工业互联网发展的本质与态势分析
作者：任保平（西安财经大学副校长，教育部人文社会科学重点研究基地西北大学中国西部经济发展研究院院长教授、博导）
【摘要】工业互联网作为第四次工业革命的先导，已经成为中国工业高质量发展的新引擎。中国工业互联网产业融合带动的经济影响规模在不断增长，但是我国工业互联网的发展存在着核心技术短板、标准化体系短板、核心能力短板和产业基础短板。对此，需要加强核心技术的自主研发与应用，引导企业成为工业互联网的主体，完善工业互联网标准体系，加大工业互联网融合创新的政策供给，优化工业互联网发展环境。
近年来，我国工业互联网形成了快速发展的态势，《工业互联网产业经济报告2020》指出，2017—2020年，中国工业互联网产业带动的经济规模增长了近4倍，仅2020年我国工业互联网融合带动的经济影响规模就达2.49万亿元，同比增长55.8%。目前，全国已形成具有一定影响力的工业互联网平台超过80个，各种类型的工业APP的数量35万个，广泛应用到钢铁、机械、电力、交通、能源等30多个国民经济重点行业。而且从基础条件来看，中国具有发展工业互联网的优势：经过新中国成立以来70多年的发展，我国建立了完善的工业基础，制造业门类齐全，工业设备和工业数据储备庞大。同时，我国构建了比较完善的工业平台基础，目前已经形成的协同制造平台、管理服务平台、用户定制化平台，为工业互联网的发展提供了平台条件。工业互联网既是我国实现工业经济向网络化、智能化方向发展，实现高质量发展的关键，也是全球新一轮科技和产业革命的新动力。那么，工业互联网的“灵魂”何在？当前我国工业互联网建设的短板不足有哪些？工业互联网未来发展的实施路径在何方？这些问题都亟待研究和思考。
工业互联网为何连续四次被写入政府工作报告
进入新时代以来，我国非常重视工业互联网的发展，国家连续出台了一批促进工业互联网的政策：2015年发布《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》，提出推动互联网与制造业融合的任务。2016年国务院印发《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》，提出通过发展工业互联网培育新的经济增长点。2017年国务院印发《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，提出推动互联网与先进制造业的结合。2018年工信部印发《工业互联网平台建设及推广指南》和《工业互联网平台评价方法》，提出培育跨行业跨领域工业互联网平台。2018年政府工作报告第一次提出发展工业互联网平台以来，工业互联网被逐渐提高到了国家战略层面。2019年工信部印发《工业互联网网络建设及推广指南》，提出建设工业互联网网络技术体系和标准体系等。2019年国务院政府工作报告提出打造工业互联网平台，拓展“智能+”，为制造业转型升级赋能。2020年工信部印发《关于推动工业互联网加快发展的通知》，提出推动工业互联网的融合创新。2020年12月工信部印发《工业互联网创新发展行动计划（2021—2023年）》，指出工业互联网是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的全新应用模式。2021年工信部印发《工业互联网创新发展行动计划（2021—2023年）》，提出到2023年要实现新模式、新业态的大范围推广，提高智能化制造、网络化协同、数字化管理等新模式应用普及率。
工业互联网也连续四次被写入政府工作报告，工业互联网的重要性或战略不言而喻。工业互联网发展的战略意义在于：一是推动工业数字化转型。工业互联网的核心是通过数字化转型，提高制造业智能化水平。在全面互联的基础上，通过数据流动和分析，形成智能化变革，形成新的工业发展模式和新的工业发展业态，提高工业现代化水平，推动工业进入智能制造的新时代。二是实现工业革命与互联网革命优势的融合。工业互联网将促进工业革命与互联网革命优势的结合，把工业革命产生的无数台机器、设备和工作站与网络革命影响下形成的计算、信息与通信系统融合起来，形成新的工业发展模式即智能化时代的新工业模式。同时在这一过程中实现智能机器、高级分析和工业人员三种元素的融合，将机器、设备、团队和网络连接起来，形成智能的设计、操作、维护。三是推动工业转型升级和高质量发展。