“新基建”賦能智能+時代工業互聯網—— 工業互聯網2.0

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                以下文章來自  航天云網科技發展有限公司總經理 柴旭東  航天智造科技發展有限公司董事長 侯寶存   

     工業互聯網正成為我國制造業轉型升級的戰略舉措。隨著新一代人工智能的整體推進及其正在引發的鏈式突破，智能+時代正在到來。融合工業互聯網與AI、5G、大數據中心等的“新基建”建設賦能智能+時代，為制造業數字化、網絡化、云化、智能化轉型提供了新的升級版：智能+時代工業互聯網——“工業互聯網2.0”^【1】。

一、智能+時代正在到來

當前，新的技術革命與產業變革已在全球展開，特別是“人工智能”發展正進入新階段。“人工智能”自1956年被正式提出，六十余年的發展經歷了大致三個階段。前兩個階段由于算法、算力及數據的局限，使得“人工智能”沒有得到應有的重視和發展。進入21世紀以來，正在發生重大變革的信息新環境（特別是物聯網為代表的網絡技術發展迅速）、快速發展的新技術（特別是大數據的涌現及其處理技術的發展、高性能計算能力大幅提升、以深度學習為代表的人工智能模型與算法的突破）和持續提高的人類社會發展的新目標（特別是數字經濟、智能經濟等）正催生人工智能技術與應用的發展進入一個新的進化階段。

在2017年7月我國頒布的“中國新一代人工智能發展規劃” ^【2】中提出：當前，人工智能技術在新信息環境、新技術及新智能算法與模型發展的推動下，正進入新一代人工智能發展的新階段。同時，新一代人工智能相關學科發展、理論建模、技術創新、軟硬件升級等整體推進，正在引發鏈式突破，推動經濟社會各領域從數字化、網絡化向智能化加速躍升。

可以看得出，“智能+”時代正在到來，其主要表現是圍繞“創新、協調、綠色、開放、共享”的新發展理念，在新一代人工智能技術引領下，飛速發展的新互聯網技術（如物聯網、車聯網、移動互聯網、衛星網、天地一體化網、軟件定義的互聯網等）、新信息通信技術（如云計算、大數據、5G、高性能計算、建模仿真/數字孿生、區塊鏈、量子計算等技術）、新人工智能技術^【3】（如數據驅動下深度強化學習智能、基于網絡的群體智能、人機和腦機交互的技術導向混合智能、跨媒體推理智能、自主智能無人系統等技術等），以及新能源技術、新材料技術、新生物技術與人類社會“國民經濟、國計民生和國家安全”等各領域專業技術等7類技術的深度融合，正引發社會各領域新模式、新手段和新業態的重大變革，構成“一種新型人工智能系統”^【6】。

與此同時，在2020年3月份中央政治局常委會議上，黨中央提出了進一步加大“新基建”建設的號召。“新基建”以新發展理念為引領，以技術創新為驅動，以信息網絡為基礎，面向高質量發展需要，提供數字轉型、智能升級、融合創新等服務的基礎設施體系。“新基建”賦能“智能+”——“智能+ ”時代正在到來。

二、“新基建”賦能工業互聯網升級——工業互聯網2.0

制造業是國民經濟的主體，是立國之本，興國之器，強國之基。它同樣面臨全球新技術革命和產業變革的挑戰。工業互聯網是當前制造業轉型與數字經濟競爭的新高地。

工業互聯網的名詞及其初始理念于2012年由美國GE公司提出。我們將其解讀為工業互聯網1.0：它“基于互聯網，將制造全系統及其全生命周期活動中的人、產品、工業資源、數據、智能認知/分析/決策/執行系統等智能地連接在一起，構成萬物互聯的人、信息（賽博）空間與物理空間集成、融合的智能制造系統，促進其在制造全生命周期活動中制造模式、手段、業態的創新，從而大大提高制造的創新實踐能力和服務能力，進而實現制造業的再革命。^【4】

工業互聯網是一個復雜的系統，通常由制造產品/能力/資源體系、網絡體系、平臺體系、標準安全體系、應用體系及用戶體系等六大體系組成。其中，制造產品/能力/資源體系提供制造全系統與全生命周期活動中共享和服務的產品、能力和資源；網絡體系實現工業全系統、全產業鏈、全價值鏈泛在深度互聯；平臺體系是工業信息物理融合與智能化發展的核心載體，支持海量制造產品、能力、資源接入網絡和感知系統及其虛擬化和服務化，提供支持面向各類數字化、網絡化、云化、智能化工業應用的開發與運行；標準安全體系是工業數據與全系統應用安全可信和集成的保障；應用體系是面向行業、領域、場景的各類工業應用；用戶體系是包括服務提供者、工業互聯網運營者及服務使用者組成的人/組織體系。

