《一、前言》

一、前言

作為新型網絡基礎設施,工業互聯網是新一代信息技術與先進工業的連接紐帶 [1]。我國正在以智能制造為主攻方向,加快工業互聯網創新發展 [2],提升制造業數字化、網絡化、智能化發展水平。在抗擊新型冠狀病毒肺炎疫情過程中,工業互聯網企業搭建了多個物資信息對接平臺,高效匯聚了產業鏈上下游的信息數據,實現了醫療物資等生產信息的精準匹配 [3]。

隨著工業互聯網的快速發展,標準化工作迫在眉睫。近年來國家主管部門發布了多項政策文件,積極推進工業互聯網的標準化工作。2019 年 3 月,《工業互聯網綜合標準化體系建設指南》提出了工業互聯網標準概念架構 [4],重點推進支撐行業應用的標準化工作,涵蓋了工業互聯網的關鍵技術、產品、管理、應用等需求。2021 年 1 月,《工業互聯網創新發展行動計劃(2021—2023 年)》部署了我國工業互聯網未來三年的發展目標和重點任務 [5]。

工業互聯網與物聯網、大數據、信息技術、網絡安全等密切相關并相互影響。構建工業互聯網標準體系,不僅需要對工業互聯網技術體系進行研究,也需要對物聯網、大數據、信息技術、網絡安全等相關方向進行梳理。本文立足工業互聯網標準體系的現實需求,梳理發展現狀、凝練面臨問題、提出體系框架、論證實施路徑,以期為我國工業互聯網的規范化、高質量發展提供基礎參考。

《二、工業互聯網標準化的作用與進展分析》

二、工業互聯網標準化的作用與進展分析

《(一)工業互聯網標準化作用分析》

(一)工業互聯網標準化作用分析

我國高度重視互聯網標準化工作,提出要以高標準助力高技術創新,引領高質量發展 [6]。標準化是實現工業互聯網行業互治、推廣應用的基礎 [7],也是推動產業創新發展的有效手段。

近年來,國際上發布了多項信息技術方面的國際標準,在推動網絡構建與使用、大數據、網絡安全、不同工業互聯網之間的兼容性等方面起到了重要作用。例如,國際標準化組織制定的 ISO 7498 開放系統互聯模型系列標準 [8],有效指導了不同智能設備之間的通信。

標準能夠固化各領域專家的經驗和知識 [9],規范各領域的使能技術、參考架構、互聯互通等,有助于引導和推動相關技術與產業的融合發展。例如,《信息技術大數據工業產品核心元數據》(GB/ T 38555—2020)匯聚了我國工業界諸多領域專家的經驗知識,規定了工業產品核心元數據的表示方法,促進了信息交換與交流。

標準是連接科研與生產的橋梁,可加快工業互聯網關鍵技術的示范和推廣,有助于工業互聯網技術的規?;瘧?,進而促進技術進步。例如,《信息安全技術工業控制系統風險評估實施指南》(GB/ T 36466—2018)為檢測機構、供應商進行工業控制系統風險評估提供了必要依據,推動了工業控制系統的網絡安全建設。

《(二)國外工業互聯網標準化的基礎工作》

(二)國外工業互聯網標準化的基礎工作

近年來,國際標準化組織重點開展了物聯網、工業數據等方面的標準化工作,為工業互聯網國際標準化奠定了良好基礎。國際標準化組織 / 國際電工委員會第一聯合技術委員會(ISO/IEC JTC1)主導開發了全球信息和通信技術標準 [10],下設機構正在開展物聯網、數字孿生領域的國際標準化研究。國際標準化組織自動化系統與集成技術委員會(ISO/TC184)是工業自動化領域的核心標準化組織,著重開展自動化與控制系統、信息系統、集成技術等的標準化研究。國際電工委員會工業過程測量和控制技術委員會(IEC/TC65)主要研究連續和批量控制領域中的用于工業過程測量與控制的系統、元器件國際標準[11]。國際電工委員會工業網絡分技術委員會(IEC/SC 65C)負責制定工業網絡相關的國際標準(如互操作性、性能評估等)。

