“新基建”赋能智能+时代工业互联网—— 工业互联网2.0

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                以下文章来自  航天云网科技发展有限公司总经理 柴旭东  航天智造科技发展有限公司董事长 侯宝存   

     工业互联网正成为我国制造业转型升级的战略举措。随着新一代人工智能的整体推进及其正在引发的链式突破，智能+时代正在到来。融合工业互联网与AI、5G、大数据中心等的“新基建”建设赋能智能+时代，为制造业数字化、网络化、云化、智能化转型提供了新的升级版：智能+时代工业互联网——“工业互联网2.0”^【1】。

一、智能+时代正在到来

当前，新的技术革命与产业变革已在全球展开，特别是“人工智能”发展正进入新阶段。“人工智能”自1956年被正式提出，六十余年的发展经历了大致三个阶段。前两个阶段由于算法、算力及数据的局限，使得“人工智能”没有得到应有的重视和发展。进入21世纪以来，正在发生重大变革的信息新环境（特别是物联网为代表的网络技术发展迅速）、快速发展的新技术（特别是大数据的涌现及其处理技术的发展、高性能计算能力大幅提升、以深度学习为代表的人工智能模型与算法的突破）和持续提高的人类社会发展的新目标（特别是数字经济、智能经济等）正催生人工智能技术与应用的发展进入一个新的进化阶段。

在2017年7月我国颁布的“中国新一代人工智能发展规划” ^【2】中提出：当前，人工智能技术在新信息环境、新技术及新智能算法与模型发展的推动下，正进入新一代人工智能发展的新阶段。同时，新一代人工智能相关学科发展、理论建模、技术创新、软硬件升级等整体推进，正在引发链式突破，推动经济社会各领域从数字化、网络化向智能化加速跃升。

可以看得出，“智能+”时代正在到来，其主要表现是围绕“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念，在新一代人工智能技术引领下，飞速发展的新互联网技术（如物联网、车联网、移动互联网、卫星网、天地一体化网、软件定义的互联网等）、新信息通信技术（如云计算、大数据、5G、高性能计算、建模仿真/数字孪生、区块链、量子计算等技术）、新人工智能技术^【3】（如数据驱动下深度强化学习智能、基于网络的群体智能、人机和脑机交互的技术导向混合智能、跨媒体推理智能、自主智能无人系统等技术等），以及新能源技术、新材料技术、新生物技术与人类社会“国民经济、国计民生和国家安全”等各领域专业技术等7类技术的深度融合，正引发社会各领域新模式、新手段和新业态的重大变革，构成“一种新型人工智能系统”^【6】。

与此同时，在2020年3月份中央政治局常委会议上，党中央提出了进一步加大“新基建”建设的号召。“新基建”以新发展理念为引领，以技术创新为驱动，以信息网络为基础，面向高质量发展需要，提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系。“新基建”赋能“智能+”——“智能+ ”时代正在到来。

二、“新基建”赋能工业互联网升级——工业互联网2.0

制造业是国民经济的主体，是立国之本，兴国之器，强国之基。它同样面临全球新技术革命和产业变革的挑战。工业互联网是当前制造业转型与数字经济竞争的新高地。

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互联网1.0：它“基于互联网，将制造全系统及其全生命周期活动中的人、产品、工业资源、数据、智能认知/分析/决策/执行系统等智能地连接在一起，构成万物互联的人、信息（赛博）空间与物理空间集成、融合的智能制造系统，促进其在制造全生命周期活动中制造模式、手段、业态的创新，从而大大提高制造的创新实践能力和服务能力，进而实现制造业的再革命。^【4】

工业互联网是一个复杂的系统，通常由制造产品/能力/资源体系、网络体系、平台体系、标准安全体系、应用体系及用户体系等六大体系组成。其中，制造产品/能力/资源体系提供制造全系统与全生命周期活动中共享和服务的产品、能力和资源；网络体系实现工业全系统、全产业链、全价值链泛在深度互联；平台体系是工业信息物理融合与智能化发展的核心载体，支持海量制造产品、能力、资源接入网络和感知系统及其虚拟化和服务化，提供支持面向各类数字化、网络化、云化、智能化工业应用的开发与运行；标准安全体系是工业数据与全系统应用安全可信和集成的保障；应用体系是面向行业、领域、场景的各类工业应用；用户体系是包括服务提供者、工业互联网运营者及服务使用者组成的人/组织体系。

