如何从工业互联网里面赚到钱 - 智能制造之基石

前言

结论和投资建议

作为新基础设施的重要组成部分,工业互联网是智能制造的核心基础,也是TMT技术发展的必然趋势。 5G技术解决了工业领域成本端,传输端和产业链协调的痛点,已成为工业互联网的重要业务支撑。综合工业结构,工业互联网可分为四个层次:边缘控制,网络连接,平台聚合和数据应用。各级关键公司将充分享受5G周期工业互联网应用的红利。

相关重点公司包括宝信软件,东方国信,用友网络,中新,紫光,乾元通信,亿维通信,广和通,乐鑫科技,蓝旗科技等。

在TMT和工业领域,工业互联网和智能制造是不可避免的。我们从上到下解构了整个工业互联网产业链,分为应用程序,平台,网络和边缘四个层次,其中边缘控制层专注于沉没计算能力以推动集成通信模块的渗透。专注于网络连接层的海量终端和数据引爆了对通信服务和设备的需求;平台融合层着眼于巨型平台与产业链协同效应之间的差异。数据应用程序层侧重于安全性和大数据,而应用程序渗透具有顺序。

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1.工业互联网:智能制造的核心基础

什么是工业互联网?它是在长期发展中形成的,是多种信息技术的系统综合。实际上,工业领域已经经历了机械生产,数字制造,网络制造和智能制造四个阶段。同时,工业生产也发生了以下三个变化:(1)物理系统代替了简单的劳动;(2)物理系统代替了许多体力劳动;(3)信息系统开始取代创造性的脑力劳动。工业互联网最早是由美国通用电气公司GE在2012年提出的,实际上体现了工业领域智能制造的概念。

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在工业互联网时代,生产资料和生产关系将发生革命性的变化。石油,煤炭和其他矿藏实际上是数十亿年来太阳能的积累和转化,它们在自然界中流通。工业数据相似。在工业互联网下,来自过程链接的数据在网络空间中被收集,处理和沉淀,最终反映出过程链接中的价值。类似于蒸汽时代和电力时代的技术革命,数据将成为工业企业的重要生产手段,而通信技术将成为重要的生产工具。

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传统行业中效率的提高是TMT的长期趋势之一。驱动力是技术。过去,TMT领域中互联网和云计算等技术开发的受益领域是C端移动互联网。在人口红利瓶颈时期的背景下,工业互联网(Industrial Internet)已成为一种新的技术渗透趋势。一方面,中国大型工业领域的市场规模和智能化转型是巨大的,另一方面,TMT产业链也从四面八方受益。

在物联网,云计算,互联网和大数据技术的支持下,工业互联网窗口正在逼近。物联网技术的发展使得可以收集大量的工业数据,包括智能对象的状态,标识和位置。互联网技术提供了数据传输的可能性。云计算提供基于平台的工业数据计算和分析功能。互联网,云计算,物联网和大数据等信息技术的渗透和整合,推动了工业互联网的突破和形成。

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工业互联网包括三个主要系统:网络,平台和安全性。其中:

(1)网络是工业互连的基础:工业互联网要求企业内部的供应,销售,存储,生产,中后端管理实现人员,财务和物资信息流的统一,打破目前烟囱式(独立)工业信息系统;同时,外部产业链的上下游企业之间,彼此之间的信息流是相互连接和协调的。因此,工业互连的最基本要求是通过通信网络提供底层支持,最终实现信息系统网络和生产系统网络中不同单元,不同设备,不同系统的实时感知和协同交互。 。

(2)平台是产业互联的核心:由生态系统中不同单位,不同设备和不同系统生成的海量数据通过网络基础收集在平台上。本质是通过物联网,人工智能和大数据等新兴技术,满足大型行业对数字,网络和智能的需求。建立高效,实时,准确的平台系统,实现数据的采集,建模与分析,应用开发,资源调度和监控管理,是工业互联的核心。

(3)安全是网络和平台的保证:在工业互联网时代,数据是企业的核心资产之一,更加重视系统的信息安全。企业Intranet的安全性可以分为三个方面:企业内部的应用程序安全性,控件安全性和设备安全性。总体表达是保护设备,网络和数据的能力。

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过去,通信技术已经在工业领域中被广泛使用,但是各种技术都有缺点。 5G通信标准满足了工业通信的实时性和稳定性要求,并推动了工业技术的创新浪潮。

当前,工业领域中的传统设备通信方法是现场总线和工业以太网。现场总线技术通常存在通信能力差,距离短,抗干扰能力差等问题,并且现场总线的传输存在延迟,这会影响设备与系统之间的互连。工业以太网由于其通信而成为随机网络。不确定的特性使得难以实现高速稳定的传输。 5G具有高速,低延迟,高容量的特点,满足了工业数据传输的实时性和稳定性的要求,已成为工业互联网的重要业务支撑。

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工业互联网是智能制造的唯一途径,可以解决现代工业生产的痛点:

(1)成本要求:工业互联网帮助工业企业继续降低成本。低成本始终是工业企业增加利润的重要追求,但传统物理设备的效率已达到极限。工业互联网采用云计算和大数据技术来改造现有的机器和物理设备,这将显着提高其成本和利润率。例如,Uptake帮助美国最大的核电站PALO Verde实现了每月节省1000万美元的年度成本,并将成本降低了20%。另一个例子是青岛纺织机械厂依靠海尔的COSMOPlat平台通过数据采集和分析实现设备的远程运维,每年可节省96万元。停机时间从原来的三天缩短为一天,直接损失减少了640,000元/次。