從技術體系看，工業互聯網是由制造科學技術、智能科學技術、信息通信科學技術、及制造應用領域專業技術等4類技術深度融合的復雜技術系統。因此，隨著時代需求演變的牽引和相關技術發展的推動，工業互聯網的模式、技術、特征、內容、業態、目標必然將持續不斷地演進發展。

工業互聯網建設涉及三種范式，即服務于工廠智能化改造與智能工廠建設的智能制造范式，服務于產業鏈集成與協同的協同制造范式，以及服務于產業集群、工業體系資源優化配置與協同創新的云制造范式。云制造范式兼容智能制造、協同制造范式。如圖1所示。

圖1工業互聯網建設范式

“新基建”建設的提速為制造業數字化轉型提供了新的契機。“新基建”包括5G基建、大數據中心、人工智能、工業互聯網等七大領域，與傳統的基建相比，其內涵更豐富，包括信息基礎設施、創新基礎設施和融合基礎設施，它更符合數字經濟、智能經濟發展的要義，帶來了制造業和互聯網、信息科學技術、智能科學技術深度融合的新契機，不但為制造型企業實現數字化、網絡化、智能化轉型升級提供了有力的技術與基礎環境支撐，而且為推動制造業制造模式和經營管理方式的數字化、網絡化、智能化轉變提供了極好的發展良機。

我們認為，在智能+時代及我國新基建戰略規劃實施的新形勢下，在制造領域，一種新型的工業互聯網——“工業互聯網2.0”將應運而生。工業互聯網2.0是一種在新一代人工智能技術引領下的”人、信息（賽博）空間與物理空間“融合的“新智能制造資源/能力/產品”智能互聯協同服務的智能制造系統（云）——“一種智能工業互聯網”。

工業互聯網2.0是一種具有數字化、網絡化、云化、智能化制造新技術、新模式、新業態，新特征、新內容及新目標的制造業數字化、網絡化、云化、智能化轉型的升級版。具體地講，

新技術：即新制造技術，基于新互聯網，在新一代智能科學技術引領下，借助新一代智能科學技術、新制造科學技術、新信息通信科學技術、及新制造應用領域專業技術等4類新技術深度融合的數字化、網絡化、云化、智能化技術新工具，構成以用戶為中心的統一經營的新智能制造資源、產品與能力的服務云（網），使用戶通過新智能終端及新智能制造服務平臺便能隨時隨地按需獲取新智能制造資源、產品與能力服務，進而優質、高效完成制造全生命周期的各類活動；

這里講的新制造科學技術是指在新一代人工智能技術引領下的先進工藝、元器件、材料、質量、 3D打印、智能機器人、智能機床等技術，它們是智能制造的基礎技術。

新模式：即新制造模式，一種“用戶為中心，人/機/物/環境/信息優化融合，“互聯化（協同化）、服務化、社會化、個性化（定制化）、柔性化、智能化”的智能制造新模式”；

新業態：即新制造業態，“萬物互聯、智能引領、數據驅動、共享服務、跨界融合、萬眾創新”的新業態；

新特征：即新制造特征，具有 “自主智能化”的特征，即能對制造系統全生命周期里面的人、機、物、環境、信息進行自主智能地感知、互聯、協同、學習、分析、認知、決策、控制與執行。

新內容：即新制造內容，利用上述的理念和技術對制造系統和制造全生命周期活動中的人、技術、裝備、管理、數據、材料、資金（六要素） 及人流、技術流、管理流、數據流、物流、資金流（六流）的集成與優化。

新目標：即新制造目標，實現高效、優質、節省、綠色、柔性、安全地制造產品和服務用戶，提高企業（或集團）的市場競爭能力。

工業互聯網2.0的系統體系架構（見下圖2）可分如下幾層：底層是新智能資源、能力、產品層；上一層是新感知、介入、通訊層、再上層是新邊緣處理平臺層，再上層是新云端服務平臺層，再上一層是新應用層，頂層就是新人、組織，每一層都有新標準和安全管理。由此可見，工業互聯網2.0是在新一代人工智能技術引領下的人、信息空間和物理空間融合的一個提供新的智能互聯系統服務的新工業互聯網。這個體系架構可以用到產品、設備、工廠、園區、行業、區域等縱向范圍，也可以用到橫向范圍，即制造全生命周期活動，以及端對端間的連接場合。其中，各層的“新”具有智能+的含義。

