李伯虎：构建高质量工业物联网系统

  以科技革命与产业变革为主要内容的新一轮工业革命正在全球快速展开。工业物联网作为信息通信技术、智能科学技术与工业深度融合的产物，是实体经济与数字经济深度融合和实施新一轮工业革命的关键支撑。为此，各国纷纷制定推进工业物联网发展的相关战略规划，比如，美国重视前沿布局，对物联网的重视达到新高度。欧盟注重推进物联网向智能、通用、可信、开放的方向发展。我国实施《工业互联网创新发展行动计划（2021—2023年）》，要实现实体经济与数字经济的深度融合等。

  工业物联网的发展，必须适应新一轮工业革命的发展，具体措施应从三个方面展开：一是构建高质量工业物联网系统，迈入智慧工业物联网新发展阶段；二是深入贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念；三是构建技术、产业、应用、人才、政策及保障体系一体化的创新发展新格局。

一、智慧工业物联网的概念

  工业互联网的名词及其初始理念于2012年由美国GE公司提出，我们将其解读为工业物联网1.0，其主要内涵是，将人、智能机器、高级分析系统通过网络融合在一起，通过数据/信息、硬件、软件和智能分析/决策的交互提高创新能力，优化资产运营，提升生产效率，降低成本以及减少废物排放，进而带动整个工业经济的发展。

  什么是智慧工业物联网？我们将智慧工业互联网解读为工业物联网2.0，其内涵是指在新发展理念和新一代人工智能技术引领下，借助新时代各类新技术跨界融合，贯穿于产品全生命周期的各个环节，具有自主感知、分析、认知、学习、决策、控制与执行等智能特征，实现工业全要素链、全产业链、全价值链智慧协同、开放互联的数字工业经济系统。具体来说，智慧工业物联网的特征表现在三个方面：一是虚实共生，综合集成高质量工业数字空间；二是虚实协同，全沉浸式的高质量工业智慧物联网系统；三是数实融合，即数字经济与实体经济融合发展的高质量载体。智慧工业物联网是一个复杂系统，它包含六大新的子体系，包括新工业产品/能力/资源子体系、新感知网络子体系、新平台子体系、新标准安全子体系、新应用子体系、新用户子体系等。

  智慧工业物联网作为一种新型高质量工业物联网系统，呈现出“八化”特征，即数字化、物联化、虚拟化、服务化、协同化、定制化、柔性化和智能化。其高质量表现在六个方面：一是新技术。即基于新型互联网，在新发展理念和新一代人工智能技术引领下，将人/机/物/环境/信息智慧地连接在一起。二是新模式。即一种以用户为中心，实现人/机/物/环境/信息的优化融合。三是新业态。即万物智联、智能引领、数/模驱动、共享服务、跨界融合、万众创新。四是新特征。即全系统及全生命周期活动中人、机、物、环境、信息能“自主智能”地感知、互联、协同、学习、分析、认知、决策、控制与执行。五是新要素与流。包括“六要素”与“六流”的集成优化，即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、资金及人才流、技术流、管理流、数/模流、物流、资金流集成优化，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。六是新目标。支持系统数字化转型与智慧化升级，实现创新、绿色、开放、共享、个性的目标。 

二、智慧工业物联网的体系架构

  智慧工业物联网系统的体系架构分为六组，从上至下，分别是新智慧工业资源/能力/产品层、新智慧感知接入通信层、新智慧边缘处理平台层、新智慧工业系统云端服务平台层、新智慧工业云服务应用层、新人/新的组织。每一层都有新的标准和安全管理作为支撑。这个体系架构适用于纵向、横向以及端到端的连接。其特点包括：边缘、云端协同；新一代信息通信技术与新制造技术融合；感知、接入、通信层虚拟化、服务化；以用户为中心的新智能共享服务。

  同时，各层又具有新的时代内涵及内容。新增的新智慧工业资源/能力/产品层，包括新的智慧工业资源、新的智慧工业能力及新的智慧工业产品；新智慧感知接入通信层，包括新的感知单元、新的网络、新的接口，以实现信息智慧的感知、接入、互联、融合等功能；新智慧边缘处理平台层，包括新的边缘智慧工业资源/能力/产品感知接入通信虚拟化的云池，边缘智慧服务共性件、基础件，实现新的边缘层工业支撑服务和实时处理能力；新智慧工业系统的云端服务平台层，包括新的虚拟智慧的工业资源/能力/产品/感知接入通信层，新的智慧工业云端服务支撑共性、工业服务功能层和新智慧用户界面等三层，以实现云端层的工业支撑服务；新智慧制造云服务应用层，呈现六大新模式；在新人或组织层，主要是参与制造系统和全生命周期活动的新人和新的组织。 

