1.3 工业互联网现状

1.3.1 工业互联网发展现状

当前，工业互联网已经引起了美国、德国、中国等制造业大国在国家战略层面的高度重视。各国普遍以产业联盟方式快速推动本国工业互联网技术、标准的建立和示范的推广，以骨干企业应用推动产业生态的发展。国际上颇具代表性的产业联盟有美国工业互联网联盟、德国“工业4.0平台”、中国工业互联网产业联盟等。

1.3.1.1 美国工业互联网联盟（IIC）

GE公司联合AT＆T、思科、IBM和英特尔四家IT公司组建的工业互联网联盟（Industrial Internet Consortium，IIC），将工业互联网这一概念大力推广开来。IIC 成立于 2014 年 3 月，致力于构建涵盖工业界、信息与通信技术（Information and Communications Technology，ICT）领域和其他相关方的产业生态，推动传感、连接、大数据分析等在工业领域的深度应用，协助其他机构尤其是国际标准组织解决标准规范等问题。根据 IIC 官网截至 2020 年6月底的数据，IIC已经发展了160多名成员，成员分布于全球29个国家和地区。

美国IIC以参考架构、测试床、应用案例为抓手，从企业案例阶段向产业推广阶段快速推进，强化工业互联网在大型工业企业中开展广泛应用，同时建立面向行业的测试床，以此为基础在全球范围开展产业辐射与标准推广。

（1）整体实施方面。

在国家工业制造战略框架下，由美国国家标准与技术研究院（NIST）牵头，产业界参与，共同制定以数据共通为核心的标准，构建包括机器、产品、系统与人在内的工业互联网标准体系，建立美国工业互联网的先发优势。

（2）资金支持方面。

美国在工业互联网和智能制造领域持续投入。2013年开展“先进制造技术支撑专项”（AMTech）计划，先后投入900万美元支撑了19个标准化项目的研发推进。以 2014 年至 2015 年 3 月支撑美国国家国防制造与加工中心（NCDMM）的项目为例，其内容是建立开放式的机器互操作标准，简化机器、装置和软件应用的接口。NSF 在 2006 年成立信息物理系统（CPS）相关研发项目，从2000年到2020年，对新一代信息通信技术研发支持增长近3倍。2018财年联邦政府为NSF提供的直接资金支持近10亿美元^[19]。

2016 年 6 月，由美国能源部和加州大学洛杉矶分校共同牵头成立的制造业创新中心“智能制造创新中心”在洛杉矶成立，联邦机构和非联邦机构各投资7000万美元用于重点推动智能传感器、数据分析和系统控制的研发、部署和应用。

（3）组织推进方面。

IIC 整合主要企业的需求，围绕工业互联网产业发展展开一系列研究。参考架构、测试床、应用案例是 IIC 的关键工作抓手。IIC 正以参考架构为牵引，通过企业自主设立的应用案例为试点组织垂直领域的应用研究及测试床的设立提供检验支撑，并借力其他标准组织的力量，加快推进工业互联网的落地进程。

1）牵头搭建并完善参考架构，指引企业进行工业互联网应用实践。2015年，IIC发布了《参考架构V1.0版》，其功能架构涉及商业、运营、信息、应用和控制五大功能范畴，以及系统安全、信息安全、弹性、互操作性、连接性、数据管理、高级数据分析、智能控制、动态组合九大系统特征。IIC在功能架构的基础上，进一步建立了由边缘层、平台层和企业层组成的系统架构，确定了各层涵盖的软硬件系统和网络。随后几年，IIC 不断更新工业互联网参考架构。2019年6月，其发布了《工业互联网参考体系架构V1.9版》（Industrial Internet Reference Architecture V 1.9，IIRA V1.9），分为商业视角、使用视角、功能视角和实现视角，强调了跨行业的通用性和互操作性，以业务价值驱动功能设计，从原有九大方面的系统特征进一步论述了系统的特性。IIC 强调，其会随着工业物联网（IIOT）的部署实践和新技术的发展不断更新工业互联网参考架构。

2）广泛收集应用案例，着重关注工业互联网的需求和存在的问题。截至2021年4月，IIC搜集了涵盖先进制造业、能源、健康、交通等多个产业领域的近70个典型应用案例，各案例的牵头负责单位有GE公司、英特尔和富士通这样的国际巨头，也有一些行业专业性企业。IIC 已经构建了垂直领域的应用案例分类分析表，以便体系化地在参考架构下进一步推进应用。

