工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢分析

謝士琴 李國棟

（中國軟件評測中心,工業(yè)和信息化部軟件與集成電路促進中心，北京 100048）

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢的總體分析

1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)融合創(chuàng)新、快速發(fā)展

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、邊緣計算和AI 技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)的深度融合，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)得到創(chuàng)新發(fā)展。2022 年，以雙跨平臺為代表的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)示范平臺，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息感知技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)分析平臺、工業(yè)App 開發(fā)等平臺技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新引領(lǐng)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺信息感知技術(shù)作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺邊緣層的核心關(guān)鍵技術(shù)，其主流技術(shù)以自感知技術(shù)為主，同時多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)也成為重點研究方向。信息傳輸技術(shù)主要包括有線傳輸和無線傳輸兩大類，其中無線傳輸技術(shù)作為重點技術(shù)領(lǐng)域主要包括局域網(wǎng)通信技術(shù)和廣域網(wǎng)通信技術(shù)兩種類型。其中，局域網(wǎng)通信技術(shù)以藍牙、WiFi、Zigbee 等為代表的短距離傳輸技術(shù)研究為主；廣域網(wǎng)通信技術(shù)則以LPWAN 低功耗廣域網(wǎng)為技術(shù)代表[1]。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)分析技術(shù)，不僅涉及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，還包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)，特別是基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的工業(yè)機理模型技術(shù)也是重點研究和發(fā)展方向。工業(yè)App 作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺SaaS 層的核心構(gòu)成，通過對工業(yè)知識進行提煉與抽象，再將數(shù)據(jù)模型和知識結(jié)果形式化封裝和固化形成工業(yè)App，以實現(xiàn)對人和機器的高效快速賦能[2]。工業(yè)App 的云化、低代碼化、輕量化、可復(fù)用技術(shù)是現(xiàn)在的主流研究方向。

展望未來，新一代信息技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相融合，重點在邊緣數(shù)據(jù)感知技術(shù)、大容量光傳輸技術(shù)、工業(yè)低代碼技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)等領(lǐng)域開展突破性研究。同時，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺多技術(shù)融合的快速發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)大腦平臺、工業(yè)元宇宙等綜合應(yīng)用技術(shù)也將成為平臺技術(shù)研究的發(fā)展方向。

1.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)在智能化領(lǐng)域不斷突破

我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)快速發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全防護水平，特別是在攻擊防護、工業(yè)防火墻、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)漏洞挖掘、滲透測試、安全態(tài)勢感知等領(lǐng)域技術(shù)有所提升。2022 年，我國基本建成涵蓋國家、省、企業(yè)三級協(xié)同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全監(jiān)測服務(wù)體系，覆蓋14 個重要領(lǐng)域、140 個重點平臺，聯(lián)網(wǎng)企業(yè)達到11 萬余家，深入開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全分級分類試點工作。

2022 年，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)在底層技術(shù)、安全防護技術(shù)、安全評測技術(shù)以及安全監(jiān)測技術(shù)等領(lǐng)域有所發(fā)展。首先，底層技術(shù)發(fā)展主要以區(qū)塊鏈技術(shù)、人工智能技術(shù)、密碼算法技術(shù)為主，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全領(lǐng)域的防護、評測以及監(jiān)測等提供強有力的支撐。其次，安全防護技術(shù)主要包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)各層級邊界控制技術(shù)和身份鑒別與訪問控制技術(shù)，包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全體系架構(gòu)中所有安全防護對象，比如邊緣端點的防護技術(shù)以及工業(yè)防火墻技術(shù)等。再次，安全評測技術(shù)包括漏洞掃描技術(shù)、漏洞挖掘技術(shù)、滲透測試技術(shù)以及上線測試技術(shù)等。最后，安全監(jiān)測技術(shù)研究包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全態(tài)勢感知技術(shù)、安全監(jiān)測與審計技術(shù)以及資產(chǎn)安全管理技術(shù)等[3-5]。

展望未來，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)將進一步與智能領(lǐng)域技術(shù)融合，重點在動態(tài)感知、提前預(yù)測、主動防御、智能防護等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)智能化核心技術(shù)突破和創(chuàng)新應(yīng)用。結(jié)合主動探測技術(shù)、被動誘捕技術(shù)以及流量分析技術(shù)等，開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的安全態(tài)勢感知以及風(fēng)險預(yù)警，從而實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全主動防御技術(shù)突破。同時，結(jié)合AI 技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，大幅度提高安全風(fēng)險預(yù)警以及處置的精準水平，從而實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)智能化防護。

