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李伯虎院士:我国开启工业互联网2.0新阶段 | 工业互联网迈向新征程

编者按:2017年11月,《国务院关于深化“互联网﹢先进制造业”发展工业互联网的指导意见》(以下简称《指导意见》)正式印发,成为我国工业互联网发展的纲领性文件,为开创我国工业互联网发展新局面指明了方向。近五年来,我国工业互联网发展蹄疾步稳,成为加快制造业数字化转型和支撑经济高质量发展的重要力量。为进一步深入推进《指导意见》,《中国电子报》联合工业互联网平台创新合作中心推出“工业互联网迈向新征程”专栏,邀请政府领导、专家学者、平台企业代表回顾我国工业互联网发展历程、总结我国工业互联网平台发展成效,并深入分析我国工业互联网平台发展现状,聚焦核心技术和产业科技发展趋势,解析行业平台赋能作用和发展方向。

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新时代、新形势、新征程催生工业互联网迈进新征程

新一轮工业革命已在全球快速展开。“工业互联网”作为新一代信息通信技术与工业深度融合的产物,是新一轮工业革命的关键支撑。当前,我们正步入“智能+”时代与后疫情时代交叉影响的新时代;正面临多边主义与单边霸凌主义长期复杂斗争的新形势;我国正迈进开启全面建设社会主义现代化国家的新发展阶段、贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念、构建“以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进”的新发展格局的新征程。工业是国民经济的主体,是立国之本,兴国之器,强国之基,因此,工业的发展必须适应新时代、新形势、新征程。我们认为,近五年来,作为工业发展关键支撑的工业互联网,在国家统一领导下,经各方共同努力,已取得显著成绩。但是为适应新时代、新形势、新征程,我国工业互联网必须进一步迈上快速发展的新征程:开启万物智联的“智慧工业互联网系统——工业互联网2.0”新阶段;贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”新理念;构建“技术、产业、应用、人才、政策及保障体系一体化创新”新格局。

智慧工业互联网系统的理念、体系架构和技术体系

(一)智慧工业互联网系统的理念

智慧工业互联网系统是指在新发展理念指引下,在新一代人工智能技术引领下的“人、信息(赛博)空间与物理空间”融合的“新智慧资源/能力/产品”智慧互联协同服务的复杂系统。智慧工业互联网系统将具备“新技术、新模式、新业态,新特征、新内容及新目标”,以服务于工业领域数字化、网络化、云化、智能化转型升级。

其中新技术:基于新型互联网,在新发展理念指引下,在新一代人工智能技术引领下,借助新网络技术、新信息通信技术、新智能科学技术、新能源技术、新材料技术、新生物技术、新绿色技术、新发展中的技术(如工业元宇宙、量子计算等)及新工业领域专业技术等新技术深度融合的数字化、网络化、云化、智能化技术为工具,将人、信息(赛博)空间与物理空间中的人/机/物/环境/信息智能地连接在一起,提供智慧资源、智慧产品与智慧能力随时随地按需服务的一种新型智慧服务互联系统;新模式:一种“用户为中心,人/机/物/环境/信息优化融合”,“数字化、物联化、服务化(云化)、协同化、定制化、柔性化、绿色化和智能化”的智慧协同互联新模式;新业态:“万物智联、智能引领、数/模驱动、共享服务、跨界融合、万众创新”;新特征:全系统及全生命周期活动中人、机、物、环境、信息“自主智能”地感知、互联、协同、学习、分析、认知、决策、控制与执行;新内容:促使全系统及全生命周期活动中的人、技术/设备、管理、数/模、材料、资金(六要素)及人才流、技术流、管理流、数/模流、物流、资金流(六流)集成优化,形成数字化、网络化、云化、智能化的产品、设备/系统和全生命周期活动;新目标:支持工业系统数字化转型与智慧化升级,实现“创新、绿色、开放、共享、个性”。

(二)智慧工业互联网系统的体系架构

智慧工业互联网系统的体系架构主要包括以下相互关联的6个层次:(1)智慧工业资源/能力/产品层。(2)智慧感知/接入/通讯层。(3)智慧边缘处理平台层。(4)智慧工业互联网系统云端服务平台层(该层包括虚拟智慧工业资源/能力/产品层、智慧工业云端服务支撑共性/工业服务功能层、智慧用户界面层)。(5)智慧工业云服务应用层。(6)人/组织。此外,各层具有标准及安全管理支撑。本体系架构适用于系统纵向范围、系统横向范围(全产业链)以及端对端间连接。

智慧工业互联网系统的体系架构的新特色体现在以下7个方面:(1)边缘/云端协同运行新架构。(2)云计算/人工智能/大数据/新互联网等为代表的新信息通信技术与新工业技术融合。(3)感知/接入/通信层虚拟化、服务化,进而推动全系统实现虚拟化、服务化。(4)各层具有新时代“新”内涵及内容。(5)用户为中心的新智慧工业资源/产品/能力智能共享服务。(6)该体系架构是物联网体系架构在工业领域的智慧化拓展。(7)人/信息空间/物理空间深度融合。

