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2021-02-03

陳武：基于可信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識構(gòu)建5G數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)生態(tài)丨工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“咖”解

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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(wǎng)產(chǎn)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(xué)首席架構(gòu)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(wǎng)絡(luò)成為萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施，連接物理世界的人與物并在其數(shù)字化模型的基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)進行感知與通信。面向產(chǎn)業(yè)互聯(lián)的5G網(wǎng)絡(luò)快速推動了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識體系的發(fā)展，通過為聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)上根據(jù)授權(quán)有效的分析其標(biāo)識數(shù)據(jù)。而區(qū)塊鏈技術(shù)的融入使得相關(guān)利益方能夠?qū)?biāo)識數(shù)據(jù)進行有效的確權(quán)、存證與溯源，從而保證標(biāo)識數(shù)據(jù)的可信度，構(gòu)建萬物互信的基礎(chǔ) 。最終，基于可信的標(biāo)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(shù)構(gòu)建物理實體的數(shù)字孿生體，并通過數(shù)字線程構(gòu)建孿生體之間的交互場景，以數(shù)據(jù)驅(qū)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(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)，千行百業(yè)將以大數(shù)據(jù)作為共享生產(chǎn)資料，通過人工智能增強生產(chǎn)力，用區(qū)塊鏈改善生產(chǎn)關(guān)系，構(gòu)建出一個數(shù)字孿生世界。我們看到，在CT通信技術(shù)、IT信息技術(shù)、DT數(shù)據(jù)技術(shù)和OT工業(yè)操作技術(shù)的云化融合下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正逐步實現(xiàn)基于5G網(wǎng)絡(luò)的萬物互聯(lián)，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)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(wǎng)標(biāo)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(gòu)建平臺，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)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(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。

一、基于5G泛在網(wǎng)絡(luò)推動萬物互聯(lián)

作為一個軟件可定義的泛在網(wǎng)絡(luò)，5G不斷的將不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特性融入到自身的標(biāo)準(zhǔn)中，形成了一個基于云原生柔性技術(shù)架構(gòu)支撐下的云網(wǎng)融合體系，其對應(yīng)的高速率、低延時和高帶寬特征會使成為物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、遠程控制、城市交通實時管控等未來網(wǎng)絡(luò)中非常重要的接口，成為未來信息社會的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

傳統(tǒng)模式下的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用存在以下兩方面問題：其一，網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)應(yīng)用技術(shù)的適應(yīng)性不強。5G因其能夠滿足更高端、更復(fù)雜的各種通信性能需求，滿足更精確、更快速的各種應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，因而能夠服務(wù)于更多用戶、更多終端設(shè)備和更多的目標(biāo)場景，所以5G完全有能力在傳輸領(lǐng)域和互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域承載即將到來的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的諸多應(yīng)用，能夠直接或間接地影響工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，甚至催生出全新的生產(chǎn)、生活思維方式，使之成為支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。因此，5G被視為打通工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最后一公里的有效手段：

01 5G助力破解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互聯(lián)互通難題

數(shù)據(jù)采集是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，當(dāng)前我國工業(yè)領(lǐng)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(shè)備無法聯(lián)網(wǎng)，嚴重制約了設(shè)備數(shù)據(jù)上云，致使設(shè)備互聯(lián)互通問題突出。通過將5G技術(shù)與工業(yè)無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）、移動邊緣計算（MEC）等相結(jié)合，能夠降低工業(yè)場景協(xié)議轉(zhuǎn)換和設(shè)備接入難度，提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)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(nèi)部網(wǎng)絡(luò)無法支撐工業(yè)場景中海量數(shù)據(jù)實時傳輸和網(wǎng)絡(luò)時間同步，亟需進行基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)升級改造，提升網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬。5G作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，具備大帶寬、低時延、海量連接的網(wǎng)絡(luò)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(lǐng)域大量即時處理需求。