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(2)传输要求:工业互联网满足工业过程通讯传输的需求。工业数据的爆炸性增长直接导致了对数据的低成本和安全存储的需求,并且不同主体和系统之间的数据集成非常困难。以太网是一种广泛使用的通信方法。由于其不确定的通信和对工业现场环境的许多限制,因此难以实现高速传输和广泛使用。工业互联网对其隔离能力和服务承载能力有严格的要求,并可以实现远程控制和自动数据收集等功能。

(3)产业链:产业互联网与产业链的所有环节协同合作,优化新的制造模式。从供应链的角度来看,工业互联网提出了一种新的制造模式,以实现灵活的制造和个性化定制,这在智能生产中起着至关重要的作用。从空间链的角度来看,由于空间和资源的限制,传统企业很难实现多个环节的协调。在工业互联网的支持下,工业企业可以实现业务信息共享,帮助企业实现实时生产监控,远程数据采集与控制,及时响应突破,实现互联互通。

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工业互联网是新基础架构的重要组成部分。“新基础架构”是指以5G,人工智能,工业互联网和物联网为代表的新基础架构,它实质上是信息数字化的基础架构。工业和信息化部于2018年发布了《工业互联网发展行动计划(2018-2020年)》和工作计划。它建议到2020年底,将初步建立工业互联网基础设施和工业系统,并将培育多个独立的企业级平台以创建工业互联网平台。测试和测试系统以及公共服务系统。预计将推动30万多家工业企业上云,培育30万多种工业APP,并提供融资支持。

在工业和信息化部的指导下,建立了省级工业互联网平台。国内工业互联网平台主要由省工业和信息技术办公室/经济和信息委员会指导,工业/ ICT公司参与或领导建设。例如,江西省在中国联通的领导下建立了中国第一个省级工业互联网平台。在徐工集团与其他企业的合作下,江苏省建立了省级工业互联网联盟。

工业互联网市场的规模达到万亿级别。工业互联网的本质是实现跨设备,跨系统和跨区域工业互连,有效利用数据资源以及在企业产业链的上游和下游进行协作制造的基础架构。根据国际组织IoT Analytics的统计,全球有450个工业互联网平台提供商。同时,预计2023年工业互联网平台将达到万亿市场规模。

2.工业互联网架构与5G应用解构

在网络,平台和安全性三大体系下,工业互联网形成了三个主要的闭环优化。一是生产过程的优化,其核心是对智能机和生产环境进行感知和边缘计算。第二是智能决策优化。通过智能感知获得的相关条件是独立学习和实时响应的,参数控制和自适应控制动态性能控制实现了决策的优化和资源分配的优化。第三,优化管理服务,通过分析供应链数据,用户需求数据和产品数据,实现业务模式和业务活动的创新。

从场景的角度来看,工业互联网主要包括工厂内部和外部的两个场景。工厂涉及OT层和IT层(OT表示运营技术,IT表示信息技术);工厂外部涉及IPv6公共Internet,基于SDN的工业Internet专用网络,无处不在的访问以及云平台的数据访问和收集。 5G工业互联网的应用可以分为工厂内外两个场景。

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2.1厂外:5G实现无处不在的广泛覆盖,灵活可靠的传输

5G网络在厂外的应用体现在三个方面,即(1)产业链无处不在的环节; (2)IPv6为大规模设备网络铺平道路; (3)专线加速企业云计算。特别是:

(1)5G协助厂外互联网实现产业链的无处不在。由于其特性,5G网络可用于为工厂内外的人员和机器构建全方位的信息访问系统,并最终实现无所不在的访问。工厂可以使用5G网络完成相互数据共享,并且同一制造商的不同生产工厂也可以连接在不同的空间中。工业服务企业还可以在生产过程中及时进行产品设计,及时纠正生产中发生的错误,并监控生产数据。最终用户可以跨空间查询生产信息和产品状态。

工厂外网络是基于Internet的,但是现有的网络基础结构无法完全满足工业Internet业务发展的需求。很难同时满足工业互联网对高可靠性,低延迟,覆盖范围广,带宽大和可定制性的要求。对于长尾的中小型工业企业而言,信息服务(专用线路)的成本过高。

5G网络可以满足普遍,灵活的定义,传输网络级别的高质量带宽以及接入网络级别的广泛覆盖,低延迟和高可靠性的要求。传输网络:无所不在和高质量的宽带接入是目标。公用Internet /高性能专用网络已升级和构建。特定技术包括SDN和NFV(5G网络的核心趋势之一)。接入网:主要体现在新无线网络(NB-IoT,5G)的升级和建设中。例如:①使用NB-IoT和其他低功耗广域网(LPWAN)技术来构建满足工业Internet大众设备的高密度和低延迟要求的蜂窝网络; ②通过5G技术实现工业互联网接入。

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(2)IPv6满足了工业设备地址的爆炸性需求,工业领域中IPv6的部署是工厂外网络的另一个重要发展方向。全球连接的终端总数激增,IPv4地址分配已接近极限。与IPv4相比,IPv6将IP地址的大小从2乘以32幂扩展到128乘以2幂,足以满足5G,物联网和自动驾驶等网络设备的独立IP地址的需求。 IPv6是满足工业互联网发展中对大量地址需求的必然选择。

全球互联网正处于向IPv6过渡的关键时期,而中国的IPv6渗透率仍有很大的提升空间。根据信息通信研究所的统计,在网络设备中,第3层交换机,边缘路由器,核心路由器和宽带网络访问服务器的IPv6支持率平均为70.4%,而边缘路由器的支持率仅为48.6%。 。如果我们考虑工业领域中相对陈旧的,库存量较大的设备,那么仍然有许多设备不完全支持IPv6。

