工业互联网的发展实践与未来方向

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　　中国要将新一代信息通信技术创新以及互联网模式创新的红利，与制造业转型升级的巨大需求充分结合，构建全面互联、数据驱动、智能决策、敏捷灵活的新型制造体系，使中国真正步入世界制造强国行列。
　　过去十多年间，全球正兴起一场以新一代信息技术创新与融合应用为主要特征的数字化浪潮，移动互联、物联网、云计算、大数据、人工智能等技术深层次影响和变革着媒体、零售、金融、娱乐等行业，并开始向更多实体经济领域渗透。
　　一、工业互联网的兴起与内涵
　　（一）工业互联网的源起
　　2008年金融危机后，全球主要工业化国家重新审视制造业对国家竞争力的核心作用，将发展制造业、重塑制造业竞争新优势上升至国家战略，并认识到新一代信息技术与制造业的深度结合是实现再工业化和重塑实体经济综合竞争优势的关键。如德国提出工业4.0计划、美国发展先进制造和工业互联网、日本推进“互联工业”计划等。虽名词和阐述视角各异，但在方向、目标及技术基础上却有高度共识，均以制造业智能化为核心方向，驱动制造业质量变革、效率变革与动力变革，构建起数字时代的国家竞争优势，重塑全球经济版图。在这一背景下，工业互联网应运而生，成为全球发展的共同方向。
　　中国一直高度重视信息化与工业化的融合，将其作为一项长期性的战略部署。随着互联网的发展与普及，中国政府和产业界较早开始思考互联网技术与工业体系的融合創新，并开展了一系列的理论与实践探索。2013年，工业和信息化部发布的《信息化和工业化深度融合专项行动计划（2013-2018年）》中提出了互联网与工业融合行动计划。2014年，工信部启动了与工业互联网相关的系统性研究工作。2015年发布的《中国制造2025》《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》以及2016年《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》和《国家信息化发展战略纲要》等重要政策文件中，均明确将发展工业互联网作为重要任务之一。2017年以后，中国工业互联网发展全面提速，2017年11月，国务院印发《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，围绕顶层设计、项目试点、集群发展、生态构建等方面做了系统布局。
　　（二）工业互联网的内涵
　　工业互联网通过人、机、物的全面互联，实现工业全要素、全产业链、全价值链的全面连接，并通过全面深度感知、泛在连接传输、实时智能分析、动态决策优化与精准反馈控制，实现制造业生产效率与产品质量提升，优化资源配置效率，不断创新生产模式与商业模式，推动形成新型工业生产制造和服务体系。因此，工业互联网是新一代信息技术与制造业深度融合的全新工业生态、关键基础设施和新型应用模式，是建设现代化经济体系、实现高质量发展和塑造全球产业竞争力的核心载体，是第四次工业革命的关键支撑。
　　从功能上，工业互联网主要可概括为网络、平台、安全三大体系。其中，网络是基础，是实现各类工业生产要素泛在深度互联的基础，包括网络互联体系、标识解析体系和信息互通体系。通过建设低延时、高可靠、广覆盖的工业互联网网络基础设施，能够实现数据在工业各个环节的无缝传递，支撑形成实时感知、协同交互、智能反馈的生产模式。平台是核心，是工业全要素链接的枢纽，下连设备，上连应用，通过海量数据汇聚、建模分析与应用开发，推动制造能力和工业知识的标准化、软件化、模块化与服务化，实现更广泛制造资源的联接与协同，支撑工业生产方式、商业模式创新和资源高效配置。安全是保障，通过建立涵盖设备安全、控制安全、网络安全、应用安全、数据安全的工业互联网安全体系，有效识别和抵御各类安全威胁，化解多种安全风险，为工业智能化发展保驾护航。
