工业互联网的内涵及其发展

（重庆大学，重庆 400044）

工业互联网的内涵及其发展

尹超

（重庆大学，重庆 400044）

工业互联网是“中国制造”向“中国智造”转型的催化剂，对实现工业化和信息化深度融合起着至关重要的作用。本文以工业互联网国内外发展现状为背景，分析了工业互联网的内涵和发展动态。

工业互联网；工业化；信息化；智能制造

尹超博士，重庆大学教授、博士生导师、重庆市“巴渝学者”特聘教授，科技部制造业信息化科技工程总体专家组专家。现任重庆大学制造业信息化工程技术中心主任、重庆市两化融合促进和服务中心主任、重庆市智能工业（互联网工业）推进联盟理事长等职。主要研究方向是智能制造和网络化制造。完成了20多项国家和省部级科研项目；发表学术论文100多篇；获国家科技进步二等奖1项、教育部科技进步一等奖1项。

1 引言

国际金融危机爆发以来，世界各国特别是发达国家纷纷加大科技创新投入，在全球范围掀起了以绿色、低碳、智能为特征的新一轮技术创新浪潮；新一代信息技术与制造业的深度融合，将促进制造模式、生产组织方式和产业形态的深刻变革。如何在这场工业变革中占得先机已经成为各国制造业发展的思考重点。

从国际战略层面上看，随着市场需求的快速变化和发达国家制造业回流趋势的显现，全球制造产业体系正在信息化的背景下进行着深刻的变革。从云计算到工业互联网，从大数据到数字化工厂，从物联网到工业4.0，第四次工业革命已经到来，制造业重新成为全球经济竞争的制高点。为此，各国纷纷制定以重振制造业为核心的再工业化战略。如美国发布了《先进制造业伙伴计划》、《制造业创新网络计划》，德国发布了《工业4.0》，日本发布了《2014制造业白皮书》，英国发布了《英国制造2050》等。其战略的核心内容如表1所示。

对未来制造业，发达工业国家都提出了各自的愿景。美国利用互联网优势，让互联网融入制造业；德国基于制造业根基，让制造业互联网化。面对世界先进发达国家政府和企业掀起以移动互联网、物联网、云计算和大数据为基础的第四次工业革命浪潮，中国也在大力推进工业与互联网融合发展，先后出台了《互联网+》、《中国制造2025》等发展战略，以加快传统产业转型升级，应对国内外制造业竞争和新一轮工业革命挑战。

对我国而言，发展工业互联网，充分释放网络互联与数据智能对工业转型升级的巨大作用，酝酿更深层次更大范围的融合型新模式新业态，是制造企业的共性需求。工业互联网的发展为云计算、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术提供了新的应用空间，为工业网络化、数字化、智能化和服务化转型提供了新的发展动力。

表1 部分发达国家近年来发布的再工业化战略

2 工业互联网内涵

对于工业互联网，国际上并未形成统一的概念，不同国家、行业基于不同的发展基础和需要，对工业互联网分别赋予了不同的内涵，有工业互联网、信息物理系统（CPS）、“互联网+工业”等。

工业互联网最早由美国GE公司提出，GE公司CEO杰夫－伊梅尔特(JeffreyR.Immelt)认为，工业互联网是一个由机器、设备组、设施和系统网络组成的庞大的物理世界，能够在更深层面与连接能力、大数据、数字分析相结合。美国将工业互联网上升为国家战略，力图以互联网等信息技术优势加强异地协同制造，以数据驱动制造业智能化转型，破解制造业空心化发展难题[1]。

在德国，信息物理系统作为“工业4.0”的核心，是一个在环境感知的基础上，深度融合计算、通信和控制能力的可控可信可扩展的网络化物理设备系统。它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式检测或者控制一个物理实体[2，3]。

在我国，随着总理在2015年《政府工作报告》中明确提出制定“互联网+”行动计划和国务院2015年5月印发了《中国制造2025》，工业互联网、“互联网+工业”、智能制造等发展热点密切关联，其概念内涵又得到进一步丰富。工信部部长在解读《中国制造2025》时指出我国的工业互联网就是“互联网+工业”，其内涵不仅包含利用工业设施物联网和大数据实现生产环节的数字化、网络化和智能化（即德国工业4.0描述的智能工厂），还包括利用消费互联网与工业融合创新，实现制造产品的精准营销和个性化定制，通过重塑生产过程和价值体系，推动制造业的服务化发展[4]。

