陳武：基于可信工業(yè)互聯(lián)網標識構建5G數(shù)字孿生產業(yè)生態(tài)丨工業(yè)互聯(lián)網“咖”解
作者
陳武
亞信科技（中國）有限公司高級副總裁、工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟副理事長
朱軍
亞信科技（中國）有限公司數(shù)據(jù)科學首席架構師
摘要：隨著在千行百業(yè)中的不斷延伸，5G作為泛在感知網絡成為萬物互聯(lián)的基礎設施，連接物理世界的人與物并在其數(shù)字化模型的基礎上通過數(shù)據(jù)進行感知與通信。面向產業(yè)互聯(lián)的5G網絡快速推動了工業(yè)互聯(lián)網標識體系的發(fā)展，通過為聯(lián)網的物體建立唯一的身份符號實現(xiàn)了萬物互識，并能夠在互聯(lián)網上根據(jù)授權有效的分析其標識數(shù)據(jù)。而區(qū)塊鏈技術的融入使得相關利益方能夠對標識數(shù)據(jù)進行有效的確權、存證與溯源，從而保證標識數(shù)據(jù)的可信度，構建萬物互信的基礎 。最終，基于可信的標識數(shù)據(jù)企業(yè)可以將基于模型與數(shù)據(jù)融入人工智能、虛擬現(xiàn)實等軟件技術構建物理實體的數(shù)字孿生體，并通過數(shù)字線程構建孿生體之間的交互場景，以數(shù)據(jù)驅動萬物互動的方式實現(xiàn)一個還原現(xiàn)實、超越現(xiàn)實又反作用于現(xiàn)實的數(shù)字孿生系統(tǒng)。
在泛化的5G網絡不斷向邊緣延伸、萬物互聯(lián)的情形下，云原生逐漸成為軟件標準，千行百業(yè)將以大數(shù)據(jù)作為共享生產資料，通過人工智能增強生產力，用區(qū)塊鏈改善生產關系，構建出一個數(shù)字孿生世界。我們看到，在CT通信技術、IT信息技術、DT數(shù)據(jù)技術和OT工業(yè)操作技術的云化融合下，工業(yè)互聯(lián)網正逐步實現(xiàn)基于5G網絡的萬物互聯(lián)，基于工業(yè)互聯(lián)網標識實現(xiàn)萬物互識，基于區(qū)塊鏈達到萬物互信以及最終基于自主的數(shù)字孿生體進行萬物互動的數(shù)字世界。亞信科技致力于打造基于互聯(lián)網標識的數(shù)字孿生生態(tài)，通過與合作伙伴共建共享數(shù)字孿生開發(fā)平臺和數(shù)字孿生場景構建平臺，在工業(yè)互聯(lián)網標識體系上實現(xiàn)各自孿生體的互聯(lián)互通，從而以開放運營的模式促進產業(yè)協(xié)同發(fā)展。
一、基于5G泛在網絡推動萬物互聯(lián)
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(lián)網、車聯(lián)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(tǒng)模式下的網絡技術在工業(yè)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(yè)的工業(yè)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(lián)網領域承載即將到來的工業(yè)互聯(lián)網的諸多應用，能夠直接或間接地影響工業(yè)互聯(lián)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(yè)互聯(lián)網的網絡基礎。因此，5G被視為打通工業(yè)互聯(lián)網最后一公里的有效手段：
01 5G助力破解工業(yè)互聯(lián)網設備互聯(lián)互通難題
數(shù)據(jù)采集是工業(yè)互聯(lián)網的基礎，當前我國工業(yè)領域所使用的通信協(xié)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(lián)網，嚴重制約了設備數(shù)據(jù)上云，致使設備互聯(lián)互通問題突出。通過將5G技術與工業(yè)無源光網絡（PON）、移動邊緣計算（MEC）等相結合，能夠降低工業(yè)場景協(xié)議轉換和設備接入難度，提升工業(yè)互聯(lián)網異構數(shù)據(jù)接入能力，有效解決“數(shù)據(jù)孤島”的問題。
02 5G助力支撐海量工業(yè)數(shù)據(jù)實時同步傳輸
目前，大量工業(yè)企業(yè)現(xiàn)有內部網絡無法支撐工業(yè)場景中海量數(shù)據(jù)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(yè)互聯(lián)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(yè)大數(shù)據(jù)無線傳輸需求和工業(yè)領域大量即時處理需求。
