一、引言

一場(chǎng)以科技革命與產(chǎn)業(yè)變革為主要內容的新一輪工業(yè)革命已在全球快速展開(kāi)?！肮I(yè)互聯(lián)網(wǎng)”作為新一代信息通信技術(shù)與工業(yè)深度融合的產(chǎn)物，是新一輪工業(yè)革命的關(guān)鍵支撐。當前，我們正步入“智能+”[1-2]與后疫情間相互矛盾的新時(shí)代，正面臨我國新發(fā)展理念實(shí)施與單邊霸凌惡行間相互矛盾的新形勢，正逢新信息通信技術(shù)深度融合制造技術(shù)與制造業(yè)轉型升級發(fā)展間相互矛盾的新需求。在“新時(shí)代/新形勢/新需求”中的機遇與挑戰并存，任重道遠。我們認為，“智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”是一種適應新時(shí)代/新形勢/新需求的新模式、新技術(shù)手段與新業(yè)態(tài)。

二、智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概述

2.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提出

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的名詞及其初始理念于2012年由美國GE公司提出[3]。我們將其解讀為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)1.0：“它將人、智能機器、高級分析系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )融合在一起，通過(guò)數據/信息、硬件、軟件和智能分析/決策的交互，使創(chuàng )新能力提高、資產(chǎn)運營(yíng)優(yōu)化、生產(chǎn)效率提高、成本降低和廢物排放減少，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展?！?/span>

為了適應新時(shí)代/新形勢/新需求，結合本團隊在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方面的研究成果和初步實(shí)踐，下文給出“智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的內涵、體系架構、技術(shù)體系，簡(jiǎn)述其中國特色及其對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)1.0的拓展。

2.2智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內涵

1.智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)復雜系統

在新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下，由六大新體系組成：①制造產(chǎn)品/能力/資源體系②新網(wǎng)絡(luò )/感知體系③新平臺體系④新標準安全體系⑤新應用體系⑥新用戶(hù)體系。其中，“新”的含義體現了新時(shí)代技術(shù)與各子體系專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)的新深度融合。

2.智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是一種新型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統

宏觀(guān)地講，智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統是在新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的“人、信息（賽博）空間與物理空間”融合的“新智慧制造資源/能力/產(chǎn)品”智慧互聯(lián)協(xié)同服務(wù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統——一種新型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統的“智慧”意指在新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的，相互聯(lián)系、層層遞進(jìn)的系統的“數字化、物聯(lián)化、虛擬化、服務(wù)化、協(xié)同化、定制化、柔性化和智能化”（簡(jiǎn)稱(chēng)八化）。

智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將具備“新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)、新特征、新內容、新目標”（簡(jiǎn)稱(chēng)六新），具體來(lái)講。

（1）新技術(shù)手段

基于泛在新互聯(lián)網(wǎng)，在新一代智能科學(xué)技術(shù)引領(lǐng)下，借助新一代智能科學(xué)技術(shù)、新制造科學(xué)技術(shù)、新信息通信科學(xué)技術(shù)、及新制造應用領(lǐng)域專(zhuān)業(yè)技術(shù)等4類(lèi)新技術(shù)深度融合的數字化、網(wǎng)絡(luò )化、云化、智能化技術(shù)新工具，構成以用戶(hù)為中心的統一經(jīng)營(yíng)的多層新智慧制造資源/能力/產(chǎn)品的服務(wù)云（網(wǎng)），使用戶(hù)通過(guò)新智慧終端及新智慧制造服務(wù)平臺便能隨時(shí)隨地按需獲取新智慧制造資源/能力/產(chǎn)品服務(wù)，進(jìn)而優(yōu)質(zhì)、高效完成制造全生命周期的各類(lèi)活動(dòng)。

（2）新模式

一種“用戶(hù)為中心，人/機/物/環(huán)境/信息優(yōu)化融合”，“互聯(lián)化（協(xié)同化）、服務(wù)化、社會(huì )化、個(gè)性化（定制化）、柔性化、智能化”的先進(jìn)制造新模式；

（3）新業(yè)態(tài)

