新基建正在驱动各行业数字化和智能化升级。作为新型基础设施的关键组成，工业互联网将在加速工业技术改革创新、推动产业数字化转型、释放经济发展新动能等方面发挥重要作用。

　　工业互联网的内涵

　　工业互联网是互联网经济发展的下半场，是制造业高质量发展的重要途径。因制造业规模全球第一、互联网经济全球第二，中国的工业互联网天赋异禀，自然而然成为数字经济发展的重要信息基础设施。工业互联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，本质上是基于跨越三元世界的全面互联网络，以制造系统为核心，以数字孪生为载体，以数据为纽带，以平台和应用为抓手，实现人、机、物深度融合的智能化发展模式，形成全要素深度互联、全产业链高效协同、全价值链融合优化的新型工业生产制造和创新服务体系，总体实现制造业的“质造”和“智造”转型升级(见图1)。

　　企业实施工业互联网项目的核心诉求可以归纳为提质、增效、降本、减存和健康安全环保(HSE)可持续发展，任何不深刻思考企业核心诉求的建设项目都是不负责的，而工业互联网在很多方面可以切实帮助企业实现上述目标。在提质方面，企业可以通过基于数字孪生的设计仿真、基于人工智能的质量检测、基于大数据智能的工艺优化和基于产业链协同的质量追溯等技术创新为企业产品提质;在增效方面，企业可以采用基于5G和工业标识解析等的网络化协同、基于自动化和智能化技术的智能化生产等模式创新实现企业制造过程增效;在降本和减存方面，企业可以采用基于大数据的销售预测驱动生产排程，可以通过在线新经济实现制造企业的个性化定制和客户的动态交互，可以通过产业链协同和智能仓储管理持续优化库存水平;在HSE可持续发展方面，企业可以基于工业领域知识和大数据智能的预测性运维实现智能运维、基于各种无人系统实现智能巡检、基于绿色制造技术的“静脉”等经济创新提高生产过程中资源的综合利用水平，帮助企业改善HSE管理水平。

　　企业开展工业互联网应用创新的切入点

　　随着万物互联、人机物深度融合的智能化时代的来临，各种模式创新、业务创新、科技创新层出不穷，工业互联网成为中国企业数字化转型升级的历史机遇。企业开展工业互联网应用创新可以考虑从设备端、生产端和工厂端三个方面进行切入(见图2)。

　　●设备端的工业互联网创新

　　从设备端切入，企业包括对外和对内两种场景。对内的场景主要针对企业生产过程中用到的各种设备的自动化、智能化提升，它不但可以帮助企业提升生产速度，还可以通过健康管理和运行优化，避免故障风险，提高设备能效，最大化设备综合效率(OEE)。例如，前几年很多企业实施的机器人换人战略，就是企业从设备端切入工业互联网创新的重要实践。对外的场景则是企业通过对产品的智能化升级，提升对用户需求的感知和对产品的服务化延伸。例如，徐工、三一、中联重科等企业通过对自身产品的智能化升级，提升产品的远程监管和预测性运维能力，并在此基础上开展新型融资租赁和分润的服务模式创新。

　　●生产端的工业互联网创新

　　从生产端切入，企业开始关注基于数字孪生的智能化产线建设，以制造执行系统(MES)为核心的各种生产系统开始互联互通，企业资源计划(ERP)系统源源不断地把客户订单信息推送给MES，MES自动完成排产后指挥整条产线开始生产过程，同时指挥仓储管理系统(WMS)通过无人小车送来所需要的各种原材料。在整个生产过程中，集散控制系统(DCS)实时感知产线的生产数据，并将其准确地反馈给MES。例如，海尔公司通过实现柔性生产，能让50多种型号的“私人订制”的洗衣机产品同时开工，有条不紊地进行产品的自动化生产。

　　●工厂端的工业互联网创新

　　从工厂端切入，企业会更加关注面向产业链和价值链整合的网络化协同、个性化定制和在线新经济，通过提升与产业链上下游企业的协同能力，提升资源的最优配置和效益的最大化。例如中微汇链科技(上海)有限公司的半导体生态链平台，将区块链应用于泛半导体行业全球协同与质量追溯，基于智能合约，实现交易流程全程跟踪、同步，变更高效传达，节省沟通环节。该平台借助区块链的共识机制，实现质量追溯，对设备、原材料、产品等实现全程质量跟踪、追溯、防篡改，避免责任推诿，减少合同纠纷，避免经济损失。更重要的是，该平台可以帮助整合半导体行业上游供应商资源和下游客户资源，实现企业与企业之间的供应链协同效应，让企业从单打独斗走向产业协同，从而增强整体竞争力。海尔中央空调产品通过开展产品个性化定制应用创新，提升用户订制的比例将近100%，定制产品生产出来后不用入库直送客户，可以将订单周期缩短一半。阿里巴巴集团依靠自己强大的电商平台，主动嫁接制造企业，形成一种“电商+制造业”的“工厂电商”模式：一头连接着消费者，了解用户的深层需求，提升消费品质;一头连接着优质代工企业，全生命周期管理产品的设计、生产、质检和物流的品质。2017年，阿里1688批发平台上诞生一笔1.06亿元超级大订单，它由2 000个SKU(库存量单位)、170页子类目组成，仅分单、拆单、对单的工作量都超乎想象。但是，连接中国一半以上制造企业的阿里1688批发平台，仅用1天就完成了数字化拆分，将订单分派到不计其数的企业。当前，可以看到越来越多的企业开始拥抱在线新经济。