圖2工業互聯網2.0的體系架構

“工業互聯網2.0”是工業互聯網1.0在制造新模式、手段和業態持續發展拓展。如圖3所示。

圖3“工業互聯網2.0”是工業互聯網1.0的新發展

大力發展工業互聯網2.0對我國制造業主動適應全球新一輪科技革命與產業變革，加快實現中國制造業提質增效升級具有重要意義。

三、工業互聯網2.0的初步實踐

中國航天科工集團的“航天云網公司”開發了一個工業互聯網2.0的雛型——稱謂“航天云網2.0“（見圖4）。以服務政府數字化治理、賦能企業數字化轉型為主線，打造系列化平臺產品、個性化定制化的云化工業應用、全價值鏈數字化解決方案，助力政企用戶多場景應用，為數字化社會建設提供新型基礎設施應用服務。該系統融合了部分的新一代人工智能技術與部分的新制造科學技術、新信息通信科學技術及新制造應用領域專業技術，攻克了標識解析應用技術、多協議工業網關技術；邊緣智能一體機技術、云端計算與邊緣計算融合技術；基于大數據人工智能服務技術；支持云邊協同的平臺架構技術；建模仿真/數字孿生服務技術；區塊鏈技術應用技術；支持云制造的APP技術；標準化技術及系統安全技術等技術。

圖4航天云網2.0系統架構

基于航天云網的平臺INDICS（Industrial Internet Cloud Space）+CMSS（Cloud Manufacturing Support System）開發了多層次的云（區域云、企業云、車間云、設備云），包括21個區域工業互聯網主平臺，12個行業云及園區云；在賦能企業數字化轉型方面，以服務企業/產業上云，如圖5所示，提供智能制造、協同制造、云制造“三類制造”整體解決方案為重點，支持集團公司及大型企業數字化轉型；以“四個在線”（人員在線、設備在線、業務在線、管理在線）、前店后廠、專區服務為重點，助力中小微企業轉型升級和高質量發展。承擔實施了機械制造、航空航天、汽車、電子等4大行業16個細分領域2000余個智能化項目及服務；其中，聯合貴州航天電器打造的智能產線項目，成為數據驅動的柔性生產模式的典型示范。

圖5平臺賦能企業數字化轉型與云制造

初步實踐表明，工業互聯網2.0的實施能積極推進傳統制造業向數字化、網絡化、云化、智能化的轉型升級，同時還能推進形成一種面向智能制造系統實施的新興戰略產業。

四、發展工業互聯網2.0的建議

當前，數字經濟時代已經全面到來，數字產業化、產業數字化迅猛發展，數字經濟和實體經濟不斷融合，持續助力經濟高質量發展。隨著中央“新基建”重大戰略規劃的提出，4月9日國務院正式下發《關于構建更加完善的要素市場化配置體制機制的意見》，數據要素首次被納入生產要素。國家各部委、各級政府密集出臺加快產業數字化轉型、“上云用數賦智”的政策措施，數字化、網絡化、云化、智能化發展正在深刻改變產業發展格局和生產生活方式，“云經濟”“線上經濟”發展迅猛，加強新業態體系建設，賦能數字經濟轉型已成為企業生存發展的必然選擇。

與此同時，全球工業互聯網正處在產業格局未定的關鍵期和規模化擴張的窗口期，我國擁有雄厚的體制優勢和市場優勢，為工業互聯網的創新發展創造了良好環境，工業互聯網2.0恰逢其時。

工業互聯網2.0的發展，要堅持“政府引導，市場主導”的原則，注重大力加強企業為中心的政產、學、研、金、用結合的技術創新體系的建立，注重各類人才培養、注重國家和地方的基礎建設，特別是要注重“應用、產業和技術”的協調發展。對技術與產業的發展再談幾點建議。

（一）在技術方面要6個重視：

1)  重視新一代人工智能技術引領下的工業互聯網2.0系統技術體系和平臺的持續創新。

2)  重視工業互聯網2.0系統制造全生命周期各階段活動的新模式、新流程、新手段、新業態的研究，這是系統的基礎。

3)  重視數據庫、算法庫、模型庫、平臺、計算能力等基礎能力的研究與建設。

4)  重視商業模式的技術研究。

5)  重視安全技術、標準化技術和評估體系的研究。

6)  重視新一代人工智能技術正向通用人工智能、強人工智能和超人工智能發展。

（二）在產業方面要4個加強：

1)  加強工業互聯網2.0工具集（硬件/軟件）和平臺的產業；

2)  加強面向工業互聯網2.0的智能產品的產業；

3)  加強工業互聯網2.0系統（行業、企業、車間及制造產業鏈上各階段的智能制造服務系統）的構建與運行產業；

4)  加強工業互聯網2.0系統運營中心的運營服務產業。

數字化、網絡化、云化和智能化是制造業發展的方向，推動質量變革、效率變革和動力變革是發展工業互聯網的初心。工業互聯網2.0推動了制造業向數字化、網絡化、云化、智能化的發展，促進了“智能制造、協同制造、云制造”生產方式的創新，實現了更加高效、優質、節省、綠色、柔性、安全地制造產品和服務用戶，有力地促進了供給側結構性改革，適應了制造業升級換代的時代要求。