“萬(wàn)物互聯(lián)、智能引領(lǐng)、數據驅動(dòng)、共享服務(wù)、跨界融合、萬(wàn)眾創(chuàng )新”的新業(yè)態(tài)；

（4）新特征

對新制造全系統、全生命周期活動(dòng)（產(chǎn)業(yè)鏈）中的人、機、物、環(huán)境、信息進(jìn)行自主智慧地感知、互聯(lián)、協(xié)同、學(xué)習、分析、認知、決策、控制與執行；

（5）新實(shí)施內容

促使制造全系統及全生命周期活動(dòng)中的人、技術(shù)/設備、管理、數據、材料、資金（六要素）及人流、技術(shù)流、管理流、數據流、物流、資金流（六流）新集成優(yōu)化；

（6）新目標

高效、優(yōu)質(zhì)、節省、綠色、柔性、安全地制造產(chǎn)品和服務(wù)用戶(hù)，提高企業(yè)（或集團）的市場(chǎng)競爭能力。

2.3智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系架構

智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系架構如圖1所示，主要包括以下6個(gè)層次[2,4-5]：① 新智慧制造資源/能力/產(chǎn)品層；② 新智慧感知/接入/通訊層；③ 新智慧邊緣處理平臺層；④ 新智慧制造系統云端服務(wù)平臺層（該層包括新虛擬智慧制造資源/能力/產(chǎn)品層、新智慧制造云端服務(wù)支撐共性/制造服務(wù)功能層、新智慧用戶(hù)界面層）；⑤ 新智慧制造云服務(wù)應用層；⑥ 新人/組織；此外，各層具有新標準及新安全管理支撐。

本體系架構適用于系統縱向范圍、系統橫向范圍（全產(chǎn)業(yè)鏈)以及端對端間連接。

該體系架構具有的新特色：在新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下，①邊緣/云端協(xié)同制造新架構；②云計算/人工智能/大數據/新互聯(lián)網(wǎng)等為代表的新信息通信技術(shù)與新制造技術(shù)融合；③感知/接入/通訊層虛擬化、服務(wù)化，進(jìn)而全系統實(shí)現了虛擬化、服務(wù)化；④各層具有新時(shí)代“新”內涵及內容；⑤用戶(hù)為中心的新智慧制造資源/能力/產(chǎn)品智慧共享服務(wù)。

2.4智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系

智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系是六維的技術(shù)體系群[2,4-5]。

1. 智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的總體架構子體系

技術(shù)體系的總體架構子體系如圖2所示，包括總體技術(shù)、智慧產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)技術(shù)、智慧感知/接入/通訊層技術(shù)、智慧邊緣處理平臺技術(shù)、智慧云端服務(wù)平臺技術(shù)、智慧產(chǎn)品設計技術(shù)、生產(chǎn)/裝備技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理技術(shù)、仿真與試驗技術(shù)、售前/售中/售后技術(shù)等。

2. 智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)軟件子體系（新一代人工智能引領(lǐng)）

工業(yè)軟件子體系包括系統軟件、平臺軟件、應用軟件等。

3. 智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全技術(shù)子體系（新一代人工智能引領(lǐng)）

安全技術(shù)子體系包括物理安全防護技術(shù)、技術(shù)安全防護技術(shù)、管理安全防護技術(shù)、商業(yè)安全防護技術(shù)等。

4.智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標準技術(shù)子體系（新一代人工智能引領(lǐng)）

標準技術(shù)子體系包括共性標準、總體標準、平臺標準、應用標準等。

5.智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的評估技術(shù)子體系（新一代人工智能引領(lǐng)）

評估技術(shù)子體系包括水平與能力評估及效能與效益評估等。

6.智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)子體系（新一代人工智能引領(lǐng)）

支撐技術(shù)子體系包括新制造技術(shù)，新信息通信技術(shù)，新智能科學(xué)技術(shù)，新制造應用領(lǐng)域專(zhuān)業(yè)技術(shù)等。

2.5智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)1.0的發(fā)展

新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)是智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心。

智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)1.0的持續拓展與發(fā)展。較工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)1.0在技術(shù)手段、模式、業(yè)態(tài)、特點(diǎn)、實(shí)施內容、體系架構、技術(shù)體系等方面，特別是在新一代人工智能技術(shù)引領(lǐng)下的人、信息空間和物理空間融合及多學(xué)科技術(shù)集成與優(yōu)化方面皆有較大的拓展。