美國、德國等制造業強國基于產業發展需求,在產業聯盟、國家政策等多個層面推動相關標準化工作。美國工業互聯網聯盟由多家大型信息技術企業發起成立 [12],是推動工業互聯網標準化的重要平臺;以參考架構為引領,通過企業自主設立的應用案例,組織垂直領域應用探索,建立測試床提供驗證支撐條件;聯合其他標準化組織,協同推動工業互聯網落地應用。德國在國家工業規劃層面提出工業 4.0 概念,發布了《工業 4.0 標準化路線圖》(第四版);認為當前核心標準化需求包括用例、參考架構模型、系統及其屬性、互通性、集成、通信、人員與工作 7 個方面,跨領域的標準化需求分為開源、工業安全、數據保護 / 隱私、增值網絡可信度、功能安全等。

《(三)我國工業互聯網標準化的基礎工作》

(三)我國工業互聯網標準化的基礎工作

我國積極推進工業互聯網標準化工作,正式發布了多項政策文件,如《工業互聯網創新發展行動計劃(2021—2023 年)》《工業互聯網綜合標準化體系建設指南》等?!豆I互聯網綜合標準化體系建設指南》提出,需識別出 320 項工業互聯網標準項目,預計到 2025 年制定標準數量超過 100 項 [5],重點支撐行業應用的標準化工作。工業互聯網標準體系依托行業龍頭企業,在部分領域開展應用層面的重點突破,如標識解析、工廠內網、網絡資源管理、邊緣設備、工業大數據等產業發展亟需的標準。

工業互聯網標準化工作與工業網絡、數據、平臺、網絡安全等領域密不可分。①在工業網絡方面,我國具有工廠外網方面的良好基礎,主導形成了工廠自動化用以太網、面向工業過程自動化的無線網絡等國際標準。②在數據方面,依托全國信息技術標準化技術委員會大數據標準工作組,重點圍繞大數據技術在工業產品研發、生產、服務等方面的應用以及工業數據管理等開展標準化研究,發布了工業大數據標準體系框架[13]。③具備行業性、區域性影響力的工業互聯網平臺超過 50 家 [14],發布并更新了《工業互聯網平臺標準化白皮書》,提出了標準化工作發展方向、標準化生態建設等建議。④在網絡安全方面,自 2010 年起陸續開展工業控制系統信息安全相關標準的研究制定工作 [15],依托全國信息安全標準化技術委員會提出了工業控制系統信息安全標準體系。

《三、我國工業互聯網標準化面臨的問題》

三、我國工業互聯網標準化面臨的問題

《(一)工業互聯網標準的系統布局亟需優化》

(一)工業互聯網標準的系統布局亟需優化

隨著工業互聯網技術研究與產業應用的日益深入,越來越多的企業、高校、科研院所參與了工業互聯網標準的研究工作,各類國家標準、行業標準、團體標準相繼發布。然而,沒有機構開展相關標準的協調工作,標準與標準之間的先后關系、緊迫程度沒有合理安排,使得已有標準的系統性欠缺,協調統一的工業互聯網標準化發展局面有待形成。

《(二)與相關領域現有標準的協調推進尚未開展》

(二)與相關領域現有標準的協調推進尚未開展

筆者調研發現,目前網絡安全相關國家標準已發布 294 項,制定中的有 416 項;信息技術相關國家標準已發布 949 項,制定中的有 969 項。這些標準為工業互聯網標準化工作提供了基礎和參照,部分標準在工業互聯網標準體系中可沿用或修改采用。在現行工業互聯網標準體系的制定過程中,尚未明確與相關領域現有標準之間的協調推進機制,可能存在重復研制的情況。

《(三)標準落地應用推進力度有待加強》

(三)標準落地應用推進力度有待加強

工業互聯網標準涉及工業、信息技術及相關新技術領域的融合。但在實際發展過程中,存在著標準應用不夠充分的現象,尤其是重點標準的落地應用推進力度不夠,如《信息技術通用數據導入接口》(GB/T 36345—2018)等解決數據互聯互通等痛點問題的標準。