工业和信息化部澄清了IPv6部署行动计划。工业和信息化部的2017年计划要求所有移动终端制造商默认支持双堆栈设备;到2018年底,完成北京,上海,广州,郑州和成都的骨干直连点的IPv6转换; IDC用于运营商和国家超级计算机中心的IPv6转换;阿里,腾讯,金山等CDN的IPv6转型;到2020年底,IPv6活动用户数将超过5亿,占50%以上,并且新的网络地址将不允许私有IPv4。

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(3)5G在专用网络和专用线路下,将企业工业数据推广到云。5G低延迟,高可靠性和高速的特性为工厂提供了全云网络平台。大量工业级数据依赖5G网络收集并形成一个巨大的数据库,可以在很短的时间内报告设备信息。同时,5G帮助企业安全,低成本地利用资源进行业务管理,降低信息建设成本,提高资源分配效率。

2.2工厂内部:网络切片渗透到工业生产的各个方面

5G网络通过网络切片2提供适用于各种制造场景的解决方案,以实现实时,高效和低能耗。网络切片是指使用NFV,SDN和其他技术将运营商的物理网络划分为多个虚拟网络。根据不同场景的需求,每个虚拟网络反映不同的网络特性,例如低延迟,高带宽和强大的安全性。和可靠性。在独立网络(SA)中,5G网络可以使用切片技术来确保按需分配网络资源,并且可以针对不同企业的产品需求进行细粒度的切片。

NFV(网络虚拟化)和SDN(软件定义网络)是用于网络切片实施的重要技术。在NFV技术的支持下,核心网和接入网中专用设备的硬件和软件功能以虚拟机的形式加载到商用服务器中,这些服务器用于替代传统专用设备。将原始访问网络虚拟化为“边缘”“云”,将核心网络虚拟化为“核心云”;同时,SDN用于安排和连接实现网元功能的虚拟机,并最终“分割”不同的场景(请参见下图)。

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对于工业企业而言,鉴于工业应用的痛点,网络切片主要体现三大功能:资源隔离,功能定制和质量保证。

(1)资源隔离保证了不同业务环节以及厂内外数据的安全性和独立性。除了传统的财务数据和其他内部高价值数据外,工业企业生成的批量生产数据也是帮助决策的重要资产。如果工厂网络是通过传统的4G网络或工业以太网部署的,则除非构建了硬件防火墙,否则数据将暴露于外部网络环境。从SDN / NFV的角度来看,网络切片部署了一个与外界隔离的独立网络环境,从而确保了工业企业内部数据的安全性。

(2)功能定制可以以低成本方式满足不同链接/场景的特定需求。过去,无论部署4G网络如何,每个业务部门对应的网络功能都是相同的。由于不同产业链对网络的要求不同,因此切片技术可以基于不同的业务特征,从而使5G eMMB,uRLLC,mMTC等场景可以独立形成一个“网络单元”,以适应不同的业务需求,最终提高用户经验和网络资源利用率。

(3)质量保证意味着在工厂中工业互联网的应用将高度可靠。工业生产通常涵盖许多过程链接。如果所有链接串联在同一网络上,则网络异常将导致所有链接停滞。网络切片彼此隔离。任何网络切片的拥塞,过载和配置调整都不会影响其他切片的正常功能。以类似于“容器”或“微模块”的方式,工厂中的网络可靠,灵活且可调整。

对于运营商而言,未来的切片业务是行业持续增长的唯一途径。在过去的2G时代,运营商经历了移动语音收入攀升的过程。进入3G / 4G移动互联网时代后,语音收入的增长率达到顶峰,与此同时,运营商的无线流量收入开始爆炸式增长。在过去的两个时代中,C端移动语音和无限流量收入的交替增长反映了中国人口红利的释放,但是随着流量管理红利的高峰,B端工业红利的未来释放将取决于运营商。切片,因此从持续盈利的角度来看,运营商未来向切片业务发展的趋势是不可避免的。随着5G产业链的成熟,切片业务将为运营商增加收入。

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四个定义的片对应于不同的应用场景。3GPP标准定义了四种类型的片,即eMBB,uRLLC,mIoT和V2X。其中:eMBB主要适用于超高清视频,AR / VR和3D建模与演示等高流量移动宽带服务;可靠的低延迟B端业务; mIoT适用于大规模的物联网业务; V2X主要集中在车辆互联网领域。

eMBB切片将首先进行试点,随后的uRLLC,mIoT等将逐步扩展。目前,在实验室中已经测试了3GPP 4型切片的基本功能,并且已经进行了现场测试。已经定义了当前切片的端到端标识(S-NSSAI),并且网络切片的可伸缩性(8位切片类型+ 24位实例ID)可以完全支持许多行业中的切片服务。预计将首先部署eMBB切片,高价值uRLLC方案将在2020年至2022年试行,并逐步投入商业使用。以中兴通讯为例,该公司利用网络切片和低频基站创建了一个统一的空中接口网络,可以同时支持eMBB,mMTC和uRLLC三种场景。性能达到15Gbps的单个单元峰值,空中接口延迟小于0.416ms,并且质量连接性能超过9000万/ MHz /小时。