从技术体系看，工业互联网是由制造科学技术、智能科学技术、信息通信科学技术、及制造应用领域专业技术等4类技术深度融合的复杂技术系统。因此，随着时代需求演变的牵引和相关技术发展的推动，工业互联网的模式、技术、特征、内容、业态、目标必然将持续不断地演进发展。

工业互联网建设涉及三种范式，即服务于工厂智能化改造与智能工厂建设的智能制造范式，服务于产业链集成与协同的协同制造范式，以及服务于产业集群、工业体系资源优化配置与协同创新的云制造范式。云制造范式兼容智能制造、协同制造范式。如图1所示。

图1工业互联网建设范式

“新基建”建设的提速为制造业数字化转型提供了新的契机。“新基建”包括5G基建、大数据中心、人工智能、工业互联网等七大领域，与传统的基建相比，其内涵更丰富，包括信息基础设施、创新基础设施和融合基础设施，它更符合数字经济、智能经济发展的要义，带来了制造业和互联网、信息科学技术、智能科学技术深度融合的新契机，不但为制造型企业实现数字化、网络化、智能化转型升级提供了有力的技术与基础环境支撑，而且为推动制造业制造模式和经营管理方式的数字化、网络化、智能化转变提供了极好的发展良机。

我们认为，在智能+时代及我国新基建战略规划实施的新形势下，在制造领域，一种新型的工业互联网——“工业互联网2.0”将应运而生。工业互联网2.0是一种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“新智能制造资源/能力/产品”智能互联协同服务的智能制造系统（云）——“一种智能工业互联网”。

工业互联网2.0是一种具有数字化、网络化、云化、智能化制造新技术、新模式、新业态，新特征、新内容及新目标的制造业数字化、网络化、云化、智能化转型的升级版。具体地讲，

新技术：即新制造技术，基于新互联网，在新一代智能科学技术引领下，借助新一代智能科学技术、新制造科学技术、新信息通信科学技术、及新制造应用领域专业技术等4类新技术深度融合的数字化、网络化、云化、智能化技术新工具，构成以用户为中心的统一经营的新智能制造资源、产品与能力的服务云（网），使用户通过新智能终端及新智能制造服务平台便能随时随地按需获取新智能制造资源、产品与能力服务，进而优质、高效完成制造全生命周期的各类活动；

这里讲的新制造科学技术是指在新一代人工智能技术引领下的先进工艺、元器件、材料、质量、 3D打印、智能机器人、智能机床等技术，它们是智能制造的基础技术。

新模式：即新制造模式，一种“用户为中心，人/机/物/环境/信息优化融合，“互联化（协同化）、服务化、社会化、个性化（定制化）、柔性化、智能化”的智能制造新模式”；

新业态：即新制造业态，“万物互联、智能引领、数据驱动、共享服务、跨界融合、万众创新”的新业态；

新特征：即新制造特征，具有 “自主智能化”的特征，即能对制造系统全生命周期里面的人、机、物、环境、信息进行自主智能地感知、互联、协同、学习、分析、认知、决策、控制与执行。

新内容：即新制造内容，利用上述的理念和技术对制造系统和制造全生命周期活动中的人、技术、装备、管理、数据、材料、资金（六要素） 及人流、技术流、管理流、数据流、物流、资金流（六流）的集成与优化。

新目标：即新制造目标，实现高效、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。

工业互联网2.0的系统体系架构（见下图2）可分如下几层：底层是新智能资源、能力、产品层；上一层是新感知、介入、通讯层、再上层是新边缘处理平台层，再上层是新云端服务平台层，再上一层是新应用层，顶层就是新人、组织，每一层都有新标准和安全管理。由此可见，工业互联网2.0是在新一代人工智能技术引领下的人、信息空间和物理空间融合的一个提供新的智能互联系统服务的新工业互联网。这个体系架构可以用到产品、设备、工厂、园区、行业、区域等纵向范围，也可以用到横向范围，即制造全生命周期活动，以及端对端间的连接场合。其中，各层的“新”具有智能+的含义。

