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作者：胡权，工业4.0研究院院长兼首席经济学家 引自数字孪生体课堂

导读：继续推进工业互联网理论研究已成为共识。本文作为系列文章之一，对中国工业互联网关键技术做理论探讨，指出应面向经济繁荣和国家安全打造关键技术。 工业互联网作为我国推进的国家战略，通过2年多时间发展，已经取得了初步成效，特别在网络、平台和安全三个体系方面，形成了较为完整的认识。按照先易后难的方法，目前工业互联网将进入更具有挑战的领域。 笔者在《深化工业互联网理论研究三大方向》一文中，阐释了工业互联网演进和深化的三个方向，分别为概念体系的与时共进、经济学基础和生产技术研究等。 本文结合到“关键技术”（Critical Technologies）的定义，参考美国过去100年推进关键技术的经验，为我国工业互联网关键技术提供一个研究框架，为相关研究机构开展相关工作提供参考。

中美两国在贸易之争背景下，双方就先进制造技术开启了新一轮的竞争，中国在2017年底重点推进了工业互联网国家战略，美国则进一步加强先进制造技术的再兴。无独有偶，上个世纪90年代左右，日美两国也在制造技术上开展了一场竞争博弈。1989年，日本为了缓和美国责问“免费”使用美国科研成果的压力，主动发起了国际研究项目“智能制造系统”（IMS，Intelligent Manufacturing Systems），美国在1990年启动关键技术产业政策，压制了日本经济进一步增长的势头。2005年日本退出自己一手发起的IMS联盟，宣告日本先进制造技术研究的失败。在工业4.0研究院看来，这实际上是美国关键技术驱动的产业政策的成功。美国对关键技术的认识，应回到100年前，当时美国为了阐释某些货物之军事重要性，首次采用了关键（critical）这个词汇。在1990年美国国会批准成立“关键技术研究院“（CTI，Critical Technologies Institute），报告中明确指出了这种渊源。 美国关键技术1991年跟2015年对比

* 工业4.0研究院整理分析，2020年
1991年，13位科学和工程界专家撰写了Report of the National Critical Technologies Panel，提出了六个方面的关键技术，分别为材料、制造、信息通信、生物及生命科学、航空及地面交通、能源及环境等。为了避免理解有误，上述报告对“技术”（Technology）的特征做了描述：

• 基于试验和/或科学理论的系统化和实用性
• 可能包含新的发现、现有知识或两者都有
• 直接面向应用（Directed toward application）或不仅仅是为了理解的目的
• 包含对材料或生物系统的直接操作，或者对数学算法的应用
• 具有可再现（reproducible）和可转移（transferable）的特征