2.6智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的中國特色

圍繞提高制造企業(yè)市場(chǎng)競爭力的目標，以?xún)苫诤蠟橹骶€(xiàn)，智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的中國特色體現在以下四個(gè)突出：①突出問(wèn)題(制造大國向制造強國邁進(jìn)）導向牽引智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設，加快推進(jìn)中國制造業(yè)的5個(gè)轉型升級；②突出在新一代智能科學(xué)技術(shù)引領(lǐng)下，建立智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新手段、新模式、新業(yè)態(tài)為核心的系統；③突出工業(yè)2.0/3.0/4.0同步發(fā)展，即處于數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化不同階段的制造企業(yè)皆能在“云”（智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)）中實(shí)現“信息互通、資源共享、能力協(xié)同、產(chǎn)品智造，互利共贏(yíng)、萬(wàn)眾創(chuàng )新”轉型升級；④突出發(fā)揮“政、產(chǎn)、學(xué)、研、金、用”的團隊力量。

三、智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的初步實(shí)踐

3.1智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)雛型——“航天云網(wǎng)2.0”的關(guān)鍵技術(shù)

“航天云網(wǎng)2.0”由中國航天科工集團的航天云網(wǎng)公司研發(fā)成功?！半r型”意指僅僅融合了部分的新一代人工智能技術(shù)/新制造科學(xué)技術(shù)/新信息通信科學(xué)技術(shù)/新制造應用領(lǐng)域專(zhuān)業(yè)技術(shù)。目前，涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾類(lèi)[6-7]。1.航天云網(wǎng)體系架構/平臺技術(shù)

航天云網(wǎng)的體系架構，包括新資源/產(chǎn)品/能力層，新工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)/接入層，新邊緣處理層，新云端平臺共性服務(wù)層，新云端工業(yè)SaaS層（CMSS，Cloud Manufacturing Support System），新用戶(hù)應用層，用戶(hù)層，以及標準體系，安全體系。

2.智慧互聯(lián)網(wǎng)系統的集成優(yōu)化技術(shù)

提出：基于云服務(wù)總線(xiàn)的服務(wù)智能編排和治理技術(shù)；基于流程動(dòng)態(tài)優(yōu)化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統組合優(yōu)化技術(shù)；基于微服務(wù)的API組合與調度技術(shù)；實(shí)現跨企業(yè)、跨平臺、跨領(lǐng)域制造資源、數據和應用服務(wù)的互聯(lián)、集成與優(yōu)化。

3.智能驅動(dòng)的工業(yè)PAAS平臺技術(shù)

提出：基于Kubernetes+CloudFoundry的雙容器引擎及基于聯(lián)邦集群技術(shù)的資源統一調度與管理技術(shù)；數據驅動(dòng)的業(yè)務(wù)流程引擎和面向數字孿生的仿真引擎及其服務(wù)化技術(shù)；大數據與機理模型混合驅動(dòng)的云原生開(kāi)發(fā)環(huán)境及開(kāi)放API接口技術(shù)；基于“邊緣制造+云制造”的云邊協(xié)同技術(shù)；實(shí)現多源異構應用動(dòng)態(tài)構建、調度及運行。

4.面向豐富應用場(chǎng)景的人工智能/大數據服務(wù)構建技術(shù)

提出：基于數據挖掘、模型訓練、模型部署的大數據和人工智能服務(wù)構建技術(shù)；基于知識圖譜的人工智能/大數據技術(shù)的可解釋模型構建方法；基于跨行業(yè)跨領(lǐng)域泛在條件下可擴展、可解釋的大數據和人工智能模型和算法；形成分類(lèi)、聚類(lèi)、關(guān)聯(lián)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等通用類(lèi)算法服務(wù)；實(shí)現企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的海量數據處理和分析。

5.面向制造全生命周期的智能云建模與仿真技術(shù)

