我国工业互联网产业的变革路径探究——从平台系统架构视角出发

    我国工业互联网高质量发展面临的问题
    从核心层看，大量技术瓶颈仍需自主突破
    核心层中的主要技术可以大致分为开源技术、基础性技术、平台建设技术三类，我国在这三类技术中皆存在空心、短板、瓶颈突出的问题。开源平台（通用PaaS）和开源社区是工业互联网开源技术的核心领域，而我国在这两方面的研发和建设几乎处于空白状态。在开源平台方面，我国主要的几大工业互联网平台，海尔COSMO、航天云网、东方国信等基本全部采用国外的开源软件，如CloudFoundry、OpenShift。而开源社区的建设主要依靠西门子、GE、PTC等国外企业，这种空心状况严重制约了我国工业互联网平台、工业软件的自主研发建设。
    工业控制硬件、工业软件、网络和信息安全技术是工业互联网的基础性技术，而与这些软硬件相关的产业链上游部分主要被国外厂商掌控，尤其是高端市场。据统计，超过90%的高端工业软件市场，如CAD、MES、PLM等被西门子、PTC、达索等国外企业垄断。而国内厂商则主要经营信息管理软件，如金蝶的财务管理软件、浪潮的ERP软件等，泛用性很强但缺乏与不同产业生产场景密切结合的针对性。超过95%的高端工业控制硬件市场被GE、施耐德、西门子等国外厂商垄断，如高端PLC、工业网络协议等，科远、浙大中控等国内企业则主要集中于中低端市场。受软硬件技术的制约，在网络和信息安全技术方面，国内相关技术的自主研发进展十分缓慢，空心化更为严重。
    工业机理建模、大数据分析、应用开发和智能边缘计算是工业互联网平台建设的四类核心技术，均存在亟待突破的技术瓶颈。工业机理建模方面，目前我国的工业互联网平台缺乏基础性的通用方法和建模工具。同时，由于机理模型的接口标准不统一，将机理模型转换为满足个性化需求的微服务模块变得十分困难，我国约70%的工业互联网平台所能提供的机理模型只有不到20个。大数据分析方面，主要问题是自主研发的分析工具匮乏，根据数据统计，我国超过80%的工业互联网平台使用的分析工具不足20个，且多为外企产品。在应用开发方面，我国目前还缺乏先进的工业APP标准、通用的开发环境和开源的开发者社区，致使开发进展滞后，在数量和服务质量上都难以满足企业需求。智能边缘计算方面，存在的主要瓶颈是设备间缺乏自主制定的统一标准接口，平台可连接的设备协议种类太少，不同设备的兼容性差。
    从应用层看，工业互联网应用领域大而不强
    我国工业互联网的应用产业，如工业APP、工业服务平台等的发展仍处于起步阶段，虽然规模扩张速度很快，但缺乏具备解决综合问题能力的龙头企业，细分领域的专精特新企业数量也明显不足，整体上具有大而不强的特点，具体体现在以下三个方面：一是数据采集和边缘计算能力不足。数据采集和边缘计算能力是工业互联网平台和工业APP能够进行高效的数据采集、清洗、处理和分析，以及后续构建解决方案和工业机理模型的基础。但目前国内数据采集和边缘计算能力较弱，限制了平台和APP进行深度学习、数据分析和自主构建机理模型的能力。据统计，目前市场上超过60%的平台和APP边缘计算能力不足，制造业行业中超过50%的工业设备没有设置传感器，使数据采集点极少，采集困难。
    二是生产和研发领域的微服务能力较弱。微服务能力是工业APP具备服务特定行业、特定场景等细分服务能力的核心。但由于国内工业机理模型构建能力弱，工业APP缺少原生机理模型的支撑。据统计，目前我国有超过1万个工业APP，但其中约30%的工业APP无任何机理模型，这极大地限制了APP向专业化细分服务领域发展的能力。而且，目前市场上多数工业APP的主营业务依然集中在上云服务、数据管理等互联网领域，跨行业服务的经验、技术和专业知识严重积累不足，约束了企业向制造业专业领域拓展业务。
    三是国内尚未形成良好的开发生态。目前国内的工业APP和平台的开发生态环境依然处于初生阶段，对工业APP的内涵界定比较模糊，使不同企业甚至同一企业在不同时期对工业APP的理解不清晰、存在差异。另外，对商业模式的认知也比较混乱，尤其是以平台形式提供服务的企业，大多还处于投入期，没有到达收益期，业内也没有形成标准化的交易模式、成熟的信用体系、信息安全保障体系等，使许多开发者望而却步。再者行业内缺乏较好的开发激励机制，针对企业外部的开发者，主流的合作模式还是先收取第三方开发者的相关费用，开发成功后分成项目收益。这种模式在开发社区成立初期，对外部开发群体的激励严重不足。
    从接口层看，标准不统一，互联难度大
    接口标准不统一主要包括三个方面。一是对不同设备的数据进行采集的协议标准不统一。目前国内对这类标准没有一个明确的定义，不同的设备、生产机床都有自己特有的数据传输协议，使数据采集的效率降低、难度增大。
    二是设备之间的互联以及设备接入平台的接口不统一。设备与边缘计算平台连接的工业通信协议、无线通信协议等是实现现场设备接入平台、数据格式转换的“咽喉”，但不同工业场景、不同品牌和用途的设备的数据通信协议不同。据统计，目前一个行业内的协议数量累计可达上百种，主流协议也多达约40种，大大增加了设备之间以及设备与平台互联的难度。
    三是行业之间的“接口”存在隐形隔阂，使工业互联网企业与制造企业之间的跨界合作变得困难。目前国内的制造业与工业互联网企业的跨界合作多数集中在企业运营管理、交易、金融等外围环节，生产、研发、流程监控等核心环节的合作实践不够普遍。一方面是由于大部分制造业与互联网产业之间存在较高的技术壁垒。除去通用性的互联网平台服务，制造业门类繁多，不同的细分行业或企业之间的需求存在很强的特异性，且越靠近产业链的上游，这种特异性越强。出于成本、互联网企业研发能力等条件的制约，许多制造业企业的实际需求难以满足。另一方面则是由于对制造业进行工业互联网改造具有研发成本高、效益回收慢的特点，与消费互联网相比劣势明显，致使部分专业的互联网企业无意付出额外的资金、人员涉足该领域。

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