随着对工业互联网认识的不断加深，不同说法逐渐呈现出殊途同归的态势，在基本要素和发展目标上逐渐形成了统一。综合而言，可以从构成要素、核心技术和产业应用3个层面去认识工业互联网的内涵[5]。

（1）从构成要素角度看，工业互联网是机器、数据和人的融合。机器、数据和人共同构成了工业互联网生态系统。工业生产中，各种机器、设备组和设施通过传感器、嵌入式控制器和应用系统与网络连接，构建形成基于“云—管—端”的新型复杂体系架构。

（2）从核心技术角度看，工业互联网是实现数据价值的技术集成。贯彻工业互联网始终的是大数据，从原始的杂乱无章到最有价值的决策信息，经历了产生、收集、传输、分析、整合、管理、决策等阶段。这其中，就需要集成应用各类技术和各类软硬件，完成感知识别、远近距离通信、数据挖掘、分布式处理、智能算法、系统集成、平台应用等连续性任务。

（3）从制造企业应用角度看，工业互联网是基于互联网的巨型复杂制造生态系统。工业互联网构建了一个庞大的网络制造生态系统，为企业提供了全面的感知、移动的应用、云端的资源和大数据分析，实现各类制造要素和资源的信息交互和数据集成，释放数据价值。工业互联网在制造企业应用中的内涵如图1所示。

因此，工业互联网在制造企业中的应用是以底层智能装备为基础，以信息智能感知与交互为前提，以多系统集成为核心，以生产全生命周期管控为手段，以全方位服务为目的的综合体系。

3 工业互联网发展动态

随着物联网、大数据、云计算、人工智能等先进技术的不断进步，加快工业互联网在装备智能化、网络标准化、安全保障、模式创新等方面研发和应用，形成创新链、产业链、价值链和产业生态系统的良性互动已成为工业互联网发展的重要方向。

3.1 工业互联网装备智能化发展动态

工业化创造了无数的机器、设施和系统网络，而工业互联网则是指让这些机器和先进的传感器、控制器和软件应用相连接，以提高制造业的生产效率、减少资源消耗。为工业底层环境打造智能装备是工业互联网革命的第一步，分布广泛的智能装备是工业互联网兴起的一个必要条件。由于工业互联网对底层装备的信息采集传输、物联感知、数据分析能力等提出了更高的要求，因此，集制造、信息和人工智能等多种高科技技术于一身的智能制造装备是工业互联网领域的重点发展方向[6-8]。

智能制造装备主要包括工业机器人、数控机床、3D打印设备、智能控制系统等。总体上看，智能制造装备增速较快，市场依然由美国、德国、日本等主要发达国家为主导，引领技术创新发展方向。如机器人“四大家族”分属美国、日本、德国、瑞士，其集中掌握了工业机器人高端领域技术。目前，全球工业机器人市场规模仍快速增长，2005-2014年，全球工业机器人年均销售增长率约为9%，我国工业机器人年均销售增长率约为20%，自2013年起中国已经成为全球最大的机器人市场，2014年共销售5.7万台，约占全球销售量的1/4；全球数控机床产业近两年呈现增速下降趋势，从主要国家机床产值看，2014年日本、韩国较2013年有一定增长，中国、美国、德国、意大利等国家均呈现下降趋势；3D打印设备快速增长，2014年全球产值约为41亿美元，近3年年均复合增长率超过30%，其在美国、日本、德国已得到广泛应用，美、日、德3D打印设备数量占全球的比重达57%，在航空航天、军工武器装备、汽车制造、3D打印医用材料等领域不断取得了新的突破与进展；智能控制系统稳步增长，2014年年均增长率6%左右，欧洲、美国、日本等发达国家掌控行业的高端领域，占全球市场的比重不断提升。从技术进展上看，工业机器人加速与大数据、云计算、物联网等信息技术的融合创新，仿人型机器人（智能机器人）不断涌现，未来机器人技术将在通信、感知、意识、移动、处理、操作等技术融合方面有更多突破[9～12]。

图1 工业互联网在制造企业应用中的内涵架构图

3.2 工业互联网网络安全发展动态

随着工业互联网的不断发展，其带来的网络安全问题日趋凸显，如何提升工业互联网安全保障能力，已成为推动工业互联网进一步发展创新的关键问题。目前，欧美等发达国家在工业安全保障体系建设方面做了大量工作[13～15]。

