中国工程院_工业互联网构建智慧社会的产业平台_19页_5mb

报告摘要

工业互联网构建智慧社会的产业平台总结

核心内容

工业互联网是推动互联网、大数据、人工智能与实体经济深度融合的主要载体，是制造业数字化、网络化和智能化发展的基础。其目标是构建智慧工厂，促进企业的数字化转型，成为数字经济的新动能和智慧社会的支柱。工业互联网涵盖从数据采集、通信技术、云平台、边缘计算到各类SaaS应用的多个层面，形成了完整的产业生态。

主要观点

工业互联网是企业信息化发展的新阶段，从工业1.0的机械化智能化，到工业2.0的自动化，再到工业3.0的数字化，最终迈向智能化。
传感器在工业中应用广泛，是工业互联网的重要组成部分，未来将成为最重要的应用领域之一。
工业互联网依赖于高效的通信技术，包括5G、工业以太网、TSN（时间敏感网络）等，以满足实时性、高可靠性和低时延的需求。
大数据和人工智能技术为工业互联网提供了强大的分析和决策支持，提升生产效率、降低成本和优化资源配置。
工业互联网通过云平台、边缘计算和SaaS应用，实现了从设备层到管理层的全面智能化，支持企业实现数字化转型。

关键信息

工业互联网发展阶段

阶段	特征
工业1.0	机械化智能化
工业2.0	自动化
工业3.0	数字化
工业4.0	智能化

工业互联网数据采集与监控系统

利用SCADA软件采集本地设备数据，但存在成本高、效率低的问题。
数据采集系统包括上层应用软件、数据挖掘软件、状态分析软件、Web服务软件、实时数据库、协议接口、操作系统等。
未来趋势是将云平台分散到车间，实现边缘计算。

工业互联网通信技术

5G应用场景：
- 增强移动宽带：热点高容量应用（如8K TV、VR/AR）
- 超可靠低时延：适用于高铁、车联网、智能工厂、智慧医疗
- 广覆盖大连接：适用于可穿戴设备、智慧城市
通信链路层技术：
- TSN（时间敏感网络）位于数据链路层，通过虚拟局域网标签区分流量优先级，提供抢占功能以降低延迟。
- 不同通信周期和协议支持不同的应用场景，如非实时通信、信息集成、传感器/执行器、运动控制、实时通信等。

工业互联网云平台

沈阳鼓风机厂通过“沈鼓云服务平台”接入全国1600台大型装备的实时数据，实现远程监测与故障诊断。
每年减少非计划停机0.3次，降低直接损失4.8亿元，提升运行效率1个百分点，减少能耗6.3亿元。

工业互联网边缘计算与操作系统

边缘计算是将云平台功能分散到车间，以满足低时延和高可靠性需求。
主要工业互联网操作系统包括：
- GE：Prefix
- 西门子：MindSphere
- 施耐德：Ecostruxure
- 博世：IOT Suite
- 航天云网：INDICS
- 三一重工：Root Cloud

工业互联网大数据分析软件架构

包括多种大数据平台软件，如“清华数为”、Flok、TsFile、Xlearn、IoTDB等。
开源软件框架包括Kafka、Storm、Kassandra、Spark、Hadoop、TensorFlow等。
异构计算融合平台、超算平台、公有云平台和私有云平台共同支撑大数据分析。

工业互联网SaaS应用

制造执行系统（MES）：
- 位于计划管理系统与工业控制系统之间，为操作人员和管理人员提供计划执行、跟踪及资源状态信息。
- 与ERP系统相辅相成，MES是ERP在生产现场的细化和反馈。
数字孪生技术：
- 借助传感器数据和仿真手段，实现物理对象的实时状态映射，用于监测、诊断和预测。
- GE通过“数字风场”技术提升风机效率20%。
企业业务管理软件：
- 如波司登“零售云平台”实时监控库存和销售数据，减少缺货损失21%，提升售罄率10%。
- 联想与宝钢合作建立销量预测系统，预测精度达92.2%以上，库存周转时间降低20%，客户采购资金节约上亿元。
工厂级设计制造软件：
- 支持产品全生命周期的信息管理，包括CAD/CAM/CAE工具、PDM和系统集成软件。
- 实现多地点协同研发，如潍柴动力缩短研发周期25%。
众包设计平台：
- 通过开放平台鼓励创客参与设计，如GE的喷气式发动机拖架设计项目，减轻重量85%。
- 海尔“天铂空调”通过众创平台获得用户和发烧友的创意，实现创新设计。
智能机器人：
- AlphaGo通过机器学习技术实现快速自我学习和优化，展示了工业互联网在智能决策方面的潜力。
仓储与物流自动化：
- 机器人分拣系统识别准确率高达99.99%，每小时处理2万单，减少日常作业人员70%。
- 我国仓储物流自动化普及率低于发达国家，存在较大提升空间。
区块链与交易合约：
- 区块链技术用于处理交易合同和证书，提升透明度和效率。
- 跨国农产品贸易商Louis Dreyfus首次使用区块链技术处理大豆货运合同，显著缩短交易时间。

智慧社会的产业支柱

工业互联网是智慧社会的重要产业支柱，预计到2025年，全球工业互联网市场规模将达到82万亿美元，占全球GDP的50%。
工业互联网的潜力巨大，例如：
- 系统效率提高1%可带来630亿美元的经济效益。
- 节约1%燃料可带来300亿至600亿美元的效益。
- 资本支出降低1%可带来900亿美元的效益。