提出：基于信息物理系統大數據的非機理建模方法；多級（作業(yè)級、模型級、算法級）并行高效能仿真算法及面向機器學(xué)習的二次建模方法；基于容器的輕量級虛擬化架構的高效能云仿真方法；實(shí)現企業(yè)協(xié)同生產(chǎn)制造過(guò)程仿真資源按需動(dòng)態(tài)構建和協(xié)同仿真。

6.智能工業(yè)APP快速開(kāi)發(fā)技術(shù)

提出:云制造支撐系統（CMSS）技術(shù)架構；基于微服務(wù)/FaaS的工業(yè)模型服務(wù)化開(kāi)發(fā)與動(dòng)態(tài)編排技術(shù)；基于知識表示的可解釋機器學(xué)習數據建模及面向工業(yè)APP的數據/機理模型自適應融合方法；工業(yè)數據智能驅動(dòng)的工業(yè)APP快速建模開(kāi)發(fā)技術(shù)；實(shí)現工業(yè)機理模型服務(wù)化封裝和動(dòng)態(tài)組合調度。

7.“5G+邊緣計算”技術(shù)

提出：基于“5G+邊緣計算”的智能邊緣一體機架構；5G等多協(xié)議自適應工業(yè)互聯(lián)接入與智能數據采集技術(shù)；基于嵌入式系統和深度學(xué)習的高效處理決策技術(shù)；基于“5G+VR+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的關(guān)鍵設備遠程運維與智能服務(wù)技術(shù)；工業(yè)應用、算法、模型的云邊協(xié)同模型與部署運行技術(shù)；實(shí)現應用、算法、模型的云邊協(xié)同運行與處理。

8.基于智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的管理技術(shù)

提出:面向智能制造的智慧供應鏈管理軟件技術(shù)；基于知識圖譜的供應鏈協(xié)同智能匹配與推薦技術(shù)；云供應鏈動(dòng)態(tài)組織與構建技術(shù);基于“平臺+區塊鏈”的營(yíng)銷(xiāo)管理技術(shù)；支撐政府、企業(yè)，實(shí)現管理的精準化、智能化。

3.2航天云網(wǎng)應用范例【7】

針對問(wèn)題，基于技術(shù)攻關(guān)成果，給出下述典型應用范例。

1. “5G+VR+數字孿生”遠程運維服務(wù)

航天云網(wǎng)所屬重慶公司基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，利用5G+VR+數字孿生的新技術(shù)，實(shí)現熱處理工廠(chǎng)爐內溫度場(chǎng)分布、滲碳過(guò)程可視化，降低人工作業(yè)風(fēng)險；預測碳勢分布，實(shí)時(shí)調整整爐內參數，提高工藝穩定性，降低產(chǎn)品報廢率，實(shí)現熱處理過(guò)程遠程運維新模式。

2. 基于區塊鏈的智能供應鏈服務(wù)

針對政府、企業(yè)等對防疫物資需求、供給等環(huán)節信息透明、安全、可追溯的需求，運用區塊鏈技術(shù)，開(kāi)發(fā)區塊鏈防疫物資可信追溯系統，提供防疫物資上鏈可視化展示、供需信息審核標注等功能，為政府、企業(yè)提供了及時(shí)可靠的數據。

3. 基于大數據的智能云服務(wù)

針對工業(yè)機器人維修響應慢、運維成本高等問(wèn)題，利用智能網(wǎng)關(guān)對傳感器、設備等數據進(jìn)行采集及預處理，并傳送至云平臺，通過(guò)平臺大數據智能引擎及工具,構建設備管理、運行工況監測、故障診斷等算法模型，幫助企業(yè)實(shí)現基于云智能服務(wù)。

4. 基于數字孿生的智能云服務(wù)

針對產(chǎn)品的多品種、小批量、柔性化生產(chǎn)對產(chǎn)線(xiàn)布局優(yōu)化及資源高效調度的需求，應用AR/VR技術(shù)建立產(chǎn)線(xiàn)模型及虛擬生產(chǎn)環(huán)境，搭建虛擬工廠(chǎng)，實(shí)現遠程監控，并利用仿真工具對產(chǎn)線(xiàn)布局、物流設計、節拍等進(jìn)行仿真，構建數字孿生模型，為產(chǎn)線(xiàn)提供優(yōu)化指導。

