产业互联网及ICT支撑技术宽屏版

产业互联网及ICT支撑技术邬贺铨中国工程院2016.08.13产业互联网及ICT支撑技术消费互联网互联网MRPPLMSCMERPCRM集成电路传感器计算机操作系统VR/ARMRP---制造资源计划PLM---全生命理MESCRM---客户关系管理MES---制造执行系统人工智能SCM---供应链管理ERP---企业资源规划产业互联网范围制造业矿业能源业建筑业运输业通信业医卫业智能制造技术先进材料技术信息技术增材制造技术生物制造技术CPS云计算大数据物联网某著名企业互联网工控软件财务服务数字营销生产管理企业协同产业互联网政务互联网智能制造用的信息技术企业管理用IT技术与生产制造有关的IT技术2010s远程运维网络制造智能制造大致时间生产服务物联网云计算大数据工业互联网云制造虚拟设计融合发展1970s1980s1990s算机辅助设计计系统CAD柔性制造系统计算机辅助制造与工程CAM/CAE数控机床自动化岛学术科研万维网ARPANET联网研究提出Internet基本概念TCP/IP1969来源：中国信息通信研究院桌面互联网某著名企业互联网网络的演进泛在网下一代互联网数据服务某著名企业服务媒体服务联服务物产业服务网络的应用金融服务单机数控互联网工业互联网+互联网

从面向消费应用

到产业应用

2000s企业资源规划ERP生活服务搜索引擎电子商务某著名企业互联网社交网络1994商用2007工业使用互联网为代表的ICT技术工业使用以计算机为代表的ICT技术消费者业务企业2013年互联网

用户（亿）互联网普及率（%）网络零售规模

(亿美元）占零售业比例（%）电商平台商品数（亿）电商活跃买家（亿）智能收集

普及率（%）社交网站普及率（%）云服务

渗透率（%）中小企业互联网使用率（%）中国6.32462950

7~882.3154602120~25美国2.7787270065.51.28697355~6372~85消费互联网也不仅是电商，还包括育交通、医疗、保健、文化等方面，中国还有很大的发展空间中国低而消费者电商化比中国传统企业电商化比例是8%左右，消费者电商化比例是50%以上，企业老板的电商化比例估计只有1%；美国传统企业电商化比例高达80%例比中某著名企业业型互联网美某著名企业业型互联网中美互联网经济规模（万亿美元）19952000200520102015202020252030203520401.41.21.00.80.60.40.2占GDP4.4%Source:VMware占GDP4.3%美国消费型互联网中国消费型互联网从消费互联网到产业互联网Source：某著名企业GlobalInstitute工业4.0/产业互联网与互联网+工业1.0工业2.0工业4.0机械化1784年第一台机械织布机工业4.0的目标是生产智能产品，提供智能服务，智慧工厂是支撑工业4.0的一种方式，但不是唯一的方式putationmunicationCyber-PhysicalSystemControlCPS产业互联网互联网+产业制造业+互联网工业4.0电动化1870年第一条传送带工业3.0自动化1969年第一款PLC智能化2014年开始应用CPS系统智能机器+先进分析工具+人机交互产业互联网消费互联网Consumption

Internet产业互联网IndustryInternet互联网+=产业互联网+消费互联网+政务互联网政务互联网GovernmentAffairsInternetCT+IOT+DT产业互联网的

