我國工業互聯網發展面臨的問題與挑戰

作為工業互聯網的獨立單元，工業控制系統在工業互聯網發展中起著決定性作用，如果工業控制系統沒有向微型化、網絡化、PC化和開放性方向發展，我國工業互聯網發展將無從談起；如果不能實現大規模互聯感知，工業控制系統將無網可連，工業互聯網將無從發展；如果沒有大數據分析，沒有云計算存儲，工業互聯網產生的大規模海量數據將毫無價值，網絡應用層的業務將無法優化，工業互聯網的發展模式必將單一。本文回顧工業互聯網的發展歷程，指出發展工業互聯網在政策、產業、共贏模式及信息安全方面面臨的問題與挑戰，并結合我國實際，提出保障我國工業互聯網安全發展的對策建議。

一、工業互聯網簡介

自2012年美國通用電氣公司（GE）發布《工業互聯網：打破智慧與機器的邊界》白皮書以來，在全球掀起了工業互聯網的熱潮。GE并沒有明確地提出工業互聯網的概念，但從其對工業互聯網的闡述中可以看出：工業互聯網是開放、全球化的網絡，通過將人、數據、智能資產和設備連接起來，并結合軟件和大數據分析等技術，達到提高生產力和工作效率、降低成本、減少資源使用的目標，從而促進新一輪的工業革命。在我國，無論是IT界還是工業界，無論是學術界還是產業界，都對工業互聯網產生極大的關注。GE提出的工業互聯網，國內外發展現狀如何，存在哪些方面的問題與挑戰，結合我國實際國情，需要提前進行怎樣的規劃和布局，是值得研究的問題。

二、工業互聯網發展歷程

隨著信息技術的飛速發展物理世界和信息世界將不斷融合，通信網絡作為信息技術的重要基礎，已經從人到人的通信發展到人與機器以及機器與機器的通信。工業互聯網并不是空降的概念，從其發展歷程來看，經歷了從工業控制系統、到傳感網、物聯網再到現在的工業互聯網。普遍來講，無論國內還是國外，工業互聯網本身的研究都還處于起步階段，但是工業控制系統、傳感網絡和物聯網的相關研究成果比較豐富。

（一）我國工業互聯網發展歷程

我國工業控制自動化的發展，大多是在引進成套設備的同時進行消化吸收，然后進行二次開發和應用。目前，工業控制自動化技術、產業和應用都有了很大的發展，我國工業計算機系統行業已經形成，工業控制自動化技術正在向智能化、網絡化和集成化方向發展。

隨著傳感技術的發展，大量的多種類傳感器節點組織的傳感網絡逐漸形成，該網絡是集計算機、通信、網絡、智能計算、傳感器、嵌入式系統、微電子等多個信息技術于一體，旨在實現對物理世界的動態智能和協同感知。2009年在無錫成立國家傳感信息中心，標志著我國對傳感技術尤其是微型傳感器發展的高度關注。隨后傳感器網絡標準工作組成立，開啟了傳感網標準的研究，試圖在國際標準制定中爭得話語權。《國家中長期科學與技術發展規劃（2006—2020年）》和“新一代寬帶移動無線通信網”重大專項中均將傳感網列入重點研究領域，為我國傳感網絡的發展提供良好的政策環境。

傳感網絡的發展為物聯網底層的互聯網絡奠定了良好的基礎。隨著IBM“智慧地球”的提出，我國提出“感知中國”，意味著關注焦點從傳感網絡轉移到了物聯網。2009年，時任總理溫家寶在首都科技界發表的《讓科技引領中國可持續發展》講話中，明確表示：“要著力突破傳感網、物聯網關鍵技術，及早部署后IP時代相關技術研發，使信息網絡產業成為推動產業升級、邁向信息社會的‘發動機’。”隨著首顆物聯網核心芯片——“唐芯一號”的研制成功，一些發達省市將物聯網列為重點培育和發展的新興產業，如廣東的“南方物聯網”，北京的“中國物聯網產業中心”，上海投資8億元攻克物聯網核心技術并在世博會得到廣泛應用，江蘇打造無錫物聯網產業創新集群，四川搶攤物聯網產業建設全國首個“智慧縣城”等，標志著我國物聯網的發展已經從技術研究到了實際應用的階段。