在工业互联网网络安全相关的法律政策方面，美国于2016年11月发布了《制造业与工业控制系统安全保障能力评估》草案，以帮助制造商及化工厂等使用特殊计算机化生产流程的从业企业预防在线攻击活动；欧洲网络与信息安全研究局于2013年发布了《工业控制系统网络安全白皮书》，旨在对全面预防和防御数据采集与监视控制系统（SCADA）遭受网络攻击提出建议。

在建立工业互联网安全技术支撑手段方面，美国成立了专门负责工业控制系统安全研究的重点实验室，主要包括爱达荷国家实验室、桑迪亚国家实验室、太平洋西北国家实验室、阿贡国家实验室、橡树岭国家实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室，研究范围涵盖工控安全标准/协议制度、工控威胁和脆弱性研究、安全控制技术研发等。欧盟2013年建设了Scada Lab实验室，建立了若干工业控制系统信息安全测试床，拟为各成员国提供测试评估等技术支撑。同年，西班牙政府专门成立了工业网络安全中心，解决国家关键信息和通信技术中存在的网络安全漏洞。

在当前复杂的工业安全形势下，我国应紧跟工业互联网发展趋势，积极开展工业互联网安全前沿技术研究，深入挖掘工业互联网安全需求，重塑传统工业安全保障思路，从法律政策、管理体制、标准规范、技术手段等方面打造统一的、贯穿产业全生命周期的工业互联网安全保障体系。

3.3 工业互联网网络标准化发展动态

工业互联网要实现技术创新、互联互通、系统安全和产业提升均离不开标准化的引领。当前工业互联网标准化工作已经获得了国内外的普遍重视，包括美国工业互联网联盟（IIC）、德国工业4.0平台、国际电工委员会（IEC）、中国智能制造标准工作组等组织均在积极布局推进工业互联网标准化研究[16]。

（1）美国IIC推动工业互联网标准化。IIC正以参考架构为引领，通过企业自主设立的应用案例组织垂直领域应用探索，支持建立测试床提供验证支撑，并借助其他标准组织力量，推动工业互联网加快落地。IIC发布了参考架构V1.0，包括商业视角、使用视角、功能视角和实现视角4个层级，其功能架构确定了商业、运营、信息、应用和控制五大功能领域，以及系统安全、信息安全、弹性、互操作性、连接性、数据管理、高级数据分析、智能控制、动态组合九大系统特性。在功能架构基础上，IIC进一步确定了由边缘层、平台层和企业层组成的系统架构，以及各层包含的软硬件系统和网络。当前，IIC正致力于参考架构的完善和细化。

（2）德国建立“工业4.0平台”推进顶层规划。德国于2013年12月发布了《“工业4.0”标准化路线图》，提出有待标准化的12个重点领域，包括体系架构、用例、概念、安全等交叉领域、流程描述、仪器仪表和控制功能、技术和组织流程、数字化工厂等。2015年4月发布的《工业4.0实施战略》为工业4.0概念提供直观展示，同时也将需要制定的标准数量进一步聚焦到网络通信标准、信息数据标准、价值链标准、企业分层标准等。

（3） IEC成立专门工作组，开展策略研究和标准研制。为更有效地对接工业4.0的标准化需求，IEC陆续成立了一系列专门工作组，包括IEC/SMB/SG8工业4.0战略研究组和IEC/MSB未来工厂白皮书项目组等，开展与智能制造/工业4.0相关的战略研究、体系构建和技术标准研制。

（4）我国启动了智能制造综合标准化研究工作。为推进我国智能制造标准化工作，2015年2月以来，在工信部装备司指导下，智能制造综合标准化工作组成立。目前工作组已经形成《智能制造综合标准化体系建设指南》，智能制造标准立项及研制工作也逐渐启动并全面展开。

[1] GE工业互联网白皮书. 工业互联网：突破智慧和机器的界限[S]. 2012.

[2] Rajkumar R. A Cyber Physical Future[J]. Proceedings of the IEEE, 2012(100):1309-1312.

[3] Vicaire P A, Hoque E, Xie Z, et al. Bundle: A Group-Based Programming Abstraction for Cyber-Physical Systems[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2012,8(2):379-392.

[4] 中国电子报. 工信部部长苗圩解读《中国制造2025》[EB/OL]. http://auto.sohu.com/20150520/n413427391.shtml, 2015-05-20.