  智慧工业物联网是一个多维的技术体系层。首先是智慧工业物联网系统的技术子体系，包括系统总体技术、系统的感知与网络通信技术、系统的平台技术、系统的应用（工业/制造）分系统技术。其次是支撑技术子体系，包括新的工业技术、新一代信息通信技术、新智能科学技术、新工业应用领域的专业技术、新工业仿真/数字孪生技术和工业元宇宙技术。

  智慧工业物联网具有中国特色，它是以提高制造企业市场竞争力为目标，以两化融合为主线，其中国特色主要突出在五个方面：一是问题导向突出。以工业大国向工业强国迈进为导向牵引智慧工业物联网的建设，加快推进中国工业转型升级。二是智能科技突出。建立以智慧工业物联网新技术、新模式、新业态为核心的系统。三是工业2.0、3.0同步发展突出。处于数字化、网络化、智能化不同阶段的工业企业，都能够在工业云里面实现信息互通、资源共享、能力协同、产品智造、互利共赢、万众创新的转型升级。四是“政、产、学、研、金、用”团队力量突出。五是格局突出。即以国内大循环为主体、国际国内双循环相互促进的新发展格局。 

  智慧工业物联网是实体经济和数字经济的深度融合，有助于提高经济效益，推动产业结构优化升级，创造就业机会，提高国际竞争力，促进区域协调发展，保护环境资源，提升人们生活水平，促进科技创新等。

三、智慧工业物联网的初步实践

  目前，航天云网是智慧工业物联网的雏形，由中国航天科工集团航天云网公司研发，融合了十大专业技术：一是云网体系架构技术，实现人、信息、空间和物理空间融合。二是智能驱动的工业PaaS平台技术，支持多元异构应用场景的动态构建。三是智能工业APP快速开发技术，支持模型服务化封装和动态组合调度的工业APP的快速开发。四是集成优化技术，支持实现跨平台、跨领域的异构工业资源、数据和应用服务的互联、集成和优化。五是人工智能大数据服务技术，支持实现研发、处理和分析生产经营过程中产生的海量数据。六是智能云建模和仿真技术/数字孪生技术，支持仿真资源、环境布局的按需动态构建、全生命周期活动协同仿真及优化运行。七是“5G+边缘计算”，支持实现应用、算法、模型、设备的云边协同高效运行与处理。八是管理技术，支持政府、企业实现管理的精准化和智能化。九是标准化技术，支持实现数字主线。十是安全技术，包括六大类，即设备安全、平台安全、网络安全、应用安全、数据安全和安全管理等。

  目前，我们有两类应用场景范例，一类是产品全生命周期的应用，另一类是工业系统的应用。在产品全生命周期应用中，我们遇到的问题主要为资源配置不均衡、缺乏数据支撑以及研制技术手段单一。为此，我们基于航天云网（INDICS）云平台，对下接入航天各类专业设备，对上提供协同应用软件，形成内外部资源的协同共享平台，提高跨单元的协同效率。在不同层级的工业系统应用中，我们有设备远程预测性的维护应用、5G+边缘计算的云边协同柔性生产应用、数字孪生的黑灯工厂应用、数智供应链优化管控应用等。

  发展智慧工业物联网需立足实体经济，坚持政府引导、市场主导、创新驱动、问题导向、系统规划等原则。笔者建议从以下六个方面分步实施，加快实现智慧工业物联网的建设：

  第一，加快科技创新体系的建设，特别是以企业为中心的“政、产、学、研、金、用”结合的基础研究和技术创新体系的建设。

  第二，加快各类人才培养，特别是加快培育产教融合、复合型工业物联网领域人才。

  第三，加快国家和地方的基础设施建设，特别是重视适时、安全、服务化的泛在网络，比如5G、6G，天地一体化互连网络和算力网络的建设。

  第四，加快国家和地方政策的完善落实，特别是加快推动数据产业的立法，完善与落实数据开放共享机制和工业数据安全的政策，完善和落实对中小微企业数字化支持政策，加强知识产权保护，完善监管政策等。

  第五，加快创新与攻克短板。特别是要重视开发异构工业物联融通平台，及其与工业工具软件的技术和产品的集成，重视培育发展以数字孪生为重要载体的新一代工业APP专件技术与产品，重视研发支持工业2.0、3.0、4.0同步发展的跨领域、跨行业、跨区域工业物联网系统，重视未来技术与形态发展。

  第六，促进各国的开放与合作，特别是加强产业链之间的开放合作。

本文发表于《新经济导刊》2023年第11-12期合刊