工業互聯網的發展實踐與未來方向

余曉暉 楊希 蔣昕昊

中國要將新一代信息通信技術創新以及互聯網模式創新的紅利，與制造業轉型升級的巨大需求充分結合，構建全面互聯、數據驅動、智能決策、敏捷靈活的新型制造體系，使中國真正步入世界制造強國行列。

過去十多年間，全球正興起一場以新一代信息技術創新與融合應用為主要特征的數字化浪潮，移動互聯、物聯網、云計算、大數據、人工智能等技術深層次影響和變革著媒體、零售、金融、娛樂等行業，并開始向更多實體經濟領域滲透。

一、工業互聯網的興起與內涵

（一）工業互聯網的源起

2008年金融危機后，全球主要工業化國家重新審視制造業對國家競爭力的核心作用，將發展制造業、重塑制造業競爭新優勢上升至國家戰略，并認識到新一代信息技術與制造業的深度結合是實現再工業化和重塑實體經濟綜合競爭優勢的關鍵。如德國提出工業4.0計劃、美國發展先進制造和工業互聯網、日本推進“互聯工業”計劃等。雖名詞和闡述視角各異，但在方向、目標及技術基礎上卻有高度共識，均以制造業智能化為核心方向，驅動制造業質量變革、效率變革與動力變革，構建起數字時代的國家競爭優勢，重塑全球經濟版圖。在這一背景下，工業互聯網應運而生，成為全球發展的共同方向。

中國一直高度重視信息化與工業化的融合，將其作為一項長期性的戰略部署。隨著互聯網的發展與普及，中國政府和產業界較早開始思考互聯網技術與工業體系的融合創新，并開展了一系列的理論與實踐探索。2013年，工業和信息化部發布的《信息化和工業化深度融合專項行動計劃（2013-2018年）》中提出了互聯網與工業融合行動計劃。2014年，工信部啟動了與工業互聯網相關的系統性研究工作。2015年發布的《中國制造2025》《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》以及2016年《關于深化制造業與互聯網融合發展的指導意見》和《國家信息化發展戰略綱要》等重要政策文件中，均明確將發展工業互聯網作為重要任務之一。2017年以后，中國工業互聯網發展全面提速，2017年11月，國務院印發《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》，圍繞頂層設計、項目試點、集群發展、生態構建等方面做了系統布局。

（二）工業互聯網的內涵

工業互聯網通過人、機、物的全面互聯，實現工業全要素、全產業鏈、全價值鏈的全面連接，并通過全面深度感知、泛在連接傳輸、實時智能分析、動態決策優化與精準反饋控制，實現制造業生產效率與產品質量提升，優化資源配置效率，不斷創新生產模式與商業模式，推動形成新型工業生產制造和服務體系。因此，工業互聯網是新一代信息技術與制造業深度融合的全新工業生態、關鍵基礎設施和新型應用模式，是建設現代化經濟體系、實現高質量發展和塑造全球產業競爭力的核心載體，是第四次工業革命的關鍵支撐。

從功能上，工業互聯網主要可概括為網絡、平臺、安全三大體系。其中，網絡是基礎，是實現各類工業生產要素泛在深度互聯的基礎，包括網絡互聯體系、標識解析體系和信息互通體系。通過建設低延時、高可靠、廣覆蓋的工業互聯網網絡基礎設施，能夠實現數據在工業各個環節的無縫傳遞，支撐形成實時感知、協同交互、智能反饋的生產模式。平臺是核心，是工業全要素鏈接的樞紐，下連設備，上連應用，通過海量數據匯聚、建模分析與應用開發，推動制造能力和工業知識的標準化、軟件化、模塊化與服務化，實現更廣泛制造資源的聯接與協同，支撐工業生產方式、商業模式創新和資源高效配置。安全是保障，通過建立涵蓋設備安全、控制安全、網絡安全、應用安全、數據安全的工業互聯網安全體系，有效識別和抵御各類安全威脅，化解多種安全風險，為工業智能化發展保駕護航。

二、工業互聯網的國際進展與中國實踐

經過幾年的探索和培育，國內外工業互聯網發展均從概念普及進入到全面應用推廣階段。美、德、日及中國均發布了相應的技術參考架構，形成了工業互聯網發展的技術頂層設計，在核心理念、發展方向和技術路線上形成廣泛共識，國際標準化工作取得積極進展，工業互聯網發展所需的產業生態、商業模式正逐步成型，先行企業的應用探索取得了明顯進展，形成了一批可復制可推廣的最佳實踐。

