迈向智能世界系列：工业网络全连接

工业网络全连接 序言 于海斌 21世纪的今天，我们正处在一个前所未有的工业变革时代。随着信息技术的飞速发展，全球工业格局正在经历着深刻的调整和重塑。作为世界第二大经济体，中国正站在推进新型工业化宏伟蓝图的历史节点上。新型工业化不仅仅是传统工业的简单升级，而是一场以数字化、网络化、智能化为引领的全面革新。这一战略的核心，在于通过与高新技术的深度融合，实现工业生产方式的根本转变，推动产业结构的优化升级，构建起更加开放、协同、高效的现代工业体系。 工业网络全连接，正是新型工业化战略的关键一环。它意味着在工业生产全过程中，通过物联网、云计算、人工智能等技术手段，实现设备、生产线、工厂、供应链乃至整个工业生态系统的无缝连接。这不仅能够极大提升生产效率和产品质量，还能够实现资源的最优配置，降低能耗和排放，推动绿色可持续发展。 作为一位长期从事工业过程网络化和自动化的研究学者，我很幸运能够见证并参与了这一历史进程。 受应用行业、应用场景的限制，以及各大工业企业间博弈等原因，工业网络世界，不像ICT、互联网世界，开放且统一，而是呈现出较强的封闭性。即使在国际电工委员会IEC等组织的领导下，至今仍未统一现场总线和工业以太网的标准。 工业网络标准多年来累计共计定义了数十类，形成了稳定常态的七国八制格局。IEC现场总线国际标准历经16年，经过9次投票表决，最后通过协商、妥协，才通过了多种类型的现场总线作为IEC61158国际标准。原希望制定统一现场总线技术标准的努力最终以失败告终，妥协形成的多个标准之间互不兼容，无法互联互通。工业以太网标准延续了工业总线标准制定的模式，纳入多种技术。 从工业现场总线、工业以太网标准的诞生过程中可以看出，技术发展很大程度上受到市场规律、商业利益的制约，技术标准不单是一个技术规范，也是一个商业利益妥协的产物。 随着近几年工业互联网、新型工业化的快速发展，越来越多的企业、专家、学者认识到，传统的垂直割裂的ISA95架构已经严重制约了新技术在工业的发展应用。在工业互联网、工业数字化的新浪潮下，工业控制网络与工业信息网络逐渐呈现融合趋势，具备支持多业务、多协议、多厂商设备和数据互联互通、共网承载以及高质量传输能力，工业网络全连接已经成为发展的必然演进方向。 本报告概述和分析了工业网络当前的需求、场景、痛点和发展趋势，给出了丰富的案例，并提出了工业网络的发展建议，有助于产业各界形成统一共识，并朝这一方向发展共同努力。 同时，我们也要清醒地认识到，工业网络全连接不仅仅是技术问题，更是一场涉及经济、社会和产业等多方面的深刻变革。它将重塑我们的生产工作方式，在多方面衍生新的挑战。因此，我们必须在推进工业网络全连接的同时，加强相关领域的研究和建设，确保这一变革能够顺利发展。 展望未来，我相信，在广大科技界、工业界的共同努力下，新型工业化必将全面实现，为工业实体经济的全面发展提供强大动力。让我们携手并进，共同迎接这个充满希望的新时代。 中国工程院院士国际自动化学会会士 余晓晖 工业网络作为现代工业生产活动的关键基础设施，贯穿了人、机、料、法、环、测等各个生产环节，是数字化智能化的基石。随着工业革命的不断演进，工业网络经历了从模拟通信向数字通信转变，现场总线向工业以太网转变、有线网络向无线网络拓展的不断演进，而技术进步和市场需求，是推动工业网络持续革新的核心动力。展望2030年及更远的未来，工业网络将呈现出怎样的新面貌？ 从技术层面来看，工业网络将变得越来越灵活和智能。数字化转型的深入发展使网络在制造业中的作用日益重要，网络的角色正在从传统的“信息传输”升级为提供“能力服务”，这意味着未来的工业网络需要根据不同的应用场景灵活便捷提供定制化的服务。例如，一些企业可能需要高带宽以支持大数据的快速传输，而另一些则可能更关注网络安全或低时延以保证实时控制。为了满足这些多样化的需求，需要打破传统的封闭生产控制系统，解耦并重塑现有的垂直层级化工业网络，构建一个IT与OT深度融合、开放通用、扁平化的新型工业网络体系。