通过新一代信息技术与制造业的深度融合，把传统工业与现代技术连接起来，促进新工业革命成果在工业领域的应用，加深互联网从消费领域向生产领域进军，推动促进产业数字化和数字产业化转型，为数字经济发展创造产业应用场景，推进新型工业化进程，抢占工业革命先机，为我国高质量发展注入新动能。四是推动新经济增长点的形成。进入新发展阶段，在构建新发展格局的过程中，中国经济面临着培育新增长点的任务。工业互联网已经成为企业提升效率、降低成本的基础设施，实现生产和经营管理的数字化网络化智能化升级，实现产业价值链的提升。以数据流带动形成新的生产方式。促进传统工业制造体系再造，促进产业链协同发展，创新产业和商业模式，形成新发展格局构件中的新经济增长点。
当前阻碍我国工业互联网发展的短板有哪些
当前，我国工业互联网的发展存在着几个明显的短板：一是核心技术短板。工业互联网的关键核心技术包括工业大数据分析、工业机理建模、工业应用开发技术等。我国平台关键技术有效供给不足，关键核心技术短板是我国工业互联网发展的关键制约，在边缘智能技术方面，国外厂商设备数据不开放、接口不统一、数据兼容性差。在工业大数据分析方面，数据分析方案成本高、周期长、推广难。在工业机理建模方面，缺乏通用方法和基础工具等标准。在工业APP开发方面，APP标准制定滞后，开发进程缓慢，难以满足企业上云需求。在工业软件方面，高端工业软件被欧美日企业垄断，工业互联网平台基本采用国外开源软件，在高端工业软件和工业控制系统等领域自主可控力量不足。
二是标准化体系短板。工业互联网标准是在规范平台功能的基础上，带动平台的技术研发和行业应用，实现工业产业全价值链协同发展的载体。但是，我国工业互联网标准化体系不完善，没有形成工业互联网能力评价标准，没有对企业应用工业互联网进行评价的方法，严重制约了工业互联网平台的应用推广。同时，我国没有统一的工业互联网标准，难以有效挖掘和合理利用数据的价值，也不能有效实现产业链上下游贯通。
三是核心能力短板。工业互联网平台的核心能力包括工业数据采集能力、海量数据处理能力、工业大数据建模分析能力、工业APP培育能力、产品全生命周期数字化集成能力等。目前，我国工业互联网核心能力存在短板，系统化和场景化的规模应用没有形成，数据采集能力和数据处理能力、大数据建模分析能力、工业APP培育能力、产品全生命周期数字化功能集成能力不足，人工智能、大数据分析、5G网络技术等技术在工业领域应用的积累还比较薄弱，严重制约了工业互联网的应用推广。
四是产业基础短板。我国大部分工业互联网平台建立在国外基础产业体系之上，存在产业基础短板：工业互联网企业在工业技术、工艺、机理等方面的基础积累不足，长期积累的工业生产技术、经验、知识、模型难以快速集聚、复用和迭代。中小企业生产设备数字化基础薄弱，升级改造难度大、成本高。大多数工业企业数字化程度偏低，制约工业互联网行业应用。基础设施不健全。缺乏大数据处理分析中心，工业大数据无法统一管理和使用，工业领域各行业各部门间数据资源不集中，难以集成使用。
工业互联网的本质是什么
首先，网络是工业互联网的基础。工业互联网是以网络为基础形成的包括平台、数据要素、企业和人在内的系统化模式，工业互联网通过对人、机、物全面连接，把传统制造业与现代新技术结合起来，实现传统制造模式和产业形态变革，形成新的业态模式，构建起要素、产业链、价值链连接的新型工业制造体系。工业互联网的各个要素需要通过网络连接起来，是工业系统的各种元素的互联。工业互联网平台连接人、机器、设备以及多种工业应用场景。在全面互联的基础上，通过数据流动和分析，形成智能化变革，形成新的模式和新的业态。
其次，工业互联网是网络链接系统。全面连接是工业互联网的重要特性，网络是连接工业全要素、全产业链、全供应链和全价值链的新载体，是连接、配置和组合各类生产要素的新组织方式，在系统性连接基础上产生系统效应。工业互联网通过人、机、物的全面互联，在互联网的连接下实现互联互通，提高效率，降低成本，提升全流程生产效率。因此，工业互联网可以整合工业经济发展过程中的产业链上下游资源，实现协同设计、协同制造等新模式。在产品服务方面通过对设备、产品的监测，提供远程维护、故障预测等服务，优化产品设计。
最后，互联网解决了数据端到端的流动，实现跨系统的流动，在互联的基础上通过数据流动和分析，形成新的模式和新的业态，实现物理空间与数字空间虚实交互作用。同时，基于工业互联网的数据交互优势不断催生新业态新模式，推动工业发展格局在产业体系、产业链、供应链、产业空间布局等方面的重构。在更大范围内打破企业的边界，实现企业内部、供应链上下游、供应链之间的有效连接，实现大中小企业资源的在线化汇聚和平台化共享，形成无边界组织，实现各类大中小企业融合发展。