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未来,网络切片将成为B侧5G的重要应用形式。切片是5G网络建设的核心部分,也是独立组网的重要应用。除工业互联网外,切片将在B端的其他领域反映出巨大的应用价值。以远程医疗为例,在uRLLC切片下,期望医生通过操纵杆远程感知和控制信息。病人视频信息通过网络同步从病房传输到远程手术室,方便医生进行手术,实现远程会诊和远程操作。以电力物联网为例,uRLLC切片可用于配电自动化,精确的负载控制,电力信息收集等。此外,eMBB切片还可用于无人机的远程巡逻检查,语音切片可用于用于手动维护巡逻检查。

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2.3徽标解释系统是5G在工业互联网中的扩展重点

徽标解析系统是工业互联网的关键神经系统,也是工厂内部和外部网络之间互连和互通的关键基础架构。徽标解析系统可以与Internet字段中的DNS(域名解析系统)进行比较,类似于工业Internet设备的“黄页”或“词典”,它由两部分组成:徽标编码和解析系统。识别码等同于工业领域中所有设备和产品的“ ID卡”,分析系统是识别,检索和定位设备或产品的重要基础。徽标解析系统可以跟踪工厂内外网络中的所有设备和产品,并且是所有工业要素和所有链接的信息交换的枢纽。

徽标分析系统贯穿于工业生产和销售的全过程。通过徽标分析,所有工业企业都将能够管理产品和设备的整个生命周期:从垂直集成的角度来看,徽标分析系统开放了智能设备和工厂,以实现基础数据的大规模收集和相互之间的共享。系统; ,大型企业将上下游企业联系起来,使用徽标分析来按需查询数据,中小型企业可以水平连接到一个平台上,并使用徽标分析来按需共享数据;完整的生命周期,实现真正的完整生命周期管理。

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中国的工业互联网徽标分析系统由顶级根节点,辅助节点,企业节点,递归节点和其他元素组成。在各级节点的帮助下,政府和企业等用户可以通过标识分析系统访问存储机器,材料,零件和产品等相关信息的服务器,以实现整个产业链的信息共享。

工业互联网建设迫切需要改进徽标分析系统各个层次的节点。目前,工业企业主要依靠条形码,射频标签,IC卡等工具来管理设备,材料和产品,但是编码方式并不通用,难以实现数据互联。为了在工业互联网体系下实现产业链各个环节的紧密合作,迫切需要尽快完成各级节点的建设。

二级节点是未来工业互联网徽标分析系统的重要建设内容。

(1)对于工业Internet系统,辅助节点是徽标解析系统的重要组成部分。二级节点不仅必须向上连接顶级国家级节点,而且还必须直接为工业企业提供分布式的标识代码,并提供标识注册,标识分析,标识数据服务等。二级节点的直接开发确定标识分析系统值的应用。

(2)对于工业企业来说,次节点具有数据价值和生态价值等多重含义。辅助节点本身将生成大量有价值的数据,例如注册信息和分析日志。通过数据挖掘,可以得出更多的新应用程序和新方案。同时,次级节点有助于形成产业生态。在标识标签,标识读取器,标识软件与硬件的集成,标识分析的应用,标识分析系统的运行以及标识分析的公共服务的基础上,可以形成协同的工业生态,具有次级节点的工业企业将从中受益。显着。

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在工业和信息化部的指导下,中国的工业互联网标志分析系统已初具规模。目前,工业互联网徽标分析的国家最高节点是由信息通信学院建设和运营的。它已经在北京,上海,重庆,广州和武汉的五个主要城市进行了部署和启动,初步形成了“东,西,北,北,北,中”的顶层布局服务结构。在佛山,贵阳,北京,武汉等地共推出了13个产品。将来注册的目标徽标数量将达到20亿个。

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3.四个层次的划分,工业互联网的产业格局已经清晰

本节将工业互联网行业分为四个级别:边缘控制,网络连接,平台聚合和数据应用,然后在各个级别整理出工业互联网行业模式,如下图所示。

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关于西方国家的工业模式,德国和美国等典型例子依靠其工业遗产,在工业自动化到工业互联网领域中有着深刻的布局。美国以制造业转型为长远规划,发布了《国家先进制造业战略计划》,以加强工业互联网的平台服务能力。德国政府将“工业4.0”升级为国家战略,以完成制造业的智能化转型。其他国家也沿袭了布局工业互联网的趋势,例如英国的英国工业2050战略,韩国的制造业创新3.0,印度实施的印度制造业,法国的未来工业以及瑞典的新兴工业化。

在平台级别,国外工业互联网行业主要由领先的工业公司(GE,西门子等)和ICT公司(科学等)主导。通用电气(GE)推出了工业互联网平台“ E Predix”和面向工业开发商的开发商门户。西门子为市场推出了“ Mind Sphere-Siemens工业互联网平台”,使工业企业可以通过开放的生态系统进行预防。数字化服务的基础是维护,能源数据管理和工厂资源优化。思科,FANUC和罗克韦尔自动化发布了FIELD系统,以连接自动化系统中的机床,机器人,外围设备和传感器,并提供高级数据分析。

3.1边缘控制层:计算能力的下沉驱动集成通信模块的渗透

边缘控制层的实体主要包括各种现场设备,例如机床,传感器和实现工厂内部智能制造的工业机器人。边缘层依靠传感器和工业控制物联网技术在工厂内外进行数据聚合,并实时收集和处理设备和系统环境等元素信息。一方面,可以使用传统的工业控制和连接设备,例如智能控制器,智能模块和嵌入式软件,直接将平台与基础数据集成在一起;另一方面,可以使用以智能网关为代表的新型边缘计算设备来实现智能化。传感器和设备数据的聚合处理以及将边缘分析结果间接集成到云平台中。