（一）國際工業互聯網的發展

國際工業互聯網最早由美國發起，以2014年美國工業互聯網聯盟（IIC）成立為契機，目前已擴展到主要工業化國家和新興發展中大國。

1.總體格局初步形成。由美德兩國引領演化為美歐日中等多極陣營共進，受益于GE、PTC、羅克韋爾、思科、IBM、微軟、Intel等領軍企業的帶動，美國領跑者地位鞏固，形成了領先的產業群體，并利用其硅谷優勢培育了一批新興企業。以德國、瑞士、法國為代表的歐洲影響力持續強化，西門子、博世、SAP、ABB、施耐德等工業巨頭全面布局，日本、中國、印度等國也加快推進步伐，活躍度明顯提升。

2.融合創新驅動制造體系變革。一是時間敏感性網絡、5G等將打破工業網絡封閉割據的局面，打通網絡化改造最后100米，形成開放互通的工業網絡體系。二是云計算、大數據、人工智能等技術將面向工業現場下沉到設備和工廠，形成邊緣計算和邊緣智能，融控制、通信、計算、數據、智能為一體，賦能工業全系統，并引發制造體系變革。三是數字孿生將工業機理、設備和產線信息模型、運行狀態數據等融合集成，通過網絡空間和物理系統交互協同與建模分析，實現對工業全系統精準優化的智能控制、服務和決策。

3.工業互聯網平臺成為競爭焦點。GE、西門子、博世、施耐德、ABB、三菱、發那科等工業巨頭，思科、SAP、微軟、IBM、英特爾、AT&T、亞馬遜等ICT巨頭和達索、PTC等工業軟件巨頭紛紛加快布局，全球工業互聯網平臺呈“井噴式”發展，成為工業互聯網領域競爭最激烈和創新最活躍的領域之一。

4.多層次產業生態正在匯聚。國家間、產業組織間以及企業間開放合作發展走向深入，其中美國工業互聯網聯盟（IIC）已成為全球最具影響力的工業互聯網產業推進組織，匯聚30余個國家和地區246家會員，與全球37個國際產業組織和標準化組織建立了對接關系。美、德、日等國產業組織已開展了參考架構對接及相關研究合作。

（二）中國工業互聯網的發展實踐

近幾年在政產學研用各方共同努力下，我國工業互聯網發展明顯加快，形成了戰略引領、規劃指導、政策支持、技術創新和產業推進的良好互動局面。

1.三大功能體系建設全方位突破。工業互聯網網絡升級改造初見成效，標識解析體系5大國家頂級節點、10多個行業/區域二級節點初步建立。具有一定行業和區域影響力的工業互聯網平臺超過50家，重點平臺平均連接設備數量達到60萬臺（套）左右。國家、省級/行業、企業三級協同的安全監測技術體系初步構建，企業安全意識以及安全監測和防護技術能力進一步增強。

2.垂直行業加快應用探索。工業互聯網已應用于石化、鋼鐵、電子信息、家電、服裝、能源、機械、汽車、裝備、航空航天等行業和領域，網絡化協同、服務型制造、規模化定制等新模式、新業態蓬勃興起，涌現出一批如航天科工、海爾、三一重工、中石化、富士康等優秀企業和應用標桿，形成了一批解決方案供應商和初創企業。

3.產業協同生態初步構建。自2016年2月工信部指導成立工業互聯網產業聯盟（AII）至今，會員數量已從143家迅速發展到1119家，圍繞工業互聯網網絡、平臺、安全三大體系和關鍵技術產業，從工業互聯網頂層設計、技術標準、測試床、產業發展、應用實踐、產融推進、安全保障等方面開展工作。

4.國際合作穩步推進。政府和產業層面，利用多邊、雙邊合作與高層對話機制，推進工業互聯網標準、政策、國際治理等合作。工業互聯網產業聯盟與美國工業互聯網聯盟、歐盟物聯網創新聯盟、國際MulteFire聯盟和日本工業價值鏈促進會簽訂戰略合作協議，在參考架構、標準化、測試床、安全、產業推廣等方面進行對接和合作。