　　工业互联网发展过程中的重要趋势

　　工业互联网最早于2012年由美国通用电气公司提出，经过近8年的培育发展，中国的工业互联网不但继承了工业化、信息化两化融合的基因，而且通过创新发展，逐步形成了推动中国经济数字化转型和智能化提升的重要体系。当前，中国的工业互联网正呈现出数字孪生、智能化和质量型等典型特征(见图3)。

　　●数字孪生

　　数字孪生(Digital twin)是指采用数字化方式映射一个物理对象，通过模拟物理对象在物理世界中的行为，实现其整个行为过程的数字化。其中，物理对象既可以是一台设备、一个产品，也可以是一条生产线、一个工厂，甚至是一个园区或一个城市。当物理对象执行各种行为时，通过传感器和各种数据采集设备，在信息世界中基于物理对象的静态数据和动态感知数据可以重构物理对象的数字模型，通过数据挖掘和知识发现方法，可以发现各种隐含在现象背后的知识和机理，并形成知识图谱和机理模型，解决过去无法解决的问题或精准预测未来，持续改善物理对象的行为。

　　有了数字孪生，我们不但可以通过传感器反映物理对象的状态，通过模型优化的信息指导物理世界中的物理对象，还拥有了一个能够穿梭物理世界的“时光机”，可以帮助相关领域专家透过各种物理现象去认知规律、获取新的知识，并可以基于知识和数据进一步预测生产系统的运作情况或可能的故障原因。例如，上海化工区公共管廊公司基于数字孪生打造智慧管廊综合服务系统，实现基于大数据和移动计算技术的智能巡检，将管道检测效率提高了10%，将数百万工时伤害率降低到0.8以下，项目成果获2019年中国设备管理创新成果一等奖。由此可见，数字孪生既是一种工业互联网建设的思想，也是一个指导各个层面开展工业互联网创新实践的方法论。

　　●智能化

　　智能化一直是人类持之以恒的追求。互联网的本质是在线连接，它通过消灭人类目前的信息不对称和实现信息的低成本流动，完成了各种各样的“互联网+”的模式创新。工业互联网的本质则是以数据要素实现人、机、物的全面在线连接，围绕着万物互联环境中的各种制造系统生产活动，形成跨越三元世界自然流动的数据，通过状态感知、实时分析、科学决策和准确执行过程，形成螺旋上升的智能提升循环，实现资源的最优配置。因此，站在工业互联网的视角，智能化的本质就是基于工业系统的数字孪生，将数据、模型、应用三大要素在多个层次形成优化闭环，持续实现生产运营过程的提质增效和价值创造。在此过程中，数据是智能化的基础，算法模型是优化的核心，应用是智能化的场景实现。

　　因此，在智能化时代，各种智能系统建设的主要目标就是打通、形成面向不同领域的智能环，通过围绕自然流动的数据流训练智能算法，基于数据和算法支持智能化场景，赋能资源优化配置和业务模式创新能力，形成各种智能系统。智能系统既可以是连接信息和物理世界的信息物理系统(CPS)，也可能是连通物理世界、信息世界和人类社会的社会技术系统。在智能系统之上，随着数据、算法和知识的积累，将会出现支持整个智能工厂持续卓越的数字“工厂大脑”，它可以站在整个企业产品、过程、资源、计划等维度运筹帷幄，实现企业整体运作的智能化、资源配置的最优化和效益的最大化。

　　●质量型

　　工业互联网作为赋能经济高质量发展的重要抓手，使命决定了其质量型发展的特点。从企业的视角来看，质量型对外不但意味着通过工业互联网实现产业链整合、产品全生命周期追溯、提升产品的质量，还包括通过工业互联网个性化定制、网络化协同、服务化延伸等模式创新，让客户参与到产品的定义和运维服务中，不断提升用户的获得感。例如：光明乳业通过实现致优牛奶和莫斯利安酸奶两款产品的全生命周期一码追溯，不但实现了质量和管控的双提升，还提升了客户对产品的满意度和品牌的美誉度;中国商飞公司通过统一的协同研发平台，实现了几十家设计单位的网络化协同设计，提高了飞机设计研发效率，同时，通过采集飞机适航过程的各种数据，提升飞机的运行维护能力和安全管理能力。对企业内部而言，质量型不仅包括利用工业互联网的网络、平台、数据各种要素创新，实现产品生产制造过程的提质增效，还包括通过各种应用集成创新、智能化生产和工业大数据的应用创新，达到提质增效或提升企业HSE可持续发展的目的。例如，上海数道信息科技有限公司通过大数据智能技术，基于热电联供企业DCS、厂级监控信息系统(SIS)、管理信息系统(MIS)等系统中每天产生的上千万条热电联供机组运行数据、客户用热数据和计量仪表数据，使用基于注意力机制的CNN+LSTM算法和多通道时序CNN算法，建立了需求预测模型、优化调节模型、异常识别模型等，帮助企业提高近10%的高压蒸汽供应量，降低5%的供热成本，达到节能减排的目标，提高客户服务质量和热能供应稳定性。

　　展望未来，工业互联网将以数字孪生为基本思路、以智能化为核心诉求、以质量型为建设目标，全面推动中国经济的高质量转型升级和智能化创新发展。

　　宁德军，教授级高级工程师，中国科学院高等研究院智慧城市研究中心主任。

　　文/宁德军

本文来自《张江科技评论》