近年來，深化數字技術應用、推動數字化轉型已成為各國發展實體經濟、培育競爭優勢的普遍選擇。

美國連續十年推進先進制造業戰略，加速制造業數字化的技術創新和應用。歐盟實施“工業 5.0”戰略，推動數字化綠色化雙轉型，構建以人為本、彈性、可持續的產業鏈供應鏈。特別是疫情發生以來，產業鏈供應鏈已成為數字化發展的關鍵基礎和重要保障。

德國發力“工業 4.0”，以智能工廠、智能產線為基礎，著力鞏固制造業競爭優勢。英法日等傳統工業強國和新興經濟體都在強化數字技術優勢，提高制造業競爭力。可以說，工業互聯網“不是工具的革命，而是革命的工具”，正在全球形成共識。

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我國體系化推進工業互聯網發展，各領域支持政策不斷完善，地方支持力度不斷加大，政策環境不斷優化，為推動數字化轉型注入強勁動力。

工業互聯網是將新一代信息通信技術與工業經濟深度融合的生態，通過對人、機、物、系統等的全面連接，構建起覆蓋全產業鏈、全價值鏈的全新制造和服務體系。工業互聯網作為新型基礎設施建設的重要組成部分，是推動數字經濟與實體經濟深度融合的關鍵路徑。

為了促進工業互聯網產業的發展，近年來，國家相關部門相繼出臺一系列政策，加大工業互聯網行業應用賦能、區域落地推廣力度。2020 年中國制造業轉型升級穩步推進，中國工業互聯網市場規模總量達到 6712.7 億元，同比增長 9.9%。

隨著 5G+工業互聯網的融合發展，我國工業互聯網市場規模將快速增長，中商產業研究院預計 2022 年中國工業互聯網市場規模總量將達 8893.5 億元。自 2020 年開始，得益于 5G 及互聯網技術的發展，我國工業互聯網相關企業注冊量迅猛增長。

數據顯示，2020 年我國工業互聯網相關企業注冊量達到 19.5 萬家，截至 2021 年底，我國工業互聯網相關企業注冊量更是達到了 62.0 萬家，創歷史新高，同比增長 217.9%。據中商情報網預計，2022 年我國工業互聯網相關企業注冊量有望持續增長。

市場規模和企業注冊量快速增長的同時，我國工業互聯網產業經濟產業增加值規模飛速增長。據中國信息通信研究院數據，2020 年，工業互聯網產業經濟產業增加值規模約為 3.1萬億元，同比實際增長約為 46.2%。中商產業研究院預測，2022年我國工業互聯網產業經濟產業增加值規模將超 5萬億元。

規模快速崛起的同時，我國在工業互聯網領域的邊緣智能、工業大數據分析、工業機理建模等方面依舊存在短板。當前，國內領先工業互聯網平臺基本上都建立在國外基礎產業體系之上，工業互聯網平臺所依賴的“一硬+一軟+一網+一安全”等產業鏈主要掌控在別人手里。

以 PLC 為例，根據華經產業研究院的數據，2021 年可靠性要求更高的中大型 PLC市場主要被西門子、歐姆龍、三菱等外資廠商所占據，西門子市場份額近 50%。小型 PLC市場方面，內資品牌有更多布局，但外資廠商仍占據更大的市場份額，因此內資品牌有待發力以進一步達成國產替代。

工業軟件方面，根據工信部運行局數據，2020 年，僅有 5%的研發設計類工業軟件為國產產品，國產可用的研發設計類產品主要應用于工業機理簡單、系統功能單一、行業復雜度低的領域。

生產制造類國產工業軟件占據 50%的國內市場，在部分領域已經具備一定實力，涌現了上海寶信、和利時、浙大中控等行業領軍企業，但在高端市場中還不占優勢；經營管理類國產軟件占有國內 70%的市場份額，但高端市場領域仍以 SAP、Oracle 為主。