03 5G助力拓展工業(yè)互聯(lián)網應用的廣度與深度
5G與工業(yè)互聯(lián)網的融合應用，將為工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展開創(chuàng)新空間。一方面，5G將助力工業(yè)互聯(lián)網全要素、全環(huán)節(jié)高效互聯(lián)互通，實現(xiàn)以數(shù)據(jù)流帶動技術流、資金流、人才流、物資流，有效提升傳統(tǒng)產業(yè)的發(fā)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(yè)領域的應用與探索，催生形成新產品、新模式和新業(yè)態(tài)，拓展工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展空間。
總之，5G融入工業(yè)互聯(lián)網將有利于基于一張物理網絡高效的實現(xiàn)萬物互聯(lián)互通，豐富工業(yè)互聯(lián)網應用場景，加速工業(yè)企業(yè)數(shù)字化、智能化轉型，推動形成新模式、新生態(tài)融合發(fā)展的新圖景。
二、基于互聯(lián)網標識實現(xiàn)萬物互識
工業(yè)互聯(lián)網的核心是基于全面互聯(lián)而形成數(shù)據(jù)驅動的智能，標識解析體系作為工業(yè)互聯(lián)網的關鍵神經系統(tǒng)，是實現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)互聯(lián)和工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸交換的支撐基礎。其中，工業(yè)互聯(lián)網標識是指能夠唯一識別機器、產品、算法、工序等制造業(yè)物理資源和虛擬資源的身份符號。工業(yè)互聯(lián)網標識解析是指能夠根據(jù)標識編碼查詢目標對象網絡位置或者相關信息的系統(tǒng)裝置。2020年3月，工業(yè)和信息化部發(fā)布《關于推動工業(yè)互聯(lián)網加快發(fā)展的通知》，提出“增強完善工業(yè)互聯(lián)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(yè)互聯(lián)網標識解析系統(tǒng)，構建人、機、物全面互聯(lián)的基礎設施，可以實現(xiàn)工業(yè)設計、研發(fā)、生產、銷售、服務等產業(yè)要素的全面互聯(lián)，提升協(xié)作效率，對促進工業(yè)數(shù)據(jù)的開放流動與聚合、推動工業(yè)資源的優(yōu)化集成與自由調度、支撐工業(yè)集成創(chuàng)新應用具有重要意義。
工業(yè)互聯(lián)網標識解析體系是工業(yè)互聯(lián)網網絡架構的重要組成部分，是維護全球工業(yè)互聯(lián)網穩(wěn)定運行的重要基礎設施和服務，其作用類似于互聯(lián)網領域的域名解析系統(tǒng)（DNS）。工業(yè)互聯(lián)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(tǒng)根據(jù)標識查詢網絡位置，從而實現(xiàn)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(yè)互聯(lián)網標識解析相對互聯(lián)網域名系統(tǒng)而言，對象范圍變化、對象粒度細化、解析功能更加豐富。工業(yè)互聯(lián)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(shù)據(jù)層和標識應用層。標識編碼層定義工業(yè)制造中各類對象進行數(shù)字化標識的技術手段和相關管理規(guī)范，標識解析層定義根據(jù)標識編碼查詢對象網絡位置或者相關信息的服務，標識數(shù)據(jù)層定義標識數(shù)據(jù)的識讀、處理以及和單元（組織、企業(yè)、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(yè)互聯(lián)網標識解析系統(tǒng)的整體架構采用分層、分級模式構建，面向各行業(yè)、各類工業(yè)企業(yè)提供標識解析公共服務。系統(tǒng)主要元素包括根節(jié)點、國家頂級節(jié)點、二級節(jié)點、企業(yè)節(jié)點、公共遞歸節(jié)點等。工業(yè)互聯(lián)網通過標識編碼識別互聯(lián)的萬物，并通過聯(lián)網對象的協(xié)作交互實現(xiàn)全要素、全產業(yè)鏈、全價值鏈的互通，有效提高生產效率。隨著工業(yè)互聯(lián)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(xiàn)信息共享，推進工業(yè)智能化的基礎。能夠唯一識別不同聯(lián)網對象的標識編碼技術是實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網應用服務的前提。
