陳武：基于可信工業互聯網標識構建5G數字孿生產業生態丨工業互聯網“咖”解
作者
陳武
亞信科技（中國）有限公司高級副總裁、工業互聯網產業聯盟副理事長
朱軍
亞信科技（中國）有限公司數據科學首席架構師
摘要：隨著在千行百業中的不斷延伸，5G作為泛在感知網絡成為萬物互聯的基礎設施，連接物理世界的人與物并在其數字化模型的基礎上通過數據進行感知與通信。面向產業互聯的5G網絡快速推動了工業互聯網標識體系的發展，通過為聯網的物體建立唯一的身份符號實現了萬物互識，并能夠在互聯網上根據授權有效的分析其標識數據。而區塊鏈技術的融入使得相關利益方能夠對標識數據進行有效的確權、存證與溯源，從而保證標識數據的可信度，構建萬物互信的基礎 。最終，基于可信的標識數據企業可以將基于模型與數據融入人工智能、虛擬現實等軟件技術構建物理實體的數字孿生體，并通過數字線程構建孿生體之間的交互場景，以數據驅動萬物互動的方式實現一個還原現實、超越現實又反作用于現實的數字孿生系統。
在泛化的5G網絡不斷向邊緣延伸、萬物互聯的情形下，云原生逐漸成為軟件標準，千行百業將以大數據作為共享生產資料，通過人工智能增強生產力，用區塊鏈改善生產關系，構建出一個數字孿生世界。我們看到，在CT通信技術、IT信息技術、DT數據技術和OT工業操作技術的云化融合下，工業互聯網正逐步實現基于5G網絡的萬物互聯，基于工業互聯網標識實現萬物互識，基于區塊鏈達到萬物互信以及最終基于自主的數字孿生體進行萬物互動的數字世界。亞信科技致力于打造基于互聯網標識的數字孿生生態，通過與合作伙伴共建共享數字孿生開發平臺和數字孿生場景構建平臺，在工業互聯網標識體系上實現各自孿生體的互聯互通，從而以開放運營的模式促進產業協同發展。
一、基于5G泛在網絡推動萬物互聯
作為一個軟件可定義的泛在網絡，5G不斷的將不同的網絡技術特性融入到自身的標準中，形成了一個基于云原生柔性技術架構支撐下的云網融合體系，其對應的高速率、低延時和高帶寬特征會使成為物聯網、車聯網、遠程控制、城市交通實時管控等未來網絡中非常重要的接口，成為未來信息社會的重要基礎設施。
傳統模式下的網絡技術在工業領域的應用存在以下兩方面問題：其一，網絡運行中的信息傳輸效率不夠高；其二，對專業的工業生產應用技術的適應性不強。5G因其能夠滿足更高端、更復雜的各種通信性能需求，滿足更精確、更快速的各種應用標準，因而能夠服務于更多用戶、更多終端設備和更多的目標場景，所以5G完全有能力在傳輸領域和互聯網領域承載即將到來的工業互聯網的諸多應用，能夠直接或間接地影響工業互聯網，甚至催生出全新的生產、生活思維方式，使之成為支撐工業互聯網的網絡基礎。因此，5G被視為打通工業互聯網最后一公里的有效手段：
01 5G助力破解工業互聯網設備互聯互通難題
數據采集是工業互聯網的基礎，當前我國工業領域所使用的通信協議種類多、各有不足且相對封閉，且約80%以上的工廠設備無法聯網，嚴重制約了設備數據上云，致使設備互聯互通問題突出。通過將5G技術與工業無源光網絡（PON）、移動邊緣計算（MEC）等相結合，能夠降低工業場景協議轉換和設備接入難度，提升工業互聯網異構數據接入能力，有效解決“數據孤島”的問題。
02 5G助力支撐海量工業數據實時同步傳輸
目前，大量工業企業現有內部網絡無法支撐工業場景中海量數據實時傳輸和網絡時間同步，亟需進行基礎網絡升級改造，提升網絡傳輸帶寬。5G作為工業互聯網的關鍵基礎設施，具備大帶寬、低時延、海量連接的網絡特性，能夠提供端到端毫秒級時延和接近100%的高可靠性通信保障，滿足工業大數據無線傳輸需求和工業領域大量即時處理需求。
03 5G助力拓展工業互聯網應用的廣度與深度
5G與工業互聯網的融合應用，將為工業互聯網發展開創新空間。一方面，5G將助力工業互聯網全要素、全環節高效互聯互通，實現以數據流帶動技術流、資金流、人才流、物資流，有效提升傳統產業的發展質量與效益。另一方面，5G將加速人工智能、AR/VR等新興前沿技術在工業領域的應用與探索，催生形成新產品、新模式和新業態，拓展工業互聯網發展空間。
總之，5G融入工業互聯網將有利于基于一張物理網絡高效的實現萬物互聯互通，豐富工業互聯網應用場景，加速工業企業數字化、智能化轉型，推動形成新模式、新生態融合發展的新圖景。
二、基于互聯網標識實現萬物互識