[5] 中国证券报. 工业互联网的三层内涵及应用趋势[EB/OL]. http://gongkong.ofweek.com/2015-08/ART-310005-8470-28993814.html, 2015-08-17.

[6] 丁向琴,丁荣乐. 智能制造装备的发展现状与趋势[J]. 科技风, 2015(21):69.

[7] 傅建中. 智能制造装备的发展现状与趋势[J]. 机电工程, 2014(08):959-962.

[8] 孙柏林. 未来智能装备制造业发展趋势述评[J]. 自动化仪表, 2013(01):1-5.

[9] International Federation of Robotics（IFR). Industrial breakthrough with robots 2011: The most successful year for industrial robots since 1961[R]. 2012.

[10] Wohlers Associates. Wohlers Associates Publishes 2013 Report on Additive Manufacturing and 3D Printing, Reveals Trends. http:// wohlersassociates.com/press58.html, 2013-05-21.

[11] 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所. 智能制造装备产业发展现状、趋势及投资机会分析[R]. 2012(3).

[12] 中国市场情报中心. 全球智能制造装备行业发展动态简析[EB/OL]. http://gongkong.ofweek.com/2016-04/ART-310058-8440-29087162.html, 2016-04-15.

[13] 李强, 田慧蓉, 杜霖, 等. 工业互联网安全发展策略研究[J].世界电信, 2016,(04):16-19.

[14] 陶耀东, 李强, 李宁. 工业互联网的安全挑战及应对策略[J].中兴通讯技术, 2016,(05):36-41+46.

[15] 邢黎闻. 何积丰院士:工业互联网安全发展趋势与关键技术[J].信息化建设, 2016,(11):38-40.

[16] 中国信息产业网-人民邮电报. 全球工业互联网标准化日趋深化[EB/OL]. http://news.163.com/16/0215/09/ BFRT3V8E00014AED.html, 2016-02-15.

[17] 李伯虎, 张霖, 王时龙, 等. 云制造——面向服务的网络化制造新模式[J]. 计算机集成制造系统, 2010,(01).

[18] 谢玮, 银昕.“2017工业互联网峰会”纪实 中国企业“赶考”工业互联网[J]. 中国经济周刊, 2017,(09):46-49.

News

两化融合评估标准正式通过国际标准立项

信息化和工业化融合（简称两化融合）是我国加快建设制造强国战略的重要举措之一。为提升两化融合工作的国际影响力，工业和信息化部以标准为抓手，在大力推动两化融合系列标准的制定与宣贯实施的同时，积极开展两化融合国际标准的研制和立项工作。在国家标准委的支持下，依托全国自动化系统与集成标准化技术委员会（SAC/TC159），向国际标准化组织（ISO/TC184/SC5）提出两化融合国际标准提案。

5月22－26日，国际标准化组织在法兰克福召开ISO/TC184/SC5年会，工业和信息化部科技司副司长沙南生带领中国代表团参加了此次会议。会议期间，中国代表同与会专家进行了广泛的交流与讨论。沙南生介绍了两化融合在中国的实践，制定两化融合国际标准的稳固基础和重要意义，并欢迎各国积极参与两化融合国际标准的研制和全球推广应用。我国专家介绍了两化融合国际标准内涵、主要内容及相关工作。经过不懈努力，《工业企业工业化和信息化融合评估——第一部分：总则和框架》（英文名称：ISO 22549-1 Assessment on convergence of informatization and industrialization for industrial enterprises——Part 1: Principles and framework）已通过国际标准提案投票，并经ISO中央秘书处确认。会议宣布接受中国专家关于该提案的进展情况报告，两化融合国际标准正式立项、启动制定工作。

自此，两化融合标准终于走入国际舞台，引起全球对两化融合理念的广泛关注，树立了两化融合标准化工作的重要里程碑。

（来源：工业和信息化部官网)

Connotation and development of industrial internet

YIN Chao
(Chongqing University, Chongqing 400044, China)

As the catalyst for the transition of "made in China" to "China's intelligent manufacturing", the industrial internet plays an important role in realizing the deep integration of industrialization and informatization. Based on the domestic and international development of industrial internet, this paper analyzes the connotation and development of industrial internet.

industrial internet; industrialization; informatization; intelligent manufacturing

F403.6

A

1008-5599（2017）06-0001-06

2017-05-16