武璇123

(1.工業(yè)和信息化部威海電子信息技術(shù)綜合研究中心，威海 264200;2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)安全技術(shù)與測(cè)評(píng)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，威海 264200;3.沈昌祥院士安全可信創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，威海 264200)

0 引言

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是國(guó)家新基建七大領(lǐng)域之一。然而以“平臺(tái)為核心”的建設(shè)思路[1-4]卻在工業(yè)核心過(guò)程之一——供應(yīng)鏈方面少了 “自組織”[5-7]的核心驅(qū)動(dòng)力。為什么要自組織？一是技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，工業(yè)云平臺(tái)在資源集中管控調(diào)度過(guò)程中無(wú)法穩(wěn)定、實(shí)時(shí)地應(yīng)對(duì)成千上萬(wàn)的并發(fā)性連接請(qǐng)求，且不能保障平臺(tái)資源隨時(shí)滿足運(yùn)算量增長(zhǎng)需求，無(wú)法回避單點(diǎn)失效的巨大風(fēng)險(xiǎn)；二是企業(yè)會(huì)面臨核心機(jī)密通過(guò)云平臺(tái)泄漏的重大風(fēng)險(xiǎn)；三是結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)端到端的特性與三次工業(yè)革命趨勢(shì)判斷，技術(shù)從機(jī)械化到電氣化再到信息化的變革帶動(dòng)企業(yè)從作坊式到規(guī)?；俚劫Y源優(yōu)化的管理思路轉(zhuǎn)變。結(jié)合信息化、智能化與自動(dòng)化技術(shù)的工業(yè)設(shè)備及工控系統(tǒng)將會(huì)把企業(yè)帶向作坊式與資源優(yōu)化結(jié)合的管理方式，即企業(yè)在組織層面以生產(chǎn)能力為單元進(jìn)行分割，這些單元需要自組織、高效地跨企業(yè)協(xié)作，充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，帶動(dòng)企業(yè)管理變革，形成第四次工業(yè)革命。因此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不是簡(jiǎn)單的工業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)相加，而是需要一個(gè)穩(wěn)定、統(tǒng)一的核心，在一系列基礎(chǔ)科學(xué)理論共同作用下驅(qū)動(dòng)供應(yīng)鏈自組織形成，通過(guò)去中心的組織形式避免技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，把企業(yè)的數(shù)據(jù)留在企業(yè)，形成規(guī)?；髽I(yè)、精細(xì)化管理的格局。

1 供應(yīng)鏈自組織的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)

供應(yīng)鏈實(shí)現(xiàn)自組織是通過(guò)將資源管理、設(shè)備控制、合約、支付等能力下沉到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)中，使生產(chǎn)單元比當(dāng)前更加自治，以“產(chǎn)品=物料+工藝”為核心邏輯，使生產(chǎn)能力圍繞產(chǎn)品需求從物料、工藝維度相互連結(jié)、協(xié)作進(jìn)行跨企業(yè)協(xié)作。所以每個(gè)控制系統(tǒng)是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，是生產(chǎn)單元的能力表達(dá)的載體，在公平、對(duì)等的環(huán)境中互聯(lián)，并進(jìn)行自組織過(guò)程。

圖1 環(huán)形工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將深度融合國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈，安全是第一要?jiǎng)?wù)，其過(guò)程領(lǐng)域從外向內(nèi)安全級(jí)別應(yīng)逐步提高，層級(jí)之間有所隔離。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有3個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，從內(nèi)向外分別為制造、金融和交互，其中雙方互信、生產(chǎn)能力可信是自組織的供應(yīng)鏈正常運(yùn)轉(zhuǎn)的充分必要條件。區(qū)塊鏈去中心化、透明、不可篡改、匿名性等鮮明特征[8]能夠?yàn)楣?yīng)雙方互信提供組織層面的保障，防止來(lái)歷不明的生產(chǎn)單元隨意接入。可信計(jì)算3.0技術(shù)體系[9]是新版等級(jí)保護(hù)制度的重要組成部分[10]，主動(dòng)免疫的特征針對(duì)工控系統(tǒng)行為有限、更新不頻繁等特性可保障節(jié)點(diǎn)軟硬件和網(wǎng)絡(luò)通信可信。這樣以去中心化的網(wǎng)絡(luò)作為核心，外圍有金融活動(dòng)，最外層是交互活動(dòng)的結(jié)構(gòu)清晰地展現(xiàn)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的功能組織方式，體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)各層級(jí)的防御關(guān)系，每個(gè)環(huán)都是其內(nèi)部環(huán)的“護(hù)城河”。因此，筆者提出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)是由制造環(huán)、金融環(huán)和交互環(huán)組成，相鄰環(huán)之間能夠信息互通(見(jiàn)圖1)。

