王歡
摘 要:11月9日,2017中國物聯(lián)網(wǎng)大會盛大開幕,中國工程院院士鄔賀銓作為重磅嘉賓在大會上發(fā)表題為“產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)與應(yīng)用”主題報(bào)告,報(bào)告中鄔院士重新定義了產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng),并深度分析了產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與挑戰(zhàn)。
關(guān)鍵詞:產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng);安全
重新定義產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)
產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是將具有感知、監(jiān)控能力的各類采集、控制傳感或控制器以及泛在技術(shù),如移動通信、智能分析等技術(shù)不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)過程各個(gè)環(huán)節(jié),從而大幅提高制造效率,改善產(chǎn)品質(zhì)量,降低產(chǎn)品成本和資源消耗,最終實(shí)現(xiàn)將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能化的新階段。產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)IoT可以理解為IT+IoT,也可以理解為II+oT,即工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+運(yùn)營技術(shù)。
產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通過分布控制系統(tǒng)采集數(shù)據(jù),借助工業(yè)防火墻連接工業(yè)以太網(wǎng)。后臺包含不同種類的分布式系統(tǒng),涉及諸多方面。傳感器、二維碼和一般互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別在于公共網(wǎng)關(guān)。
通信技術(shù)和一般通信技術(shù)的區(qū)別在于產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)更看重工業(yè)以太網(wǎng)、低功耗廣域網(wǎng),窄帶互聯(lián)網(wǎng)等。平臺技術(shù)包括各種技術(shù)和云技術(shù)。傳感器是產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ),也是產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ),除手機(jī)與汽車外,工業(yè)是應(yīng)用傳感器最多的領(lǐng)域。
產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集不同于一般物聯(lián)網(wǎng)。之前采用SCADA、DCS和PLC等鏈接,且SCADA軟件比較復(fù)雜,軟件結(jié)構(gòu)不同,故本地存儲需轉(zhuǎn)到上層數(shù)據(jù)庫,效率較低?,F(xiàn)階段監(jiān)控系統(tǒng)采用新的工控網(wǎng)關(guān),對設(shè)備和各種通信協(xié)議具有較強(qiáng)的解析能力。
產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對可靠性、穩(wěn)定性要求高,且只要有可能,就會優(yōu)先使用有線。但由于市場總線存在通信交互兼容性問題,因此現(xiàn)采用公有協(xié)議接口。CSMA-CD方式可有效減少共存總線的節(jié)點(diǎn)沖突,但由于工業(yè)環(huán)境節(jié)點(diǎn)多,因此存在大量沖突,故需多次重發(fā),效率較低。
工業(yè)以太網(wǎng)從高速、交換機(jī)和同步機(jī)制三方面提供實(shí)時(shí)性和可靠性。其中以運(yùn)動控制最為嚴(yán)格,傳統(tǒng)以太網(wǎng)為100mm,其協(xié)議需添加IRT。工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)眾多,但國際通用的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)目前有14個(gè),比如常用的西門子PROFInet,可實(shí)時(shí)為我們直接上傳過程數(shù)據(jù)。它不同于一般以太網(wǎng)之處在于可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的業(yè)務(wù)同步。如果每個(gè)傳感器的時(shí)間無法校準(zhǔn),那么報(bào)出的數(shù)據(jù)沒有任何用處。
有線并非可應(yīng)用于所有環(huán)節(jié),許多已有工業(yè)廠房不方便布線,故需使用無線。但將無線應(yīng)用在工業(yè)上,就必須考慮強(qiáng)電池干擾,因此需要考慮采用無線路由、加密等手段。短距離通信主要依靠WiFi、藍(lán)牙等?,F(xiàn)在有LoRa、SigFox等技術(shù),適于企業(yè)專網(wǎng)使用。NB-IoT技術(shù)是去年6月份在韓國通過的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),可利用公網(wǎng)快速覆蓋大量中小企業(yè),具有廣覆蓋、大連接、低功耗、低成本等特點(diǎn),因此今后將在中國以較快速度發(fā)展。