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工业互联网的边缘控制层具有全面的应用和智能控制功能。在工业Internet系统下,各种传感器已连接并部署在网络上,并成为信息源。传感器根据自己的类型以各自的格式和内容捕获信息。捕获的信息不断变化,并且通过特定的频率周期不断收集信息,以便可以连续更新数据。为了确保这些数据传输快速且无错误,它们在传输过程中需要与各种异构网络和协议兼容。另外,传感器和边缘计算相结合,在庞大的数据源的基础上处理和分析这些数据,以获得高价值的信息。

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边缘控制层涉及通信技术,例如RFID,无线模块和无线传感器网络。

RFID(射频识别技术)当前是工业互联网和物联网中广泛使用的通信和定位技术。RFID是一种利用射频信号通过交变磁场或电磁场实现非接触信息传输和自动识别的技术,包括光学符号识别技术,语音识别技术,生物识别技术,IC卡技术,条形码技术和射频识别技术。 RFID和IPv6技术的结合使网络中可识别工业链路中的每个物理实体,并可以对其进行精确定位。

无线模块是连接边缘层和网络层的重要链接。该无线模块在电路板上集成了芯片,存储,功率放大器和其他组件,并为功能模块提供了标准接口。各种终端都可以借助无线模块实现通信或定位功能(对应于不同的功能,可以分为通信模块和定位模块)。无线模块的上游是基带芯片制造商,其标准化程度很高,主要是海外制造商。主要供应商包括高通,英特尔,联发科,瑞迪克,华为,中兴,北斗等。下游是设备制造商或系统集成商。

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无线传感器网络扩展了基于传感器的通信功能,并广泛用于工业生产,智能交通,环境监测和其他领域。除了传感器组件之外,无线传感器节点还集成了微处理器和无线通信芯片,它们不仅可以从外界获取信息,而且还可以分析和传输信息。无线传感器网络是由大量微型,低成本,低功耗传感器节点组成的多跳无线网络。无线传感器网络适用于长期,大规模的传感和通信场景。它可以实时更新数据并且可以自动化。

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从RFID,无线模块和无线传感器网络技术的概述中,工业Internet边缘控制层将体现智能化(具有计算能力),微型化,集成化(集成通信功能)的趋势。

庞大的终端和数据需要边缘集成的计算能力。工业互联网将工业生产各个方面的设备,人员和材料有机地结合起来,连接海量终端并生成海量数据,其中大多数数据是静态,低价值数据和冷数据3。如果直接连接到平台层和应用程序层,则网络层的通信将面临巨大的带宽压力,同时也伴随着平台层的数据存储压力。因此,最好在边缘工业设备中混合专用处理器和通用处理器,并在生成数据后立即执行数据识别,分析和处理,同时满足实时控制和数据分析功能。

例如,HPE Edgeline边缘网络设备使用Atom,i5,Xeon处理器来为Windows和Linux提供全套驱动程序,以支持数据处理,边缘分析,自主操作和维护以及其他功能。英特尔,思科,戴尔,华为,惠普,研华,西门子,GE和其他边缘网关都采用了类似的技术架构。

库存工业设备访问工业Internet需要进行协议分析的边缘计算能力。数据访问的难度和成本是限制工业互联网平台应用的核心挑战之一。目前,国内工业发展水平与发达国家之间存在客观差距。对较旧的现场设备的访问需要在边缘集成协议分析功能。例如,博世物联网集成了10多种工业协议,并已分发到网关设备,以基于模块化OSGi架构进行灵活配置。

IT计算能力的下降推动了CT通信设备的普及,推动了RFID,无线模块和无线传感器网络等制造商的成长。边缘感知层的核心是各种传感和识别设备,包括RFID传感器,无线传感器网络,声光和其他传感器/设备,条形码/二维码,雷达和其他智能传感单元。在IT软件和硬件边缘化的趋势下,这些传感和识别设备以及由各种芯片提供的计算能力被组合到各种模块中,同时,它们与无线射频模块连接或集成在一起以形成传感器。 ,计算和网络功能边缘系统将受益于终端和连接数量的爆炸性增长。

在工厂内部和外部两种情况下,当前的工业Internet边缘连接层分为两个阵营:工业物联网和商业物联网。工业互联网平台需要实现工厂内外两个场景中各种生产要素的普遍连接以及边缘附近的计算分析。它不仅涉及工业生产过程中工业设备和系统的互连以及实时分析和控制,还包括各种消费产品。远程访问和数据预处理。

工业物联网主要存在于工厂边缘。参与者主要是设备和自动化公司,它们具有集成自己的设备或集成协议转换的优势。例如,西门子MindConnect Nano支持西门子S7系列产品的通信协议和OPC-UA。自动化软件公司Kepware推出了KEPServerEX连接平台,该平台与基于工业PLC的通信协议的转换兼容,从而可以访问和管理各种第三方工业设备。商业物联网主要存在于工厂外部的边缘层,参与者主要是M2M通信公司。例如,华为和思科依靠NB-IoT和LTE-M等移动网络技术优势来构建IoT平台。

未来,随着工业协议的积累和标准化协议的形成,边缘连接层链路之间的边界将趋于模棱两可,竞争也将集中在具有出色头部集成能力和深度存储能力的制造商/通信技术。

与RFID相关的上市公司包括厦门信达(电子标签,RFID读写设备,RFID天线和RFID应用系统等),科鲁电子(在电气设备领域,RFID读取器,RFID手持设备,RFID电子标签及相关领域) RFID硬件),远望谷(涵盖智能交通,零售,图书和其他行业),大华智能(非接触式IC卡和电子标签)等。

