工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的本質(zhì)：基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)

當(dāng)前，全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正加速深化發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施落地與生態(tài)構(gòu)建的關(guān)鍵載體，正成為全球主要國家和產(chǎn)業(yè)界布局的關(guān)鍵方向。以GE、西門子為代表的跨國巨頭構(gòu)建的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺日趨成熟，并加速在全球范圍推廣。

全球正處在產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建的關(guān)鍵窗口期，打造符合中國特色的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺時間緊迫、任務(wù)艱巨、使命偉大。2018年政府工作報(bào)告強(qiáng)調(diào)，“加快制造強(qiáng)國建設(shè)。推動集成電路、第五代移動通信、飛機(jī)發(fā)動機(jī)、新能源汽車、新材料等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)施重大短板裝備專項(xiàng)工程，發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，創(chuàng)建中國制造2025示范區(qū)”，這對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的發(fā)展提出了新的更高的要求。

本質(zhì)、特征和架構(gòu)

伴隨著新一代信息通信技術(shù)和制造業(yè)的融合發(fā)展，以平臺為核心的產(chǎn)業(yè)競爭正從ICT產(chǎn)業(yè)向制造業(yè)拓展。移動互聯(lián)網(wǎng)時代，以蘋果iOS、谷歌Android等為代表的移動操作系統(tǒng)主導(dǎo)了全球ICT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

當(dāng)前，以GE Predix、西門子MindSphere為代表的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺正成為全球制造業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的必爭之地。無論是iOS、Android，還是Predix、MindSphere，其實(shí)質(zhì)均是基于操作系統(tǒng)整合各方資源、構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)、鞏固企業(yè)壟斷地位。

(一)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的本質(zhì)：基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)

首先，從技術(shù)角度看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺本質(zhì)上是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺。GE、西門子推出Predix、MindSphere其實(shí)是順應(yīng)萬物互聯(lián)發(fā)展趨勢，將設(shè)備管理和工廠運(yùn)營作為發(fā)力方向，打造設(shè)備互聯(lián)、數(shù)據(jù)驅(qū)動、平臺支撐、服務(wù)增值的新制造體系。西門子將MindSphere定位為基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，GE主導(dǎo)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)2017年1月發(fā)布《工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)V1.8》，開始強(qiáng)調(diào)“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”這一概念。

其次，從發(fā)展階段看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是工業(yè)云平臺2.0階段，上云對象從軟件上云拓展到設(shè)備上云。傳統(tǒng)工業(yè)云平臺強(qiáng)調(diào)CAD/CAE、PDM等研發(fā)設(shè)計(jì)類工具和ERP、CRM、SCM等核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)上云，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)制造全流程上云、設(shè)備上云，比如，Predix推動航空發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、醫(yī)療設(shè)備上云，MindSphere推動工廠運(yùn)營上云。

第三，從平臺屬性看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是工業(yè)操作系統(tǒng)。Predix、MindSphere向下為連接各類設(shè)備提供統(tǒng)一的接口，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的互聯(lián)互通，向上為各種各樣的應(yīng)用軟件提供良好的開發(fā)、運(yùn)營環(huán)境，旨在通過整合“解決方案提供商+應(yīng)用開發(fā)者+用戶”生態(tài)資源，搶占工業(yè)大數(shù)據(jù)入口主導(dǎo)權(quán)、培育海量開發(fā)者，構(gòu)建基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的制造業(yè)生態(tài)，不斷鞏固和強(qiáng)化制造業(yè)壟斷地位。

(二)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的特征：網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)、馬太效應(yīng)和替代效應(yīng)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為新型工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，決定著未來10-15年全球制造業(yè)競爭格局，具有高壟斷性、高成長性和高替代性三大典型特征。

第一，網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺連接的人、機(jī)、物的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)平臺連接的人的數(shù)量，PTC預(yù)測，到2020年IOT設(shè)備接入量將達(dá)到500億，根據(jù)梅德卡夫定律，其帶來的價值也將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)平臺，甚至可以說工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺“富可敵國”。

第二，馬太效應(yīng)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺上的工業(yè)APP和用戶達(dá)到一定規(guī)模時，會形成一個雙向迭代、互促共進(jìn)的雙邊市場，平臺將會在很短的時間內(nèi)獲得爆發(fā)式增長，形成贏者通吃的競爭局面。誰在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺上先行一步，誰將擁有引領(lǐng)發(fā)展的主導(dǎo)權(quán)。