三、工業互聯網探索發展中的若干問題

（一）工業互聯網的理論共識與國際實踐差異

雖然名詞和闡述角度各異，但各國在工業互聯網的發展方向、目標和技術基礎上有高度共識。在具體實踐中，各國結合自身基礎與優勢也形成了差異化發展路徑。

美國基于其互聯網和工業全面優勢，側重前沿技術突破與商業模式創新。產學研合力開展技術研發、標準研制、生態構建、人才培訓等相關工作，高度重視顛覆性業務模式創新，通過測試床等載體打通技術創新和商業推廣間的壁壘，加速工業互聯網在制造、能源、醫療等領域的推廣應用。美國工業互聯網是參與主體覆蓋面最廣和創新性最強的陣營。

德國聚焦傳統優勢制造業的競爭力提升，確保其在生產和工程技術的全球領先，近年來也更加注重商業模式變革。德國政府通過系列戰略和政策指引，將4.0概念和技術標準向全球推廣，充分發揮其在制造體系和工業軟件上的優勢，力圖通過新一代信息技術在裝備、自動化領域的集成應用鞏固其制造業優勢并開拓更大發展機遇。

日本重點發揮其機器人和自動化優勢，以新一代信息技術帶動制造業轉型升級。日本面向具體場景構建自下而上的工業互聯網架構，聯合開發有變革意義的邊緣計算平臺，指導企業打造從傳感器、自動化到云的數字化體系，并將其平臺化、軟件化和服務化，可向全球輸出數字化解決方案。

中國創新與補課并行，形成了最為豐富和多元化的發展模式。雖然中國工業體系完備、場景需求豐富且信息技術產業與互聯網的能力較強，但發展不均衡。部分具有較好數字化基礎的大型龍頭企業與國外巨頭的實踐路徑類似，均是借助工業互聯網尋求系統性的優化提升與業務創新，實現產業升級。而相當多的中小企業由于其技術、資金和人才的制約，信息化與工業底層基礎較為薄弱，一直難以找到出路，當前則利用工業互聯網進行數字化能力補課和單點創新突破，形成了制造能力交易、產供銷一體化、產融結合、規模化定制等融通發展的獨特模式。另一方面，中國工業的供給體系能力一直較弱，工業互聯網帶來的變革也對提升工業裝備、工業網絡、工控系統、工業軟件、工業機理等方面的能力帶來了新的機遇。

（二）中國工業互聯網應用的路徑與模式

從路徑看，中國目前已基本形成了三大應用路徑。一是面向企業內部的生產率提升。即利用工業互聯網打通設備、產線、生產和運營系統，通過連接和數據智能，提升生產率和產品質量，降低能源資源消耗，打造智能工廠。二是面向企業外部的價值鏈提升。即利用工業互聯網打通企業內外部產業鏈和價值鏈，通過連接和數據智能全面提升協同能力，實現產品、生產和服務創新，推動業務和商業模式轉型，提升企業價值創造能力。三是面向開放生態的平臺運營。即利用工業互聯網平臺匯聚企業、產品、生產能力、用戶等產業鏈資源，通過連接和數據智能實現資源優化配置，推動平臺相關企業的生產運營優化與業務創新，打造面向第三方的產業生態體系和平臺經濟。

從行業看，鋼鐵、石化、發電等原材料與產品價格波動頻繁、設備資產價值高、排放耗能高、安全生產風險大的流程行業，現階段應用主要集中在全價值鏈一體化、資產管理、生產優化、能耗及安全管理等方面。電子信息、家電、汽車等產品種類少規模大的離散行業，產品質量和生產效率要求高，產品多樣性個性化需求也越來越大，現階段應用主要集中在大規模定制、產品質量優化、生產管理優化和產品后服務市場等方面，其中大規模定制成為中國特色應用模式。航空航天、船舶、工程機械等多品種小批量離散行業，具有產品結構復雜、價值高、生命周期長的特點，現階段應用主要集中在協同設計與仿真論證、協同制造、供應鏈高效管理、設備遠程運維等方面。

（三）工業互聯網對傳統工業信息化和自動化的繼承與發展

工業互聯網推進中面臨的一個重要任務是對傳統工業信息化和自動化的繼承與發展。核心是通過對傳統工業信息化和自動化系統的集成互聯，融合云計算、物聯網、大數據、人工智能等新興技術，強化工業數據的采集、傳輸、計算和分析，在基于傳統工業軟件和自動化系統的流程驅動生產管理體系上，疊加數據驅動的敏捷響應和智能決策能力，推動制造體系走向數字化、網絡化、智能化。