领域与规模及影响

2025年将达到82万亿美元，占全球GDP50%占30%占17%产业互联网增加值32.3万亿美元

占46%其他工业指采矿、建筑、电力、供水、石油与天然气全球GDP~70万亿美元（2011年）发展中国家29万亿美元（占41.4%）非工业18.1万亿美元交通与通信2.2万亿美元其他14.3万亿美元交通与通信2.2万亿美元0工业10.8万亿美元其他工业5.3万亿美元医疗保健1.7万亿美元制造业5.5万亿美元制造业6.1万亿美元其他工业3.6万亿美元交通与通信2.6万亿美元医疗保健5.3万亿美元其他23.1万亿美元发达国家41万亿美元（占58.6%）非工业31万亿美元工业9.7万亿美元Source:WorldBank,2011andGE,IndustrialInternet:PushingtheBoundariesofMindsandMachines,Nov26,20122010~2025全球产业互联网如果发挥1%的威力来源：GE系统效率提高1%270亿美元铁路系统效率提高1%630亿美元医疗飞机节约1%燃料300亿美元节约1%燃料600亿美元电力资本支出降低1%900亿美元石油产业互联网模型德国工业4.0参考模型RAMI4.0产品/装备/控制设备/工段/车间/企业原型实物全生命值链以零件、机器、工厂为代表端到端的集成全层级工业系统

纵向集成/横向集成CPS功能视图商业层功能层信息层通信层集成层资产层

商业CRM/ERP/计费及支付系统等运营信息应用预测优化监测与诊断配置部署管理分析数据API/UI逻辑/规则控制控制建模设备管理实体抽象化网络通信感知执行物理实体美国产业互联网参考模型CPS

（信息物理系统）模型云计算、大数据、工业APP等服务工业数据集成平台供应链管理SCM产品研发仿真生产过程仿真监控系统SCADA企业资源计划ERP生命理PLM物流仓储管理WMS制造执行系统MES排产、管理、物料、生产、质量、设备分布式控制系统DCS其他现场控制系统新型智能设备传感器执行器控制器传感器/执行器仪器仪表传统生产设备其他设备外部数据服务企业管理层运营管理层现场控制层互联互通网络信息设备安全智能制造的层次纵向生产管理控制三个层次-----经营决策、计划调度和生产控制；横向产品生命个领域-----产品设计、工程实施、生产运行和产品服务。见ANSI/ISA65IEC62264-3智能管理体现在各类运营管理系统与某著名企业应用、云计算、电子商务和社交网络的集成应用。包括ERP/MRP/HCM/CRM/EMS等软件DFMPRO软件可自动判断三维模型的工艺特征是否可制造和可装配；CADDoctor软件可自动分析三维模型的问题；拓扑优化技术可减轻结构的重量；系统仿真技术可在概念设计阶段分析与优化产品性能；PLM可扩展到需求管理和工艺管理。日本MAZAK的智能机床配备了针对加工热变位、切削震动、机床干涉、主轴监测、维护保养、工作台动态平衡性及语音导航等智能化功能，可以自行监控机床运转状态并反馈，从而大幅提高机床运行效率及安全性。美BigbellySolar公司生产的智能垃圾桶内含压缩机，会在垃圾快满时将垃圾的体积压缩至原来的1/5，并自动联网发送包括地理位置等信息至垃圾处理中心。R&R公司对航空发动机产品提供保修服务，按飞行小时收费，实现与航空公司双赢。科学决策运营模式创新生产模式创新商业模式创新智能决策智能研发智能管理智能物流智能装备智能产线智能车间智能工厂智能产品智能服务先进产品先进工艺智能制造与智能企业先进技术的汇聚SemiconductorsAdvancedMaterialAdditiveManufacturingBio-manufacturing半导体技术先进材料技术添加制造技术生物制造技术未来20年最有潜力从根本上改变制造业的四大领域大数据参考：美国国防分析协会报告---EmergingGlobalTrendsinAdvancedManufacturing智能制造技术美国总统执行办公室和美国总统科技顾问委员会

2014年10月联合对外发布《振兴美国先进制造业》（AMP2.0）三大优先领域制造业中的先进传感、先进控制和平台系统虚拟化信息化和数字制造先进材料制造未来产品价值变化的三大趋势：