3）支持设立测试床，提供参考架构、技术标准和安全方案的验证支撑。目前 IIC 官网已经公开了 26 个测试床项目，涵盖高速网络、半自动货车运输和自动驾驶、厂房设备和工具跟踪、预测性维护、生产质量管理及针对柔性制造的时间敏感网络（TSN）等；IIC 同时启动了智能电网、智慧医疗等领域的测试床项目。IIC 正积极推进测试床项目在其他国家落地实施，以此来扩展联盟的影响力。IIC非常关注测试床安全，要求测试床根据网络安全能力和成熟度（C2M2）模型进行安全性评估，评估结果和改进效果将向安全工作组进行汇报。

4）积极推进与国际标准化组织的协作。IIC侧重分析工业互联网的标准化需求，并将这些需求通过联络函方式告知相关的标准化组织开展相关标准制定。IIC设有联络函工作组，目前梳理了20多个关联标准化组织并逐步建立了联系，且已向电信、电工、互联网、物联网等领域的多个标准化组织发出联络函（如IEEE、W3C、IPSO、3GPP、ISO/IEC JTC1、OSG、ITU、DIN等），通告工作进展，交换标准化信息。为推进工业互联网研制标准以及全球化标准协作，IIC 将直接向相关标准化组织反馈标准化需求。在新技术应用方面，IIC特别关注数字孪生技术在工业互联网中的应用。2020年2月18日，IIC 正式发布《工业应用中的数字孪生：定义，行业价值、设计、标准及应用案例》白皮书，通过不同行业实际应用案例描述了工业互联网与数字孪生的关系，未来IIC还将考虑在其工业互联网参考架构中融入数字孪生要素。

1.3.1.2 德国“工业4.0平台”（Platform Industrie 4.0）

“工业4.0”在德国政府发布的《高技术战略2020》中被列为十大未来项目之一。2013 年 4 月，德国在汉诺威工业博览会上正式提出了“工业 4.0”计划，并且获得了德国科研机构、行业协会及企业的积极响应，德国工业4.0标准化委员会（SCI 4.0）、德国标准化协会（DIN）与德国电气电子和信息技术工作委员会（VDE/DKE）均参与其中。弗劳恩霍夫协会及西门子率先将这一概念应用于其产业研发领域。为了推动“工业 4.0”战略并协调跨部门的实施，专业协会BITKOM、VDMA和ZVEI共同建立了“工业4.0平台”组织，同时，一些企业也参与到了“工业4.0平台”中。推出发展路线图之后，“工业4.0平台”进一步发展，目前由德国经济和能源部、德国教育和研究部共同主导。德国“工业4.0平台”的产业发展模式重点以西门子、博世、SAP等著名骨干企业的“工业 4.0”关键部件产品与工业软件系统为抓手，在全球大量输出“工业 4.0”核心产品与整体解决方案，同时高度重视技术标准推广与合作，广泛开展与美国、中国等国家的工业互联网标准对接与整合。

（1）整体实施方面。

《保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议》提出了八个领域的重点任务，包括：①建立标准化的技术体系；②掌握复杂系统的管理技术；③建设工业宽带网络基础设施；④确保生产安全与信息安全；⑤重新设计工作岗位与内容；⑥持续进行专业技能培训；⑦建立相应的法规和监管机制；⑧提高各类资源的运用效率。其中建设工业宽带网络基础设施是八个领域重点任务的核心，是工业互联网发展的支撑。

标准化被德国政府在“工业 4.0”战略的八个任务中排在第一位，主要支撑实现不同企业间的网络连接和集成，从而促进标准化和参考架构的统一。2013年12月，“工业4.0”标准化路线图列出了12个需要制定标准的产业，其中包括体系架构、用例、安全等交叉领域、技术和组织流程、产品研发、通信平台等。2015 年 4 月，“工业 4.0”实施战略明确将标准化工作聚焦价值链标准、网络通信标准、企业分层标准等。2018年4月，德国发布“工业4.0”标准化路线图第三版。为了更好地在全球范围内推广和实施“工业4.0”的最佳解决方案和概念，其主题和标准化需求除了涉及语义、标准化术语、参考模型，还包括了“工业 4.0”里的参考模型和数据模型、智能制造组件间的协调及人在自动化环境中的角色，以及通信技术、服务机器人技术和法律等相关内容；针对“工业 4.0”环境下的任务，对活动及工作环境的人性化设计给出了具体建议，进一步深化了工业互联网标准的实用性。

