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      新基建下工業互聯網產業鏈評估與安全預警

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      2020-06-17 來源:工信頭條

      導讀:工業互聯網對中國制造業新一輪競爭提升具有重要基石作用,擁有巨大發展前景,但在全鏈條產業生態體系構建等方面還存在顯著短板,亟須做好工業互聯網產業鏈的安全性評估與預警,為中國制造向“中國智造”轉型升級提供全方位支撐。

       

       

       

      黨中央、國務院多次強調加快推進新型基礎設施建設。在當前疫情沖擊與產業鏈承壓的雙重挑戰下,以工業互聯網為核心的“數字新基建”成為當前經濟穩增長的重要抓手,并將打造成為新工業革命的關鍵設施,對中國制造加速向數字化、智能化轉型升級產生全方位、深層次、革命性影響。

       

      在國家政策引導和市場需求驅動下,工業互聯網乘著新基建的“風口”駛入快車道。截至2020年4月底,全國27個省(區、市)發布了地方工業互聯網發展政策文件。據預測,2020年,我國工業互聯網產業經濟規模將達3.1萬億元,同比實際增長約為 47.9%,占GDP比重為2.9%,同時可帶來約255萬個新增就業崗位,形成對國民經濟和社會發展的巨大帶動。

       

      工業互聯網對中國制造業新一輪競爭提升具有重要基石作用,擁有巨大發展前景,但在全鏈條產業生態體系構建等方面還存在顯著短板,亟須做好工業互聯網產業鏈的安全性評估與預警,為中國制造向“中國智造”轉型升級提供全方位支撐。

       

       

       

       


      產業鏈生態發育度評估

       

       

      工業互聯網產業鏈包含上游的設備和網絡,中游的工業互聯網平臺和軟件,下游的應用以及貫穿全產業鏈的工業互聯網安全。

       

      根據工業互聯網產業聯盟數據,截至2020年4月底,我國工業互聯網產業的企業數量約為1012家,覆蓋工業互聯網產業鏈各環節領域。其中,工業企業約占31.98%,信息網絡企業約占54.80%,信息通信安全企業約占13.22%。

      從企業區域分布來看,工業互聯網產業集聚發展態勢顯著。以東部沿海省份分布最為集中,北京市、上海市、廣東省三地居首,累計占51.90%,遼寧、山東、湖南等地工業互聯網企業集聚度也較為靠前。

       

      從工業互聯網產業鏈生態構成關系來看,工業設備是生態數據終端入口,工業互聯網網絡是神經網絡,工業互聯網平臺是生態核心,工業軟件是承上啟下數據應用的關鍵,工業互聯網應用是價值兌現的載體,工業互聯網安全是生態體系保障。

      設備和邊緣計算

      邊緣計算讓工業數字化裝備、工控設備、傳感設備成為數據的入口,通過大范圍、深層次的數據采集,以及異構數據的協議轉換與邊緣處理,構建工業互聯網平臺的數據基礎。

       

      我國工業互聯網設備覆蓋領域全面,包括工業機器人、數控機床、增材制造、智能儀器儀表、工業控制、工業傳感、邊緣計算設備等。但該環節產業鏈發育不完善,起步較晚,缺乏國際性領軍企業。

       

      2019年全球十大數控機床制造商德、日、美企業三分天下,中國企業無一上榜。全球工業機器人市場,發那科、安川電機、ABB、庫卡等日本和歐洲企業遙遙領先。工業控制領域,95%中高端 PLC 市場、50%以上的 DCS 市場被跨國公司壟斷;國產化的工控自動化核心部件產品僅占35%的市場份額。總體看,歐美日等工業發達國家制造企業數字化、網絡化、自動化水平較高,壟斷了全球工控設備和通信協議,中國在工業互聯網設備領域還需奮起直追。

      工業互聯網網絡

      工業互聯網網絡由工業通信網關、物聯網模組、交換機、光纖接入設備等網絡設備,工業無線、專線、云計算等網絡服務,以及標識解析體系構成。

       

      全球IaaS寡頭競爭格局基本確定,美國主導全球IaaS生態演進,擁有亞馬遜AWS、微軟Azure、谷歌、IBM等領導廠商。中國得益于阿里、華為、騰訊等領軍企業在IaaS層的布局,成為僅次于美國廠商的第二梯隊。根據Gartner發布的2019云計算市場數據報告,阿里云僅次于亞馬遜AWS、微軟Azure,排名全球第三、亞太第一,騰訊云、華為云等廠商超高速增長,分別位居全球第五、第六位。

       

      但是我國制造業企業數字化基礎薄弱,發展不平衡、不充分的問題突出,少量企業開始步入數字化階段,廣大中小企業仍處于由機械化到自動化的2.0階段。工業網絡標準、技術、產業基本被外商掌控,且標準眾多,互通性差。工廠外網絡主要依托公共互聯網,難以滿足工業生產高安全、高實時和高可靠的要求。同時,IPv4資源枯竭,也無法滿足工業互聯網發展的海量地址需求。

       

       



