工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究

ChinaAcademyofIindustrial工業(yè)四根網(wǎng)大質(zhì)2024年1月1.研究背景1.研究背景我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在單點技術(shù)應(yīng)用形成突破，但從“芯端網(wǎng)云用安”技術(shù)體系角度看，基礎(chǔ)技術(shù)卡脖子、技術(shù)創(chuàng)新力不足的問題依然突出，且未形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)自有技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系，難以支撐新型工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用需求云計算5GURLLC特性未完全支持，業(yè)務(wù)時延>10msAl運算芯片需求量大，高端芯片被封鎖5G行業(yè)終端以通用CPE為主，融合性專用設(shè)備較少端網(wǎng)一體，工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議受制于國外5G以公網(wǎng)為主，UPF無法下沉到工廠內(nèi)工業(yè)PaaS、SaaS服務(wù)能力欠缺，主要依賴開源缺乏技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)能力應(yīng)用數(shù)量較為豐富，但質(zhì)量參差不齊不掌握自動化開發(fā)、低代碼開發(fā)等開發(fā)環(huán)境工具缺乏應(yīng)對開放環(huán)境下安全風(fēng)險的系統(tǒng)解決方案我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系尚未建立板塊國際技術(shù)創(chuàng)新提速，不進(jìn)則退的風(fēng)險增大可靠性結(jié)理整元安全防護(hù)體累2.研究意義可靠性結(jié)理整元安全防護(hù)體累2.研究意義■對以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、平臺為中樞、數(shù)據(jù)為要素、安全為保障的既有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系細(xì)化■加強(qiáng)推進(jìn)芯端網(wǎng)云用安一體的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方案自主性、融合性■更新面向工業(yè)生產(chǎn)核心環(huán)節(jié)新型關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用跟蹤前沿，深度研究多種工業(yè)協(xié)議在5G環(huán)境下的性能表現(xiàn)實時與非實時節(jié)點兩種網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案NS技術(shù)體系層級劃分接受與推廣，更快形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)自有技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系芯端網(wǎng)云用一體化中國工業(yè)控制應(yīng)用方案■采用德爾菲調(diào)查法對工業(yè)互聯(lián)應(yīng)用、安全六個層面關(guān)鍵技術(shù)展開調(diào)研，調(diào)查專家意見，整理、歸納、總結(jié)，二次反饋產(chǎn)業(yè)共性、自主可控等六個方面開展關(guān)鍵技術(shù)評價完成10大關(guān)鍵技術(shù)篩選術(shù)5Ge通安全防護(hù)工業(yè)光網(wǎng)工業(yè)總線安全監(jiān)測安全評測層邊端用芯云安網(wǎng)人工智能數(shù)據(jù)治理低代碼開發(fā)存算人工智能數(shù)據(jù)治理低代碼開發(fā)存算數(shù)字孿生核心攻關(guān)戰(zhàn)略領(lǐng)先工業(yè)協(xié)議確定性網(wǎng)絡(luò)■為更加系統(tǒng)辨析關(guān)鍵技術(shù)差異，明確關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)難點與重點，基于“技術(shù)領(lǐng)先性”、“技術(shù)重要性”對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行核心攻關(guān)戰(zhàn)略領(lǐng)先工業(yè)協(xié)議確定性網(wǎng)絡(luò)◆技術(shù)重要性：技術(shù)的可替代性、技術(shù)的產(chǎn)業(yè)共性◆經(jīng)濟(jì)價值：技術(shù)的潛在應(yīng)用價值多少細(xì)分領(lǐng)跑潛在發(fā)展細(xì)分領(lǐng)跑潛在發(fā)展技術(shù)先進(jìn)性技術(shù)先進(jìn)性注：氣泡大小代表技術(shù)潛在經(jīng)濟(jì)價值■技術(shù)路線存儲單元存儲單元◆存算一體的技術(shù)路線分為三大類，分別是近存計算(ProcessingNearMemory,PNM)、存內(nèi)處理(ProcessingInMemory.PIM)和存內(nèi)計算(ComputinginMemory,CIM)。