图2工业互联网2.0的体系架构

“工业互联网2.0”是工业互联网1.0在制造新模式、手段和业态持续发展拓展。如图3所示。

图3“工业互联网2.0”是工业互联网1.0的新发展

大力发展工业互联网2.0对我国制造业主动适应全球新一轮科技革命与产业变革，加快实现中国制造业提质增效升级具有重要意义。

三、工业互联网2.0的初步实践

中国航天科工集团的“航天云网公司”开发了一个工业互联网2.0的雏型——称谓“航天云网2.0“（见图4）。以服务政府数字化治理、赋能企业数字化转型为主线，打造系列化平台产品、个性化定制化的云化工业应用、全价值链数字化解决方案，助力政企用户多场景应用，为数字化社会建设提供新型基础设施应用服务。该系统融合了部分的新一代人工智能技术与部分的新制造科学技术、新信息通信科学技术及新制造应用领域专业技术，攻克了标识解析应用技术、多协议工业网关技术；边缘智能一体机技术、云端计算与边缘计算融合技术；基于大数据人工智能服务技术；支持云边协同的平台架构技术；建模仿真/数字孪生服务技术；区块链技术应用技术；支持云制造的APP技术；标准化技术及系统安全技术等技术。

图4航天云网2.0系统架构

基于航天云网的平台INDICS（Industrial Internet Cloud Space）+CMSS（Cloud Manufacturing Support System）开发了多层次的云（区域云、企业云、车间云、设备云），包括21个区域工业互联网主平台，12个行业云及园区云；在赋能企业数字化转型方面，以服务企业/产业上云，如图5所示，提供智能制造、协同制造、云制造“三类制造”整体解决方案为重点，支持集团公司及大型企业数字化转型；以“四个在线”（人员在线、设备在线、业务在线、管理在线）、前店后厂、专区服务为重点，助力中小微企业转型升级和高质量发展。承担实施了机械制造、航空航天、汽车、电子等4大行业16个细分领域2000余个智能化项目及服务；其中，联合贵州航天电器打造的智能产线项目，成为数据驱动的柔性生产模式的典型示范。

图5平台赋能企业数字化转型与云制造

初步实践表明，工业互联网2.0的实施能积极推进传统制造业向数字化、网络化、云化、智能化的转型升级，同时还能推进形成一种面向智能制造系统实施的新兴战略产业。

四、发展工业互联网2.0的建议

当前，数字经济时代已经全面到来，数字产业化、产业数字化迅猛发展，数字经济和实体经济不断融合，持续助力经济高质量发展。随着中央“新基建”重大战略规划的提出，4月9日国务院正式下发《关于构建更加完善的要素市场化配置体制机制的意见》，数据要素首次被纳入生产要素。国家各部委、各级政府密集出台加快产业数字化转型、“上云用数赋智”的政策措施，数字化、网络化、云化、智能化发展正在深刻改变产业发展格局和生产生活方式，“云经济”“线上经济”发展迅猛，加强新业态体系建设，赋能数字经济转型已成为企业生存发展的必然选择。

与此同时，全球工业互联网正处在产业格局未定的关键期和规模化扩张的窗口期，我国拥有雄厚的体制优势和市场优势，为工业互联网的创新发展创造了良好环境，工业互联网2.0恰逢其时。

工业互联网2.0的发展，要坚持“政府引导，市场主导”的原则，注重大力加强企业为中心的政产、学、研、金、用结合的技术创新体系的建立，注重各类人才培养、注重国家和地方的基础建设，特别是要注重“应用、产业和技术”的协调发展。对技术与产业的发展再谈几点建议。

（一）在技术方面要6个重视：

1)  重视新一代人工智能技术引领下的工业互联网2.0系统技术体系和平台的持续创新。

2)  重视工业互联网2.0系统制造全生命周期各阶段活动的新模式、新流程、新手段、新业态的研究，这是系统的基础。

3)  重视数据库、算法库、模型库、平台、计算能力等基础能力的研究与建设。

4)  重视商业模式的技术研究。

5)  重视安全技术、标准化技术和评估体系的研究。

6)  重视新一代人工智能技术正向通用人工智能、强人工智能和超人工智能发展。

（二）在产业方面要4个加强：

1)  加强工业互联网2.0工具集（硬件/软件）和平台的产业；

2)  加强面向工业互联网2.0的智能产品的产业；

3)  加强工业互联网2.0系统（行业、企业、车间及制造产业链上各阶段的智能制造服务系统）的构建与运行产业；

4)  加强工业互联网2.0系统运营中心的运营服务产业。

数字化、网络化、云化和智能化是制造业发展的方向，推动质量变革、效率变革和动力变革是发展工业互联网的初心。工业互联网2.0推动了制造业向数字化、网络化、云化、智能化的发展，促进了“智能制造、协同制造、云制造”生产方式的创新，实现了更加高效、优质、节省、绿色、柔性、安全地制造产品和服务用户，有力地促进了供给侧结构性改革，适应了制造业升级换代的时代要求。