      工業互聯網安全

      工業互聯網安全產業涉及工業互聯網領域各個環節,通過監測預警、應急響應、檢測評估、攻防測試等手段確保工業互聯網健康有序發展,對工業互聯網發展意義重大。

       

      當前,我國工業互聯網安全隱患突出,線上線下的融合使得網絡安全威脅和風險從虛擬網絡空間向現實物理世界蔓延擴散。公共互聯網病毒、木馬、高級持續性攻擊等網絡威脅向制造、金融、交通、能源等關系國民經濟命脈的重要領域傳導滲透。在市場和政策雙重驅動下,中國網安、360、天融信、奇安信、安天科技等國內廠商工業互聯網安全相關產品線日益完備。但從全球網絡安全企業競爭格局來看,全球百強企業中美國有55家,我國僅有17家,且規模較小;在工業互聯網安全關鍵技術攻關及產業化應用方面仍有巨大提升空間。

      工業互聯網平臺和工業軟件

      工業互聯網平臺是面向制造業數字化、網絡化、智能化需求,構建基于海量數據采集、匯聚、分析的服務體系。工業軟件將特定工業場景下的經驗知識以數字化模型或專業化軟件工具的形式積累沉淀下來,主要包括研發設計、生產管理、經營管理三大類。當前,工業軟件正從本地部署的復雜系統軟件向云化輕量化應用軟件轉變,基于平臺的工業 APP 成為工業軟件新形態。工業互聯網平臺與工業軟件共同構成了工業互聯網產業的核心環節。

       

       

       

      在國家政策大力支持下,近兩年我國工業互聯網平臺數量實現了快速發展。制造業、工業軟件服務商、工業設備提供商、信息通信企業四類主體布局工業互聯網平臺。截至2019年年底,我國建成了近100家具有一定區域、行業影響力的工業互聯網平臺,重點平臺平均設備連接數65萬臺,平均工業APP數量突破1650個,平均注冊用戶數超過50萬,平均活躍開發者人數3800人。與國際主流工業互聯網平臺相比,我國平臺數量實現趕超,但在以下三方面還存在顯著差距:一是美德工業know-how和設備數字化基礎優于中國;二是工業技術知識薄弱,工業機理、工藝流程、模型方法等積累不足;三是算法庫、模型庫、知識庫等微服務提供能力不足。

       

      工業軟件是我國工業互聯網的核心痛點。美、德等壟斷了傳統的工業軟件市場,擁有GE、Oracle、西門子、SAP等工業軟件巨頭,形成了完整的開發者社區和海量開發者。中國高端 CAD、CAE、MES、PLM 等工業軟件市場被SAP、西門子、達索等國外廠商壟斷。CAE仿真軟件,美國ANSYS、ALTAIR等公司占據95%以上的市場份額。生產管理類工業軟件,德國SAP、美國ORACEL公司占有高端市場,用友、金蝶等國內企業起步于中低端市場。生產控制軟件領域被西門子、施耐德、GE、羅克韋爾等國外巨頭占據,寶信、石化盈科等國內軟件企業只在電力、鋼鐵冶金和石化等細分領域爭得一席之地。

       


      產業鏈技術創新力評估

       

       

      全球工業互聯網專利布局

      據統計,2000年至2018年,全球工業互聯網的專利技術集中布局在美國、中國,其中美國占48%,中國占25%,合計占全球的73%。美國的工業互聯網創新能力對全球其他國家和地區形成壓倒性競爭優勢,中國在工業互聯網專利技術方面奮起直追,后來居上,逐步拉開了同日本、德國的領先差距。

      工業互聯網企業專利布局

      在全球工業互聯網專利申請人TOP10排名中,IBM、Microsoft、Oracle、Siemens、Salesforce等美國、歐洲領軍企業占據明顯優勢,中國企業持有專利數量普遍相對較少,僅有華為躋身全球前十。

       

       

       

      在中國積極布局工業互聯網專利的TOP10申請人中,IBM、Microsoft、Siemens位居前三,表明跨國巨頭對中國工業互聯網市場極為重視。本土申請人中,國家電網、華為和中興工業互聯網專利布局處于領先位置,中科院和浙江大學等科研院校也躋身于我國前十。

      工業互聯網細分領域專利布局

      我國工業互聯網相關專利申請總量位列全球第二,主要以網絡互聯、工業云領域為主,網絡標識解析關鍵技術專利申請量也快速增長。

       

      截至2018年,網絡互聯關鍵技術專利全球共16464件,主要為現場總線、工業以太網、OPC/OPCUA和時間敏感網絡(TSN)。2018年,我國現場總線、工業以太網、OPC/OPCUA的專利申請量占全球比例分別為60%、58%、57%,均居全球第一位;時間敏感網絡(TSN)專利量占全球比例為19%,居第五位,還存在較大的上升空間。

       

       

       

      網絡標識解析關鍵技術專利量整體較少,截至2018年,網絡標識解析專利全球共913件。關鍵技術領域包括對象名解析服務(ONS)、Handle、對象標識符(OID)和物聯網統一物品編碼(Ecode)。ONS新增專利主要集中在美國和中國兩個國家,我國占比達14%,全球第二。Handle技術專利美國占全球的65%,2018 年我國申請量僅新增7件,占全球比例的5%。OID 技術專利申請量美國第一,我國位列第二,2018年申請了 42 件,占全球專利總量的 23%。Ecode專利屬于我國主導完成的標準,累計申請專利28件,全球其他國家僅有美國申請1件,WO申請1件。