　　二、工业互联网的国际进展与中国实践
　　经过几年的探索和培育，国内外工业互联网发展均从概念普及进入到全面应用推广阶段。美、德、日及中国均发布了相应的技术参考架构，形成了工业互联网发展的技术顶层设计，在核心理念、发展方向和技术路线上形成广泛共识，国际标准化工作取得积极进展，工业互联网发展所需的产业生态、商业模式正逐步成型，先行企业的应用探索取得了明显进展，形成了一批可复制可推广的最佳实践。
　　（一）国际工业互联网的发展
　　国际工业互联网最早由美国发起，以2014年美国工业互联网联盟（IIC）成立为契机，目前已扩展到主要工业化国家和新兴发展中大国。
　　1.总体格局初步形成。由美德两国引领演化为美欧日中等多极阵营共进，受益于GE、PTC、罗克韦尔、思科、IBM、微软、Intel等领军企业的带动，美国领跑者地位巩固，形成了领先的产业群体，并利用其硅谷优势培育了一批新兴企业。以德国、瑞士、法国为代表的欧洲影响力持续强化，西门子、博世、SAP、ABB、施耐德等工业巨头全面布局，日本、中国、印度等国也加快推进步伐，活跃度明显提升。
　　2.融合创新驱动制造体系变革。一是时间敏感性网络、5G等将打破工业网络封闭割据的局面，打通网络化改造最后100米，形成开放互通的工业网络体系。二是云计算、大数据、人工智能等技术将面向工业现场下沉到设备和工厂，形成边缘计算和边缘智能，融控制、通信、计算、数据、智能为一体，赋能工业全系统，并引发制造体系变革。三是数字孪生将工业机理、设备和产线信息模型、运行状态数据等融合集成，通过网络空间和物理系统交互协同与建模分析，实现对工业全系统精准优化的智能控制、服务和决策。
　　3.工业互联网平台成为竞争焦点。GE、西门子、博世、施耐德、ABB、三菱、发那科等工业巨头，思科、SAP、微软、IBM、英特尔、AT&T、亚马逊等ICT巨头和达索、PTC等工业软件巨头纷纷加快布局，全球工业互联网平台呈“井喷式”发展，成为工业互联网领域竞争最激烈和创新最活跃的领域之一。
　　4.多层次产业生态正在汇聚。国家间、产业组织间以及企业间开放合作发展走向深入，其中美国工业互联网联盟（IIC）已成为全球最具影响力的工业互联网产业推进组织，汇聚30余个国家和地区246家会员，与全球37个国际产业组织和标准化组织建立了对接关系。美、德、日等国产业组织已开展了参考架构对接及相关研究合作。 　　（二）中国工业互联网的发展实践
　　近几年在政产学研用各方共同努力下，我国工业互联网发展明显加快，形成了战略引领、规划指导、政策支持、技术创新和产业推进的良好互动局面。
　　1.三大功能体系建设全方位突破。工业互联网网络升级改造初见成效，标识解析体系5大国家顶级节点、10多个行业/区域二级节点初步建立。具有一定行业和區域影响力的工业互联网平台超过50家，重点平台平均连接设备数量达到60万台（套）左右。国家、省级/行业、企业三级协同的安全监测技术体系初步构建，企业安全意识以及安全监测和防护技术能力进一步增强。
　　2.垂直行业加快应用探索。工业互联网已应用于石化、钢铁、电子信息、家电、服装、能源、机械、汽车、装备、航空航天等行业和领域，网络化协同、服务型制造、规模化定制等新模式、新业态蓬勃兴起，涌现出一批如航天科工、海尔、三一重工、中石化、富士康等优秀企业和应用标杆，形成了一批解决方案供应商和初创企业。
　　3.产业协同生态初步构建。自2016年2月工信部指导成立工业互联网产业联盟（AII）至今，会员数量已从143家迅速发展到1119家，围绕工业互联网网络、平台、安全三大体系和关键技术产业，从工业互联网顶层设计、技术标准、测试床、产业发展、应用实践、产融推进、安全保障等方面开展工作。
　　4.国际合作稳步推进。政府和产业层面，利用多边、双边合作与高层对话机制，推进工业互联网标准、政策、国际治理等合作。工业互联网产业联盟与美国工业互联网联盟、欧盟物联网创新联盟、国际MulteFire联盟和日本工业价值链促进会签订战略合作协议，在参考架构、标准化、测试床、安全、产业推广等方面进行对接和合作。