工業互聯網的核心是基于全面互聯而形成數據驅動的智能，標識解析體系作為工業互聯網的關鍵神經系統，是實現工業系統互聯和工業數據傳輸交換的支撐基礎。其中，工業互聯網標識是指能夠唯一識別機器、產品、算法、工序等制造業物理資源和虛擬資源的身份符號。工業互聯網標識解析是指能夠根據標識編碼查詢目標對象網絡位置或者相關信息的系統裝置。2020年3月，工業和信息化部發布《關于推動工業互聯網加快發展的通知》，提出“增強完善工業互聯網標識體系”，加快新型基礎設施建設，進一步增強網絡基礎資源支撐能力。通過工業互聯網標識解析系統，構建人、機、物全面互聯的基礎設施，可以實現工業設計、研發、生產、銷售、服務等產業要素的全面互聯，提升協作效率，對促進工業數據的開放流動與聚合、推動工業資源的優化集成與自由調度、支撐工業集成創新應用具有重要意義。
工業互聯網標識解析體系是工業互聯網網絡架構的重要組成部分，是維護全球工業互聯網穩定運行的重要基礎設施和服務，其作用類似于互聯網領域的域名解析系統（DNS）。工業互聯網標識解析體系的對象是機器、產品等物理實體和算法、工藝等虛擬制造資源，標識解析系統根據標識查詢網絡位置，從而實現人與物、物與物之間的通信尋址，或者直接查詢物的相關信息。從功能視角看，工業互聯網標識解析相對互聯網域名系統而言，對象范圍變化、對象粒度細化、解析功能更加豐富。工業互聯網標識解析體系的功能視圖自下而上分別為標識編碼層、標識解析層、標識數據層和標識應用層。標識編碼層定義工業制造中各類對象進行數字化標識的技術手段和相關管理規范，標識解析層定義根據標識編碼查詢對象網絡位置或者相關信息的服務，標識數據層定義標識數據的識讀、處理以及和單元（組織、企業、工廠）內部與單元之間的信息傳遞及交互機制，標識應用層定義標識服務的具體應用場景。
工業互聯網標識解析系統的整體架構采用分層、分級模式構建，面向各行業、各類工業企業提供標識解析公共服務。系統主要元素包括根節點、國家頂級節點、二級節點、企業節點、公共遞歸節點等。工業互聯網通過標識編碼識別互聯的萬物，并通過聯網對象的協作交互實現全要素、全產業鏈、全價值鏈的互通，有效提高生產效率。隨著工業互聯網推進不斷深入，采用公有標識對各類資源進行標準化編碼成為實現信息共享，推進工業智能化的基礎。能夠唯一識別不同聯網對象的標識編碼技術是實現工業互聯網應用服務的前提。
三、基于區塊鏈構建萬物互信
2020年4月，國家發改委確定了新型基礎設施的內涵和外延，其中區塊鏈（blockchain）作為新技術的基礎設施，將成為支撐數字經濟發展的重要基礎。在數字經濟時代數據成為勞動力、土地、資本和技術之外的第五大生產要素，作為經濟發展關鍵的要素，數據需要通過資產化提高其交易的效率和價值，而區塊鏈將融入工業互聯網基礎設施對此起到有力的支撐作用。當前，工業互聯網標識推動工業企業從煙囪式的構建模式趨向于平臺化、共享化的方向發展，共享網絡最后帶來的問題是中心化的問題、如何解決信任問題，特別是針對工業互聯網標識數據層的信任問題，而目前區塊鏈被認為是解決信任最好的技術方案。
數據是數字經濟的命脈，區塊鏈以其公開共享、去中心化、不可篡改、可追溯和不可抵賴等技術優勢，被認為是解決數據可信流通問題的合適方案。在數據采集、確權、授權、監管、隱私保護全過程中，基于區塊鏈建設可信數據交換平臺，通過安全多方計算、智能合約技術、非對稱加密技術等可控制用戶對數據的訪問權限，解決數據隱私安全和數據主導權等問題，打破政府、企業間的數據孤島壁壘。區塊鏈的落地應用與變革，將是推進數據融合，發揮數據資源價值，在工業互聯網標識體系之上形成可信數據交換生態系統等變革的關鍵。區塊鏈最核心的方式是去中心化、可信，其最大的特點是數據難以篡改，因此它可以作為工業互聯網標識數據的存證。但是它無法解決數據上鏈之前在現實世界當中的問題，也就是說如果現實世界中發生的數據是錯誤的，區塊鏈無法識別。比如說，醫療數據測的心跳血壓，如果做了修改區塊鏈也不知道真假。但每個人看醫生的各種信息，電子的各種信息都可以上鏈，作為這些相關的數據確權、存證與溯源，區塊鏈是非常有價值的。
工業互聯網標識體系和區塊鏈網絡將會相互賦能、協同發展。一方面，標識及其解析服務是區塊鏈的核心基礎服務組件。通過唯一標識實現物理世界向數字世界的身份可信映射，促進跨鏈或標識對象間的互操作；而區塊鏈的分布式信任管理機制，有助于建立數字空間信任鏈條，推動多邊共管共治的標識治理體系。另一方面，基于區塊鏈在開展共管共治的標識注冊、標識解析以及標識數據共享等系列服務，促進標識在全球唯一和互通互認，既有助于企業解決數字化過程中的數據孤島難題，又有利于解決跨鏈安全可信連接、交互和互操作問題，實現“萬物互信”產業生態的構建。