       

      工業云關鍵技術專利整體呈現上升趨勢,截至2018年,全球專利量達到36770件。其中,中國邊緣計算/云計算專利量達783件,僅次于美國,占比全球31%,排在第二位;中國平臺即服務(PaaS)技術專利總量達3164 件,占全球比例11%,位列第三;多租戶技術專利占全球比例的15%,位列第二。

       

      總體來看,我國工業互聯網關鍵技術新增專利申請較為活躍,近年來創新力得到顯著提升。但除華為、中興、國家電網等少量企業外,領軍企業偏少,產業化不足,技術競爭力仍落后于美國。

       


      產業鏈市場競爭力評估

       

       

      全球市場分析

      根據賽迪顧問的分析,2018年全球工業互聯網市場規模達到8059.1億美元,同比增長5.5%。其中,硬件與網絡產品市場占比最大,規模達到4017.1億美元,占比達49.8%;其次是工業軟件與平臺市場,規模達到3892.9億美元,占比達48.3%;最后是工業互聯網安全市場,規模達到149.1億美元,占比達1.9%。

      中國市場分析

      2018年,中國工業互聯網市場規模總量達到5358.9億元,同比增長13.8%。其中,硬件設備產品占比仍居首位,市場規模為2081.4億元,同比增長8.0%;其次為工業軟件,保持較高增長速度,同比增長16%,市場規模1678.4億元;工業通信市場穩定增長,市場規模達到1233.8億元;工業云平臺爆發式增長79.5%,市場規模318.9億元;安全市場增長30%,規模達到46.4億元。

       

      與全球工業互聯網市場結構相比,我國工業互聯網產業市場結構“偏硬”,硬件設備和工業通信占比較高,工業互聯網安全、工業軟件、平臺等領域市場規模比重還有較大提升空間。

       


      資本活躍度評估

       

       

      從總體趨勢來看,據IT桔子數據,2007—2019年,工業互聯網資本活躍度整體呈現上升而后下降的勢態,在2017年投資金額達到了頂峰,高達2996億元。隨著對工業互聯網的重視,未來資本活躍度將更進一步。

       

       

       

      結構分析上看,工業互聯網平臺、工業互聯網網絡和工業數字化裝備領域無論是在投資事件數量還是在投資金額量上,都位列前三。其中,工業互聯網平臺領域投資數量占比高達41.79%,投資金額占比高達50.55%。

       


      安全預警及建議

       

       

      安全性評估結論

      我國工業互聯網產業正在經歷著市場規模、核心技術專利、投融資的快速增長,在全球工業互聯網產業生態中的地位和比重持續上升。但在產業鏈關鍵環節上還存在顯著差距,高端工業軟件、數字化裝備、工業互聯網安全等“缺鏈”“弱鏈”環節需要盡快補足,工業知識、模型方法、工業數據等產業鏈生態配套資源亟待進一步提升。

      預警及建議

      工業互聯網創新活躍、產業經濟蓬勃發展。應發揮好我國市場廣闊、應用場景豐富、工業體系完備和信息技術創新活躍的優勢,立足現實基礎和實際需求,加快構建工業互聯網產業鏈全鏈條生態體系,支撐傳統經濟數字化轉型,推動中國制造高質量發展。

       

       


       

       

      一是聚焦重點領域,打牢基礎,突破短板。我國工業互聯網產業經濟呈現較好的發展勢頭,產業鏈完整性和競爭力同國際先進水平還有差距。需要加快建立工業互聯網共性技術體系,瞄準“卡脖子”領域集中力量攻關。補足高端工業軟件、邊緣計算等產業短板,提升工業控制、數控機床等數字化裝備基礎能力,推動形成技術研究和產業應用互促互進的良好局面。

       

      二是平衡安全與發展,筑牢安全防線。相比于傳統互聯網安全,工業互聯網安全防護對象擴大,安全場景更豐富;網絡安全和生產安全交織,安全事件危害更嚴重。需要安全與發展同步推進。需要加快建成覆蓋國家、地方、企業三級的工業互聯網安全技術防控體系,同時鼓勵支持安全企業面向工業互聯網加強安全技術研發、成果轉化和產品服務創新,提升安全技術產業支撐保障能力。

       

      三是完善多方政策保障,營造良好環境。從產業經濟規模來看,當前我國工業互聯網開局良好,正處于成長上升階段,建議進一步加大財政投入力度,鼓勵支持更多社會資本進入工業互聯網領域,用好減稅降費優惠政策,充分調動企業積極性,釋放市場活力。完善工業互聯網法規政策體系,營造健康有序發展環境。加強人才培養,打造產學研用協同發展模式。

       

      作者:段浩  徐夢  北京中研碩福科技有限公司

      本文發表于《中國工業和信息化》雜志2020年4月刊總第22期 

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