面對工業互聯網領域部分產品國產率低等問題，我國逐步加快“國產替代”建設步伐。2023年召開的全國工業和信息化工作會議強調，我國要提升重點產業鏈自主可控能力，圍繞制造業重點產業鏈，找準關鍵核心技術和零部件“卡脖子”薄弱環節，“一鏈一策”推進強鏈補鏈穩鏈，強化產業鏈上下游、大中小企業協同攻關，促進全產業鏈發展。

TSN引領智能時代工業通信發展

實時通信技術完成了從總線時代向實時以太網階段的邁進，并進一步邁向了智能時代迎合新的網絡融合需求。

早在 20 世紀 70 年代，隨著可編程邏輯控制器（PLC）的產生，為了分布式控制所需的總線也誕生。進入 21 世紀，隨著標準以太網成本的下降，總線開始進入基于以太網的實時網絡時代。2014 年以后，隨著工業 4.0 的提出，工業物聯網、智能制造的需求逐漸變得迫切，對于連接的需求產生了變化。

傳統的以太網通常不支持交換機網絡，其輪詢機制或集束幀技術使得標準以太網和實時以太網無法在同一網絡中進行數據的傳輸。隨著信息技術（IT）與運營技術（OT）的不斷融合，對于統一網絡架構的需求變得迫切。智能制造、工業物聯網、大數據的發展，都使得這一融合變得更為緊迫。

而 IT 與 OT 對于通信的不同需求也導致了在很長一段時間，融合這兩個領域出現了很大的障礙：互聯網與信息化領域的數據需要更大的帶寬，而對于工業而言，實時性與確定性則是問題的關鍵。這些數據通常無法在同一網絡中傳輸。

因此，尋找一個統一的解決方案已成為產業融合的必然需求。時間敏感型網絡（timesensitive network，TSN）是目前國際產業界正在積極推動的全新工業通信技術。時間敏感型網絡允許周期性與非周期性數據在同一網絡中傳輸，使得標準以太網具有確定性傳輸的優勢，并通過廠商獨立的標準化進程，已成為廣泛聚焦的關鍵技術。

目前，IEEE、IEC 等組織均在制定基于 TSN 的工業應用網絡的底層互操作性標準規范。TSN 進一步改善了以太網實時性能、工業場景下 OT 與 IT 網絡的融合，能夠保證控制類、實時運維類等時間敏感數據的優先傳輸，從而實現實時性和確定性，保證了各類業務流量共網混合傳輸，將已有的存量工業以太網、物聯網以及新型工業應用連起來，極大提高工廠網絡靈活組網的能力。

目前參與工業網絡與 TSN 融合研究工作的廠商越來越多，比如工業以太網行業標準組織（CC-Link、EtherCAT、PROFINET），還有國內的工業互聯網產業聯盟，加上大部分自動化廠商，比如西門子、abb 、庫卡等。

下一代工業網絡 TSN 應用于工業領域的技術研究正飛速進行，端到端應用場景逐漸豐富，研究成果的產業化時機已經到來。技術開發與測試成果已初步涌現，通信設備廠商和芯片廠商們也一并參與到 TSN 的開發中來，產品及服務廠商也在逐漸增多。

據統計，市面上已有 10 多個行業領域對 TSN 的端到端應用進行了初步探索，國內外市場上能提供 TSN 各類軟硬件產品及服務的廠商也超過 50 多家。

TSN 技術可以很好解決 IT 與 OT 的融合問題，在保證控制類等時間敏感業務數據的有限傳輸，實現實時確定性傳輸的同時，又可以保證各類業務流量共網傳輸。因此 TSN 技術的應用場景十分廣泛。

2022 年 10 月，由東土科技主導制定的《基于時間敏感技術的寬帶工業總線 AUTBUS 系統架構與通信規范》國家標準正式發布；2023 年 3 月，東土科技牽頭制定的基于 IPV6 的工業控制總線標準 AUTBUS 國際標準之 6 項國際標準獲 IEC 正式發布。