硬件创造的价值体现在软件；

网络连接的价值转向云；

商业模式从产品转向服务。产品生命参考：DigitalManufacturingandDesignInnovationInstituteUpdate，29November,2014计算机控制系统伺服驱动系统工作装置计算机控制系统测量信息反馈伺服驱动系统工作装置制造全过程的数字化供应设计制造质检销售维修回收再用数据信息决策价值参考：DigitalManufacturingandDesignInnovationInstituteUpdate，29November,201400110101001001001001101001010100111001010011110010001001000100100010001001010010011010100100100100110100101010011100101001111001000100100010010000011010100100100100110100101010011100101001111001000101100101001111001000100100010010001000100101001000100100010010001000100101000100100010001001000110101从数字化到智能化生产加工

智能化AR/VR需要有Gbps级的带宽，才能有好的用户体验AR（增强现实）与VR（虚拟现实）

的应用AR是在VR基础上加入人的动作，增强人的体验VR/AR可以用在军事训练、模拟设计、培训、教育、娱乐、旅游、医疗和在线销售等方面5G应用需求及与4相比的性能改进(Mbps)用户体验数据率频谱效率某著名企业性(km/h)无线接口延时(ms)连接密度（1/km²）能效流量密度(Mbps/m²)峰值速率(Gbps)100X35001X1000102010611110100.1X100350X101054G增强移动宽带大规模物联网超可靠低延时5G无线关键技术大规模天线阵列超密集组网新型多址全频谱接入时域码域频域SCMA/PDMA/MUSA低频与高频混合组网从1G到4G基本是面向个人的通信，5G将面向产业应用作为主要目标！5G扩展某著名企业互联网的应用4G100Mbps3G1G2G2Mbps200kbps5G10GbpsftftftftFDMATDMACDMAOFDMA计划2020年商用频分多址时分多址码分多址正交

频分多址某著名企业通信十年一代，峰值速率十年千倍！某省市和企业网等应用需要低功耗广域物联网，光纤和2G/3G/4G网络虽可用但不经济，

因此接入到运营商网络的物联网终端仅有6%。2016年6月3GPP通过了NB-IOT标准，避免物联网碎片化，其特点：广覆盖：在同样的频段下比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍；大连接：一个扇区能支持10万个连接，比现网高50~100倍；低功耗：终端模块功耗为2G的1/10，待机时间可长达10年；低成本：单个接连模块目标1美元。NB-IOT工作在段，射频带宽相当GSM的一个载波，可部署于现网。目前FDD半双工方式，单天线，下行OFDMA，上行SC-FDMA，支持20kbps(3.75kHz)和250kbps(15kHz)200kHz180kHz(48个/12个子载波）10kHz10kHz保护间隔子载波间隔上行3.75kHz/15kHz，下行15kHz保护间隔窄带物联网

（NB-IOT）

优化低功耗广域应用2016.08.05Sources:净荷

IPv6地址数：=约

340,282,366,920,938,463,374,607,432,768,211,456

IPv4地址数网民人均IPv4地址美国6.34个中国0.5个目前已无余量ChinaIPv6Deployment:7.61%Prefixes:5.77%TransitAS:24.8%Content:14.62%|Users:0.24%Facebook新建的一些数据中心已经是纯IPv62015年5月IPv6流量占比：KDDI18%,cast37%，AT&T52%,VerizonWireless69%。采用Android,IOS的某著名企业终端在双栈环境下IPv6访问优先。流标记版本优先级净荷长度下一头部最大跳数源地址（128bits）目的地地址（128bits）加密净荷IPsec头IPsec尾部全球IPv6使用开始起飞4,294,967,296(约43亿）产业互联网需要支持大连接实时并发接入，云计算也需要大量地址。4GVoLTE终端同时在线率为2G/3G的近40倍IPv6使用IPsec给信息内容过滤带来困难，但海量的真实地址支持溯源，结合位置服务技术可以开发更多新应用，用户体验显著优于IPv4和NAT（私有地址翻译)1950s大型计算机2010s某著名企业智能终端(包括平板电脑）1980s个人计算机1990s笔记本计算机电子数字计算机发明于1946年，第一台占地170平方米性能不及现在的计算器美国1985年的