与无线模块相关的上市公司包括移动通信(主要是定位模块),移动通信(领先的NBIoT模块),广和通(FIBOCOMGSM / GPRS / UMTS / HSPA +无线通信模块,GNSS模块和OBD模块以及高通合作),高新星(收购中兴通讯的无线通信模块子公司中兴通讯,该公司在车联网和卫星通信领域拥有深厚的积累),英瀚通(科技委员会,M2M到物联网“云+终端”工业物联网导航仪)等。

与芯片相关的核心上市公司包括乐鑫科技(科创板,深耕WiFi MCU通信芯片和模块),蓝旗科技(科创板,内存接口芯片领导者,技术驱动型公司)等。

3.2网络连接层:海量终端,数据爆炸通讯服务和设备要求

工厂的数字需求和大量新的联网设备需要由工业互联网来承担。已经引入了工厂中的大量设备(例如AGV /机器人,移动手持设备)和大量新的业务流程(资产绩效管理,预测性维护,人员/物料定位等)。尽管工业领域已经存在多种技术,但是在海量终端和数据的需求下,难以实现数据的互操作性和无缝集成。工业Internet网络连接的目标是完成系统之间的互连,实现系统和行业之间数据的完全集成和流动,并满足行业对通信服务和设备的需求。

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网络连接层通过无线或有线通信中的公共或专用网络在边缘计算层与平台和应用程序层之间传输信息,数据和指令。工业Internet网络连接可以分为有线网络和无线网络。有线网络的关键技术包括双绞线以太网,工业无源光网络PON,对时间敏感的网络,确定性网络等。无线网络包括3G,4G,5G,NB-IoT和其他移动通信网络。

运营商主导着工业互联网网络解决方案,带动下游工厂内外的网络和通信设备制造商。中国移动构建了工业互联网“ 1 + 4”产品系统,一个行业基础平台和四个垂直行业应用,以帮助企业转型和实现工厂联网。中国联通侧重于5G支持,云网络集成,大数据和平台授权四个方面,全力支持工业互联网的发展。

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工厂内网络和工厂外网络是网络连接层上的两个重要方案。其中,工厂网络强调OT-IT集成,工厂网络强调对云专用线路的需求。

(1)工厂现有的网络架构效率低下,未来将反映IT和OT集成,开源和开放以及灵活部署的三大趋势。

工厂中的网络可以进一步分为骨干网络和边缘网络。骨干网和边缘网络通过PON互连,所有网络设备都由网络控制器管理:边缘网络使用的通信技术主要是现场总线,工业以太网,通用以太网,WLAN,蜂窝无线等。实现智能设备骨干网络之间的互连需要高带宽和高速,以实现工厂中各种边缘网络与云/数据中心的互连。

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现有的工业无线网络由于其明显的技术缺陷而未被广泛使用。当前主流的工业无线网络技术包括Wi-Fi,ZigBee,WirelessHART,WIA-PA等。这些技术主要基于短距离(例如IEEE 802.11)或短距离(例如IEEE 802.15)标准,并且在可靠性,数据传输速率,覆盖距离,移动性等方面存在缺陷,仅用于厂内信息化和设备信息收集以及一些非实时控制和其他目的尚未得到推广和应用。

工厂中传统的两层三层网络通信效率低。“两层”是指“工厂IT网络”和“工厂OT网络”(OT指运营技术,运营技术)两层技术的异构网络; “三级”是指工厂目前的管理级别分为“现场级别”,“车间级别”和“工厂级别/企业级别”三个级别,每个级别之间的网络配置和管理策略级别彼此独立。尽管工业以太网通信接口已部分用于“两层三层”网络,但仍然有大量的现场设备仍通过电气硬接线的直连控制器连接,并且仅使用无线通信在某些特殊场合。性能,实时性和可靠性差。

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在工业互联网时代,工厂网络的三大趋势将大大提高工业通信的效率。同时,5G将取代传统的工业通信解决工业互联网的痛点。①IT和OT的集成:传统的“两层和三层”架构严重影响了信息交换的效率。为了满足现场级实时数据采集的需求,OT网络和IT网络呈现融合趋势,有线和无线网络部署呈现协同合作趋势。 ②开源和开放:工厂网络的技术,链接和数据将打破传统工业网络的许多标准之间的壁垒,并向外部或内部开放;灵活。

(2)厂外网络关注“专线”需求。

工厂外部网络结构的“三线一连接”包括三条专用线:“ Internet接入线,Internet连接线和上云线”和工厂产品的“ Internet连接”。互联网专用线可以实现用户或产品对智能工厂的访问;互连专用线用于将智能工厂连接到分支机构或上下游企业。上云专线是指智能工厂与工业云平台的互联。 “云”的发展推动了对工业企业专用线路的需求。 Internet连接是指工厂产品与Internet的连接,然后将Internet与智能工厂或工业云平台互连。

边缘控制

目前,工厂外互联网广泛使用的运营商专线服务主要包括MPLS VPN专线和基于OTN的光网络专线。MPLS VPN虚拟专用网基于IP /高速标签转发技术,可以实现服务水平差异化,可以在公共MPLS网络上构建企业虚拟专用网,满足用户分支机构之间安全可靠的工业传输需求。电路调度需求方案可以实现端到端的物理专用网,满足大带宽企业的需求。