三、基于區(qū)塊鏈構建萬物互信
2020年4月，國家發(fā)改委確定了新型基礎設施的內涵和外延，其中區(qū)塊鏈（blockchain）作為新技術的基礎設施，將成為支撐數(shù)字經濟發(fā)展的重要基礎。在數(shù)字經濟時代數(shù)據(jù)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(fā)展關鍵的要素，數(shù)據(jù)需要通過資產化提高其交易的效率和價值，而區(qū)塊鏈將融入工業(yè)互聯(lián)網基礎設施對此起到有力的支撐作用。當前，工業(yè)互聯(lián)網標識推動工業(yè)企業(yè)從煙囪式的構建模式趨向于平臺化、共享化的方向發(fā)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(yè)互聯(lián)網標識數(shù)據(jù)層的信任問題，而目前區(qū)塊鏈被認為是解決信任最好的技術方案。
數(shù)據(jù)是數(shù)字經濟的命脈，區(qū)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(yōu)勢，被認為是解決數(shù)據(jù)可信流通問題的合適方案。在數(shù)據(jù)采集、確權、授權、監(jiān)管、隱私保護全過程中，基于區(qū)塊鏈建設可信數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的訪問權限，解決數(shù)據(jù)隱私安全和數(shù)據(jù)主導權等問題，打破政府、企業(yè)間的數(shù)據(jù)孤島壁壘。區(qū)塊鏈的落地應用與變革，將是推進數(shù)據(jù)融合，發(fā)揮數(shù)據(jù)資源價值，在工業(yè)互聯(lián)網標識體系之上形成可信數(shù)據(jù)交換生態(tài)系統(tǒng)等變革的關鍵。區(qū)塊鏈最核心的方式是去中心化、可信，其最大的特點是數(shù)據(jù)難以篡改，因此它可以作為工業(yè)互聯(lián)網標識數(shù)據(jù)的存證。但是它無法解決數(shù)據(jù)上鏈之前在現(xiàn)實世界當中的問題，也就是說如果現(xiàn)實世界中發(fā)生的數(shù)據(jù)是錯誤的，區(qū)塊鏈無法識別。比如說，醫(yī)療數(shù)據(jù)測的心跳血壓，如果做了修改區(qū)塊鏈也不知道真假。但每個人看醫(yī)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(shù)據(jù)確權、存證與溯源，區(qū)塊鏈是非常有價值的。
工業(yè)互聯(lián)網標識體系和區(qū)塊鏈網絡將會相互賦能、協(xié)同發(fā)展。一方面，標識及其解析服務是區(qū)塊鏈的核心基礎服務組件。通過唯一標識實現(xiàn)物理世界向數(shù)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(qū)塊鏈的分布式信任管理機制，有助于建立數(shù)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(qū)塊鏈在開展共管共治的標識注冊、標識解析以及標識數(shù)據(jù)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(yè)解決數(shù)字化過程中的數(shù)據(jù)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(xiàn)“萬物互信”產業(yè)生態(tài)的構建。
總體而言，“鏈”為“網”帶來安全，區(qū)塊鏈的分布式信任傳遞和管理的機制，有助于破局工業(yè)互聯(lián)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(yè)互聯(lián)網標識作為新型數(shù)據(jù)資源空間，更加適合發(fā)揮區(qū)塊鏈技術的優(yōu)勢。
四、基于數(shù)字孿生智造萬物互動