这样的体系将能够实现工业领域的泛在互联、确定承载、开放智能和安全护网。 从需求角度来看，工业网络将成为数字化转型的强大引擎。在当今这个数据驱动的时代，工业网络不仅仅是连接机器和系统的纽带，更是实现数据流动、分析和应用的关键平台。工业网络通过实现设备的互联互通，使得数据能够在整个生产链中自由流动，这种能力使得企业能够更快地响应市场变化，优化生产流程，提高资源利用率，并且能够通过预测性维护减少停机时间，提升整体的运营效率，此外，工业网络还支持新的商业模式的创新，如远程监控服务等，优化客户体验，拓宽企业收入来源。加快构建全连接的工业网络基础设施，深度挖掘工业数据价值，解决工业企业当前业务发展的痛点和瓶颈，已成为企业数字化转型的关键环节，也是推动行业高质量发展的重要路径之一。 《迈向智能世界2030-工业网络全连接》这本报告，从总结工业网络的发展历程入手，树立了面向2030的先进工业网络“灵活极简、可靠性能、一网多能、经济适用、自然友好、安全无忧、生态共荣、数智融合”八大目标愿景（ADVANCED），提出了“接入泛在化、联结融合化、网络自智化、网安一体化”的四大发展趋势，为2030工业网络描绘了建设蓝图。此外，报告立足各行业的实际业务需求，梳理了先进工业网络的八大价值场景，明确了先进工业网络的 目标架构和关键指标。这将为中国构建新型工业网络体系、加快发展新质生产力，全面赋能新型工业化提供宝贵的参考和指导。 未来已至，工业网络正引领着传统工业领域的生产方式变革，为人类带来更美好的生活，让我们拭目以待。 欧阳劲松 伴随工业革命的演进，工业网络的发展依次经历了从无到有，从模拟通信到数字通信，从现场总线再到工业以太网，从有线到无线的发展阶段。近年来，更有工业物联网、工业互联网概念不断涌现，广义上讲，这些工业用的网络可以统称为工业网络。由于信息技术（IT）、通信技术（CT）的快速发展，工业界由原来比较封闭的自动化/运营技术（OT）领域，逐渐向信息技术领域开放，OT和IT融合是工业网络技术发展的必然趋势。 工业网络技术的多样性对于工业转型升级和制造业高质量发展带来的益处毋庸置疑，但也确实由于概念和技术类型过多而对于用户造成了一些困惑。一方面，对于工业而言哪个技术更先进、更适应，谁包容谁，相互有何关联、有何区别？这些问题一直是学术界和工业界争论的焦点；另一方面，对于已有工厂升级改造或新建工厂，从工厂内外网络的工程设计、建设实施到运行维护、安全保障，都需要有专业的技术指导。当前，在智能制造、工业互联网背景下，底层工控自动化系统/工业网络与各种信息系统、应用平台的集成程度如何、对满足工业生产制造发挥的作用如何，这些问题都需要进一步探讨和解决。 这本报告对工业网络相关的概念进行了梳理，归纳了八大典型应用场景和相匹配的网络技术，憧憬了全连接的工业网络的未来，对于企业数字化转型和供应链协同提供了很好的参考和启发。 与信息领域网络技术相比，用于工业应用的网络技术的功能定位与服务对象更聚焦，首先要满足工业生产制造的基本应用需求，解决工厂内部的自动化控制、现场数据采集、横向集成和纵向集成等问题。从通信角度，必须满足工业应用数据传输的实时性、确定性、可靠性等要求；从功能完备性角度，在满足基本数据传输功能基础上还需考虑互操作性、本质安全性、功能安全性、信息安全性、高可用性、集成性等要求。因此，信息领域通用的网络通信技术并不是直接“拿到”工业中应用的，必须先评估其是否满足上述工业应用要求，这也是工业以太网对于IEEE 802.3（以太网)通信协议进行改造、工业无线网对于IEEE 802.15.4（低速率无线个人局域网）和IEEE 802.11（无线局域网）通信协议进行改造的根本原因。 在此基础上，进一步考虑满足工业智能化应用需求，使自动化控制和生产管控具备自学习、自适应、自决策的能力，借助于边缘计算、云计算、大数据、人工智能等技术，实现整个生产制造过程的智能优化、转型升级。 