標(biāo)識(shí)解析[11]是國(guó)家大力推動(dòng)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施體系?？梢岳脴?biāo)識(shí)解析體系中分布于全國(guó)各地的二級(jí)節(jié)點(diǎn)和制造環(huán)節(jié)點(diǎn)分別作為資源接入信息區(qū)塊鏈和資源交易信息區(qū)塊鏈的載體，形成分層去中心化的制造環(huán)組織架構(gòu)，如圖2所示。通過(guò)哈希等方式以制造環(huán)節(jié)點(diǎn)軟硬件信息及其能力信息生成的唯一身份識(shí)別碼為依據(jù)形成區(qū)塊鏈，區(qū)塊中存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)認(rèn)證并允許接入的制造環(huán)節(jié)點(diǎn)身份和能力信息形成資源接入信息區(qū)塊鏈，使經(jīng)認(rèn)證的節(jié)點(diǎn)才能接入網(wǎng)絡(luò)。資源交易信息區(qū)塊鏈存在于標(biāo)識(shí)解析二級(jí)節(jié)點(diǎn)管理范圍內(nèi)的制造環(huán)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，以訂單編號(hào)為依據(jù)形成區(qū)塊鏈，交易內(nèi)容主要包括一定時(shí)間范圍內(nèi)供應(yīng)關(guān)系雙方的標(biāo)識(shí)、交易標(biāo)的、金額、交付時(shí)間等信息。

圖2 區(qū)塊鏈提供的組織層面互信機(jī)制

除了上述的體系結(jié)構(gòu)和信任問(wèn)題之外，實(shí)現(xiàn)自組織還需要在不同行業(yè)中深入進(jìn)行工藝、質(zhì)量等方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作，在標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上自治節(jié)點(diǎn)才能針對(duì)具體需求進(jìn)行自組織。

2 供應(yīng)鏈自組織的關(guān)鍵機(jī)制

圖3 供應(yīng)鏈自組織過(guò)程示意

供應(yīng)鏈自組織過(guò)程開(kāi)始于制造環(huán)收到產(chǎn)品總裝需求之后，如圖3所示。勝出的總裝節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身需求的輸入物料信息繼續(xù)在制造環(huán)中發(fā)布下一級(jí)供貨需求，反復(fù)迭代自評(píng)價(jià)與相互比較過(guò)程，直到對(duì)應(yīng)產(chǎn)品BOM各層級(jí)的能力需求均有所匹配。

供應(yīng)關(guān)系結(jié)束后，節(jié)點(diǎn)對(duì)上游交付產(chǎn)品和交付過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)調(diào)整節(jié)點(diǎn)之間建立合作的傾向性，在相同評(píng)分下可以選擇傾向性高的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合作。這樣針對(duì)特定生產(chǎn)需求就會(huì)形成越來(lái)越穩(wěn)定的供應(yīng)關(guān)系，從而進(jìn)一步提升節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作效率。反之評(píng)價(jià)差的時(shí)候要降低合作傾向，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勝劣汰的環(huán)境。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)因主客觀原因未經(jīng)允許被篡改程序、數(shù)據(jù)時(shí)，不僅會(huì)影響訂單執(zhí)行過(guò)程，也會(huì)對(duì)供應(yīng)鏈上下游造成損失，同時(shí)會(huì)影響其它橫向訂單，產(chǎn)生蝴蝶效應(yīng)威脅到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的有序運(yùn)轉(zhuǎn)。在前文提出的資源接入信息區(qū)塊鏈基礎(chǔ)上，我們可進(jìn)一步設(shè)置定期驗(yàn)證機(jī)制，檢測(cè)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)碼是否改變。 其他節(jié)點(diǎn)對(duì)不可信節(jié)點(diǎn)以停止通信的方式將其隔離，如圖4所示。 某個(gè)節(jié)點(diǎn)意外失效時(shí)，需要由其上級(jí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行發(fā)起供應(yīng)鏈自組織過(guò)程以尋找具有同等能力的替代節(jié)點(diǎn)，如圖5所示。有效應(yīng)對(duì)節(jié)點(diǎn)失效的最大保障恰恰來(lái)源于制造環(huán)自身的冗余性，即接入的各類制造資源越多，供應(yīng)鏈自組織過(guò)程成功在失效節(jié)點(diǎn)的同類節(jié)點(diǎn)中尋找備選方案的可能性就越大[12]。

3 總結(jié)與展望

本文基于國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)推廣應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全以及自主核心技術(shù)應(yīng)用趨勢(shì)，融合可信計(jì)算3.0、區(qū)塊鏈等技術(shù)體系，發(fā)揮標(biāo)識(shí)解析體系工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)中樞的關(guān)鍵作用，結(jié)合工業(yè)企業(yè)部署應(yīng)用思路,從工業(yè)資源能力統(tǒng)籌調(diào)度的角度出發(fā)，提出了環(huán)形的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，處于框架研究的階段。