1.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系持續(xù)優(yōu)化

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)快速推進，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)和標識解析技術(shù)快速發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在助力工廠內(nèi)網(wǎng)改造升級、推進基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面成果顯著。2022 年，我國高質(zhì)量外網(wǎng)建設(shè)基本覆蓋全國300 余地市，助力推動企業(yè)內(nèi)網(wǎng)改造升級的5G 基站總數(shù)達220 萬。此外，國家標準化管理委員會發(fā)布了我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的首個國家標準—《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)》，標志著我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系建設(shè)邁出了堅實而有力的一步。

以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為例，現(xiàn)在主流的技術(shù)包括工業(yè)現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)以及工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)?，F(xiàn)場總線技術(shù)是指連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其具有數(shù)字式、雙向傳輸和多分支結(jié)構(gòu)的特點，主要以Profibus、CAN、Modbus 等為代表。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是一種基于載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測技術(shù)機制的廣播型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其主要在工業(yè)系統(tǒng)的控制層及以上進行應(yīng)用，以 Power link、Ethernet/IP 等為代表[6]。其中，時間敏感網(wǎng)絡(luò)是在以太網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上演進而來，也是當今的研究熱點。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要應(yīng)用于工廠內(nèi)移動的設(shè)備和線纜連接較難實現(xiàn)的情況，主流技術(shù)有藍牙技術(shù)WLAN 技術(shù)、無線HART 技術(shù)和5G 技術(shù)等[7]。

展望未來，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將主要朝向有線、無線互補并進方向發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)主要向工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、時間敏感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、邊緣計算技術(shù)等也將持續(xù)快速發(fā)展，促進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系不斷優(yōu)化。

1.4 工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)朝向高流通、可交易方向發(fā)展

隨著我國工業(yè)數(shù)據(jù)匯聚能力持續(xù)增強，國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心廣泛匯聚醫(yī)院、企業(yè)、政府、社會組織等2800 余家單位的防控物資需求，發(fā)布物資需求達5670 多萬件，形成對240 余萬家中小企業(yè)復(fù)工、復(fù)產(chǎn)的全方位監(jiān)測。為了實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)高質(zhì)量匯聚和處理分析，現(xiàn)在主流技術(shù)研究包括多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合技術(shù)、工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)、工業(yè)數(shù)據(jù)的監(jiān)測分析技術(shù)等。

展望未來，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將重點發(fā)展工業(yè)數(shù)據(jù)空間技術(shù)、區(qū)塊鏈和隱私計算技術(shù)，加大工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究，促進工業(yè)數(shù)據(jù)要素資源的交換流通與交易，實現(xiàn)數(shù)據(jù)全流程可記錄、可驗證、可追溯，建設(shè)高效、高安全和高流動性的數(shù)據(jù)要素交易市場。

2 對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢的分析

2.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用深入垂直行業(yè),持續(xù)賦能實體經(jīng)濟

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)的不斷深入應(yīng)用，以我國跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺為代表的示范平臺，帶動了各行各業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。2022 年，我國具有一定區(qū)域和行業(yè)影響力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺達到248 家，服務(wù)工業(yè)企業(yè)超過160 萬家。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已為工業(yè)、交通、教育、醫(yī)療等多個行業(yè)領(lǐng)域提供高效賦能。

展望未來，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)應(yīng)用將從以雙跨平臺為代表的領(lǐng)軍企業(yè)延伸到行業(yè)和產(chǎn)業(yè)鏈上下游，大中小企業(yè)也將開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)。平臺技術(shù)應(yīng)用范圍向鋼鐵、機械、電力、交通、能源等多個國民經(jīng)濟大類深入滲透，持續(xù)賦能實體經(jīng)濟，也為加快我國一、二、三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展提供助力。

2.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+5G 融合應(yīng)用，助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，通過建設(shè)低時延、高可靠、廣覆蓋的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，為工業(yè)全要素互聯(lián)互通提供有力支撐。根據(jù)工業(yè)和信息化部數(shù)據(jù)顯示，2022年，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”全國建設(shè)項目累計已超過3100個?！?G+”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用深入企業(yè)生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)，形成一系列工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用新場景、新模式、新業(yè)態(tài)。

展望未來，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將重點開展“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”融合應(yīng)用，加快5G 等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)無線化、融合化、智能化建設(shè)，幫助企業(yè)改造傳統(tǒng)生產(chǎn)流程、優(yōu)化組織模式、提升生產(chǎn)效率，助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。

2.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全需求與日俱增，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化

2022 年，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略全面實施，政府和企業(yè)不斷加大安全領(lǐng)域投入，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全需求與日俱增。我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全領(lǐng)域市場不斷擴大，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全產(chǎn)品和服務(wù)體系日漸完善，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷增加。據(jù)工業(yè)信息安全產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟數(shù)據(jù)預(yù)估，至2026 年，全球工業(yè)信息安全市場規(guī)模將增長到299.7 億美元。此外，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全領(lǐng)域法律法規(guī)和政策體系逐漸完善，產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境不斷優(yōu)化，將形成一定的產(chǎn)業(yè)聚集效應(yīng)。