超算机Cray-2性能不及iPad2小型计算机1960s1997年1GB闪存卡价格$7,992现在25美分美NASA1975年500万

美元的超算机Cray-1性能不如

iPhone4计算无所不在1980年1GB要1百万美元压力传感器中

1mm³芯片的计算机包含了太阳能电池、薄膜电池、存储器、和射频及天线全球最高峰值速度：

2010.11月,天河1号4.7千万亿次/秒;2013.6月起，天河2号以5.49亿亿次/秒蝉联冠军六次，2016年6月20日“神威太湖之光”速度为12.54亿亿次/秒！超级计算机能力：十年千倍！PC能力1980’2000’2020’Memory256K256M256GBDisk10M10G10TAccessBandwidth1.2Kbps1.2Mbps1.2GbpsPC的能力每20年提高1000倍！计算的成本十年下降近一万倍！

存储器成本十年下降近2万倍！天河2号使用了312万个CPU核，1.6万个芯片，但芯片主要来自Intel公司，2015年美国商务部禁止Intel向天河2号供应芯片。“神威太湖之光”有4.1万个芯片，每个含260个核，全部为自行开发。美国目标是2020年构建计算能力达到E级（）即天河二号的百倍，在20MW功率约束下，能效超出现有系统百倍甚至千倍的超级计算系统2016年7月中国宣布

启动百亿次新一代超算研制！超级计算机全球TOP500超级计算机能力（Gflops)数据服务IDC云计算云服务数据库80’年代90’年代00’年代10’年代20’年代Software/Application-as-a-ServiceCollaborationFinancialsCRM/ERP/HRIndustryApplicationsSaaS（软件即服务）--提供软件按需租用Infrastructure-as-a-ServiceIaaS（基础设施即服务）

--提供设备外包服务Sharedvirtualized,dynamicprovisioningDataCenterFabricServersNetworkingStorageDataProcess-as-a-ServiceDaaS(数据即服务）DataMiningDataServiceDataCollectDataOpeningPlatform-as-a-ServicePaaS（平台即服务）--提供开发环境DevelopmentToolingJavaRuntimeDatabaseMiddlewareWeb2.0ApplicationRuntime云计算政府游戏交通能源SmartMove行业媒体解决方案智能客服精准营销路况预测预警监控数据管线数据PaaS应用开发加速APINotebook规则引擎NLP引擎分析引擎评分引擎推荐引擎关系网络可视化引擎人群放大文字识别DataLakeBI报表机器学习数据同步数据开发加速管理控制台数据开发IDE开发环境数据管理数据质量数据监控MaputeAnalyticDB流计算阿里云的大数据平台----数加公有云支撑中小企业发展BAT利用其电商与搜索或社交能力，开展云服务，为企业客户提供IaaS(存储资源）、SaaS(软件租用)、数据挖掘、云加速与云安全等服务。某著名企业的云服务。中国某著名企业与华为合作的天翼云3.0。语音交互计算引擎构件化语义化智能化服务化1972年阿波罗登月飞行器软件仅有4K的代码空客飞机软件10亿行代码日本高铁的列控软件有数百万行代码雪佛兰、奔驰新车软件规模1000万行到1亿行 WindowsOS

超过3000万行代码智能手机操作系统

上百万行代码Google的搜索、Gmail、地图等互联网服务软件总共达到20亿行代码！中国2015年软件和信息技术服务业占电子信息产业比重28%，实现软件业务收入4.3万亿元，同比增长16.6%，2020年规划达到8.8万亿元。华为传感器

10k代码Dropsource自动代码编写平台可根据用户输入的软件开发目标和功能自动编写APP程序。软件定义一切软件从互联网环境发展到普适计算环境，用户数量和复杂度剧增。