03 5G助力拓展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的廣度與深度

5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合應(yīng)用，將為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展開創(chuàng)新空間。一方面，5G將助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)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(shù)流、資金流、人才流、物資流，有效提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展質(zhì)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(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用與探索，催生形成新產(chǎn)品、新模式和新業(yè)態(tài)，拓展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展空間。

總之，5G融入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將有利于基于一張物理網(wǎng)絡(luò)高效的實現(xiàn)萬物互聯(lián)互通，豐富工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，加速工業(yè)企業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)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(wǎng)標(biāo)識實現(xiàn)萬物互識

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心是基于全面互聯(lián)而形成數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能，標(biāo)識解析體系作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵神經(jīng)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(chǔ)。其中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識是指能夠唯一識別機器、產(chǎn)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(wǎng)標(biāo)識解析是指能夠根據(jù)標(biāo)識編碼查詢目標(biāo)對象網(wǎng)絡(luò)位置或者相關(guān)信息的系統(tǒng)裝置。2020年3月，工業(yè)和信息化部發(fā)布《關(guān)于推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)加快發(fā)展的通知》，提出“增強完善工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識體系”，加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，進一步增強網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)資源支撐能力。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析系統(tǒng)，構(gòu)建人、機、物全面互聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施，可以實現(xiàn)工業(yè)設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)等產(chǎn)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(diào)度、支撐工業(yè)集成創(chuàng)新應(yīng)用具有重要意義。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重要組成部分，是維護全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)，其作用類似于互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的域名解析系統(tǒng)（DNS）。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系的對象是機器、產(chǎn)品等物理實體和算法、工藝等虛擬制造資源，標(biāo)識解析系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)識查詢網(wǎng)絡(luò)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(guān)信息。從功能視角看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析相對互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)標(biāo)識解析體系的功能視圖自下而上分別為標(biāo)識編碼層、標(biāo)識解析層、標(biāo)識數(shù)據(jù)層和標(biāo)識應(yīng)用層。標(biāo)識編碼層定義工業(yè)制造中各類對象進行數(shù)字化標(biāo)識的技術(shù)手段和相關(guān)管理規(guī)范，標(biāo)識解析層定義根據(jù)標(biāo)識編碼查詢對象網(wǎng)絡(luò)位置或者相關(guān)信息的服務(wù)，標(biāo)識數(shù)據(jù)層定義標(biāo)識數(shù)據(jù)的識讀、處理以及和單元（組織、企業(yè)、工廠）內(nèi)部與單元之間的信息傳遞及交互機制，標(biāo)識應(yīng)用層定義標(biāo)識服務(wù)的具體應(yīng)用場景。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析系統(tǒng)的整體架構(gòu)采用分層、分級模式構(gòu)建，面向各行業(yè)、各類工業(yè)企業(yè)提供標(biāo)識解析公共服務(wù)。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(wǎng)通過標(biāo)識編碼識別互聯(lián)的萬物，并通過聯(lián)網(wǎng)對象的協(xié)作交互實現(xiàn)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈的互通，有效提高生產(chǎn)效率。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推進不斷深入，采用公有標(biāo)識對各類資源進行標(biāo)準(zhǔn)化編碼成為實現(xiàn)信息共享，推進工業(yè)智能化的基礎(chǔ)。能夠唯一識別不同聯(lián)網(wǎng)對象的標(biāo)識編碼技術(shù)是實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)的前提。

三、基于區(qū)塊鏈構(gòu)建萬物互信

2020年4月，國家發(fā)改委確定了新型基礎(chǔ)設(shè)施的內(nèi)涵和外延，其中區(qū)塊鏈（blockchain）作為新技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施，將成為支撐數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)。在數(shù)字經(jīng)濟時代數(shù)據(jù)成為勞動力、土地、資本和技術(shù)之外的第五大生產(chǎn)要素，作為經(jīng)濟發(fā)展關(guān)鍵的要素，數(shù)據(jù)需要通過資產(chǎn)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(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施對此起到有力的支撐作用。當(dāng)前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識推動工業(yè)企業(yè)從煙囪式的構(gòu)建模式趨向于平臺化、共享化的方向發(fā)展，共享網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)標(biāo)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(shù)方案。