核心是將存儲與■技術(shù)現(xiàn)狀◆國外科研巨頭加速布局TT◆國內(nèi)初創(chuàng)企業(yè)涌現(xiàn)，投融資活躍，迎來產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)折點■重要性分析◆突破工業(yè)Al算力瓶頸和大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)·減少不必要的數(shù)據(jù)搬運、延遲和功耗·存儲單元參與邏輯計算，大幅提升計算效率，降低成本◆國產(chǎn)化替代市場需求強(qiáng)烈·整合計算單元和存儲單元，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸路徑，提高芯片算力天花板·同等制程工藝下，縮短系統(tǒng)響應(yīng)時間，提升能效比，更適合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣端算力的需求場景■應(yīng)用場景分析◆小算力場景，在工業(yè)邊緣、智能傳感領(lǐng)域?qū)⒌玫酵黄啤舸笏懔鼍埃瑢⒉粩嘞蚬I(yè)大數(shù)據(jù)、云計算應(yīng)用領(lǐng)域延伸◆技術(shù)封閉◆技術(shù)封閉◆設(shè)備互聯(lián)互通成難題◆常用的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)自成體系，難以形成有效的互聯(lián)互通◆解決多協(xié)議之間的封閉現(xiàn)狀，打通人-機(jī)-料-法-環(huán)各環(huán)節(jié)的信息壁壘中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院◆通過技術(shù)手段實現(xiàn)不同工業(yè)協(xié)議之間的互聯(lián)互通，以解決工業(yè)設(shè)備之間協(xié)議不兼容的問題，從而提高設(shè)備的互操作性和集成性·邊緣協(xié)議轉(zhuǎn)換(網(wǎng)關(guān)/中間件)·統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化接口(OPCUA、ModBus等)m◆機(jī)器內(nèi)部互聯(lián)，機(jī)器內(nèi)部可集成各種現(xiàn)場總線設(shè)備接入◆機(jī)器之間互聯(lián)，機(jī)器設(shè)備實現(xiàn)與不同工業(yè)系統(tǒng)的集成4.十大關(guān)鍵技術(shù)-5G中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院■技術(shù)路線復(fù)雜度降低BWP復(fù)雜度降低BWP配置和控制技術(shù)移動性管理功耗優(yōu)化◆5GRedCap(ReducedCapability,5G輕量化)在5GeMBB、URLLC、mMTC基礎(chǔ)上，能夠?qū)λ俾?、覆蓋能力、成本、終端功耗、低時延、可靠性等性能實現(xiàn)很好的平衡■重要性分析◆打破5G行業(yè)應(yīng)用規(guī)模化落地僵局·5G行業(yè)應(yīng)用市場呈現(xiàn)規(guī)模大、碎片化嚴(yán)重、行業(yè)終端類型多、價格敏感·需求側(cè)不需要5G的全部功能及性能·供給側(cè)短時間內(nèi)無法通過規(guī)模出貨來降低成本◆滿足多種工業(yè)場景的性能需求·除了速率、時延、可靠性這三大5G性能需求，還針對模組尺寸、功耗、成本等不同性能◆立項Rudc準(zhǔn)元減IMT-2020兩個階段-2022-關(guān)鍵技術(shù)測試-2023-設(shè)備端到端的互操作測試◆落地●●馬備商用產(chǎn)業(yè)進(jìn)入■應(yīng)用場景分析◆RedCap典型應(yīng)用場景顯著◆RedCap會持續(xù)演進(jìn)(設(shè)備靜止時參考速率)低低時延、/99%~中/大容量。上行5~50Mbit/s//中1～2周性上行2～5Mbit/s低/參考來源：池圓規(guī)鐘堂施春紅RedCap技術(shù)應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)部置策路研究.電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化2023,3617045-57.器間通信√√√√√√√√√√√回定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)、網(wǎng)絡(luò)功能網(wǎng)絡(luò)(5G)等技術(shù)的兼容性與適配性，擺脫對國外PLC軟硬件產(chǎn)品的依賴◆遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理、多設(shè)備協(xié)同控制、大數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化、跨4.