《四、工業互聯網標準的體系框架與發展路徑》

四、工業互聯網標準的體系框架與發展路徑

工業互聯網相關技術體系的核心在于數據處理:在網絡互聯互通的基礎上,通過數據的采集、傳輸、集成、篩選、使用,基于平臺、面向應用,開展制造過程的優化決策、分析、控制,同時關注整個數據閉環過程的安全問題。在《工業互聯網綜合標準化體系建設指南》的基礎上,本文提出了面向產業發展需求的工業互聯網標準體系框架(見圖 1),力求全面反映工業互聯網的新型信息基礎設施特征。工業互聯網標準體系的研究重點涉及基礎共性、網絡、數據、平臺、安全等方面,構建工業互聯網標準體系框架,著力解決數據流通過程中的標準化問題。

《圖 1》

圖 1 工業互聯網標準體系框架構成

針對工業互聯網標準的系統布局需求,基于工業互聯網標準體系框架,聚焦產業發展痛點問題,本文提出了工業互聯網標準制定路線圖(見圖 2),明確了未來 5 年行業研究的主要任務。在工業互聯網標準體系、制定路線圖的基礎上,運用趨勢研判成果、成效評價工具,持續進行體系及路線圖的迭代優化,推動形成“以成效考察促執行、以評估反饋助改進”的閉環工作機制;破解企業內部和集團企業的設備、生產過程、資源配置互聯互通問題,促進跨企業的資源數據匯聚、共享、應用。

《圖 2》

圖 2 工業互聯網標準制定路線圖

注:5G 表示第五代移動通信; APP 表示應用程序。

《(一)基礎共性標準》

(一)基礎共性標準

綜合考慮《工業互聯網綜合標準化體系建設指南》《國家智能制造標準體系建設指南(2018 年版)》[16] 中有關基礎共性標準的劃分方法,建議基礎共性標準劃分為通用、測試與評估、管理三部分。通用標準包含工業互聯網相關的術語定義、架構、功能、可靠性,測試與評估標準包含測試方法、測試指標、評價方法,管理標準包含系統建設、運行主體、關鍵要素的管理要求?;A共性標準是工業互聯網各領域的通用標準,也是其他領域標準制定的基礎。

工業互聯網作為基礎和主體,應優先發展評價標準,以評促建,為我國加快工業互聯網創新發展提供有效工具。在圖 1 所示的標準體系中,“基礎共性–測試與評估”部分暫缺,應推動相關標準的研究制定,如《工業互聯網評價指數》《工業 APP 認定和分級測評規范》《工業互聯網網絡技術測試評估環境》《工業互聯網平臺應用能力與績效評價》。

《(二)網絡標準》

(二)網絡標準

網絡標準應重點關注網絡互連層面的運營技術、信息技術融合網絡與骨干網[17],分為工廠內網、工廠外網、工業網絡設備、資源管理、邊緣計算五部分。工業網絡設備包括設備 / 產品聯網、網絡設備等底層硬件標準,應突出網絡層要求。資源管理標準涉及地址和無線頻譜等資源使用、網絡運行管理要求。邊緣計算與網絡層標準密切相關。網絡標準是規范工業互聯網本體的核心關鍵標準,為工業互聯網應用提供網絡連接和互聯互通支撐。

2018 年發布的《工業互聯網網絡建設和推廣指南》明確提出工業互聯網網絡標準的制定目標。為了加快推動新技術與工業互聯網融合應用,應研究制定工業互聯網關鍵技術相關網絡標準,如《工業互聯網時間敏感網絡需求及場景》《工業互聯網基于軟件定義廣域網的工業應用場景》《工業互聯網 5G 部署實施指南》等。

《(三)數據標準》

(三)數據標準

數據是工業互聯網三大核心之一[18]。數據類標準旨在解決生產全過程中數據采集、傳輸、處理、分析等環節所涉及的數據格式、數據表示、數據接口不統一的問題,實現物理實體數字化、數據互聯互通及互操作;主要由數據采集與共享、語義、標識三部分組成。

當前社會正處于大數據、數字化轉型的階段,數據驅動策略及其實踐運用成為共識。大數據技術能夠促進制造企業降低生產成本,對經濟高質量發展至關重要。應研究制定工業互聯網場景下的數據共享類標準,如《工業互聯網制造資源信息交換規范》等。