　　三、工业互联网探索发展中的若干问题
　　（一）工业互联网的理论共识与国际实践差异
　　虽然名词和阐述角度各异，但各国在工业互联网的发展方向、目标和技术基础上有高度共识。在具体实践中，各国结合自身基础与优势也形成了差异化发展路径。
　　美国基于其互联网和工业全面优势，侧重前沿技术突破与商业模式创新。产学研合力开展技术研发、标准研制、生态构建、人才培训等相关工作，高度重视颠覆性业务模式创新，通过测试床等载体打通技术创新和商业推广间的壁垒，加速工业互联网在制造、能源、医疗等领域的推广应用。美国工业互联网是参与主体覆盖面最广和创新性最强的阵营。
　　德国聚焦传统优势制造业的竞争力提升，确保其在生产和工程技术的全球领先，近年来也更加注重商业模式变革。德国政府通过系列战略和政策指引，将4.0概念和技术标准向全球推广，充分发挥其在制造体系和工业软件上的优势，力图通过新一代信息技术在装备、自动化领域的集成应用巩固其制造业优势并开拓更大发展机遇。
　　日本重点发挥其机器人和自动化优势，以新一代信息技术带动制造业转型升级。日本面向具体场景构建自下而上的工业互联网架构，联合开发有变革意义的边缘计算平台，指导企业打造从传感器、自动化到云的数字化体系，并将其平台化、软件化和服务化，可向全球输出数字化解决方案。
　　中国创新与补课并行，形成了最为丰富和多元化的发展模式。虽然中国工业体系完备、场景需求丰富且信息技术产业与互联网的能力较强，但发展不均衡。部分具有较好数字化基础的大型龙头企业与国外巨头的实践路径类似，均是借助工业互联网寻求系统性的优化提升与业务创新，实现产业升级。而相当多的中小企业由于其技术、资金和人才的制约，信息化与工业底层基础较为薄弱，一直难以找到出路，当前则利用工业互联网进行数字化能力补课和单点创新突破，形成了制造能力交易、产供销一体化、产融结合、规模化定制等融通发展的独特模式。另一方面，中国工业的供给体系能力一直较弱，工业互联网带来的变革也对提升工业装备、工业网络、工控系统、工业软件、工业机理等方面的能力带来了新的机遇。
　　（二）中国工业互联网应用的路径与模式
　　从路径看，中国目前已基本形成了三大应用路径。一是面向企业内部的生产率提升。即利用工业互联网打通设备、产线、生产和运营系统，通过连接和数据智能，提升生产率和产品质量，降低能源资源消耗，打造智能工厂。二是面向企业外部的价值链提升。即利用工业互联网打通企业内外部产业链和价值链，通过连接和数据智能全面提升协同能力，实现产品、生产和服务创新，推动业务和商业模式转型，提升企业价值创造能力。三是面向开放生态的平台运营。即利用工业互联网平台汇聚企业、产品、生产能力、用户等产业链资源，通过连接和数据智能实现资源优化配置，推动平台相关企业的生产运营优化与业务创新，打造面向第三方的产业生态体系和平台经济。
　　从行业看，钢铁、石化、发电等原材料与产品价格波动频繁、设备资产价值高、排放耗能高、安全生产风险大的流程行业，现阶段应用主要集中在全价值链一体化、资产管理、生产优化、能耗及安全管理等方面。电子信息、家电、汽车等产品种类少规模大的离散行业，产品质量和生产效率要求高，产品多样性个性化需求也越来越大，现阶段应用主要集中在大规模定制、产品质量优化、生产管理优化和产品后服务市场等方面，其中大规模定制成为中国特色应用模式。航空航天、船舶、工程机械等多品种小批量离散行业，具有产品结构复杂、价值高、生命周期长的特点，现阶段应用主要集中在协同设计与仿真论证、协同制造、供应链高效管理、设备远程运维等方面。
　　（三）工业互联网对传统工业信息化和自动化的继承与发展
