数字基础及运营 7

第8章

工业互联网8.1工业互联网概述8.2工业互联网平台的体系架构及核心技术8.3工业互联网平台应用案例8.4工业互联网平台赋能产业链供应链8.5工业互联网平台运营模式8.6区块链赋能工业互联网8.1.1工业互联网发展的动因1.技术突破焕发创新潜能，驱动工业互联网快速发展2.企业数字化转型加速，牵引工业互联网创新发展3.先进制造业发展路径明晰，推动工业互联网步入发轫阶段4.生态系统勾画国家竞争力新内涵，促进工业互联网体系日臻完善8.1.2工业互联网的概念与内涵第一个工业互联网提案——美国GE“工业互联网”—2012年末，美国GE公司提出的关于产业设备与IT融合的概念—定义：基于开放、全球化的网络，将设备、人和数据分析（工业互联网三要素）连接起来，用过对大数据的利用与分析，升级航空、医疗装备等工业领域的智能化，降低能耗，提升效率。工业互联网1.智能机器人2.先进分析3.工作中的人工业革命通过先进的传感器，控制和软件将全球设备，机群和网络连接起来信息革命将基于物理世界的分析预测算法，自动化和专业领域知识结合起来决策者、执行者将任何时间段工作和移动的人员连接起来支撑更加智能的设计，运作，维护和更高的服务质量和安全工业互联网提出的背景●GE要为大量的工业、航空、医疗装备提供运维服务●

借助互联网、大数据的，可以显著提高服务质量，实现增值—【传统方式】数据获取、计算分析和决策优化分离，围绕历史数据分析的结果难以实时、精准作用到设备运行过程—【工业互联网】设备、人和数据互联，三个过程实时、并行开展，数据分析同步反映设备状态，实时控制设备动作、精确优化运行效率由此带来的“1%的威力”—1%提效创造1万亿美元市场：■中国，未来15年燃气发电机组能耗降低1%，节约80亿美元燃料；

油气勘探开发的资本利用率提高1%，则能省下70亿美元；

铁路网络的运输行业运营效率提高1%，又能省下20亿美元燃料成本。■全球，燃气发电厂生产效率提高1%，将节约价值660亿美元燃油；

石油天然气勘探开发的资本利用率提高1%，每年将减少近900亿美元支出；铁路、航空、医疗、电力、石油天然气行业提效1%，15年内带来2760亿美元增长传统制造系统存在的问题①感知深度不足■传统仪表自动化系统仅感知过程变量■信息维度低、难以反映物理过程深层次动态特性②互联广度不足■跨领域信息孤岛难以互联互通■无法准确描述领域间复杂关联关系，

决策全局性差③分析的综合预见性不足■对工业运行数据的挖掘深度不足■导致决策不准确、盲目提升感知深度视觉感知相比传统温度变送器：■从检测“温度点“，到感知“温度场”■感知信息具有更高的维度和更大的信息量■为实时，精准优化制氢过程提供可能■通过多路摄像头感知对温度场建模、分析与实时调节实例：美国“智能过程制造（SPM）”计划，制氢工厂提升互联广度实例：德国“数字工厂”项目生产规划产品规划产品设计试制量产使用服务数字工厂提升分析预见性实例：欧洲“KnowledgebasedFactory”项目制造业的需求——以互联网为代表的新一代信息技术与制造系统深度融合2022年3月5日《政府工作报告》再次强调“加快发展工业互联网”。习近平总书记曾强调指出：“工业互联网正在赋能千行百业的数字化转型，推动我国数字经济进入全面发展的新时代，并成为高质量发展的重要引擎。”

最初，工业互联网被认为是应用于工业生产环境的高可靠、低延时、安全泛在的互联网，是实现生产机器、工业产品、控制系统、信息系统和人之间泛在连接的重要基石。当前，工业互联网被认为是由网络、平台、安全构成的体系，是互联网和新一代信息技术在工业全领域、全产业链、全价值链中的融合集成应用，是一个巨型复杂的网络制造生态系统，通过机器、零部件、控制系统、信息系统、产品及人之间的互联互通，基于对工业大数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析，驱动企业在技术研发、开发制造、组织管理、生产经营、市场营销等方面开展全向度创新，促进产业链上/下游的融合与产业生态的协同发展。2015年，我国政府工作报告中提出，将建设工业互联网作为落实“互联网+”的行动计划，推动两化深度融合的重要手段之一。