（二）國外工業互聯網發展歷程

從20世紀60年代開始，西方國家就依靠技術進步（即新設備、新工藝以及計算機應用）開始對傳統工業進行改造。從PLC的提出到集散系統DCS的出現，從計算機集成制造系統CIMS到現場總線技術FCS的發展，發達國家在致力于工業信息化的同時，傳感網絡和物聯網也得到了迅猛發展。2002年4月，韓國提出e－Korea（電子韓國）戰略；2004年，日本提出“U－Japan”計劃；2006年6月，新加坡公布了“智慧國2015”大藍圖；2008年年底IBM向美國?府提出“智慧地球”戰略；2009年6月歐盟啟動“物聯網行動計劃”等，都是利用各種信息技術來突破互聯網的物理限制，以實現無處不在的物聯網絡。這些都為工業互聯網的提出到實現奠定了良好的基礎。

三、工業互聯網發展面臨的問題與挑戰

個人計算機數量的增加，網絡連接成本的下降推動了互聯網的發展。如今，傳感器的成本越來越低，而性能越來越高，具備了更好的數據采集和存儲能力，同時，工業控制系統將能夠處理大量信息的實時數據，大數據的分析工具將日趨成熟，這些都是工業互聯網能夠受到廣泛關注、擁有良好發展前景的主要原因。同時，工業互聯網也面臨如下的問題和挑戰：

（一）政策環境有待建立

以物聯網為例，2009年從中央到地方一系列重要指示的出臺使得物聯網產業獲得了良好的宏觀政策環境。對于工業互聯網，從概念的辨析到發展前景的預測，政府和企業都是摸著石頭過河，究竟該怎樣進行產業扶持，政策如何細化，政府如何做好產業引導工作，這些都需要時間來研究和探討，不可能一蹴而就。

（二）行業壁壘需要打破

工業互聯網應用的大部分場景和行業相關。對于某些行業，其自身信息化程度較高，采用行業私有標準的信息采集終端和應用管理平臺，行業封閉性強，與外部網絡的互連互通性差。而某些行業由于信息保密等原因，不愿開放內部資源，也不愿采用第三方信息系統，無法納入到工業互聯網框架。工業互聯網需要各行業遵守統一的標準規范，在不涉及行業機密和信息安全的范圍內實現有效的互連互通，因此行業融合是工業互聯網發展需要面臨的深層次問題，這涉及企業流程改變、設備改造等諸多問題，需要逐一解決。

（三）產業鏈有待完善

目前，物聯網產業鏈包括芯片廠商、軟硬件提供商、系統集成商、網絡運營商、應用服務提供商和客戶等多個環節，以物聯網為基礎發展起來的工業互聯網，是否也包括這些環節，這些環節的界定和分工如何明晰，一些重要的環節尚未發展起來，比如工業互聯網的網絡設計、工業互聯網統一信息平臺、工業大數據服務等方面的能力還處于缺位狀態。

（四）共贏模式有待確立

如何確立一個使產業鏈各方滿意的盈利模式，實現投入產出的良性循環，彰顯規模效應是需要在工業互聯產業的運營過程中逐漸明確的。工業互聯網目前尚未出現清晰的商業模式，產業鏈上下游的價值傳遞和產生有什么機制？產業鏈上的各環節怎樣創造價值以及在市場上體現出該價值？這些價值最終如何得到傳統工業界的認同？

（五）應用模式需要探索

工業互聯網將充分利用傳感技術和物聯網，實現人與機器、機器與機器的連接，那么如何利用云計算實現海量數據的存儲，如何結合大數據進行數據挖掘和分析，如何使得生產與消費對接，如何發展出基于互聯網的按需制造和定制化生產。工業互聯網的應用需要技術的支撐，更需要業務模式的創新，如何創造更多更新的應用模式，是決定工業互聯網發展速度的核心要素。

（六）安全問題亟待關注

從工業互聯網本身來看，工業互聯網的發展意味著工業控制系統將更加復雜化、IT化和通用化，不同工業控制系統互連互通，內部將越來越多采用通用軟件、通用硬件和通用協議，這將增加信息安全隱患。

從產業角度看，雖然我國工業控制系統已經形成較大的產業規模，但是芯片、嵌入式操作系統、嵌入式軟件、總線協議和工控軟件等核心技術仍受制于國外公司，高端市場擁有自主知識產權的技術和產品較少，這意味著如果不能自主可控，工業互聯網的發展將受制于人。