圖4 互信驗(yàn)證及隔離過(guò)程示意

圖5 節(jié)點(diǎn)失效應(yīng)對(duì)過(guò)程示意

作為新基建的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要供應(yīng)鏈自組織的核心驅(qū)動(dòng)力，有企業(yè)之間金融互動(dòng)的骨架，有平臺(tái)應(yīng)用提供的血肉，由內(nèi)向外整體協(xié)同才是完整的。作者認(rèn)為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是一套方法論，建議加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)整體應(yīng)用方式方法的研究，實(shí)現(xiàn)其各環(huán)節(jié)的工程技術(shù)還需要多種基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)科學(xué)共同指導(dǎo)和改進(jìn)，如密碼學(xué)理論支撐數(shù)據(jù)安全可信，網(wǎng)絡(luò)理論支撐制造環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，控制優(yōu)化理論支撐網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度和制造系統(tǒng)控制，認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)等理論交叉的人工智能理論指導(dǎo)節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)行為、制造環(huán)整體智能化和各層級(jí)應(yīng)用的智能行為。

建議工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工作以核心驅(qū)動(dòng)力的構(gòu)建為主，以“全國(guó)一盤(pán)棋”為思路，由國(guó)家組織統(tǒng)一制定底層的協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)，軟硬件廠商按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行架構(gòu)各層面的研制工作，通過(guò)開(kāi)放、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化接口引入各領(lǐng)域?qū)I(yè)力量進(jìn)行每個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)依托信息通信技術(shù)，與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程相結(jié)合，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，能夠使工業(yè)資源完全開(kāi)放。因此，工業(yè)資源的安全、管理和調(diào)度將成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的核心問(wèn)題。 安全方面，建議工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系必須依賴國(guó)家自主的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)和底層安全技術(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)控制、網(wǎng)絡(luò)接入、平臺(tái)等方面建設(shè)防護(hù)體系;管理方面，建議接入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)企業(yè)進(jìn)行適應(yīng)性的管理改進(jìn)工作，針對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的資源開(kāi)放特性，從人、機(jī)、料、法、測(cè)、環(huán)各方面提升精細(xì)化管理程度，支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的基于能力資源調(diào)度的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)模式; 資源調(diào)度方面，在企業(yè)管理提升和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)安全體系的支撐下，建議進(jìn)一步融合目前主流的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)協(xié)議，并與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議做好銜接，調(diào)和互聯(lián)網(wǎng)“盡力而為”以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)高性能、高可靠的矛盾，保障工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可靠性、實(shí)時(shí)性等要求的同時(shí)，需加快制造資源網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同相關(guān)研究工作，統(tǒng)一接入、統(tǒng)一調(diào)度管理，增強(qiáng)接入的能力冗余特性，結(jié)合前兩點(diǎn)，保障網(wǎng)絡(luò)高效、安全運(yùn)轉(zhuǎn)，讓工業(yè)企業(yè)放心接入。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深入部署實(shí)施將是帶動(dòng)國(guó)家信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要舉措。工業(yè)安全關(guān)乎國(guó)家安全，工業(yè)安全的基本要求也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全。一方面，需要國(guó)家自主的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)信息安全成果為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系的各類終端、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)提供基礎(chǔ)安全保障，從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始鑄造國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈的“免疫長(zhǎng)城”，與標(biāo)識(shí)解析體系融合形成“神經(jīng)系統(tǒng)+免疫系統(tǒng)”的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施體系，實(shí)現(xiàn)技術(shù)層面的安全可靠；另一方面，需要在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)尚未成熟發(fā)展的領(lǐng)域，抓緊推廣應(yīng)用我國(guó)自主的軟硬件基礎(chǔ)架構(gòu)產(chǎn)品，搶抓市場(chǎng)空白，提早避免在關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈的領(lǐng)域遭遇“卡脖子”問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈層面的安全可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著人工智能、控制科學(xué)、機(jī)器人等理論和技術(shù)不斷發(fā)展[13]，結(jié)合資源開(kāi)放程度不斷加深，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將如何引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和社會(huì)變化? 人力資源向產(chǎn)品生命周期兩端擴(kuò)展，面向制造的設(shè)計(jì)理念更加突出；家庭以微型設(shè)備接收訂單持續(xù)創(chuàng)造收入的家庭生產(chǎn)模式；產(chǎn)品上將見(jiàn)到更多的“Designed by”而不是“Made in”等。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將不僅是制造業(yè)過(guò)程中的資源組織手段。配合各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，供應(yīng)鏈自組織的核心驅(qū)動(dòng)力將驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、運(yùn)維等制造環(huán)節(jié)外的過(guò)程。是否還有可能以這種能力自組織的思路進(jìn)一步帶動(dòng)社會(huì)模式的一些變化?

自組織理論與多學(xué)科理論共同作用，引導(dǎo)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)形成核心驅(qū)動(dòng)力，作為集群系統(tǒng)的制造環(huán)又是否能夠成為新一代人工智能研究的重要基礎(chǔ)設(shè)施? 這又將為人類社會(huì)發(fā)展造成怎樣的影響[14-15]? 讓我們拭目以待。