產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的云平臺需要實(shí)現(xiàn)的功能包括安全監(jiān)控、工業(yè)數(shù)據(jù)管理、工業(yè)數(shù)據(jù)分析以及云技術(shù)應(yīng)用。目前,一些企業(yè)雖然在開發(fā)PaaS,IaaS等,但由于不同行業(yè)需求不同,故很少有通用的SaaS。SaaS由一些提供個(gè)性化服務(wù)的企業(yè)開發(fā),大企業(yè)主要開發(fā)PaaS。而提供公用PaaS平臺的公司主要為工業(yè)軟件公司與傳統(tǒng)制造業(yè)大企業(yè)。但無論是哪一種類型的公司,都需要采用合作的方式來彌補(bǔ)對其他行業(yè)理解的不足,例如ABB與微軟合作、GE與華為合作,GE與微軟合作、西門子與亞馬遜合作等。
安全技術(shù)是產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)需要關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù),相比智能手機(jī)和PC操作系統(tǒng),其漏洞較少,且物聯(lián)網(wǎng)是企業(yè)性質(zhì),無需連到公眾互聯(lián)網(wǎng),免受黑客和木馬的攻擊。一般產(chǎn)業(yè)通用的安全技術(shù)都具有智能監(jiān)控、跟進(jìn)、加密等功能,產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)被攻擊的機(jī)會雖少,但一旦出現(xiàn)安全問題,其影響難以估量,因此需采用更嚴(yán)格的安全防護(hù)技術(shù)。今年美國麻省理工發(fā)布了2017年十大突破技術(shù),僵尸物聯(lián)網(wǎng)便列入其中。比如烏克蘭電網(wǎng)因病毒攻擊而局部停電,2016年美國東部因物聯(lián)網(wǎng)DDoS攻擊導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓,因此需要針對如何解決物聯(lián)網(wǎng)安全問題,提出物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈。即基于區(qū)塊鏈有關(guān)技術(shù),分步驗(yàn)證,在體系中架構(gòu)一個(gè)新環(huán)境。
把區(qū)塊鏈加入物聯(lián)網(wǎng)也是解決安全問題的一個(gè)有效辦法。網(wǎng)關(guān)間建立起物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈,當(dāng)與網(wǎng)關(guān)C相連的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)被黑并以DDoS方式攻擊物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器A時(shí),該攻擊被識別并通知網(wǎng)關(guān)A,網(wǎng)關(guān)A將按智能合約與網(wǎng)關(guān)C會話,有關(guān)攻擊的信息就會被寫入BOT的賬本。但就目前來看,仍有一些問題需要解決,如區(qū)塊鏈技術(shù)的成熟性問題等。
產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與挑戰(zhàn)
產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域從大的方面可分為遙感監(jiān)測、定位跟蹤、移動信息管理、自動化和遠(yuǎn)程控制管理,主要應(yīng)用在制造業(yè)供應(yīng)鏈管理,生產(chǎn)過程工藝優(yōu)化,生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控管理,環(huán)保監(jiān)測機(jī)能源管理及工業(yè)安全生產(chǎn)等方面。Accenture公司認(rèn)為產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該在三方面發(fā)揮重要作用,即通過增加產(chǎn)品和創(chuàng)造新的混合商業(yè)模式來提升收入;開拓引領(lǐng)創(chuàng)新的智能技術(shù);推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。
產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的云平臺上傳感器應(yīng)用案例較多。比如GE的汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)占全球市場的30%,其在風(fēng)電場建設(shè)之前,利用“數(shù)字風(fēng)場”數(shù)字環(huán)境來配置每個(gè)風(fēng)機(jī),效率提升約20%。沈陽機(jī)床開發(fā)出了i5智能數(shù)控機(jī)床,將客戶勞動生產(chǎn)率提高了30%~50%。
物聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對全球經(jīng)濟(jì)的影響。有人認(rèn)為2020年物聯(lián)網(wǎng)的使用將帶來1.9萬億美元的生產(chǎn)力提升和1 770億美元的生產(chǎn)成本降低,對全球經(jīng)濟(jì)影響6%,未來15年,產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的投資近60萬億美元。Keruey預(yù)測,2020年物聯(lián)網(wǎng)的使用將帶來1.9萬億美元生產(chǎn)力增長和1 447億美元生產(chǎn)成本降低。物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈很長,硬件和終端占25%,數(shù)據(jù)傳送通行服務(wù)占10%,云平臺占10%,軟件開發(fā)系統(tǒng)集成服務(wù)占55%。