展望未來，通過發(fā)展動態(tài)感知、智能預(yù)測、主動防御、智能防護等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)，不斷優(yōu)化安全防護策略，建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全保障體系，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全產(chǎn)業(yè)需求快速擴大，將帶動整個工業(yè)安全產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，幫助工業(yè)領(lǐng)域拓展更為廣闊的市場空間。

2.4 工業(yè)大數(shù)據(jù)價值不斷提升，生態(tài)體系建設(shè)持續(xù)完善

隨著工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型不斷加快，工業(yè)數(shù)據(jù)資源要素潛力進一步激發(fā)，工業(yè)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，并形成一定規(guī)模，工業(yè)數(shù)據(jù)賦能價值不斷凸顯。據(jù)統(tǒng)計，2022 年，我國重點工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺工業(yè)設(shè)備連接總數(shù)為7900 萬臺，全國設(shè)備日均運行數(shù)量持續(xù)增長，從2022 年年初的日均137 萬臺增加到近300 萬臺，連入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)設(shè)備數(shù)持續(xù)增多，海量工業(yè)數(shù)據(jù)價值亟待挖掘。

展望未來，工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型算力和數(shù)據(jù)需求進一步加大，工業(yè)數(shù)據(jù)空間、區(qū)塊鏈、隱私計算等技術(shù)將實現(xiàn)數(shù)據(jù)深層次的利用和賦能，對制造業(yè)生產(chǎn)方式、運行模式和產(chǎn)業(yè)升級均產(chǎn)生重大影響，將成為工業(yè)數(shù)字產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵支撐。此外，通過大力發(fā)展工業(yè)數(shù)據(jù)匯聚共享、數(shù)據(jù)融合創(chuàng)新、數(shù)據(jù)治理以及數(shù)據(jù)安全管理技術(shù)，工業(yè)大數(shù)據(jù)生態(tài)體系建設(shè)也將逐步完善。

3 促進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的相關(guān)建議

3.1 加強工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)，構(gòu)建自主可控的技術(shù)創(chuàng)新體系

加強工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、網(wǎng)絡(luò)、安全、數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的設(shè)計和研發(fā)。加大研發(fā)力度，實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與AI、大數(shù)據(jù)、5G、區(qū)塊鏈等關(guān)鍵共性技術(shù)與前沿引領(lǐng)技術(shù)的深度融合。支持企業(yè)、學(xué)校及科研院所加強合作，構(gòu)建多層次聯(lián)合創(chuàng)新體系，強化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、網(wǎng)絡(luò)、安全、數(shù)據(jù)等方面的創(chuàng)新性技術(shù)與標準，形成技術(shù)創(chuàng)新攻堅合力，構(gòu)建自主可控的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新體系。

3.2 積極開展檢驗檢測和認證評估，提升技術(shù)服務(wù)和行業(yè)治理能力

積極開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)檢驗檢測、認證評估服務(wù)，支持面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、產(chǎn)品、服務(wù)和管理體系的測試認證。圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣層、網(wǎng)絡(luò)層、通用PaaS 層、DaaS 層、工業(yè)機理模型、SaaS 層等領(lǐng)域，開展工業(yè)機理模型管理能力和跨平臺數(shù)據(jù)、應(yīng)用調(diào)用能力等性能測試，以及驗收測試、安全防護能力評估等評測服務(wù)。鼓勵檢測、評估、認證機構(gòu)跨行業(yè)跨領(lǐng)域發(fā)展，推動跨行業(yè)標準互通和結(jié)果互認，提升技術(shù)服務(wù)和行業(yè)治理能力。

3.3 加快培育復(fù)合型創(chuàng)新人才，加強工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人才隊伍建設(shè)

加強工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新人才體系建設(shè)，著力打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)體系，建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺，開展產(chǎn)教合作，培育復(fù)合型創(chuàng)新人才?？蒲性核拖嚓P(guān)企業(yè)聯(lián)合開展專業(yè)人才培養(yǎng)計劃，研究細化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人才分類評價標準，完善工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技能人才評價體系，共同構(gòu)建充滿活力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人才評價機制，加快建設(shè)具有交叉知識結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新實踐能力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人才隊伍。

3.4 加快構(gòu)建創(chuàng)新發(fā)展生態(tài)，培育工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)集群

推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)軟硬件研發(fā)、運營服務(wù)、檢驗檢測和認證評估等相關(guān)企業(yè)參與創(chuàng)新生態(tài)建設(shè)，支持建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新中心等研發(fā)創(chuàng)新平臺，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展工程等項目的建設(shè)，鼓勵地方圍繞特色或細分領(lǐng)域，開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，集聚特色產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，培育工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)集群。