十大關(guān)鍵技術(shù)-數(shù)據(jù)治理■技術(shù)路線◆數(shù)據(jù)治理借助了數(shù)據(jù)庫技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理和智能分析等一系列技術(shù)手段，對數(shù)據(jù)的使用和維護(hù)進(jìn)行系統(tǒng)化、規(guī)范化的管理業(yè)務(wù)需求業(yè)務(wù)需求業(yè)務(wù)部門顯編性業(yè)務(wù)應(yīng)用業(yè)務(wù)場景■技術(shù)現(xiàn)狀◆工業(yè)數(shù)據(jù)治理目前正逐步得到重視，工業(yè)數(shù)據(jù)量和多樣性使得數(shù)據(jù)治理挑戰(zhàn)加劇，新一代信息技術(shù)致使工業(yè)數(shù)據(jù)治理的需求迫切◆目前的工業(yè)數(shù)據(jù)治理水平還處于滯后狀態(tài)痛點集中于數(shù)據(jù)來源多樣性、數(shù)據(jù)時序性、機(jī)器復(fù)雜性■重要性分析◆提升工業(yè)數(shù)據(jù)價值·對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、整合、分析和利用，以提取有價值的信息和知識◆提供工業(yè)決策支持·將復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為易于理解的圖表和信息，提高決策效率和決策質(zhì)量■應(yīng)用場景分析◆對源數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)進(jìn)行物理隔離◆對非必要數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔或銷毀數(shù)據(jù)生命周期數(shù)據(jù)安全4.十大關(guān)鍵技術(shù)-低代碼開發(fā)■技術(shù)路線◆低代碼是一組數(shù)字技術(shù)工具平臺，基于圖形化拖拽、參數(shù)化配置等更為高效的方式，實現(xiàn)快速構(gòu)建、數(shù)據(jù)編排、連接生態(tài)、中臺服務(wù)。通過少量代碼或不用代碼實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的場景應(yīng)用創(chuàng)新0年牌0年10率■重要性分析◆降低開發(fā)成本與操作門檻·投入更低，代碼編寫更簡單、環(huán)境設(shè)置和部署成本也更少◆提高工業(yè)系統(tǒng)靈活性·以較高時效性滿足定制需求，縮短溝通時間，應(yīng)對多變的長遠(yuǎn)需求■技術(shù)現(xiàn)狀◆國際市場需求穩(wěn)步上升，整體處于穩(wěn)定增長◆市場規(guī)模和場景化落地實現(xiàn)快速增長■應(yīng)用場景分析◆復(fù)雜的工業(yè)領(lǐng)域知識封裝◆敏捷開發(fā)方式滿足行業(yè)快速迭代更新的需求◆滿足末端多樣化需求的定制◆縮短工業(yè)軟件的響應(yīng)周期4.十大關(guān)鍵技術(shù)-數(shù)字孿生■技術(shù)路線◆數(shù)字孿生具備5個核心要素：物理對象、數(shù)據(jù)、模型、映射和交互。綜合運用感知、計算、建模等信息技術(shù)，通過軟件定義，對物理空間進(jìn)行描述、診斷、預(yù)測、決策，進(jìn)而實現(xiàn)物理空間與賽博空間的交互映射映射映射交互物理對象■技術(shù)現(xiàn)狀◆國外起步早價值推廣工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域◆國內(nèi)數(shù)字孿生市場活躍，多主體參與但創(chuàng)新有待提升■重要性分析◆數(shù)字孿生推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展數(shù)字孿生有望帶動我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，在工業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、運維全鏈條均發(fā)揮重要作用◆國內(nèi)數(shù)字孿生發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)·商業(yè)模式不成熟、缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系、基礎(chǔ)軟件和渲染引擎依賴國外、數(shù)據(jù)處理能力弱及可靠性低■應(yīng)用場景分析◆數(shù)字孿生技術(shù)可以完成研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、運維管理等工作4.