息，控制和调整设备，以得到最优化的结果。最终目的是构造企业级的一体化的系统。工业互联网是一个综合性的企业信息化总体解决方案，包含一整套内置的核心技术，一定会成为一个综合性的技术大类。工业4．0和工业互联网这两个提法，我个人比较倾向于工业互联网，因为它把未来企业界的网络，以及全球网络化的发展，描述得比较清楚。

工业互联网具有5C架构（图3）。5层中的第一个字母都是一个“C”。最底层是智慧的连接层（Connection），即一个企业所需要的数据都必须能够无障碍地获取。第二层是转换层（Conversion），即将数据转化为信息，对获得的数据进行数据挖掘和分析，得出对决策有用的信息。第三层是计算网络层（Cyber），是企业信息中心的枢纽，在这一层，将取自第二层的信息与原来设定的期望值进行对比，发现企业运行中的问题或机会。第四层是认知层（Cognition），由第三层获得的信息，以及监控资产和设备状况，以可视化的方式，向决策者提供关于企业目前存在问题的认知，并使决策者能够做出相应的决策。第五层是配置层（Configuration），目的是通过网络空间，把决策信息送到物理空间，送到相应的子系统中，完成对相应的设备或系统做出调整的实际操作。

图3 工业互联网的5C架构

这个5C的架构，实际上是一个企业级的反馈控制系统，一个包括人、（计算）机、物在内的反馈控制系统。系统的控制对象，无论是人、或机、或物，其现况信息都是通过C1（第一层）来获取的。获取后，送到反馈器，即C2（第二层），进行数据挖掘和分析，所得出的整个企业状况的实际值和期望值在C3（第三层）进行比较，比较后得出决策信息C4（第四层），指示在什么地方需要做出怎样的调整或改变，最后是由控制器C5（第五层）发出指令，实施对人、机、物的控制。反馈控制是自动控制理论最核心的思想之一，只有反馈控制才能达到最理想的控制效果。在人、机、物一体化的大系统情况下，反馈系统的一体化和优化设计，确实有很多重大的理论和创新问题。

认识工业互联网非常重要，尤其要抓住它的本质和内涵，对中国企业信息化的发展意义非凡。工业互联网系统不仅涉及信息技术的各个方面，而且也涉及很多相关的科学技术领域，世界上没有一个企业能够承担工业互联网的全部研发任务。为此，美国几个IT巨头牵头组织了工业互联网联盟。2015年6月，美国工业互联网联盟发布了一个工业互联网系统的参考架构，对工业互联网的构成要素，各要素之间的相互关系等，都进行了比较系统的探讨和研究，为工业互联网的系统架构、解决方案架构和应用架构提供了一个开发指南，具有重要指导意义。

工业互联网提出了分析系统功能的四个维度，包括业务的维度、用户的维度、系统功能的维度、系统实现的维度，对每一个维度都做了详细的需求分析，研究了必须要考虑的基本问题。

工业互联网系统的参考架构将工业互联网系统分成内外三层：外缘层、平台层和企业层。企业需要的所有数据，通过外缘层进入企业的数据平台，在平台层进行数据的转换和分析，在完成一系列操作运算后，产生决策所需的数据，并送入企业层；企业层接收这些数据之后，根据决策系统设定的规则决定企业下一步怎么做，并将决策产生的控制信息流返回到平台层，平台层对控制流进行分析后，再送到外缘层，包括企业外部的相关企业。整个过程中，核心的部分是数据的分析和处理，包括终端数据的获取、先进的数据处理、决策的执行模块、系统输出的产生等等，各种模型的构建和数据的分析计算，是数据处理系统的核心。

工业互联网系统涉及很多核心技术。第一层涉及物联网技术及应用；第二层用的是业务智能和大数据技术；第三层是云计算技术；第四层离不开计算科学技术；第五层则是网络化的自动控制技术。

不难看出，工业互联网所需要的技术支撑，实际上把当前信息技术发展的热点几乎都概括其中。目前，我国大数据、云计算、物联网等都炒得很热，但是，如果这些热门技术不围绕一个主题，朝着一个共同方向努力的话，是形不成竞争优势的。

2016年3月2日，工业互联网和工业4．0这两个技术平台，在瑞士苏黎世做了对接。双方达成协议，必须实现工业4．0参考架构模型和工业互联网系统架构模型的兼容性和互操作性，这是二者得以共享全球市场的一个重要步骤。中国也已推出自己的工业互联网架构模型，但总体来看，我们的步子还是慢了一些。如果我们的步子能够更快一些，工业互联网系统的竞争有可能形成三足鼎立的局势。特别是，其中涉及很多标准和规范问题，如果我们不参与前期标准的制定，就会非常被动。中国必须尽快建立团队，推出自己的工业互联网系统“参考架构（IIRA）”，并与“工业4．0平台”和“工业互联网联盟”展开协调行动，以避免被边缘化。

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