第三，替代效應(yīng)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺能夠極大地降低企業(yè)信息化部署的成本和難度，這將可能徹底改變兩化融合的實(shí)現(xiàn)路徑，平臺可讓企業(yè)以“快進(jìn)鍵”一鍵進(jìn)入綜合集成階段，無論是處于工業(yè)1.0還是2.0、3.0的企業(yè)，都將主動或被動地進(jìn)入到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的“快車道”。

(三)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的架構(gòu)：邊緣層、IaaS、工業(yè)PaaS、工業(yè)APP

通過分析Predix、MindSphere的平臺架構(gòu)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺包括數(shù)據(jù)采集層、IaaS平臺、工業(yè)PaaS平臺、工業(yè)SaaS平臺。第一，邊緣層是前提。通過協(xié)議轉(zhuǎn)換、邊緣計(jì)算等構(gòu)建精準(zhǔn)、實(shí)時、高效的數(shù)據(jù)采集體系，本質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)物理空間隱性數(shù)據(jù)在賽博空間的顯性化。GE推出部署在現(xiàn)場傳感器、控制器和網(wǎng)關(guān)的據(jù)采集轉(zhuǎn)換模塊Predix Machine，西門子推出即插即用的數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)NanoBox，支持多源設(shè)備的數(shù)據(jù)采集以及云端匯聚。第二，IaaS平臺是基礎(chǔ)。IaaS平臺主要是要支撐海量工業(yè)數(shù)據(jù)的存儲、計(jì)算，Predix、MindSphere的IaaS平臺均采用亞馬遜AWS和微軟Azure。第三，工業(yè)PaaS是核心。

工業(yè)PaaS平臺是平臺技術(shù)能力的集中體現(xiàn)，也是當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺競爭的焦點(diǎn)。Predix、MindSphere依托通用PaaS平臺構(gòu)建的工業(yè)PaaS平臺本質(zhì)是一個微服務(wù)組件池，面向應(yīng)用服務(wù)開放API，支持開發(fā)者以“搭積木”的形式進(jìn)行調(diào)用。第四，工業(yè)APP是關(guān)鍵。表現(xiàn)為通過對微服務(wù)組件的調(diào)用和封裝，開發(fā)出面向特定行業(yè)、特定場景的工業(yè)APP。目前，Predix、MindSpher應(yīng)用商店中分別匯集了160和50多個工業(yè)APP。

主要問題

我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺雖然發(fā)展較快，涌現(xiàn)出一批平臺產(chǎn)品和行業(yè)應(yīng)用，但總體來看建設(shè)起步相對較晚、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)還有待夯實(shí)，與國際領(lǐng)先企業(yè)的平臺相比、與建設(shè)制造強(qiáng)國的要求還有一定差距，主要表現(xiàn)在：

從平臺建設(shè)主體看，缺乏綜合實(shí)力較強(qiáng)的龍頭企業(yè)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺向下整合上萬種類型的裝備，向上承載海量工業(yè)應(yīng)用開發(fā)，綜合實(shí)力較強(qiáng)的龍頭企業(yè)主導(dǎo)才有可能打造基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的綜合性產(chǎn)業(yè)生態(tài)，國內(nèi)缺乏類似GE、西門子等產(chǎn)業(yè)巨頭，尚不具備整合控制系統(tǒng)、通信協(xié)議、生產(chǎn)裝備、執(zhí)行系統(tǒng)、管理工具、專業(yè)軟件等各類資源的能力。與國外平臺相比，國內(nèi)平臺主要局限于垂直細(xì)分領(lǐng)域，數(shù)據(jù)分析平臺搭建、開發(fā)者社區(qū)建設(shè)、商業(yè)模式創(chuàng)新能力仍嚴(yán)重不足，全球化的影響力弱于國外平臺。

從平臺建設(shè)內(nèi)容看，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力薄弱。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是一個涵蓋工業(yè)技術(shù)、信息技術(shù)的綜合技術(shù)體系，需要強(qiáng)大的基礎(chǔ)支撐。我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)基礎(chǔ)薄弱：

一是在邊緣計(jì)算層，平臺發(fā)展所必需的智能感知、自動控制、協(xié)議解析、邊緣智能模塊等一系列基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)高度依賴國外，缺乏完整的行業(yè)數(shù)據(jù)采集方案。