總體而言，“鏈”為“網”帶來安全，區塊鏈的分布式信任傳遞和管理的機制，有助于破局工業互聯網多元化管理機制長期的難題；而“網”又為“鏈”帶來新的場景，工業互聯網標識作為新型數據資源空間，更加適合發揮區塊鏈技術的優勢。
四、基于數字孿生智造萬物互動
數字孿生體（digital twin）作為實現虛實之間雙向映射、動態交互、實時連接的關鍵途徑，可將物理實體和系統的屬性、結構、狀態、性能、功能和行為映射到虛擬世界，形成高保真的動態多維、多尺度、多物理量模型，為觀察物理世界、認識物理世界、理解物理世界、控制物理世界、改造物理世界提供了一種有效手段。當前對數字孿生存在多種不同認識和理解，目前尚未形成統一共識的定義，但物理實體、虛擬模型、數據、連接、服務是數字孿生的核心要素。不同階段（如產品的不同階段）的數字孿生呈現出不同的特點，對數字孿生的認識與實踐離不開具體對象、具體應用與具體需求。從應用和解決實際需求的角度出發，實際應用過程中不一定要求所建立的“數字孿生”具備所有理想特征，能滿足用戶的具體需要即可。
數字線程（digital thread）被認為是產品模型在各階段演化利用的溝通渠道，是依托于產品全生命周期的業務系統，涵蓋產品構思、設計、供應鏈、制造、售后服務等各個環節。在整個產品的生命周期中，通過提供訪問、整合以及將不同/ 分散數據轉換為可操作性信息的能力來通知決策制定者。數字線程也是一個允許可連接數據流的通信框架，并提供一個包含生命周期各階段功能的集成視圖。數字線程有能力為產品數字孿生提供訪問、整合和轉換能力，其目標是貫通產品生命周期和價值鏈，實現全面追溯、信息交互和價值鏈協同。由此可見，產品的數字孿生是對象、模型和數據，而數字線程是方法、通道、鏈接和接口。簡單地說，在數字孿生的廣義模型之中，存在著彼此具有關聯的小模型。數字線程可以明確這些小模型之間的關聯關系并提供支持。因此，從全生命周期這個廣義的角度來說，數字線程是屬于面向全生命周期的數字孿生的。
當前工業生產已經發展到高度自動化與信息化階段，在生產過程中產生大量信息。雖然這些信息可以通過工業互聯網標識體系上網，并借助區塊鏈促進多源異構、異地分散的信息孤島融合流通，但缺乏了數據的智能加工與相應的軟件服務，標識數據還未能在工業生產中自動驅動業務流程形成自主智能的數字化系統。而數字孿生為工業產生的物理實體創建了數字對象，并將物理設備的各種屬性映射其數字對象中，同時借助人工智能機器學習可以創建智能孿生體通過數據驅動的方式與物理世界相連。這樣，不僅工業人員通過在虛擬空間中模擬、分析、生產預測，能夠仿真復雜的制造工藝，實現產品設計，制造和智能服務等閉環優化。同時借助具有自主智能的數字孿生體，通過數字線程的編排還能夠實現軟件定義的萬物互動。
五、5G數字孿生智慧城市
亞信科技整合5G、AI、云計算、物聯網、區塊鏈、GIS等多種技術，在工業互聯網標識體系的基礎上構建5G城市數字孿生平臺，重新定義城市未來基礎架構，聚焦現階段我國智慧城市建設管理痛點，利用數字孿生平臺定義城市管理中的人和物，基于城市數字孿生體的組合、編排和運行規則的定義和操作，構建城市規劃、經濟生活、應急安防、綜合服務等應用場景。
亞信科技結合自身行業特點，提出基于“數字孿生技術”構建5G智慧城市的整體規劃，其中又以“5G城市數字孿生平臺”作為面向業務和交付的行業通用平臺，一來解決過去搭建智慧系列解決方案和應用中立體空間搭建和設備管理重復造“輪子”的弊端。二來通過打造萬物可孿生的數字化理念，基于孿生場景構建和運行核心能力，實現面向不同行業、不同地域、不同規模的，具備快速搭建、集成接入、業務編排、AI賦能、可插拔式應用和API能力開放的一體化交付能力，為政府、企業的智能管理、智慧運營全面賦能。
參考資料：
1. 《新基建背景下“工業互聯網+5G”融合發展新圖景》，賽迪智庫信息化與軟件產業研究所，2020年
2. 《工業互聯網標識解析體系架構及部署進展》，中國信息通信研究院，2020年
3. 《信通院院長劉多：區塊鏈是支撐我國數字經濟發展的重要基礎》，智博會區塊鏈高峰論壇，2020年
4. 《數字孿生應用白皮書》，中國電子技術標準化研究院，2020年
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