十大關(guān)鍵技術(shù)-工業(yè)生成式人工智能■技術(shù)路線◆工業(yè)生成式人工智能技術(shù)是一種利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)對工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的先進(jìn)技術(shù)，旨在挖掘工業(yè)數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和知識，優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量云化數(shù)據(jù)底座訓(xùn)練策略自動化檢索、故障預(yù)譽、開源框架混合精度訓(xùn)練、Zero顯存優(yōu)化、分布式并行訓(xùn)練算子融合、張量并行流水線并行運維管理■技術(shù)現(xiàn)狀◆工業(yè)生成式人工智能技術(shù)市場尚處于發(fā)展初期，市場規(guī)模較小，但增長速度較快◆國際上在工業(yè)生成式人工智能方面有部分試點應(yīng)用案例■重要性分析◆生成式人工智能正成為產(chǎn)業(yè)競爭的中心要素·生成式人工智能將是一個國家在工業(yè)制造業(yè)和技術(shù)等領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢來源◆生成式人工智能正在催生超級巨頭·一個成功的Al戰(zhàn)略需要投資大量的資金和資源，未來所有巨頭注定都是人工智能巨頭■應(yīng)用場景分析◆生成式人工智能可以賦能工業(yè)設(shè)計軟件◆生成式人工智能在3D打印領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用&應(yīng)用來源：思邁特款件4.十大關(guān)鍵技術(shù)-零信任■技術(shù)路線◆在零信任安全技術(shù)體系下，任何連接企業(yè)資源的用戶和設(shè)備都需要經(jīng)過認(rèn)證、授權(quán)和訪問控制等多重層級的安全策略審批和身份驗證流程才能夠訪問敏感數(shù)據(jù)或網(wǎng)絡(luò)資源批和身份驗證流程才能夠訪問敏感數(shù)據(jù)或網(wǎng)絡(luò)資源其他安全分析平臺零信任架構(gòu)訪問主體設(shè)備身份安全基礎(chǔ)設(shè)施訪問客體服務(wù)功能數(shù)據(jù)不可值可信代理■技術(shù)現(xiàn)狀◆以美國為首的發(fā)達(dá)國家高度重視零信任能力建設(shè)參考架構(gòu)》、“雷霆穹頂”等項目◆我國加大政策保障，推動零信任落地，協(xié)助建立產(chǎn)業(yè)規(guī)范·《網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展三年行動計劃(2021-2023年)》、《面向云計算的零信任成熟度評價模型》、《零信任安全技術(shù)參考框架》、《網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品能力評價體系第11部分：基于零信任架構(gòu)的業(yè)務(wù)安全平臺評價方法》等■重要性分析◆OT零信任安全國內(nèi)外差距顯著◆IT/OT融合給傳統(tǒng)邊界安全帶來新的挑戰(zhàn)◆零信任安全優(yōu)勢價值凸顯微軟Azure、亞馬遜AWS、阿里云…思科Cisco、派拓、天融信、奇安信、深信服…Cyxtera、締盟云…■應(yīng)用場景分析◆通過嚴(yán)格的身份驗證、授權(quán)和訪問控制來保護(hù)資源和數(shù)據(jù)，可融入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識盤識中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院■堅持需求導(dǎo)向，深化行業(yè)應(yīng)用■■堅持需求導(dǎo)向，深化行業(yè)應(yīng)用■積極營造生態(tài)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展穩(wěn)定的產(chǎn)品生態(tài)◆一是加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。發(fā)揮科研機(jī)構(gòu)、高校組織、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的重要作用，研究工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)路線◆二是推進(jìn)技術(shù)融合創(chuàng)新。開展協(xié)同創(chuàng)新攻關(guān)，加快前沿技術(shù)從技術(shù)原型、產(chǎn)品孵化、實驗室驗證到商用產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程三是培育自主可控產(chǎn)品供需體系。組織開展關(guān)鍵技術(shù)的工程化技術(shù)驗證評價，探索優(yōu)勢工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)品政策體系◆一是引導(dǎo)基礎(chǔ)設(shè)施改造。發(fā)布相關(guān)指南，引導(dǎo)大中小企業(yè)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)互聯(lián)平臺和安全體系改造◆二是打造行業(yè)應(yīng)用標(biāo)桿。加快重點行業(yè)示范工廠和關(guān)鍵技術(shù)典型應(yīng)用場景建設(shè)◆三是發(fā)揮體制