《(四)平臺標準》

(四)平臺標準

平臺標準分為參考架構、開發部署、應用、服務四部分。平臺參考架構標準規定了平臺架構等總體設計要求。平臺開發部署標準包括部署在平臺的應用接口、平臺與平臺之間的接口標準、系統之間的集成適配標準、平臺自身開發及開發環境標準與擴展要求。平臺應用標準包括部署在平臺的工業 APP 相關標準(涵蓋設計、開發、測試、應用)、工業應用程序接口(API)相關標準。平臺服務標準包括與移植到平臺的微服務、資源池相關的標準,平臺運營標準。

針對工業互聯網平臺開發、部署、運維標準較為欠缺的現狀,應研究制定《工業互聯網平臺應用系統部署和數據遷移規范》《工業互聯網平臺開放接口規范》《工業 APP 質量與測評規范》等;研究制定《工業互聯網平臺參考架構》,提供基于共同概念、用于弱化不同執行差異的工業互聯網平臺框架;研究制定《工業互聯網平臺服務能力成熟度模型》,提升工業互聯網平臺建設的水平;研究制定《工業互聯網平臺互操作和可移植》,明確工業互聯網平臺互操作、可移植的常用規范術語和概念,互操作、可移植之間的相互關系;研究制定《工業互聯網平臺選型指南》,打造平臺體系的服務支撐,構建平臺發展生態,提升平臺服務水平。

《(五)安全標準》

(五)安全標準

安全標準包括設備與控制系統安全、網絡安全、數據安全、應用安全、安全管理。設備與控制系統安全分為設備安全、控制系統安全,二者之間存在著密切的動態聯系,不宜單獨考慮。網絡安全指通信網絡安全防護等產品技術要求。數據安全包括數據傳輸安全、數據安全管理規范等內容。應用安全包括平臺應用安全、應用程序安全。安全管理指工業互聯網相關安全管理技術和服務要求。

2020 年發布的《“工業互聯網 + 安全生產”行動計劃(2021—2023 年)》[19] 明確提出實現更高質量、更有效率、更可持續、更為安全的發展模式。為了加強對工業互聯網關鍵技術及重要應用的網絡安全保障與管理,應研究制定《信息安全技術工業互聯網平臺安全要求及評估規范》等工業互聯網平臺安全相關標準、《工業 APP 安全防護要求》《工業 APP 安全檢測要求》《工業互聯網工業安全 APP 技術要求》等工業 APP 網絡安全相關標準。

《五、對策建議》

五、對策建議

《(一)實施工業互聯網重點標準突破》

(一)實施工業互聯網重點標準突破

聚焦制造業等代表性行業亟需,研究工業互聯網重點標準,以網絡、數據、平臺、安全等為優先方向,體現新一代信息技術對制造業的發展支撐作用。著眼于制造業重點環節的關鍵問題,加快工業互聯網重點標準突破,前瞻布局 5G、人工智能等新技術創新融合應用標準。在標識解析、安全生產等基礎短板方面,集中力量開展關鍵技術和標準攻關,形成一批先進標準和軟硬件產品,推動形成標準化與技術突破迭代互動的發展局面。

《(二)注重標準落地應用》

(二)注重標準落地應用

開展工業互聯網標準在制造業落地應用的整體規劃,運用現有相關標準試驗驗證平臺、標準化資源,新建工業互聯網標準化公共服務平臺,為細分行業、中小企業提供一站式標準化綜合服務。深化產業需求導向,加強工業互聯網重點標準的應用和試點,驗證標準的先進性、適用性、有效性。引導工業互聯網領域重點企業承擔或參與國際、國家、行業等層級標準的制定和修訂工作,推動重點標準的試點應用。前瞻研判產業發展趨勢,更新并優化工業互聯網標準體系框架和路線圖。

《(三)培育和健全產業生態》

(三)培育和健全產業生態

聚焦廣大中小企業,暢通產業鏈循環,以標準化手段降低產業鏈協同成本、縮短產品生命周期、快速響應市場變化。深化重點行業的產業鏈協同,發揮標準的基礎支撐和協調作用,分級分類推動各區域及跨地區、跨部門的協作問題。發揮龍頭企業的標準應用示范作用,開展跨行業業務協作流程和服務模式創新,提高產業鏈整體協同效率。以工業互聯網與新興技術創新融合標準為重點,推進工業互聯網領域新型基礎設施建設,實現上下游配套企業的緊密相連、協同運轉。遴選一批優秀的工業互聯網新型供應鏈平臺,打造平臺標桿,發揮示范引領作用。