5. 面向航天復雜產(chǎn)品的協(xié)同云服務(wù)

針對航天復雜產(chǎn)品研發(fā)設計、生產(chǎn)制造等過(guò)程存在的多學(xué)科、跨專(zhuān)業(yè)協(xié)同效率低，資源配置不均衡等問(wèn)題，搭建內部協(xié)同共享制造平臺，提供協(xié)同研發(fā)、協(xié)同生產(chǎn)、智能管控、智能服務(wù)等服務(wù)，支撐企業(yè)產(chǎn)品全生命周期業(yè)務(wù)在線(xiàn)開(kāi)展。

6. 基于知識圖譜的供應鏈優(yōu)化

基于知識圖譜技術(shù)為國家某部委建設了“資源布局與產(chǎn)業(yè)鏈分析監測平臺”，該平臺中覆蓋國民經(jīng)濟近20個(gè)門(mén)類(lèi)、400多領(lǐng)域、1382個(gè)行業(yè)小類(lèi)、15余萬(wàn)家企業(yè)和27500余種產(chǎn)品，通過(guò)知識圖譜技術(shù)構建了關(guān)系數達到百億邊的全要素、全行業(yè)、全地域產(chǎn)業(yè)知識圖譜，并對供應鏈中薄弱環(huán)節、高風(fēng)險與堵點(diǎn)斷點(diǎn)進(jìn)行分析優(yōu)化，助力該部委全面掌握資源布局情況，提升產(chǎn)業(yè)治理能力。

四、發(fā)展智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建議

在“政府引導，市場(chǎng)主導”，“創(chuàng )新驅動(dòng)、攻克短板”，“問(wèn)題導向，技術(shù)推動(dòng)”，“系統規劃，分步實(shí)施”等原則下，在國家、地方的戰略規劃和計劃支持下，期望能實(shí)現6個(gè)加快。

（1）加快創(chuàng )新體系的建設，特別是企業(yè)為中心的“政產(chǎn)學(xué)研金用”結合的技術(shù)創(chuàng )新體系的建設；

（2）加快各類(lèi)人才培養，特別是加快培育產(chǎn)教融合、復合型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域人才培育；

（3）加快國家/地方基礎建設，特別是重視適時(shí)、安全、服務(wù)化的泛在網(wǎng)絡(luò )（如5G、天地一體化互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )）建設；

（4）加快國家/地方政策的完善與落實(shí)，特別是加快推動(dòng)數據產(chǎn)業(yè)立法，完善與落實(shí)數據開(kāi)放共享機制及工業(yè)數據安全的政策；完善與落實(shí)對中/小/微企業(yè)數字化支持政策；

（5）加快攻克短板，實(shí)現我國自主“技術(shù)、應用、產(chǎn)業(yè)”的協(xié)調發(fā)展，特別是大力開(kāi)發(fā)異構工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺融通及制造工具軟件的技術(shù)與產(chǎn)品；充分培育發(fā)展以數字孿生為重要載體的新一代工業(yè)APP專(zhuān)件技術(shù)與產(chǎn)品；重視研發(fā)支持工業(yè)2.0/3.0/4.0同步發(fā)展的跨領(lǐng)域、跨行業(yè)、跨區域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統等。

（6）加快國內外開(kāi)放合作，特別是我國自主產(chǎn)業(yè)鏈間的開(kāi)放與合作。

五、小結

（1）新時(shí)代/新形勢/新需求催生“智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”。

（2）本文提出的“智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”是一種新型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

（3）“智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”是實(shí)施我國“制造強國”“網(wǎng)絡(luò )強國”戰略規劃和行動(dòng)計劃等的一種具有“中國特色”的新先進(jìn)制造模式、新技術(shù)手段和新業(yè)態(tài).

（4）“智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”是在“需求牽引、技術(shù)推動(dòng)”下持續發(fā)展的制造新模式、新技術(shù)手段和新業(yè)態(tài)。

（5）“智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展與實(shí)施還需要全國、全球的合作與交流，同時(shí)又要充分重視各國的特色和各行業(yè)、各企業(yè)的特點(diǎn)。

來(lái)源：中國通信院CAICT