建設工業互聯網軟件生態，賦能數字基礎設施建設
http://www.moduwu.com 2020-04-13 14:53 來源：西北工業大學軟件學院院長 鄭江濱
編者按：3月4日，中央政治局常務委員會會議指出，加快5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度。為響應中央決策部署，推進我國新型數字基礎設施建設，中國電子報特推出“推進數字基建·釋放經濟新動能”專欄，圍繞5G、數據中心、軟件定義基礎設施、工業互聯網等領域，邀請業內專家學者、企業家撰寫文章，從不同視角認識數字基礎設施的內涵和意義，準確把握我國數字基礎設施發展現狀、建設重點和推進路徑，并提出相關舉措建議。本期為西北工業大學軟件學院院長鄭江濱的署名文章。
2018年中央經濟工作會議上，習近平總書記圍繞“促進形成強大國內市場”重點工作，提出要加快5G商用步伐，加強人工智能、工業互聯網、物聯網等新型基礎設施建設。2020年2月14日，中央全面深化改革委員會第十二次會議指出，基礎設施是經濟社會發展的重要支撐，要以整體優化、協同融合為導向，統籌存量和增量、傳統和新型基礎設施發展，打造集約高效、經濟適用、智能綠色、安全可靠的現代化基礎設施體系。2020年3月4日，中央政治局常務委員會會議指出，加快5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度。
數字化基礎設施建設將在人工智能、大數據、云計算、區塊鏈、邊緣計算等技術的推動下，在5G應用、工業互聯網、數據中心、軟件定義基礎建設等方面激發經濟新增長點，對社會和經濟產生全方位和深層次的影響。
工業互聯網建設是促進中國智能制造戰略性升級和高質量發展的關鍵，在數字基礎設施建設中具有舉足輕重的地位。工業互聯網相關軟件建設包括工業互聯網絡、平臺和示范項目建設等內容，工業互聯網相關軟件建設形成的技術成果及其衍生應用，必定會服務于社會各行各業的發展，工業互聯網軟件建設將夯實我國新型數字基礎設施建設基礎，是實現軟件強國的重要途經。
自明——探工業互聯網軟件關鍵
我國工業軟件在核心技術、工具和平臺支持等方面還存在一些亟待突破的技術點。在工業互聯網軟件建設的核心要素中，具有自主知識產權、標準規范和工業軟件體系化建設等方面顯得尤為重要。
掌握自主知識產權的工業自動化和工業互聯網的核心技術，是工業互聯網相關軟件建設的根本。諸如工業自動化可編程控制器和相關協議、嵌入式操作系統軟件等核心技術，目前仍主要基于國外。因此，掌握具有自主知識產權的核心技術，可以催化產業升級和產業結構優化，助力國內企業在新一代工業革命的浪潮中掌握話語權，并推進我國從軟件大國到軟件強國的轉變，它是實現國家經濟戰略性發展并占領制高點的支撐力。
制定國家標準規范，形成工業自動化和工業信息化系統等要素之間的協同建設，是構建工業互聯網產業新生態的保障。例如，當前多數工業平臺軟件、應用軟件與工業自動化系統存在緊耦合，這會導致某種形式的技術壟斷或形成行業壁壘，并在一定程度上制約了工業互聯網的廣泛應用和實施。研究并制定工業互聯網軟件系統和工業自動化系統等相關技術、行業標準和規范集，實現自動化硬件設備軟件平臺和應用軟件之間的松耦合，是構建工業互聯網產業鏈新生態和新模式的助推力。
完善工業軟件體系，形成在工業互聯網的平臺架構、數據應用、生產活動、產業鏈條等多維度下的軟件集合，是工業互聯網基礎建設的重要支撐。比如，在工業互聯網架構維度，系統通常設計為邊緣層、IaaS層、工業PaaS層和應用層等，需要圍繞不同層次的需求建設軟件產品；在數據應用維度，需要從數據采集傳輸、計算能力支持、數據模型方法和數據挖掘應用等角度建設相應的軟件產品；在生產活動維度，需要從產品設計、生產管理、數字孿生、物流供銷等多個環節，以及信息化平臺等多個方面建設軟件產品；從多維度的整體架構來看，健全工業軟件體系，實現工業設計、智能制造、運行維護的全生態軟件能力，是推動工業互聯網相關產業鏈發展和助推智能制造的原動力。
自強——煉工業互聯網技術精華
圍繞工業互聯網的基本架構，根據工業軟件方面的技術和發展瓶頸，建設新一代的工業互聯網平臺軟件。