此外,5G切片的应用也是对专用线路需求的重要补充。传统的专用网络建设成本往往很高,但是基于5G技术的公共Internet可以为工业企业提供类似于专用线路的高质量网络连接。在企业市场中,欧美一些运营商通过提供专用频率或租赁来建立专用网络。 5G建设的当前最终目标是SA网络。此时,与私有网络相比,公共网络具有低成本和高性能的优势,并且可以提供速度和可靠性的保证。

3.3平台融合层:巨头占主导地位,产业链协同效应不同

平台融合层是指PaaS覆盖大数据处理,工业数据分析和其他功能,构建满足工业实时性,可靠性和安全性的云平台,并构建可扩展的云操作系统。

当前,不同类型的企业(例如工业,自动化,TMT等)已经建立了不同级别的工业互联网企业级平台。工业互联网平台渗透到工业企业生产和运营的各个方面,因此有必要深入了解其各自细分领域的模型和过程。借助工业企业的经验和行业理解,一些巨头已经在内部建立了更成熟的平台。 TMT巨头基于其自身的基本技术平台,提供通用的算法和工具,对B端工业企业进行补充和补充,并在特定领域形成一定的聚集;自动化及其他制造商依靠一定的技术专长,并不断积累相关的客户资源,进入相关行业。

但是,不同类型的工业Internet平台所覆盖和掌握的区域存在很大差异。整理出现有的工业互联网平台后,可以总结出三个规则:

1)根据产业链的位置,各种平台可分为三类:云,管理和终端。其中,“云”主要包括阿里,华为和用友等TMT公司。许多细分行业的专有平台。

2)“端”端平台高度精炼和专业,并且有大量成熟的商业解决方案。但是,大多数平台仅覆盖少数区域,因此很难在整个行业中复制。

3)在“云”端平台上,TMT巨头可以凭借自身的技术优势扩展到多个领域,但基本上它们主要基于通用平台,渗透率有待提高。

边缘控制

上述产业链协同效应差异的根本原因在于:行业知识影响平台渗透和复制到不同细分领域的难度。具体因素包括:(1)智能后的边际改进水平:原始的自动化程度等。(2)过程的复杂性:行业中的技术障碍。 (3)产业本身:产业链的模式和特征(原材料是否简单,流程是否规范,成品是否多样化,需求是否高度定制等)。示例:TMT智能平台在钢铁和化学工业中的渗透率更高,但是几乎没有成熟的家用电器和汽车平台。

因此,不是一个“庞大而完整”的平台就必须具有强大的竞争优势,但是在关键领域具有更深刻理解和更专业定位的公司更有可能继续渗透到类似领域。

此外,数据中心是平台级别的重要基础架构链接。一方面,由底层网络设备和业务流程生成的数据通过工厂内和工厂外网络聚合到企业数据中心或工业云数据中心。另一方面,为了打破信息孤岛,过去,分散部署在每个服务器上的业务系统(例如MES,PLM,ERP,SCM,CRM等)也集中部署在工厂数据中中心或云平台。

工业互联网将为数据中心行业带来增量需求。目前,中国的工业云才刚刚起步,未来对上游互联网基础设施的需求将继续强劲,工业数据中心还有很大的发展空间。工业互联网下的数据是工业企业的核心资产。内部MES / ERP,尤其是财务系统数据,通常进行处理并存储在私有云中。同时,必须将各个业务链接中的数据进行互连和协调。因此,对于工厂中的数据,需求将来自过去。每个业务部门的传统数据中心已经演变为私有云数据中心;外部数据中心的需求主要体现在行业公共云和通过云专用线路连接的政府系统。

以工业互联网为代表的B端流量非常粘滞,需求将继续爆炸。流量爆炸是数据中心行业长期增长的动力。过去,库存需求主要来自C端市场。 5G +工业互联网的应用将带来B端流量的持续增长,企业级流量的黏度高于C端。长期而言,中央需求将增加。

与工业PaaS相关的上市公司包括:东方国信(工业互联网平台Cloudiip),用友网络(具有工业互联网平台),浪潮信息(浪潮M81)等都有工业互联网运营平台。

与数据中心相关的上市公司包括宝信软件和Halo New Network。作为钢铁信息化的领先企业,宝信软件凭借其信息化能力已成为数据中心的领导者,并已在IDC行业在上海区域市场的大规模发展中形成了核心竞争力。 Halo New Network在IDC方面积累了20年的经验。 IDC拥有丰富的资源储备,并在技术水平和基础架构方面形成了重大障碍。

3.4数据应用层:工业控制安全和工业大数据值得关注

数据是除工厂,设备等之外的工业企业的重要资产,基于平台层的数据应用具有巨大的价值。数据本身来自工业生产的各个方面,但是由大众终端产生的大多数数据没有直接的应用意义。通常,只有短期变化或坡度变化才有意义,或者需要深度数据挖掘。这要求上层应用程序在打开所有链接中的信息的同时,专注于挖掘各种类型数据的潜在价值。

工业Internet应用普及的各个领域存在差异,并且数据分析功能和工业机制障碍是决定性因素。由于应用程序开发的复杂性不同,优化值和效果也不同。数据是平台的核心资产和价值来源。数据分析,挖掘和利用的程度决定了平台的应用价值。当前,资产管理服务和生产过程管理与控制相结合的模型和深入数据分析的应用越来越广泛,为工业企业创造了最优的价值。与工业机制深度集成的平台在开发过程中壁垒很高,交付成本较高,并且应用程序难以维护结果,并且机制复杂度较高的应用程序相对较低。