數(shù)據(jù)是數(shù)字經(jīng)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(shù)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(quán)、授權(quán)、監(jiān)管、隱私保護全過程中，基于區(qū)塊鏈建設(shè)可信數(shù)據(jù)交換平臺，通過安全多方計算、智能合約技術(shù)、非對稱加密技術(shù)等可控制用戶對數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限，解決數(shù)據(jù)隱私安全和數(shù)據(jù)主導(dǎo)權(quán)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(yīng)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(wǎng)標(biāo)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(guān)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(wǎng)標(biāo)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(dāng)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(guān)的數(shù)據(jù)確權(quán)、存證與溯源，區(qū)塊鏈?zhǔn)欠浅Ｓ袃r值的。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識體系和區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)將會相互賦能、協(xié)同發(fā)展。一方面，標(biāo)識及其解析服務(wù)是區(qū)塊鏈的核心基礎(chǔ)服務(wù)組件。通過唯一標(biāo)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(biāo)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(biāo)識治理體系。另一方面，基于區(qū)塊鏈在開展共管共治的標(biāo)識注冊、標(biāo)識解析以及標(biāo)識數(shù)據(jù)共享等系列服務(wù)，促進標(biāo)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(chǎn)業(yè)生態(tài)的構(gòu)建。

總體而言，“鏈”為“網(wǎng)”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(wǎng)多元化管理機制長期的難題；而“網(wǎng)”又為“鏈”帶來新的場景，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)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(shù)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(guān)鍵途徑，可將物理實體和系統(tǒng)的屬性、結(jié)構(gòu)、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(dāng)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(wù)是數(shù)字孿生的核心要素。不同階段（如產(chǎn)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(yīng)用與具體需求。從應(yīng)用和解決實際需求的角度出發(fā)，實際應(yīng)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(chǎn)品模型在各階段演化利用的溝通渠道，是依托于產(chǎn)品全生命周期的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，涵蓋產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計、供應(yīng)鏈、制造、售后服務(wù)等各個環(huán)節(jié)。在整個產(chǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)品數(shù)字孿生提供訪問、整合和轉(zhuǎn)換能力，其目標(biāo)是貫通產(chǎn)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(chǎn)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(guān)聯(lián)的小模型。數(shù)字線程可以明確這些小模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)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(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展到高度自動化與信息化階段，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量信息。雖然這些信息可以通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識體系上網(wǎng)，并借助區(qū)塊鏈促進多源異構(gòu)、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(yīng)的軟件服務(wù)，標(biāo)識數(shù)據(jù)還未能在工業(yè)生產(chǎn)中自動驅(qū)動業(yè)務(wù)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(chǎn)生的物理實體創(chuàng)建了數(shù)字對象，并將物理設(shè)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(xué)習(xí)可以創(chuàng)建智能孿生體通過數(shù)據(jù)驅(qū)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(chǎn)預(yù)測，能夠仿真復(fù)雜的制造工藝，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計，制造和智能服務(wù)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?qū)崿F(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(wǎng)、區(qū)塊鏈、GIS等多種技術(shù)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識體系的基礎(chǔ)上構(gòu)建5G城市數(shù)字孿生平臺，重新定義城市未來基礎(chǔ)架構(gòu)，聚焦現(xiàn)階段我國智慧城市建設(shè)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(gòu)建城市規(guī)劃、經(jīng)濟生活、應(yīng)急安防、綜合服務(wù)等應(yīng)用場景。

亞信科技結(jié)合自身行業(yè)特點，提出基于“數(shù)字孿生技術(shù)”構(gòu)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(wù)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(yīng)用中立體空間搭建和設(shè)備管理重復(fù)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(gòu)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(wù)編排、AI賦能、可插拔式應(yīng)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。

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