工业互联网是满足工业智能化发展的需求，具有低时延、高可靠、广覆盖特点的关键网络基础设施，是新一代信息通信技术与先进制造业深度融合所形成的新兴业态与应用模式。工业互联网包括网络、平台、安全三大体系。（1）网络体系是基础。（2）平台体系是核心。（3）安全体系是保障。工业互联网的内涵从信息网络维度，对平台的四个定位：从信息网络视角看，工业互联网是计算机网络在工业的延伸■按照计算机、网络、软件定义的思路，解构传统工业系统■遵循灵活、开放、生态的原则，重新组织工业系统运行一、工业互联网平台是传统工业云平台的迭代升级——大量工业用户参与的软件生态二、工业互联网平台是新工业体系的“操作系统”——扁平、灵活、软件定义的组织架构三、工业互联网平台是资源集聚共享的有效载体——各方资源汇聚，社会化协同生产四、工业互联网平台是打造制造企业竞争新优势的关键抓手——平台/生态成为企业垄断地位的标志工业互联网本质内涵：“人-机-物”深度融合的智能网络空间主要特征：①三元融合■人行为模型■工业过程模型■信息系统模型②时空关联■实时反映工业过程的时空变化③平行演进■信息空间与物理空间同步演进④智能涌现■实现工业过程的自感知、自分析、自优化、自执行工业互联网本质内涵：“人-机-物”深度融合的智能网络空间主要特征：①三元融合■人行为模型■工业过程模型■信息系统模型②时空关联■实时反映工业过程的时空变化③平行演进■信息空间与物理空间同步演进④智能涌现■实现工业过程的自感知、自分析、自优化、自执行智能网络空间问题网络空间体系架构和演进

——时延敏感网络新架构及网络行为特征数据科学问题——多源异构、时空关联大数据分析网络空间安全问题

——信息与物理一体化安全从智能制造维度，工业互联网不是一张网，是互联的工业系统企业内部：■制造系统互联：各类制造设备互联■管理—控制互联：业务系统与控制系统互联跨企业间：■产业链上下游企业互联，构成制造网络互联工业系统的需求：■互联的最终目的是为智能决策提供支撑，进而实现工业过程的运行优化■亟需大量与工业过程相关机理、运行、优化知识的高效获取、融合、处理与应用工业互联网发展的目标：由“信息网络支撑的互联智能”向“知识驱动的自主智能”发展----202020252030主导技术：数字化主导技术：AI主导技术：互联网物联网制造信息空间制造物理空间

数字化深化应用-全过程的数字化集成当前状态当前目标互联智能-企业内互联-跨企业互联-生命周期互联未来目标自主智能-工况自感知-工艺自学习-装备自执行-系统自组织当前未来“工业智脑”的构建（MI）现有工业控制系统特征：①智能：依靠人的编程输入，无法演进②通信—计算：分布式采集-集中式计算③感知：仅可感知、检测过程量“工业智能”特征1.系统自主学习自我优化能力2.以连接为特征的分布式计算能力3.跨媒体信息融合认知能力人脑特征：1.智能发育2.神经网络3.视听触觉发展动力——技术-模式双轮驱动