AUTBUS 系列標準是目前國際上唯一基于時間敏感技術和互聯網協議第 6 版（IPv6）技術的兩線制寬帶總線國際標準。該系列標準解決了 IPv6 統一尋址和確定性通信問題，實現了信息技術（IT）協議與操作技術（OT）協議的全 IP化，支持工業通信領域多協議的互聯互通互操作，以及控制數據、視頻、圖片等大數據在控制層的同步寬帶傳輸，可有效滿足智能制造高帶寬、高實時等通信需求。

目前，基于該系列標準的芯片已研制成功，可廣泛應用于機器人、汽車、船舶、航空等智能制造相關領域。該系列標準的成功發布，標志著以 AUTBUS 為代表的我國工業通信技術的發展水平和應用成效得到國際認可。

邊緣控制器創造新應用生態

邊緣計算技術是計算技術發展的焦點，通過在靠近工業現場的網絡邊緣側運行處理、分析等操作，就近提供邊緣計算服務，能夠更好滿足制造業敏捷連接、實時優化、安全可靠等方面的關鍵需求，改變傳統制造控制系統和數據分析系統的部署運行方式。

邊緣計算對數據的本地處理能力提出了很高的要求，傳統的 PLC 控制器已無法勝任這樣的工作，因此，一種基于 PC 的兼具 PLC 功能的控制器應運而生。這樣的控制器可以將 PLC控制器、PC、網關，運動控制、I/O 數據采集、現場總線協議、機器視覺、設備聯網等多領域功能集成于一體，同時實現設備運動控制、數據采集、運算和與云端相連，以及在邊緣側協同遠程工業云平臺實現智能產線控制等，這樣的控制器被稱為邊緣控制器。

邊緣控制的架構分為端、邊、云三個層級，分別部署不同的設備或系統，可實現云端和邊緣側的控制。邊緣側的設備形態為邊緣控制器和邊緣網關，其南向通過現場總線、工業以太網連接端側的執行器和傳感器等現場設備，北向則通過以太網連入云側的邊緣云或公有云。

邊緣控制器和邊緣網關均可采用通用硬件架構并具備與現場設備通訊能力，邊緣網關功能側重于對下層設備的數據采集、處理分析和向云側進行轉發，而邊緣控制器功能偏向于對現場設備的實時控制，二者功能可分別獨立實現靈活部署，也可組合在一臺邊緣計算硬件設備上。

邊緣控制器將控制與計算相融合，實現云邊協同。云邊協同是邊緣原生的核心技術之一。云端通常具備海量計算能力，通過云邊協同、云端開放的能力和資源可提供給邊緣端的應用進行調研。

以機器學習為例，一般流程是云端首先將訓練好的模型下發邊緣端，邊緣端執行推理并根據結果下發控制指令給現場執行器，并將執行結果反饋至云端，然后云端根據反饋結果再次進行模型訓練并更新模型再次下發給邊緣端。另外一個場景是邊緣端實時采集的現場工況數據經預處理后上傳到云端進行匯總分析，從而實現數據可視化，以支持工廠管理層的精準決策。

德國倍福是基于 PC 的自動化技術的先驅者之一，早在 1986 年，倍福的第一個 PC 控制系統就已問世。倍福推出的基于 PC 的控制技術定義了自動化領域的全球標準。倍福在1996 年推出的 TwinCAT 自動化套件是倍福控制系統的核心部分，通過與 TwinCAT 軟件結合使用，基于開放性和高度可擴展性原則，構建優化協調的自動化解決方案。

TwinCAT 可將任何一個基于 PC 的系統轉換為一個帶多個 PLC、NC、CNC 和機器人實時操作系統的實時控制系統。可模塊化擴展的硬件和軟件組件便于隨時修改和添加功能，在需要時，控制解決方案具備的開放性不僅允許集成第三方組件，還可以為現有設備和系統定制改造方案，這樣既能確保靈活性，又能保障客戶的投資安全。