工業互聯網與工業信息化相輔相成。一方面，發展工業互聯網需要良好的信息化基礎。當前，研發設計、生產管理、經營管理等數據和流程大量沉淀在傳統工業軟件中，信息化系統依然是工業互聯網重要的業務數據來源，為后續數據分析和智能運用提供支撐。另一方面，工業互聯網可以開辟企業信息化發展的新路徑。如云化MES、ERP等新一代信息系統依托工業互聯網平臺快速發展，以低成本優勢快速提升中小企業信息化水平，解決中小企業長期面臨的技術、資金和人才制約，同時可以用集成化、可視化優勢提高大型企業信息決策水平。

工業互聯網推動工業自動化走向柔性化和智能化。一方面，工業互聯網能夠大幅提升裝備和產線柔性水平。基于數據的深度分析和應用，推動自動化產線由生產單一產品向大規模個性化定制等新興制造模式轉變。另一方面，工業互聯網能夠顯著提升裝備和產線的智能水平。通過邊緣計算、人工智能等技術與傳統自動化設備的結合，可實現具備自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型智能控制體系和運營方式，進一步帶動制造體系的變革。

（四）中國工業互聯網發展的長期方向與近中期重點

從長期看，中國工業互聯網的發展是要將新一代信息通信技術創新以及互聯網模式創新的紅利，與制造業轉型升級的巨大需求充分結合，構建全面互聯、數據驅動、智能決策、敏捷靈活的新型制造體系，實現工業數字化、網絡化和智能化轉型，使產品更加適應個性需求、資源配置更加高效靈活、生產效率與質量更高、服務模式更加多樣、技術原創能力更強，使中國真正步入世界制造強國行列。同時，也將打造出高可靠、高安全、高性能、低成本、可定制、智能化的工業互聯網基礎設施體系，進而通過工業互聯網的發展帶動一二三產業、大中小企業的融通發展，推動實體經濟全面向數字化、網絡化和智能化轉型升級，有力支撐經濟中高速增長和高質量發展。

從近中期看，要從需求和供給兩端強化工業互聯網可持續發展的能力，繼續探索適合中國國情的工業互聯網發展道路，著力解決長期面臨的基礎性產業技術瓶頸。（1）從網絡上，重點是充分利用5G、時間敏感網絡、軟件定義網絡等具有變革意義的新興網絡技術，加快實現工業全體系的網絡化改造，構建高可靠、廣覆蓋、大帶寬、可定制的網絡基礎設施，打造滿足工業全產業鏈、全價值鏈需求的標識解析體系。（2）從應用上，重點是面向不同行業、不同類型企業和不同區域的痛點需求，拓展應用深度與廣度，利用工業互聯網重塑工業知識和技術供給體系，促進工業機理與數據科學及人工智能的融合創新，面向垂直行業打造一批典型應用標桿案例。（3）從技術上，重點是著力突破基礎軟硬件、關鍵工藝和模型等一批“卡脖子”的關鍵技術瓶頸，并抓住工業互聯網帶來的數字化智能化變革機遇，著力通過新型網絡和人工智能等使能技術加快工業供給體系的改造升級，建立新一代信息技術與傳統工業制造技術融合發展的新型綜合技術體系。（4）從產業上，重點是以工業互聯網平臺為抓手，培育一批具有國際競爭力和行業資源整合能力的領軍企業，打造一批技術領先、廣泛適用的關鍵產品和系統解決方案，利用工業APP變革新機遇重塑工業軟件體系，壯大一批高端化、融合型、技能型人才隊伍。（5）從商業上，重點是探索建立與工業互聯網產業發展相適應的商業交易規則和服務體系，鼓勵發展線上信用認證、融資租賃、交易抵押服務，促進工業互聯網創新發展。（6）從安全上，重點是著力打造工業互聯網安全管理、技術保障、融合創新以及產業支撐能力，建立健全安全保障體制機制，加快構建工業互聯網安全保障體系。

（作者單位：中國信息通信研究院;田洪川、李錚、劉默對本文亦有貢獻）