1.2　工业互联网相关技术

工业控制系统（Industrial Control System，ICS）已被广泛应用于实现工业部门的工业自动化。当这些自动化控制系统与工业互联网中更广泛的系统联机时，控制仍然是工业系统的核心和基本概念。在这种情况下，控制是自动对物理系统和环境施加影响的过程，基于感官输入实现人为和商业目标。许多今天的控制系统将低延迟、细粒度的控制应用于近距离的物理系统，而没有连接其他系统。而正因为如此，很难创建本地协作控制，更不用提全球性的协调操作。

有些自动控制工程师认为，工业互联网是传统意义上的两个不同领域的结合，它们各自有着不同的目的、标准和支持学科：IT（信息技术）和OT（操作技术）。在IT领域，所有的事物都可以简化为代表程序员头脑中的想法的“比特”，并以某种方式进行转换进而产生有用的推理，从电子表格列中的数字总和计算公示到电子邮件系统，再到日程计划最优化问题。这些方法的根本问题，也被认为是人工智能领域的一个基本问题，就是所谓的“符号接地问题”：机器中的符号（处理器传递的数字）因为程序员的原因只对应于世界对象，而对机器没有意义。符号接地问题要解决符号如何获得意义、符号和它们的意义如何联系起来的问题。在OT领域，控制（传统是模拟信号的）直接应用到物理过程中，而不尝试创建要由机器处理的符号或模型。例如，对于PID（比例积分导数）控制器，可以使用控制工程师定义并证明适用于特定应用场景的特定反馈方程，实现对线路上的电压的控制，而不需要更多地考虑通用性，也不需要在多个处理单元之间划分问题。IT进入OT领域的主要原因是需要将更多的工业系统联网，建立对机器层级的控制，同时也希望将通用的IT理念注入OT世界（例如，资源消耗的调度和优化）。还有一种趋势是控制，即数字模拟物理世界，将根据仿真模型而不是控制工程师的方程式做出控制决策。这使得其他已经在IT中被检验过的方法，如机器学习，可以应用到OT中。这也将导致OT系统更容易受到IT问题的影响，如网络拒绝服务攻击和欺骗及上述符号接地问题。IT和OT结合是一个巨大的进步，体现在工业系统中的认知层面，就是将在一定程度上避免符号接地问题，因为IT和OT的结合是基于物理世界的表现形式（而不是程序员提供的模型），以及信息与物理系统自身固有的规律（因此不再局限于人类的认识论概念）。然而，即使是支持基于真实世界数据而非工程模型的高级分析方法和最先进的技术突破也难以改变工业互联网的根本属性特征，主要障碍来源于安全性和弹性。任务关键型的OT应用程序，一旦失败会危及生命或人类健康，OT应用程序对可靠性的要求远高于IT应用程序中的可靠性。因此，在任务关键型的OT应用程序中，IT系统中常规的可靠性水平可能不可接受。此外，物理世界中的操作通常无法撤销，这是IT系统通常不必解决的问题。

近几年，计算和通信技术取得的一系列创新发展，可以应用于工业互联网，并使工业控制系统在两方面取得显著改变。

（1）提高本地自主协作能力：新型传感和探测技术提供了越来越精确的数据。更强大的嵌入式计算能力使这些数据能够进行更高级的分析，并能更好地模拟物理系统的状态及其运行环境。这种组合的结果将控制系统从单纯的自动控制转变为自主控制，即使系统设计者没有预料到当前的系统状态，也能让他们做出适当的反应。对等系统之间无处不在的连接性使融合和协作达到了前所未有的水平。

（2）通过全局协调提高系统优化能力：从整个控制系统收集传感器数据并进行应用分析，包括通过机器学习开发的模型对这些数据进行分析，进而可以深度掌握企业运营过程。有了这种全局把握能力，并通过自动和自主的编排，可以在全球范围内改进决策和优化系统操作。

这两种优势对工业互联网发展将产生深远的影响，尽管每个工业控制系统都有不同的侧重点，但将以不同的方式平衡这两种能力。

工业互联网涵盖了机器和机器（Machine to Machine）、工业通信技术及自动化应用领域。工业互联网本身为更好地理解制造过程铺平了道路，从而实现高效和可持续的生产，它提出了一个美好的愿景，但远未成熟。截至本书写作时，工业互联网技术参考架构、工业互联网平台、工业云技术、工业App技术、工业互联网标识解析技术、工业大数据、工业软件、柔性供应链和5G与工业互联网融合等，构成了工业互联网的技术体系。