在邊緣層，建立具有自主知識產權的工業互聯網核心軟件工具、建設具備支持大規模智能設備互聯互信生產監測等能力的智能制造Edge平臺。為實現物聯設備生產商、集成平臺提供商和應用軟件程序開發商之間的高內聚、低耦合，建設智能制造Edge平臺，需要研究邊緣端的自動識別與發現技術，對邊緣端進行多元管理、一鍵部署與升級；需要面向不同業務邏輯，研究邊緣端的規則制定和公共規則庫的建立；需要研究邊緣端虛擬組網、互操作及數據處理、共享技術等。Edge平臺軟件建設的核心和關鍵，是研制具有自主知識產權的工業互聯網“操作系統”，通過設計即插即用的驅動技術，實現通用的工業自動化相關設備的物聯驅動機制；通過設計面向應用端的開放服務接口，形成接口規范和實例；通過建立和推進行業標準，屏蔽設備層的差異性，實現跨平臺的互聯互信，使上層的應用軟件開發只需關注接口而非設備，大幅降低工業互聯網的工程難度和復雜度。
在工業IaaS層，建立以工業數據產業化為目標的數字經濟體系。該體系通過研發一套行業通用、行之有效的工業數據建模管理和挖掘利用軟件，可以充分發掘傳統工業中積累的數據優勢，并結合軟件技術、智能技術等，建立基于工業大數據的智能管理與輔助設計系統，為產業升級奠定堅實的技術基礎。
在工業PaaS層，建立支持服務定制的工業應用軟件開發平臺。在智能制造時代，大至電力監測，小到精細加工，都離不開行業軟件的支撐。軟件開發在向通用化、平臺型邁進的同時，也應當支撐服務定制，這不僅可以推進軟件工業優化和結構升級，也可以推動新工業領域的戰略發展。
在工業應用層，建立以推進重點產業鏈發展為目的的工業APP庫。該應用軟件庫從產業特點出發，通過研制一批特色明顯、涵蓋豐富、支持跨平臺使用的工業APP，反向推進產業鏈的發展，實現工業領域和軟件開發的共贏局面。
在安全可信方面，建立高置信多層級的安全生產和權限管控系統。實現對工業設備分布式場景下的數據存儲和身份認證，提供安全性、隱私性和數據完整性等保障，消除信息孤島，實現工業數據的互聯互通和置信查詢。該系統主要確保數據從生產端到交付端的全鏈實時、互通可信和安全可用，為工業互聯網的大規模安全應用提供新助力。
自主——迎工業互聯網盛世華章
基于新一代移動通信網絡的工業互聯網系統將在多項新興技術的聯合推動下，通過研發工業化軟件工具、支撐平臺和操作系統等，實現核心軟件知識產權的自主化；通過研發智能制造Edge平臺，構建通用的技術標準體系，實現工業自動化系統和工業信息化應用系統之間的解耦，打造工業生產系統新生態鏈；通過研發適配的互聯互信生產監測系統，建立高置信、多層級的安全生產和權限管控平臺；通過研發工業APP庫，推進工業產業鏈和軟件產業鏈的共贏發展，建設具有自主知識產權和安全可信的工業互聯網網絡和平臺，推動國民經濟的建設和發展。
暢想——繪工業互聯網軟件藍圖
暢想數字化基礎建設工業互聯網發展，如數字化、企業上云、數據中心、安全、軟件定義、扁平化、設備無關、數據融合和開源軟件等可能會成為數字基礎設施的熱詞。數字化通過賦能于傳統基礎“數字+”的能力，面向社會開放公共基礎設施數據服務，為數字基礎建設促進新型商業模式提供豐富的想象空間；鼓勵企業上云，助力企業建設和發展；建設數據中心，消除數據孤島、加深數據融合，構建真正意義上的全鏈數據可靠可用；建立高置信、多層級的安全生產和權限管控系統，確保產業鏈的數據安全以及設備間的互聯互信；軟件定義基礎設施、軟件定義網絡協議設計技術等創新技術會激發更多的新需求和新應用；5G網絡建設、窄帶通信和低功耗技術等為實現新網絡架構、數據通信和物聯應用等提供了扁平化支持，為構建大規模智能互聯設備通信、監測和服務系統提供了保障；采用和制定設備無關技術規范，在一定程度上解決了傳統工業系統的軟硬件緊耦合，實現軟件提供商、設備供應商和系統集成商等之間產業鏈條新生態；圍繞數字基建，建設能夠創造社會價值和商業價值的示范性開源軟件社區，是助力數字基建進程的重要方法。
數字基礎設施建設將有力支持和帶動我國經濟社會轉型發展，釋放經濟新動能。
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