數(shù)字孿生體（digital twin）作為實現(xiàn)虛實之間雙向映射、動態(tài)交互、實時連接的關鍵途徑，可將物理實體和系統(tǒng)的屬性、結構、狀態(tài)、性能、功能和行為映射到虛擬世界，形成高保真的動態(tài)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(shù)字孿生存在多種不同認識和理解，目前尚未形成統(tǒng)一共識的定義，但物理實體、虛擬模型、數(shù)據(jù)、連接、服務是數(shù)字孿生的核心要素。不同階段（如產品的不同階段）的數(shù)字孿生呈現(xiàn)出不同的特點，對數(shù)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(fā)，實際應用過程中不一定要求所建立的“數(shù)字孿生”具備所有理想特征，能滿足用戶的具體需要即可。
數(shù)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(yè)務系統(tǒng)，涵蓋產品構思、設計、供應鏈、制造、售后服務等各個環(huán)節(jié)。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(shù)據(jù)轉換為可操作性信息的能力來通知決策制定者。數(shù)字線程也是一個允許可連接數(shù)據(jù)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(shù)字線程有能力為產品數(shù)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(xiàn)全面追溯、信息交互和價值鏈協(xié)同。由此可見，產品的數(shù)字孿生是對象、模型和數(shù)據(jù)，而數(shù)字線程是方法、通道、鏈接和接口。簡單地說，在數(shù)字孿生的廣義模型之中，存在著彼此具有關聯(lián)的小模型。數(shù)字線程可以明確這些小模型之間的關聯(lián)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(shù)字線程是屬于面向全生命周期的數(shù)字孿生的。
當前工業(yè)生產已經發(fā)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(yè)互聯(lián)網標識體系上網，并借助區(qū)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(shù)據(jù)的智能加工與相應的軟件服務，標識數(shù)據(jù)還未能在工業(yè)生產中自動驅動業(yè)務流程形成自主智能的數(shù)字化系統(tǒng)。而數(shù)字孿生為工業(yè)產生的物理實體創(chuàng)建了數(shù)字對象，并將物理設備的各種屬性映射其數(shù)字對象中，同時借助人工智能機器學習可以創(chuàng)建智能孿生體通過數(shù)據(jù)驅動的方式與物理世界相連。這樣，不僅工業(yè)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(xiàn)產品設計，制造和智能服務等閉環(huán)優(yōu)化。同時借助具有自主智能的數(shù)字孿生體，通過數(shù)字線程的編排還能夠實現(xiàn)軟件定義的萬物互動。
五、5G數(shù)字孿生智慧城市
亞信科技整合5G、AI、云計算、物聯(lián)網、區(qū)塊鏈、GIS等多種技術，在工業(yè)互聯(lián)網標識體系的基礎上構建5G城市數(shù)字孿生平臺，重新定義城市未來基礎架構，聚焦現(xiàn)階段我國智慧城市建設管理痛點，利用數(shù)字孿生平臺定義城市管理中的人和物，基于城市數(shù)字孿生體的組合、編排和運行規(guī)則的定義和操作，構建城市規(guī)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(yè)特點，提出基于“數(shù)字孿生技術”構建5G智慧城市的整體規(guī)劃，其中又以“5G城市數(shù)字孿生平臺”作為面向業(yè)務和交付的行業(yè)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(shù)字化理念，基于孿生場景構建和運行核心能力，實現(xiàn)面向不同行業(yè)、不同地域、不同規(guī)模的，具備快速搭建、集成接入、業(yè)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(yè)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(yè)互聯(lián)網+5G”融合發(fā)展新圖景》，賽迪智庫信息化與軟件產業(yè)研究所，2020年
2. 《工業(yè)互聯(lián)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(qū)塊鏈是支撐我國數(shù)字經濟發(fā)展的重要基礎》，智博會區(qū)塊鏈高峰論壇，2020年
4. 《數(shù)字孿生應用白皮書》，中國電子技術標準化研究院，2020年
AII微信公眾號
AII頭條號