（2）资金支持方面。

德国政府投资10亿欧元以推进“工业4.0”的发展，促进工业领域新一代技术的研发与创新。教育与研究部累计拨付上亿欧元经费支持“工业4.0”技术研发项目^[20]。

（3）组织推进方面。

为推进“工业4.0”的发展，以及推动“工业4.0”参考体系和标准化的制定，2015年3月，德国经济和能源部、德国教育和研究部联手启动了升级版“工业4.0平台”建设，并且设立了平台指导委员会和六大工作组，为重点问题提供咨询服务。该平台组织目前结合工业视角及现有标准，基于“信息—物理系统”（或称虚拟网络—实体系统，Cyber-Physical System，CPS），分别从功能、价值链及工业系统三个角度建立参考体系模型，重点打造以数据为导向的工业智能化蓝图。

“工业 4.0 平台”为德国的企业特别是中小企业提供解决方案，目前已经发布84项研究报告、80个测试床项目、195个应用案例。在国际合作方面，德国与多个国家和国际联盟建立伙伴关系，并计划与法国、意大利、中国、日本、美国等国家合作，利用其技术和专业知识库解决标准化、IT安全和法律框架领域的跨国问题^[21]。

1.3.1.3 中国工业互联网产业联盟（AII）

为了实现从制造业大国到制造业强国的转变，中国对制造业发展做出战略安排，明确指出，将工业互联网作为实现智能制造变革的关键共性基础。为落实相关战略，在工业和信息化部的大力支持和指导下，中国信息通信研究院联合制造业、通信业、互联网等企业于2016年2月1日共同发起成立中国工业互联网产业联盟（Alliance of Industrial Internet，AII），在工业互联网顶层设计、技术研发、标准研制、测试床、产业实践、国际合作等多方面开展工作，加快推进工业互联网发展。

（1）整体实施方面。

2016年1月，工业和信息化部、国际标准化管理委员会共同发布了《国家智能制造标准体系建设指南（2015年版）》，从智能制造标准体系的总体要求、建设思路、建设内容和组织实施方式等方面提出了构建智能制造标准体系的参考模型，同时阐述了智能制造标准体系框架及主要建设内容。2017年11月，国务院发布《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，描述了在网络基础、平台体系、产业支撑、融合应用、生态体系、安全保障、开放合作等方面的主要任务。2018年，工信部正式启动工业互联网发展“323”行动，分三个方面推进工业互联网的建设和应用，包括工业互联网三大体系（网络体系、平台体系、安全体系）、两大应用（大型企业集成创新、中小企业应用普及）、三大支撑（产业支撑、生态支撑、国际化支撑）。

（2）资金支持方面。

国家投资上百亿元支持工业互联网和智能制造的发展，不仅启动了工业互联网创新发展工程和智能制造专项项目，同时通过93个重点项目的立项，大力支持综合标准化试验验证和智能制造新模式的应用，其中智能制造专项综合标准化试验验证项目43项，政府对标准化支持力度显著。

（3）组织推进方面。

自AII成立至2020年7月，联盟成员已经发展到1460家。为推动工业互联网热点问题研究、标准制定、技术试验验证、产业推广等方面的工作，联盟下设总体组、需求组、安全组、技术与标准组、试验平台组、产业发展组、国际合作组共7个工作组，以及工业大数据、边缘计算、知识产权3个特设组。2017年2月，在AII 主办的全球工业互联网峰会上，《中国工业互联网年度技术白皮书（2016）》《工业互联网标准体系（版本1.0）》正式发布。此外，为推动我国工业互联网标准化工作，我国正筹建美国工业互联网联盟IIC 中国分部，并探索与工业互联网产业联盟形成对接关系。2019年2月，AII发布《工业互联网标准体系（版本2.0）》，对工业互联网标准体系框架及重点标准化方向进行了修订，形成了统一、综合、开放的工业互联网标准体系。2019年5月，AII发布《工业互联网平台白皮书（2019年）》，分别从应用路径、技术进展、产业体系和商业模式等方面研究和分析了工业互联网平台的发展脉络和最新状况，并展望了下一阶段工业互联网平台的发展方向。2019年 8月，AII发布《工业互联网体系架构（版本 2.0）》，形成了指导国家、社会、产业、企业等多层面推进工业互联网建设和应用的一整套综合性体系框架。