从深度上看,工业互联网平台应用呈现出三个发展水平:“深度数据分析-云资源整合-数据机制沉淀”,强调数据价值。当前的热点应用主要基于“模型+深度数据分析”资产设备管理服务,生产过程管理与控制等;云,物联网,可视化生产流程管理与控制,企业运营管理与资源优化配置等初步应用;面向未来的平台产品开发模拟服务正处于探索阶段。

“开源节流”是企业智能制造的最原始需求。制造业的智能渗透通常从生产环节开始。从过程价值和复杂性的角度来看,通常有以下顺序:从具有最高价值和中等复杂性(具有一定专业知识)的生产环节开始;然后是中等价值和低复杂性的财务,HRM,CRM链接;最后是价值,高度复杂的制造和流程管理链接。

各种应用程序增加的新值遵循“先中后低最后高”的顺序(三一,卡特彼勒,宝钢等公司的案例都可以证明这一点)。通过应用阶段,可以判断出工业互联网系统的成熟度和普及程度。

边缘控制

作为平台应用程序的核心链接,安全性正是工业互联网行业所需要的。作为工业互联网的三大系统之一,安全是网络和数据的保证。工业互联网平台收集,存储和使用的数据将成为工业企业和第三方的重要生产资料。用户的入侵或泄漏,生产信息等将导致工业企业的重大财产损失。因此,对于整个工业互联网行业,安全需求将持续很长时间。

工业大数据对于大小不同的工业企业具有不同的应用场景:大型企业体现出较高的价值,而中小企业专注于普及和创新。

大型企业通常具有良好的信息化基础,但是对工业互联网的转型和新添加的需求仍然很大。他们主要针对特定场景和整个产业链列出了两种类型的高价值应用程序。大型工业企业的各种ICT设备建设比较完整,生产数据标准化,产业链整合良好。一方面,它主要针对特定情况进行深入的数据挖掘,优化设备以及生产和运营链接,另一方面着眼于产业链的要素。取得进展,改善上下游协作和资源整合能力。

小型企业侧重于传统工业应用的普及,侧重于一些创新应用,反映了上游数据中心,网络层和边缘层的长尾需求。一方面,它基于该平台部署云管理应用程序;另一方面,它专注于金融服务等创新服务。专注于以销售为代表的云管理应用程序的部署以及以生产可视化,设备OEE和物料管理为代表的简单生产管理系统。在此基础上,数据分析被叠加以节省企业成本。

在与工业控制安全相关的上市公司中,新证券交易委员会值得关注。该公司推出了工业互联网安全产品和解决方案。通过分析指纹,漏洞信息和安全事件信息等工业资产的海量数据,并建立工业互联网安全知识共享平台,可以处理严重的工业互联网安全事件,高风险安全漏洞和重大损失。进行预警,并通过流量分析技术实现完整的安全事件可追溯性取证。

工业互联网中具有垂直和水平细分的相关上市公司包括宝信软件(上海规模最大的IDC项目和钢铁信息化短裤)和三联宏浦(多元化纺织行业领先的EPC领导者)。

4.相关重点企业

宝信软件:(平台层+基础架构)受益于5G工业互联网的深度应用带来的数据/流量激增,基础设施领域的IDC业务增加了巨大的潜在需求。钢铁信息化和自动化的传统优势在工业领域提供了跨行业的理解和技术能力。

东方国信:(平台层,应用层)工业互联网平台cloudiip跨越十个行业应用程序,构建了数百个工业微服务和工业应用程序,大数据功能的核心优势使其成为平台领导者。

用友网络:(平台层,应用层)核心行业专有技术从平台级别实现了制造过程的完整生命周期管理。用户积累,生态基础,产品能力,云研发等都反映了工业互联网平台的优势。

中新:(安全层)作为5G后周期的核心目标,它将充分受益于各个行业流量的爆发;工业控制安全是工业互联网的重要保证,它通过流量分析来实现工业安全事件的可追溯性和取证,安全经验和客户介绍以及产品在相关部门和工业企业中的初步应用。

紫光股份:(网络连接层)H3C在企业级市场上具有长期布局,是国内网络设备领域的绝对领导者。由于B端工业领域的爆发,对交换机,路由器和园区WLAN的需求将增加,这将使其受益。此外,边缘计算解决方案也有望继续渗透到企业领域。

星网瑞杰:(网络连接层)从企业级网络设备转向数据中心网络设备供应商,阿里巴巴的品牌渗透率+电信端运营商的WLAN产品份额领先优势,而主流量显然受益于该目标。

电信:(边缘控制层)国内领先的物联网模块公司,涵盖工业控制等丰富的工业应用。凭借跨行业产品服务和程序定制功能,5G模块的研发和批量生产取得了进展。

移至通讯:(边缘控制层)预先部署了针对物联网终端和高端外部市场的工业互联网,可以满足工业自动化控制和精细化管理客户的高端需求。

广和通:(边缘控制层)该公司开发高质量的无线通信和GPS模块。通信模块产品满足了工业级应用的需求,并与英特尔携手抢占了行业市场份额。

乐鑫技术:(边缘控制层)产品涵盖了工业控制和其他领域的核心通信芯片。受益于5G驱动的工业互联网应用,最初成熟的WiFi MCU通信芯片和模块产品已扩展到工业控制领域。

蓝旗科技:(边缘控制层)工业互联网对存储器具有巨大的潜在需求。 DDR2至DDR4内存产品提供完整的解决方案。该产品已进入国际主流内存,服务器和云计算相关领域。

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(报告来源:沉万宏元)

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