“技术”推动“模式”演进，二者共同作用，实现跨越式变革现有工业互联网平台：仅提供信息技术支撑架构（末梢感知+骨干神经）技术模式物联网、大数据、互联网、云计算……个性化定制、远程监控、预测性维护、云制造……8.1.3工业互联网的本质与特征1.工业互联网的本质（1）工业互联网是机器、数据和人的融合。（2）工业互联网是实现数据价值的技术集成。（3）工业互联网是基于互联网的巨型复杂创新生态系统。（4）工业互联网是基于互联网平台的双创体系。2.工业互联网的典型特征（1）数据资产化，价值无极限。（2）生产可定义，动态可调整。（3）组织虚拟化，创新无边界。（4）IT/OT融合化，知识可复用。8.1.4工业互联网标准体系结构8.2工业互联网平台的体系架构及核心技术工业互联网平台功能架构——摘自《工业互联网平台白皮书（2017）》，工业互联网产业联盟工业互联网平台功能架构工业互联网平台关键技术——摘自《工业互联网平台白皮书（2019）》，工业互联网产业联盟工业互联网平台核心技术一是平台边缘功能由数据接入向智能分析演进二是模型的沉淀、集成与管理成平台核心能力三是数据管理与分析从开源工具走向成熟商业方案四是平台架构向资源灵活组织、功能封装复用、开发敏捷高效加速演进8.3工业互联网平台应用案例1、工业互联网平台应用三大发展层次（1）层次一：基于平台的信息化应用

得益于平台的“连接+数据可视化”能力，传统的生产管理类信息化应用得到更为广泛的普及。其中，在生产监控分析领域应用最为广泛，在物料管理、排产调度等方面也有初步探索。微软、思科、罗克韦尔、树根互联、宝信、阿里云等企业的平台均推出了面向生产过程可视化应用。这类应用主要提供数据汇聚和描述基础，帮助管理者直观了解工厂运行状态，其更高价值的实现依赖于在此基础之上的更深层次数据挖掘分析。基于平台的“软件上云+简单数据分析”在客户关系管理、供应链管理和部分企业计划资源管理领域获得应用，有效降低中小企业软件使用成本如SAP、Oracle、Salesforce、微软、用友浪潮、金蝶等企业提供大量管理软件SaaS服务。如Salesforce所提供的云化CRM软件服务已聚集超过15万客户，同时除通用软件工具之外，还提供基于社交网络的客户关系与需求分析，为中小企业提供销售渠道服务。用友提供采购、供应链、物流、财务、人力资源等工业云服务，服务工业企业客户44万家。（2）层次二：基于平台大数据能力的深度优化

基于平台的大数据能力，以“模型+深度数据分析”模式在设备运维、产品后服务、能耗管理、质量管控、工艺调优等场景获得大量应用，并取得较为显著的经济效益GE、西门子、ABB、富士康、树根互联、东方国信、日立、C3IoT等企业已经推出了上百个上述类型的应用服务，如Uptake帮助美国最大核电站PALOVerde，通过提高资产性能，实现每年1000万的成本节省，成本降低20%。又如青岛纺织机械厂依托海尔COSMOPlat平台通过数据采集及分析实现设备远程运维，每年可节省96万元，宕机时长从每次的三天缩短为一天，可降低直接损失64万/次。（3）层次三：基于平台协同能力的资源调配和模式创新

借助平台整合产业链资源，探索制造能力交易、供应链协同等应用，成为部分企业的实践选择。如智能云科依托iSESOL平台开放共享自身生产力，提高闲置设备的利用率，目前已对24000台机床提供超过533万小时的交易共享服务。再如中船集团利用船海智云平台对船舶制造企业、船用设备制造企业等开展纳期监控等应用，提升供应链协同水平基于平台进行深层次的全流程系统性优化尚处在局部的探索阶段。无论是产业链、价值链的一体化优化、产品全生命周期的一体化优化、还是生产与管理的系统性优化，都需要建立在全流程的高度数字化、网络化和模型化基础上。工业互联网平台应用优化价值视图数据分析深度与工业机理复杂度决定平台应用优化价值和发展热度基于对国内外366个平台应用案例1的分析发现，当前工业互联网平台应用主要集中于设备管理服务、生产过程管控与企业运营管理三大类场景，占比分别达到38%、28%和18%国外工业互联网平台应用分布统计我国工业互联网平台应用分布统计2、我国大中小企业基于平台并行推进创新应用与能力普及