　　工业互联网推进中面临的一个重要任务是对传统工业信息化和自动化的继承与发展。核心是通过对传统工业信息化和自动化系统的集成互联，融合云计算、物联网、大数据、人工智能等新兴技术，强化工业数据的采集、传输、计算和分析，在基于传统工业软件和自动化系统的流程驱动生产管理体系上，叠加数据驱动的敏捷响应和智能决策能力，推动制造体系走向数字化、网络化、智能化。 　　工业互联网与工业信息化相辅相成。一方面，发展工业互联网需要良好的信息化基础。当前，研发设计、生产管理、经营管理等数据和流程大量沉淀在传统工业软件中，信息化系统依然是工业互联网重要的业务数据来源，为后续数据分析和智能运用提供支撑。另一方面，工业互联网可以开辟企业信息化发展的新路径。如云化MES、ERP等新一代信息系统依托工业互联网平台快速发展，以低成本优势快速提升中小企业信息化水平，解决中小企业长期面临的技术、资金和人才制约，同时可以用集成化、可视化优势提高大型企业信息决策水平。
　　工业互联网推动工业自动化走向柔性化和智能化。一方面，工业互联网能够大幅提升装备和产线柔性水平。基于数据的深度分析和应用，推动自动化产线由生产单一产品向大规模个性化定制等新兴制造模式转变。另一方面，工业互联网能够显著提升装备和产线的智能水平。通过边缘计算、人工智能等技术与传统自动化设备的结合，可实现具备自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型智能控制体系和运营方式，进一步带动制造体系的变革。
　　（四）中国工业互联网发展的长期方向与近中期重点
　　从长期看，中国工业互联网的发展是要将新一代信息通信技术创新以及互联网模式创新的红利，与制造业转型升级的巨大需求充分结合，构建全面互联、数据驱动、智能决策、敏捷灵活的新型制造体系，实现工业数字化、网络化和智能化转型，使产品更加适应个性需求、资源配置更加高效灵活、生产效率与质量更高、服务模式更加多样、技术原创能力更强，使中國真正步入世界制造强国行列。同时，也将打造出高可靠、高安全、高性能、低成本、可定制、智能化的工业互联网基础设施体系，进而通过工业互联网的发展带动一二三产业、大中小企业的融通发展，推动实体经济全面向数字化、网络化和智能化转型升级，有力支撑经济中高速增长和高质量发展。
　　从近中期看，要从需求和供给两端强化工业互联网可持续发展的能力，继续探索适合中国国情的工业互联网发展道路，着力解决长期面临的基础性产业技术瓶颈。（1）从网络上，重点是充分利用5G、时间敏感网络、软件定义网络等具有变革意义的新兴网络技术，加快实现工业全体系的网络化改造，构建高可靠、广覆盖、大带宽、可定制的网络基础设施，打造满足工业全产业链、全价值链需求的标识解析体系。（2）从应用上，重点是面向不同行业、不同类型企业和不同区域的痛点需求，拓展应用深度与广度，利用工业互联网重塑工业知识和技术供给体系，促进工业机理与数据科学及人工智能的融合创新，面向垂直行业打造一批典型应用标杆案例。（3）从技术上，重点是着力突破基础软硬件、关键工艺和模型等一批“卡脖子”的关键技术瓶颈，并抓住工业互联网带来的数字化智能化变革机遇，着力通过新型网络和人工智能等使能技术加快工业供给体系的改造升级，建立新一代信息技术与传统工业制造技术融合发展的新型综合技术体系。（4）从产业上，重点是以工业互联网平台为抓手，培育一批具有国际竞争力和行业资源整合能力的领军企业，打造一批技术领先、广泛适用的关键产品和系统解决方案，利用工业APP变革新机遇重塑工业软件体系，壮大一批高端化、融合型、技能型人才队伍。（5）从商业上，重点是探索建立与工业互联网产业发展相适应的商业交易规则和服务体系，鼓励发展线上信用认证、融资租赁、交易抵押服务，促进工业互联网创新发展。（6）从安全上，重点是着力打造工业互联网安全管理、技术保障、融合创新以及产业支撑能力，建立健全安全保障体制机制，加快构建工业互联网安全保障体系。
　　（作者单位：中国信息通信研究院;田洪川、李铮、刘默对本文亦有贡献）
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