2016年全球產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)支出為主要領(lǐng)域。位列第一的制造業(yè)為1 780億美元,可將其細(xì)分為制造運(yùn)營,生產(chǎn)資產(chǎn)管理與維護(hù),現(xiàn)場服務(wù)。第二大類是交通運(yùn)輸業(yè),其中供應(yīng)鏈貨物監(jiān)控為559億美元,之后為運(yùn)輸工具跟蹤,通信系統(tǒng)、IT安全。公用事業(yè)排第三位,為690億美元,包括IT安全、智能電網(wǎng)和醫(yī)療保健、智能城市。據(jù)Accenture研究報(bào)告,2030年物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造10~15萬億美元GDP,據(jù)預(yù)測,未來15年中國將在產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域受益達(dá)1.8萬億美元,近15萬億人民幣。波斯頓分析公司認(rèn)為,到2020年全球產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值將達(dá)到1 510億美元。Lux調(diào)查公司預(yù)測,未來產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場可分為三部分,即設(shè)備跟蹤,環(huán)境監(jiān)測,貨物跟蹤與人員跟蹤和其他,其中設(shè)備跟蹤占主要部分。
對產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的投資。Gartner公司預(yù)測2016年對物聯(lián)網(wǎng)新硬件投入將超過250萬美元/分鐘,2021年每小時(shí)將有100萬臺物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備被購買和安裝,2020年連接到互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品數(shù)量增加到350億元。普華永道預(yù)測2015~2020年間,物聯(lián)網(wǎng)解決方案將獲得6萬億美元的高額投資。研發(fā)經(jīng)費(fèi)主要投資在軟件和運(yùn)營程序方面。2014年,產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場占物聯(lián)網(wǎng)的比例為1%,2020年將為25%,且增長還在繼續(xù),增長率高達(dá)20%。但傳感器的市場份額中,美國、日本、德國位列三甲,中國在亞洲及其他國家中占比很少。產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺的供應(yīng)商主要為西門子與亞馬遜,還包括ABB、施奈德等,主要的供應(yīng)商中沒有中國公司,我們在這方面的自主能力還比較弱。
產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)面臨缺乏互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)的挑戰(zhàn)?,F(xiàn)階段,物聯(lián)網(wǎng)安全問題尚未得到解決;產(chǎn)業(yè)升級的數(shù)據(jù)應(yīng)由制造商掌握還是由用戶掌握,界線并不明確;人員技能短缺。我們需要在產(chǎn)品技術(shù)和產(chǎn)品提供方和應(yīng)用方之間架起橋梁,為不同行業(yè)、企業(yè)提供方案,而非簡單地賣一個(gè)產(chǎn)品。
產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)未來展望
物聯(lián)網(wǎng)是新時(shí)代信息化的重要特征,產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是未來物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用最重要的方向,是互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造的必要支撐。產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)涉及產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營技術(shù),集成了微電子、計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)、云平臺和大數(shù)據(jù)技術(shù)等,代表了信息技術(shù)新的發(fā)展領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)本身也是大產(chǎn)業(yè),對經(jīng)濟(jì)發(fā)展有很大的貢獻(xiàn)。習(xí)近平總書記在十九大上提出我們國家發(fā)展不充分、不平衡,實(shí)際上我國產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也不充分、不平衡,總體上處于起步階段,產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新和網(wǎng)絡(luò)安全需要特別關(guān)注。endprint