工业互联网平台对制造业数字化转型的驱动能力正逐渐显现，大企业依托平台开展工业大数据分析以实现更高层次价值挖掘中小企业应用平台云化工具以较低成本实现信息化与数字化普及，基于平台的制造资源优化配置和产融对接。推动制造业向更高发展水平迈进。（1）大企业围绕“强化数据、创新模式”重点聚焦高价值应用

一是对特定场景进行深度的数据分析挖掘，优化设备或设计、生产、经营等具体环节，在现有基础上借助平台增强能力。为有效避免设备故障造成的巨大损失，西安陕鼓动力与北京工业大数据创新中心合作，基于平台对远程机组状态进行数据分析，为设备健康运行与维修保养提供有效指导，实现正常检修工期缩短33.3%以上，平均节约设备管理内耗成本42%。又如航天电器利用INDICS平台建立多种因素与质量关键KPI的关联关系模型，对设备、工艺、检测等数据进行质量关因分析，实现不良品率降低56%二是对产业链条进行要素打通并叠加一定程度的数据分析，提升上下游协同与资源整合能力，积极拓展创新型应用

如海尔基于COSMOPlat平台对用户需求、反馈与制造能力数据进行整合与分析，某新产品上市周期由6个月降低至45天，8年时间内产品实现3次迭代升级，价格提升10%以上。（2）中小企业围绕“抓资源、补能力”诉求布局平台应用。

通过平台融入到社会化生产体系中以获得潜在的订单与贷款，成为当前中小企业平台应用的核心诉求如依托生意帮的协同制造管理平台，62家具有闲置产能的中小企业获得了总数为470万个车牌的生产订单，盘活了153台闲置设备，交付周期由90天缩短至14天。又如超过13000家中小微企业接入至天正公司的I-Martrix平台，通过对生产设备数据与工业信用数据的交叉分析，使金融机构能够更准确评估中小企业的信用等级，从而实现精准放贷。目前已为超过1200家中小微企业提供了近13亿元的放贷额通过平台获取经营与生产的信息化管理能力，也是我国中小企业使用平台的重要目的

针对数字化能力补课需求，中小企业通过平台低成本云化部署MES、ERP等系统，成为中小企业上云的重要场景。如南康家具加工中小企业通过租用江西工业云平台的云化SaaS服务，提升企业经营管理与产业协作水平，平均每家企业可节约10万元/年的成本。又如，东莞爱电电子通过部署盘古信息的智能管理系统，实现了物料、工单信息的可视化与生产异常的实时报警，错料事故由每月4次降为0，工单完工清尾时间较少45分钟。3、业务聚焦催生以五类平台主体为核心的新型产业体系连接与边缘计算平台云服务平台通用PaaS平台工业数据分析与可视化平台工业PaaS平台国外工业互联网平台产业视图国内工业互联网产业视图4、工业互联网平台未来展望

（1）平台创新与竞争的大幕刚刚拉开，未来将有更多主体进入这一领域，但只有少数能最终构建起自己的“平台经济”（2）伴随平台成熟与应用深化，构建面向业务与数据的服务体系将可能成为平台建设的关键与核心在平台架构基础上，将数据分析能力和应用开发能力进一步分层和解耦，沉淀公共模型、工具和能力，为跨领域跨行业应用封装和开发提供更体系化的支持，快速、灵活的满足工业应用需求例如，阿里巴巴提出打造业务中台和数字中台，其中业务中台由一系列成熟服务组成，支撑功能抽象和重新组合，数据中台由建模工具、算子等分析工具等组成，支撑低门槛数据分析工程。（3）工业APP