1.3.1.4 其他国家、组织工业互联网现状

与美国、德国、中国类似，以日本、英国、欧盟为代表的制造业大国和地区组织也在动员各方力量推动本国、本地区工业互联网技术的发展和应用。

2015 年 5 月，由日本政府支持的日本机器人革命促进会正式成立，该促进会下设“物联网升级制造模式工作组”，搜集研究物联网升级新制造模式的示范案例，调研CPS系统在制造工厂中的应用潜力等。随后2000多家企业参与组建物联网推进联盟，并于 2016 年 10 月与美国工业互联网联盟（IIC）、德国“工业4.0平台”签署合作备忘录，希望联合推进物联网标准合作。2015年6月，日本成立工业价值链促进会（Industrial Value Chain Initiative，IVI），从应用程序到设备、基础架构、平台及工具等各个平台之间实现互操作性，为终端用户提供价值。

2016 年，英国建立新物联网研究中心，该中心是英国政府物联网计划（IoTUK）的项目之一。英国政府物联网计划为期三年，总投资4000万英镑，旨在增加高质量物联网技术和服务在商业及公共部门的应用，加强英国在全球物联网领域的领先地位。

欧盟在2015年成立了横跨欧盟及产业界的物联网创新联盟（Alliance for Internet of Things Innovation，AIOTI），旨在构建政府与企业的对话平台，以物联网研究集群为基础，扩大产业内和跨产业的创新活动，推进物联网标准之间的互操作和衔接等。欧盟还通过“地平线2020”研发计划在物联网领域投入近2亿欧元，推动物联网集成和平台研究创新，构建大规模开放物联网生态体系，示范应用领域包括自动网联汽车、智慧城市、智能可穿戴设备、智能农业和食品安全、智能养老等^[22]。

1.3.2 工业互联网产业生态现状

目前，全球工业互联网产业生态雏形刚刚开始显现，随着跨系统、跨企业互联需求的增加，对工业互联网的标准化需求也在不断提升。工业互联网产业生态系统主要指制造体系中与数据采集、传送、处理、反馈等相关的产业环节，涉及制造环节中的信息系统集成、工业网络互联、工业云和服务、工业互联网安全、工业应用与数字化解决方案等方面。

（1）信息系统集成。

国内的信息系统集成集中了全球所有重要的集成厂商，高端市场几乎被国外企业垄断，国内集成企业的产业发展环境相对恶劣，中低端市场竞争激烈。同时，由于系统集成业务大多数为非标准化项目，可复制性较低，国内企业大多面临核心技术薄弱、应用领域单一等问题，因此现阶段国内集成商数量众多但规模不大，一些关键芯片和核心软件环节仍依赖国外产品。

（2）工业网络互联。

网络互联包含工厂内部网络和工厂外部网络。在我国，工厂外部网络方面，主要是指互联网，相关产业方面已经有较好的基础，相对比较成熟。在工厂内部网络方面，主要作用是支持企业信息化，EPA、WIA-PA 等自主知识产权技术被纳入网络互联国际标准，形成较好的技术基础。随着工业互联网中无线技术的应用拓展，未来面向无线化、IP化的网络互联技术和产品标准将成为重点。此外，资源标识和寻址技术是实现资源管理、信息互通、设备设施互联的基础，需加强统筹考虑。

（3）工业云和服务。

我国云计算和数据服务领域已经形成一定的基础，出现了一批高水平的服务企业及一系列自主研发的云平台解决方案，在大数据平台服务器、NoSQL数据库和数据仓库等产品方面有所积累。工业云服务、工业领域算法和模型、基于多种云架构的 PaaS 平台、以大数据分析功能为核心的开放云平台等在爆发式需求牵引下也处于高速发展中，因此在数据规范、云平台、云服务方面亟须标准化。

（4）工业互联网安全。

目前业界对工业互联网安全的研究及产业支持还处于起步阶段。工业互联网的应用促进了工业生产过程不断提升柔性化能力，企业、用户、产品之间将高度协同、开放、共享，工业互联网安全边界越发模糊、攻击面不断扩大。未来安全将向设备、数据、服务全方面渗透，成为影响工业互联网发展的关键要素之一，因此亟须从技术、管理、服务等多角度协同构建工业互联网安全发展环境。

（5）工业应用与数字化解决方案。

随着数字经济和实体经济的融合发展，工业互联网的价值逐步显现。一方面，在风险监测、供需对接、资源调配、供应链协同、柔性化生产、金融服务及智能工厂与云制造等方面提出了一系列工业互联网解决方案，并已发挥积极作用，展现出突出优势；另一方面，当前我国企业设备数字化率和数字化设备联网率不足50%，且工业互联网主要以“设备物联+分析”或“业务系统互联+分析”的简单场景优化应用为主，行业知识和领域模型积累与提炼不够，面向行业与应用场景的工业 App 数量与数字化解决方案尚难以全面支撑企业产业数字化治理与企业数字化转型需求。