不管是哪种网络技术，都是通信技术、信息技术与工业应用的深度融合，作为赋能手段，一定会给工业生产模式带来巨大变革，但切不可本末倒置，应始终“不忘初心”将满足工业生 产需求放在首位。当前我国制造业发展不平衡、不充分的特点突出，“工业2.0、3.0、4.0”并存局面还将长期存在，企业面临的最大问题是产品质量与生产效率不高等切实问题。因此，不论什么“网”，都必须先解决企业生产的“温饱（提质增效）”问题。 而随着工业应用领域不断扩大，不同行业领域对于工业网络提出新的需求，例如：矿区煤矿采掘和运输工作环境恶劣，安全事故易发，具有远程采矿、无人驾驶的场景需求，需要大带宽、低时延、高可靠的网络如5G等技术支持；半导体加工所使用的制造设备需要纳米级的定位精度，要求运动控制朝着更高速和更高精度发展，进而对更低时延、更具确定性的网络提出需求，需要例如光总线、TSN等技术。 总之，这份报告详细阐述了工业网络全连接的核心理念和发展趋势，通过高度集成的网络技术，实现物料、设备、系统、人员等无缝连接与数据贯通，从而提高生产效率，降低运营成本，增强企业竞争力。这一理念的实现，离不开标准化工作的支持。全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会（SAC/TC124）一直致力于推动工业网络标准的制定和实施，确保技术的一致性、互操作性和安全性，为全连接工业网络的构建提供坚实的基础。仪综所愿意与业界共同努力，去推动和实现本报告提出的“工业网络互联，工业数据互通”以及“开放、解耦、标准、通用”等核心理念，共创新型工业化更加美好的未来。 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所所长国家智能制造专家委员会副主任SAC/TC124副主任委员 杨超斌 随着全球经济的快速发展，工业领域的数字化转型已成为推动经济增长的关键动力。华为在2023年与信通院、罗兰贝格联合发布的《工业数字化/智能化2030》白皮书中，明确指出了工业“新四化”的发展趋势，即工业装备数字化、工业网络全连接、工业软件云化和工业数据价值化。这四大趋势预示着工业未来的发展方向，也为我们描绘了一个全新的工业数字化生态系统。 在这一生态系统中，工业网络扮演着至关重要的角色。“要想富、先修路”，网络强基要先行。工业网络作为数据传输的媒介，要广泛连接工业的人机料法环和研产供销服等全要素，并且随着工业自身的发展和技术的进步，业界正呼唤更高移动性、更高确定性、更低时延、更大带宽的工业网络。 回顾通信技术的发展历程，业务、网络和终端的持续发展，开启了一个又一个伟大时代。从电报到电话、再到互联网和今天的多媒体时代；从第一代移动通信直到5G和今天的5G-A时代；终端也从电报、电话演变为手机、电脑、手表，以及AR/VR/MR等各种智能终端。随着人工智能的快速发展，我们即将迈入一个全新的智能化时代。 而工业作为实体经济的主体，是社会发展的支柱产业。工业的发展虽然缓慢，但却是坚实而有力的。工业网络必然会随着工业自身业务和工业装备的演进发展，同步变迁和演进，推动工业体系迈向新型工业化。 在这个发展过程中，工业网络就像是贯通全身的“神经”，为工业企业的业务活动提供全面泛在的连接。通过引入5G、F5G、Net5G及其演进技术5G-A、F5G-A、Net5.5G等先进工业网络，我们可以不断满足工业新需求，打造一个开放、解耦、融合的“一张网”。 我们希望通过本报告，深入探讨工业网络面临的痛点和未来场景，展望工业网络的发展趋势和愿景，激发业界同仁的思考与共鸣，同时也为工业数字化转型的实践者提供一个参考。 面向未来，华为还将围绕网络、存储、算力、云、能源等技术，不断进行系统级创新。我们坚信，实现工业装备数字化、工业网络全连接、工业软件云化以及工业数据价值化，不断推动数智技术与工业行业的深度融合，是实现新型工业化的必经之路。华为期待与产业伙伴一起，坚持开放、创新、合作，为加速我国的工业数字化转型升级持续贡献力量。 华为技术有限公司董事产品投资评审委