创新能力与应用交付能力将是平台价值实现的关键，具有工业积淀的企业短期优势更为明显未来，随着工业数据、机理、知识的沉淀，传统软件功能的进一步解耦，新型工业APP可以基于通用功能的组合集成快速交付，具有更好第三方开发者生态的平台将快速兴起。（4）生态建设将成为下一阶段平台产业发展的主线（5）平台应用短期仍将以设备侧与工厂侧为主，长期看消费侧将逐渐发力，并最终实现汇聚打通。长期来看，随着工业互联网平台从需求预测到资源调度、从产品设计到产品服务、从生产优化到运营管理的各类场景中逐步深入应用，工业全流程、产业全链条将不断提升数字化水平并实现数据资源积累，面向产品、用户和协同企业的消费侧应用将逐渐发力，规模化定制、金融服务、制造能力交易等新兴模式未来将不断普及并成为主流。最终，各类应用实现集成互通，工业系统全要素、全流程、全生命周期系统性协同优化将成为现实。（6）平台治理将成为政府与企业必须面对的重要问题，数据确权、数据流转与平台安全是关键在可以预见的未来，面对工业数据这一重要的战略资产，平台供需双方之间、平台与平台之间、平台相关的不同参与主体之间的数据交互将会不断增多和加深，数据确权、数据流转和平台安全将成为平台治理的关键环节。面向平台的数据交易、数据变现和数据增值等需求，开展相关标准和法律研究，加强政府引导监督和平台安全风险防控，构建统一的数据管理规则和应用评估机制，是建立健全工业互联网平台治理体系的重要途径。8.4工业互联网平台

赋能产业链供应链

杭州电子科技大学管理学院李晓背景当前，新一轮科技革命和产业变革加速发展，世界贸易和产业分工格局发生重大调整，大国博弈日益复杂尖锐。在复杂性、不稳定性、不确定性显著增强的发展环境中，产业链供应链遇到了前所未有的挑战。只有安全稳定的产业链供应链，才能有效应对复杂多变的环境。随着我国《“十四五”规划》的正式提出，习近平总书记在建议中将产业链与供应链两个名称首次作为一个整体概念提出，随后产业链供应链一词进入大众视野，并在短时间内大量转载，可见产业链供应链的概念得到中央政府和企业的高度重视。工业互联网等新兴技术为发展安全可靠的产业链供应链提供了前所未有的机遇。工业互联网具有泛在连接、云化服务、知识积累、应用创新四大特征，这正是产业链供应链网络结构形成的必要条件。杭州电子科技大学李晓8.4.1工业互联网助力传统供应链解决问题传统供应链管理中存在的问题：

（1）传统供应链缺少设备实时监控（2）传统供应链上下游协同困难（3）传统供应链缺乏快速响应能力（4）传统供应链存在信息偏差与滞后（5）传统供应链信息共享不充分（6）传统供应链缺乏应对风险冲击的弹性杭州电子科技大学李晓工业互联网的作用主要体现在以下三方面：