二是在工業(yè)PaaS層，工業(yè)領(lǐng)域的行業(yè)機(jī)理、工藝流程、模型方法經(jīng)驗(yàn)和知識積累不足，算法庫、模型庫、知識庫等微服務(wù)提供能力不足，導(dǎo)致平臺在功能完整性、模型組件豐富性等方面發(fā)展滯后。

三是在工業(yè)APP層，開發(fā)者社區(qū)建設(shè)滯后，工業(yè)APP開發(fā)能力亟需提升，工業(yè)APP開發(fā)與工業(yè)用戶相互促進(jìn)、雙向迭代的產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚未形成。

從平臺建設(shè)生態(tài)看，協(xié)同機(jī)制尚未形成。

一是產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同發(fā)展機(jī)制尚未形成，平臺協(xié)同研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化機(jī)制尚未形成，制約著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設(shè)。

二是區(qū)域和企業(yè)協(xié)同發(fā)展機(jī)制尚未形成，地方推動制造企業(yè)上云的路徑尚不明晰，制約著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的應(yīng)用推廣。

三是公共服務(wù)體系建設(shè)滯后，與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺相配套的安全支撐、測試驗(yàn)證、標(biāo)準(zhǔn)管理缺乏，制約著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的高質(zhì)量發(fā)展。

加快構(gòu)建生態(tài)體系

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展的機(jī)遇稍縱即逝，為避免重蹈PC、移動互聯(lián)網(wǎng)平臺被跨國公司壟斷的覆轍，亟待加快構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

一是加快落實(shí)有關(guān)政策。組織實(shí)施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺培育工程、百萬工業(yè)APP培育工程、百萬企業(yè)上云工程、千萬設(shè)備上云工程，打造平臺能力建設(shè)與平臺海量使用雙向迭代、互促共進(jìn)的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、人才支撐體系，形成開發(fā)者和用戶雙向迭代的雙邊市場。支持產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、平臺企業(yè)建立面向數(shù)據(jù)采集、工業(yè)PaaS、工業(yè)APP的測試驗(yàn)證平臺，開展功能、性能、適配性、安全性、可靠性等試驗(yàn)驗(yàn)證服務(wù)，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺大規(guī)模應(yīng)用提供基礎(chǔ)支撐。

二是推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在地方產(chǎn)業(yè)園區(qū)落地。支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在“中國制造2025”國家級示范區(qū)、國家新型工業(yè)化產(chǎn)業(yè)示范基地、國家大數(shù)據(jù)綜合試驗(yàn)區(qū)、國家級經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)等產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)落地，推動中小企業(yè)核心設(shè)備和業(yè)務(wù)系統(tǒng)向云端遷移，降低中小企業(yè)信息化建設(shè)成本，同時通過海量使用加速平臺在實(shí)踐中完善各項(xiàng)功能、提高服務(wù)能力。

三是加強(qiáng)開源社區(qū)建設(shè)。組織實(shí)施開源社區(qū)培育工程，支持龍頭企業(yè)面向行業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展需求，建設(shè)共性開源技術(shù)、代碼和開發(fā)工具的開源社區(qū)，建立集體開發(fā)、合作創(chuàng)新、對等評估的研發(fā)機(jī)制。開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)者創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新大賽，積極培育工業(yè)APP開發(fā)者隊(duì)伍，加強(qiáng)工業(yè)大數(shù)據(jù)建模分析、工業(yè)應(yīng)用服務(wù)開發(fā)等復(fù)合型人才培養(yǎng)，打造基于平臺的制造業(yè)“雙創(chuàng)”新生態(tài)。

四是構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺產(chǎn)業(yè)支撐體系。提升自動控制產(chǎn)業(yè)支撐能力，突破核心芯片、驅(qū)動器、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)等關(guān)鍵器件和技術(shù)的發(fā)展瓶頸。實(shí)施工業(yè)技術(shù)軟件化工程，推動工業(yè)控制系統(tǒng)、工業(yè)云操作系統(tǒng)、新型工業(yè)軟件等核心技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。夯實(shí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，推進(jìn)工廠內(nèi)網(wǎng)的IP化、無線化、扁平化、柔性化技術(shù)改造和建設(shè)部署，加快NB-IoT等新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)部署，加快軟件定義網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化等新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究和部署試點(diǎn)開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系建設(shè)。

袁曉慶

中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院信息化研究中心博士，主要從事制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域研究。參與起草了《國務(wù)院關(guān)于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》等文件。發(fā)表多篇有關(guān)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深度文章，受到業(yè)界關(guān)注。