对于“关键”（Criticality），报告也给出了明确的定义：关键性来自系统产出的重要性，而技术是系统的一部分，同时也来自技术驱动系统的重要性。（Criticality is derived from the importance of the outputs of the system of which the technology is a constituent part, as well as from the significance the technology has for enabling that system. ）为了从政策上界定关键性，报告还提出了“经济繁荣”（Economic Prosperity）和“国家安全”（National Security）两大判定标准。后者是100年前美国首次提出“关键物品”（Critical Goods）的根本理由。现代经济的繁荣决定了一个国家的安全地位，因此，美国在界定“关键技术”的时候，经济繁荣也作为了一个标准。从美国国会审计局对关键技术的专项审计报告来看，美国自1991年启动关键技术建设之后，国家工程院（National Academy of Engineering）、国防部、商务部、能源部、卫生部等机构纷纷制作相关领域的关键技术，直接推进了美国经济的繁荣。不仅如此，美国盟国（例如德国、日本等）也跟随制定了国家关键技术，进一步加强了关键技术驱动经济繁荣和保障国家安全的价值。二、工业互联网需要什么关键技术？无论通用电气（GE，General Electric）牵头发起的工业互联网联盟（IIC，Industrial Internet Consortium），还是我国工信部信通院成立的工业互联网产业联盟（AII，Alliance of Industrial Internet），它们都是以运行技术（OT，Operation Technology）和信息技术（IT，Information Technology）来表述。工业4.0研究院认为，OT和IT并不是表述关键技术的最佳词汇，它们更多属于行业营销术语，并无严格学术定义，企业根据自己的需要，可以把不同种类的技术装到这个大筐里面，便于给客户提供解决方案。1991年12月，美国国家工程院和科学院通过制造论坛（The Manufacturing Forum）发布了一份报告，即Technology Policy and Critical Technologies：A Summary of Recent Reports，对商务部、国防部、航空工业协会及竞争力委员会（COC，Council on Competitiveness）等提出的关键技术做了对比，其详尽程度直到30年后的今天也可以参考借鉴。例如，对于制造领域的关键技术，COC分为设计与工程工具、商业化及生产系统、流程工具等方式进行了详细分析。制造论坛则分为四个大类，分别为柔性计算机集成制造、智能流程设备、微制造及纳米制造、系统管理技术等。对于我国推进工业互联网来讲，应该重点解决关键技术问题。以2019年2月工业互联网产业联盟发布的《工业互联网关键技术专利态势分析》来判定，我国目前主要以网络互联体系、地址与标识解析体系、应用支撑体系三个方面来认识工业互联网关键技术。工业互联网整体网络体系目标框架（来自AII）如果以这份报告提出的关键技术为准，那么互联网五分模型中4-5所表示的“智能制造”是不含在其中的。中国工业互联网研究院院长徐晓兰明确告诉笔者，工业互联网体系应包含智能制造。事实上，对于我国技术积累来讲，随着我国电信行业高速发展，成就了华为和中兴等公司，基本上可以解决通信网络相关问题。简单讲，网络问题在我国工业互联网关键技术中属于先易后难的“易”。那么我国工业互联网体系中的平台和制造系统问题，才是影响我国经济繁荣和国家安全的关键技术，需要在未来演进和深化研究工作中加以重视，真正形成可以应用的成果。三、三大体系中的关键技术如果考虑到工业互联网三大体系跟底层的工控系统和自动化设备关系紧密，我国在网络互联体系、地址与标识解析体系和应用支撑体系谈不上拥有关键技术。用行业通常讲的话来说，我国在工业互联网关键技术领域做不到自主可控。我们可以先看看网络互联体系，这是最受工控系统和自动化设备影响的地方。众所周知，欧洲为了强化其自动化领域的优势，大力推动OPC UA标准，已经悄然进入我国国家标准。我们不应忽略OPC UA更符合欧洲工业自动化企业利益，因为它们提供的工控系统已经为之做好准备了。美国并不希望OPC UA统一天下，它们更加推崇TSN，例如，美国工业互联网联盟强调限制现场总线和OPC UA的应用范围，在更上层的工业网络中，应采用更加开放的TSN，这实际上就是美国一直以来强调的经济繁荣和国家安全需要。我们接着看看地址与标识解析体系，这是最容易实现自主可控的领域。不过，对于制造业来讲，这也是目前企业最没有意愿投资改造的地方，因为制造企业的生产活动主要发生在工厂边界内，不需要也没有必要进入公共的地址与标识解析体系。工业4.0研究院认同在10年之后，如果互联工厂成为主流（而不仅仅是数字化工厂），那么地址与标识解析体系就可能发挥作用。这个结论还需要进一步分析，应该有更为准确的结论。PaaS技术全球专利地域分布（来自AII）
对于工业互联网平台，按照工业互联网产业联盟的报告中所讲，中国和美国掌握相关专利，但从所占比例来讲，中国仅为11%，而美国拥有63%，显然不是一个量级。如果以开源软件（例如Cloud Foundry、OpenShift、Docker等）判定，我国没有任何一款平台级软件可以占据一席之地。笔者认为，我们无需讳疾忌医，从全球平台级软件发展方式来看，采用开源项目是主流，这也是工业4.0研究院2018年牵头发起“开源工业互联网联盟”（Openii Consortium）的原因，必须加大开源平台软件创新力度。总结在继续推进工业互联网理论研究议题中，建议把关键技术作为分析重点，搞清楚我国工业互联网战略，确定影响我国经济繁荣和国家安全的关键技术，有助于我国工业互联网井然有序发展，更有助于制造企业从中获益。在开源工业互联网平台打造方面，可以邀请具有实力的企业参与，鼓励或强制获得国家资金支持的企业开源部分代码，众人拾柴火焰高，经过5-10年的努力，所谓工业互联网关键技术，自然就有明确的答案。