從技術應用來講，隨著工業控制系統產生、存儲和分析的數據海量增長，數據保護如何解決，云端數據信息如何保障，大數據、云計算技術的應用將帶來更多更復雜的安全問題，工業互聯網信息安全面臨著嚴峻挑戰。

四、我國工業互聯網發展建議

工業革命創造了各種機器、設備、機組和基礎設施，互聯網革命帶來了信息技術的飛速發展，工業互聯網匯集了兩大革命的成果，必將進一步促進經濟發展。工業是我國國民經濟的主體，是促進國民經濟發展的重要引擎，現正值我國工業轉型發展的攻堅時期，如何利用工業互聯網為我國經濟發展創造新的增長機遇，有以下幾點建議。

（一）充分利用工業互聯網帶來的工業革命，推動我國經濟結構調整

我國曾經依靠人力成本低、資源成本低取得了巨大的工業成就，但如今產能過剩、耗能過大等現狀意味著這種粗放型的工業發展模式是不可持續的。《2006—2020年國家信息化發展戰略》《工業轉型升級規劃（2011—2015年）》《國務院關于大力推進信息化發展和切實保障信息安全的若干意見》《關于加快推進信息化與工業化深度融合的若干意見》等多個文件的發布表明我國處于工業轉型發展的關鍵階段。在這個背景下，機器、設備組、設施和系統網絡組成的工業互聯網，如果能在更深的層面將連接能力、大數據分析能力完美結合，并貫穿于設計、生產、流通、消費、分配等各個環節之中，可大幅提高工業生產的效率、縮短產品的設計和流通周期、增加制造的靈活性、降低生產能耗，必將提高工業發展的質量和效益。不僅如此，工業互聯網發展將在創新工業要素配置、生產制造和產業組織方式中帶來更多的創新，從大規模生產到定制化生產的模式，將加快工業生產向網絡化、智能化、柔性化和服務化轉變，從而推進我國制造業和信息業的融合、制造業和服務業的融合。

（二）制定我國工業互聯網扶持政策，創建工業互聯網發展環境

工業互聯網的發展依靠三項關鍵技術，一是各種傳感器的普及；二是強大的計算與存儲能力；三是不斷延伸的網絡。隨著我國基礎設施建設的不斷投入，中國的航空、電力、鐵路、醫療、石油天然氣等重點領域為工業互聯網的發展提供了廣闊的平臺。但是在這些傳統行業中，工業化、信息化融合程度不同，對工業互聯網關鍵技術的應用程度不同，而且每個行業對工業互聯網的認識不同，對工業互聯網的發展預期不同，對充分利用工業互聯網改造的準備基礎不同，那么在這些關系國計民生的關鍵領域中，選擇哪些行業先期發展工業互聯網，如何提前規劃和布局才能充分利用工業互聯網的優勢，以帶動傳統行業的創新發展值得進一步思考。

（三）主導工業互聯網核心標準制定，加快工業互聯網應用規模

正如互聯網標準促進互聯網的普及和發展一樣，工業互聯網的快速發展也需要各企業、各行業的共同參與，制定一個開放的標準，如開放的、具有實時能力、安全的工業協議，通俗、統一、易識別的機器表示等。如何調動工業制造商的積極性，在商業利益和行業之間取得平衡，共同制定統一的工業標準和接口，是我國未來工業互聯網規模化發展的關鍵。同時，建議積極參與工業互聯網國際標準的制定，做好頂層設計，滿足我國工業互聯網發展需要，形成技術創新、標準和知識產權協調的互動機制。

（四）重視工業互聯網信息安全問題，保障工業互聯網安全發展

比起傳統工業控制系統，工業互聯網的信息安全問題將更加凸顯。互聯網上的黑客攻擊、數據操縱、間諜、病毒、蠕蟲和特洛伊木馬等都有可能成為工業互聯網的潛在威脅，一旦出現安全問題，工業網絡信息的保密性、完整性、可靠性、可控性、可用性遭到破壞，將造成不可估量的損失。因此，建議加強工業互聯網信息安全問題研究，從工業互聯網基本結構、系統特點、面臨的主要安全威脅進行分析，設立工業互聯網信息安全專項，提出在工業互聯網實際應用中的管理控制、運行控制以及技術控制等安全控制方法和要求，遵循“同步規劃，同步建設，同步運行”的原則，保障工業互聯網安全發展。