基于 PC 的控制技術可應用于自動化運營和工業生產等領域。TwinCAT 3 IoT OCPP 可與EL6761 EtherCAT 端子模塊完美融合，構成一個完整的適用于充電基礎設施應用的通信系統；基于 PC 的控制技術可助力打造數字孿生平臺，實現樓宇全自動化運營，節能降耗效果顯著；基于 PC 的控制技術還可顯著優化車用電機裝配流程，制造商可充分利用TwinCAT 縮短生產周期的優勢，最大限度地提升生產效率和產能。

根據《2021 年中國自動化市場白皮書》數據顯示，2021 年我國工業自動化控制市場規模為 2530 億元，同比增長 23%，遠超此前預期，2020 年以來的疫情影響下，國內工業企業紛紛加大了自動化、信息化的投資力度，工業自動化市場增長強勁，以物聯網、工業互聯網平臺為代表的新一代信息技術在工業領域加速落地，技術的成熟以及投資強度的降低進一步釋放了工業自動化行業增長的動力。根據中商產業研究院預測，未來我國工業自動化行業市場規模將保持較高的增速，到 2022 年將有望達到 2816 億元。

工業操作系統助力實現軟件定義控制

傳統自動化金字塔模型是工業領域的典型架構，包含現場層、控制層、操作層到管理層的四層架構。模型中信息技術（IT，包括MES,ERP,SAP 等）與運營技術（OT，主要指控制系統）彼此分離且獨立運行的，控制系統都是封閉式或半封閉式的。

這種 IT 與 OT 分離的結構會形成數據孤島，造成信息集成和互操作困難，IT 的指令難以深入控制系統，IT層也很難獲取和處理大數據。

工業互聯網需要新的靈活、高效架構解決上述問題，工業互聯網操作系統作為工業全要素鏈接的樞紐與工業資源配置的核心，支撐承載高度靈活與智能的工業體系。

據物聯網智庫物女王（彭昭），操作系統作為軟硬件之間的解耦平面和接口，使得硬件標準化，實現軟件定義控制的效果。物聯網中的操作系統涉及到芯片層、終端層、邊緣層、云端層等多個層面。

單一層次的物聯網操作系統與安卓在移動互聯網領域的地位和作用類似，實現了應用軟件與智能終端硬件的解耦。類似在安卓等移動互聯網生態系統，開發者基本不用考慮智能終端的物理硬件配置，只需根據安卓的編程接口編寫應用程序，即可在所有基于安卓的智能終端上運行。

如今的工業互聯網操作系統大致分為兩類，一是由傳統的嵌入式 RTOS 發展而來；二是由互聯網公司的云平臺延伸而來，基于傳統操作系統進行“剪裁”和定制。其中各操作系統針對不同領域下的場景，分別在建立各自的生態。

嵌入式 RTOS 陣營和互聯網平臺陣營，兩類操作系統在生態上各具優勢，前者是硬件優勢，而后者是軟件優勢。具體而言，RTOS 陣營的優點是在物聯網終端上已經廣泛支持，硬件推廣成本低；缺點是軟件開發專業度要求極高，軟硬件開發難以隔離。

互聯網平臺陣營的優點是天生結合互聯網服務，對接應用方便；缺點是各家產品與服務綁定，難以做到平臺中立，對軟件開發者來說功能性受到了限制。

目前，全球物聯網市場大部分還是國外操作系統的天下，尤其較早進入市場的美國公司，比如 ThreadX、FreeRTOS、vxWorks 等。值得一提的是，國產操作系統無論在商業變現或者生態建設方面，都已涌現出非常多優秀的企業，操作系統本身的質量并不輸給國外。

隨著信息技術的快速發展，嵌入式操作系統已經應用到了通信、能源電力、航天航空、工業控制等行業，未來將會應用到智能家電、媒體廣播和數字影像設備等領域。這些行業對實時性的要求越來越高，嵌入式操作系統的技術將會得到更快的發展。

2021 年全球嵌入式操作系統市場規模達 311.3 億美元，較 2020 年增加了 17.0 億美元，同比增長 5.78%，根據共研網的預測，2022 年全球嵌入式操作系統市場規模有望達到 331.1 億美元。

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