（1）提供新型基础设施，加速供应链数字化转型。工业互联网提供了新型供应链基础设施支撑，为供应链数字化转型提供了必不可少的网络连接和计算处理平台，加速供应链数字化进程。工业互联网赋能供应链多方面的数字化转型：包括供应链决策控制，供应链运营，物件数码化和管理标准化，全生命周期管理、采购、以及信用和金融等方面。杭州电子科技大学李晓杭州电子科技大学李晓（2）促进资源优化配置，推动产业价值链延长。工业互联网能促进各类资源要素优化配置和产业链紧密协同，帮助供应链上下游企业创新产品和服务研发模式、优化生产制造流程，不断催生新模式新业态，延长产业价值链。（3）加强供应链可视化，形成全流程智能化供应链。工业互联网将促进传统工业制造体系和服务体系再造，推动物流运输、仓储全流程可视化，供应链全流程线上协作，高度智能化等为显著特征的数字化供应链的形成。该数字化供应链是一个数字化网链结构，与传统供应链相比，在交互智能化、产品个性化、制造服务化、组织分散化、网络生态等方面具有优势。8.4.2基于工业互联网的供应链内涵与结构基于工业互联网的供应链是以工业互联网为基础，以降本增效为目标，以客户为中心，以人工智能、数字孪生等新一代信息技术为手段，实现供应商、制造商、分销商、零售商全面连接、高效协同、智能决策的数字化网链结构。工业互联网赋能传统物理世界的供应链面向数字世界的延展，形成双向映射、动态迭代的立体式结构，如图所示。杭州电子科技大学李晓数字世界的供应链将全链路全流程打通的数据流以及基于数据分析作出科学判断的决策流反馈给物理世界，指导物理世界供应链中各参与企业发现问题、解决问题。工业互联网通过实现物理世界供应链与数字世界供应链的双向映射、实时动态迭代，可赋能各行业供应链持续优化提升，不断升级数字化、网络化、智能化水平。杭州电子科技大学李晓传统物理世界的供应链以供应商、制造商、分销商、零售商自身的企业目标为核心，虽有平面级的简单连通，但缺乏深度协同。杭州电子科技大学李晓下表从驱动流程、需求预测、数据共享、柔性弹性、运输过程、供应链风险成因、供应链组织结构七方面对比了传统供应链和基于工业互联网的供应链。8.4.3“工业互联网+供应链”模式的应用场景1.实时生产设备数据监控，全生产过程资源配置优化杭州电子科技大学李晓2.高效协同产业链上下游，驱动全供应链数字化转型杭州电子科技大学李晓5.技术融合打造创新应用，全面赋能物流数智化升级4.精益化管理全生命周期，推动产品面向服务化延伸3.精准对接客户个性需求，柔性生产组织大规模定制8.5工业互联网平台运营模式1.专业服务2.功能订阅3.交易模式4.金融服务模式5.其它模式工业互联网平台运营展望（1）平台创新与竞争的大幕刚刚拉开，未来将有更多主体进入这一领域，但只有少数能最终构建起自己的“平台经济”。（2）伴随平台成熟与应用深化，构建面向业务与数据的服务体系将可能成为平台建设的关键与核心。（3）工业APP创新能力与应用交付能力将是平台价值实现的关键，具有工业积淀的企业短期优势更为明显。（4）生态建设将成为下一阶段平台产业发展的主线。（5）平台应用短期仍将以设备侧与工厂侧为主，长期看消费侧将逐渐发力，并最终实现汇聚打通。（6）平台治理将成为政府与企业必须面对的重要问题，数据确权、数据流转与平台安全是关键。8.6区块链赋能工业互联网2017 年 10 月 30 日，国务院常务会审议通过了《深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》。这是我国推进工业互联网的纲领性文件，将为当前和今后一个时期国内工业互联网发展提供指导和规范。《意见》指出工业互联网是连接工业全系统、全产业链、全价值链，支撑工业智能化发展的关键基础设施，是新一代信息技术与制造业深度融合所形成的新兴业态与应用模式，是互联网从消费领域向生产领域、从虚拟经济向实体经济拓展的核心载体。2019年10月24日下午，习近平主席在中央政治局第十八次集体学习时强调：把区块链作为核心技术自主创新重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新发展。当前，工业互联网连接规模变大，端到端的连接和交易也将更为频繁，需要通过区块链将产业链上下游间的数据上链，有助于实现核心企业生态内共享、工业企业间互信共享、工业互联网平台间价值共享，利用区块链技术为工业“网络化生产”推进中遇到的生产协同、工业安全、信息共享、资源融合、柔性监管等挑战提供相应的解决方案。2020年3月20日,工业和信息化部印发的《关于推动工业互联网加快发展的通知》提出,提升工业互联网平台核心能力需以区块链等新技术作为支撑。基于区块链的工业互联网应用举例在工业互联网平台提供的供需能力撮合模块，区块链技术起到了分布式的监管模式，保障企业需求各确认环节的内容不可修改，提高供需撮合效率。在工业品交易环节,利用区块链技术保障交易双方的利益与数据安全。在云产品和服务的供给过程中,基于统一数字身份认证、共识机制、智能合约技术，推动企业登云补贴政策数字化执行和监管，实现数据流通、溯源、确权及交易,为工业企业提供安全保障。通过搭建以上架构的工业云平台，将更好的解决云平台在生产制造过程的数据采集、管理、服务和应用中面临的数据安全、数据信任、数据存储方式、数据价值服务等问题。基于区块链技术的工业云架构区块链+工业互联网场景（资料来源：天智公司）现行痛点：平台客户当发生经济纠纷时缺少可靠的交易凭证平台认证、金融机构缺少全面可信的依据外协外购交易区块链利用区块链时间戳、分布式存储特性，完整账本在