(三)智慧工业互联网系统的技术体系

智慧工业互联网系统的技术体系是包括总体架构技术体系、工业软件技术体系、支撑(赋能)技术体系的三维技术群。

1.总体架构技术体系

总体架构技术体系主要包括总体技术,智慧产品专业技术,智慧感知/接入/通讯层技术,智慧边缘处理平台技术,智慧云端服务平台技术,智慧产品设计技术、生产/装备技术、经营管理技术、仿真与试验技术、售前/售中/售后技术等。

2.工业软件技术体系

工业软件技术体系主要包括系统软件、平台软件、应用软件等。

3.支撑(赋能)技术体系

支撑(赋能)技术体系主要包括新工业技术,新信息通信技术,新智能科学技术,新工业应用领域专业技术,新能源技术、新材料技术、新生物技术、新绿色技术、新发展中的技术(如工业元宇宙、量子计算)等。

智慧工业互联网系统呈现雏型

“航天云网2.0”由航天科工集团的航天云网公司研发成功。“雏型”是指仅仅融合了部分的新一代人工智能技术与部分的新工业科学技术、新信息通信科学技术及新应用领域专业技术等。在研制中攻克了10类关键技术,包括体系架构技术,智能驱动的工业PAAS平台技术,智能工业APP快速开发技术,智慧互联网系统的集成优化技术,面向丰富应用场景的人工智能/大数据服务构建技术,面向工业制造全生命周期的智能云建模与仿真技术/数字孪生技术,5G+边缘计算技术,基于智慧工业互联网的管理技术,标准化技术及安全技术等,进而形成了工业互联网操作系统INDICS-OS及低代码开发工具、数字孪生建模工具、系统级工业应用等新系列工具集和边缘云、企业大脑、产业大脑、四朵云(区域云、行业云、园区云、企业云)等系列产品,构建了涵盖设备层、物联接入层、云平台层、应用层全链路的安全保障防护体系。

航天云网2.0的应用:以数字孪生为载体构建数字化转型新场景新模式;着力边缘智能加速工业互联网场景落地;构建数字大脑,服务产业链治理与供应链优化;创新产品与服务模式,助力中小企业上云数字化转型;深耕行业,加快工业互联网场景复制推广。

总的效果:支持系统“信息互通、资源共享、能力协同、产品智造,互利共赢、万众创新”转型升级;改善以用户为中心的高效、优质、节省、绿色、柔性、安全地制造产品和服务用户,提高企业(或集团)的市场竞争能力。

推动智慧工业互联网系统发展的建议

在“政府引导,市场主导”、“创新驱动、攻克短板”、“问题导向,技术推动”、“系统规划,分步实施”等原则下,在国家和地方的战略规划和计划支持下。

(一)宏观发展建议

一要注重以企业为中心的“政、产、学、研、金、用”结合的各级技术创新体系的建立。二要注重产业链的完善布局,特别是芯片与工业软件产品及其服务链的布局。三要注重各类人才培养,特别是跨学科人才的培养。四要注重国家/地方基础建设,特别是5G/6G网络与数据库/模型库/算法库和算力的建设。五要注重国家/地方政策支持,特别是对中小企业的财政政策支持。六要注重数字化、网络化/云化、智能化“技术、应用、产业”的协调发展。

(二)技术发展建议

一要重视新一代人工智能技术引领下,将新工业科学技术、新信息科学技术、新智能科学技术及工业应用领域技术深度融合系统的发展。二要重视加强工业系统中的设计、生产、管理、试验、保障服务等的新模式、新流程、新技术(硬/软)、新业态的研究。三要重视数据库、算法库、模型库(包括一次模型、二次模型等)、大数据平台、计算能力等基础能力研究与建设。四要重视符合“分享经济”的商业模式技术研究。五要重视安全技术(系统安全及商业安全技术)及相关标准和评估指标体系技术研究。六要重视新一代人工智能技术的新发展,它正向“强人工智能、通用人工智能及超人工智能”发展。七要重视打造我国自主行业/通用标准体系,并参与国际标准体系构建。八要重视未来技术与形态发展,如重视融入正在快速发展中的工业元宇宙的理念与技术。

(三)产业发展建议

一要加强工具集(硬件/软件)和平台的产业;二要加强智能产品的产业;三要加强智慧工业互联网系统(行业、企业、车间及产业链上各阶段的智慧工业互联网系统)的构建与运行产业;四要加强智慧工业互联网系统运营中心的运营服务产业;五要加强与工业元宇宙有关的产业。

(四)应用发展建议

一要突出行业、企业特点;二要突出以问题为导向的智慧工业互联网系统模式、技术手段和业态的变革。三要突出系统的六要素、六流的综合集成化、优化和智慧化;四要突出系统工程的实施原则,如“一把手挂帅”,“创新驱动,总体规划,突出重点,分步实施”的指导思想,制定好发展规划与阶段性实施方案等。


作者丨中国工程院院士 李伯虎

责任编辑:赵强


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