软件的应用无所不至，现在到了软件定义一切。面向模块

的设计面向数据的设计面向事件

的设计面向用户

的设计面向对象

的设计面向认证

的设计财务管理人事管理购销管理成本核算MRPPLMSCM

ERPCRM供应链管理价值链管理生态链管理MRP物料需求计划MaterialRequirementsPlanningMRPII物料/资金信息集成面向企业ManufacturingResourcePlanningERP某省市场/制造企业/某省市场信息集成面向供需链EnterpriseResourcePlanning

协同商务

财务管理价值管理供应链管理客户关系管理资源计划管理人力资源管理物流管理ProductLifecycleManagementSupplyChainManagementEnterpriseResourcesPlanningCustomersRelationshipManagement企业

信息化行业信息化财务服务——财务共享、人力共享、全业务共享数字营销——社会化营销、全渠道零售、客户化经营、数字化客服企业协同——企业空间企业管理信息化数据资源管理（ETL；数据交换中间件；分布式消息系统；pub-sub发布订阅模式）数据可视化文本可视化、网络（图）可视化、时空数据可视化、多维数据可视化、可视分析的交互并行数据加载事务型数据库（在线业务数据）流处理技术Hadoop（低价值密度数据）半结构化数据OLTP非结构化数据结构化数据HIVEPIGMapReduceHDFS来源：中国信通院，南大通用数据技术公司大数据应用大数据平台数据源数据挖掘机器学习、人工智能、模式识别、聚类分析、知识探索，关联关系智能BI大数据化的BI，与典型行业应用相结合分析安全与隐私保护

访问控制、匿名技术、数据挖掘过程中的隐私保护、云存储审计、数据存储加密MPP数据库（高价值密度结构化数据）DW某省市某省市某省市元数据索引数据列存储粗粒度索引压缩技术SQL优化动态扩展资源管理大表关联并行数据加载锁机制索引SQL优化SQL执行备份恢复监控管理断点处理缓存技术事物数据完整性大数据技术MIT研发的数据科学机器

（DataScienceMachine---DSM）

软件利用关系数据库不同表间

的结构化关系自动建模。借助外部数据实现精准营销已上线功能：身份核实、位置比对、二次卡清理、位置验证、行为评估、企业征信研发的功能：呼叫状态验证、终端验证、消费得分、风险评分、交际图、亲密度、活跃度等数据源上网流量、IP溯源用户资料、详单、网间结算某著名企业已服务于招行、蚂蚁金服、大众汽车、高通公司、新华社、住建部、交通部，提供互联网金融、风控产品、征信、旅游、广告等行业的大数据挖掘服务的委托BSS数据OSS数据FTP服务器处理采集加载GreenPlumHadoop格式转换与模型转换数据脱敏数据管理数据服务

网关服务数据提供审核服务发布申请服务发布服务封装审核模型发布申请模型发布模型创建：指标+规则标签+规则数据挖掘关联分析建模数据集就绪审核数据挖掘需求提出数据挖掘需求识别终端品牌和APP类型云数据能力开放平台隔离、脱敏、标识、授权、审计富裕产能的企业通过分享平台向中小微企业开放工厂资源；科研单位将闲置的仪器和科研平台对社会开放；贵阳的“货车帮”在200万注册货车司机与50万认证货主间建立平台，有效提升物流效率，2015年就帮助货车某省市了500多亿元的燃油成本，还延伸到保险、仓储、维修、汽配和供应链金融等服务；重庆“猪八戒网”在设计者与500万中小微企业间搭桥，实现设计资源的分享；深圳“码客帮”

有上万名注册程序员自由组合成不同的团队，已为40多个双创团队和传统企业的转型提供技术支持服务。分享经济助力产业互联网利用某著名企业互联网和大数据搭建调度平台，灵活调配社会闲置资源产业互联网加快了信息化与工业化的融合，越来越多的工业控制系统开始联入企业的内网