新发展阶段我国工业互联网发展的路径选择
工业互联网作为第四次工业革命的先导和基础，正在成为全球制造业革命性变革的推动力量，已经成为世界各主要国家面向未来的共同战略选择。工业互联网开启中国工业化历史性机遇，我国工业互联网已经具备一定的发展优势，工业基础体系比较健全，工业互联网顶层设计已经完成，国家战略和技术体系设计相继推进，形成了较为完整的工业互联网政策体系。在构建新发展格局背景下，工业互联网已经成为中国工业化高质量发展的助推器，需要将工业互联网创新发展纳入国家重点规划体系，打造系统化多层次推进体系。在新发展阶段构建新发展格局的过程中，要立足中国企业的普适性需求，依据制造业强国战略和网络强国战略，探索中国需要、中国模式、中国风格的工业互联网发展道路。具体实施路径如下：
第一，加强核心技术的自主研发与应用。核心技术的自主研发与应用是新发展格局构建背景下，工业互联网持续健康发展的关键路径：一是要加强核心技术研发。着力推动基础性、通用性、前瞻性技术创新，实现工业互联网技术创新的自立自强，积极利用工业互联网技术的自主创新成果，加快建立工业互联网共性技术体系，瞄准关键技术领域集中力量攻关。二是以行业应用为导向加快新技术联合攻关和成果转化。要鼓励高校、科研机构和企业等主体，加强工业互联网基础理论研究，提升原始创新水平，使创新要素协同发挥作用，加强相关核心技术和产品的研发突破。三是加快新兴技术在工业互联网平台中的应用。加快大数据、人工智能等新技术的推广应用，提升工业互联网数据分析能力。围绕工业大数据建模分析，突破基础技术和流程建模等核心技术在应用过程中的难点。在推进人工智能算法在工业APP的融合应用的基础上，进一步建设跨行业跨领域平台联盟，通过平台联盟实现工业互联网平台间的互联互通。
第二，引导企业成为工业互联网发展的主体。让拥有不同资源禀赋、技术沉淀和创新路径的企业发挥自身能动性，引导企业成为工业互联网的主体。一是让企业成为投资主体。引导企业进行工业互联网的建设和推广，使企业成为工业互联网的投资主体，给企业的工业互联网发展打造良好政策环境与基础设施方面的基础。二是促进工业企业数字化智能化技术改造，引导更多企业打破部门间、企业间、产业链间数据壁垒。以工业互联网平台为依托，鼓励支持中小企业进行数字化转型，推进企业内部、企业以及生产设备与信息系统之间的互联互通，促进数据资源协同与共享。三是发挥龙头企业的引领带动作用。发挥龙头企业在互联网平台在技术和商业模式创新方面的引领作用，带动整个行业转型升级。四是推动中小企业业务流程的标准化。促进大中小企业工业互联网主体融合融通发展，形成大中小企业协同创新发展的新发展格局。
第三，加快推进工业互联网平台标准体系建设。标准化是工业互联网发展的关键，标准的不完善和缺失是当前中国工业互联网发展的关键制约，新发展格局构建中发展工业互联网、促进传统制造业转型升级、推进新型工业化进程，需要加快平台标准体系建设。一是统筹推进工业互联网平台标准体系建设，完善包括总体性标准、基础共性标准、应用标准、安全标准在内的标准体系。重点是提高工业互联网平台之间的兼容能力，提高平台的带动能力，有效带动整个行业的健康发展。同时，推进工业互联网标识解析体系建设，优化工业互联网发展的制度体系，推动供应链系统和企业生产系统精准对接。二是加快制定工业互联网通用需求、通信协议等总体性标准，健全标准推广机制，拓展网络化标识覆盖范围。三是加强与国际标准化组织之间的合作，积极参与国际标准制定，提升我国对全球工业互联网体系建设发展的贡献度。完善基础共性和关键技术两大领域的标准，提升工业互联网应用效率，加快国际标准的国内转化，实现国际国内标准的对接。
第四，加大工业互联网融合创新的政策供给。工业互联网的发展要发挥市场的决定性作用，也要更好地发挥政府的作用，政府的作用就是要加强政策引导，提供政策供给。在加快数据流转、网络信息安全等相关法规制度的制定，努力打造宽松、有序的市场环境，为新模式新业态发展创造空间等方面加大工业互联网融合创新的政策供给：一是聚焦工业互联网发展的重点和短板，提升政策的精准性和可及性，确保政策效应充分发挥。加快制定平台间数据迁移标准，实现平台间的数据互通、能力协同与服务共享。二是完善对工业互联网平台的金融支持政策，发挥资本市场作用，支持服务支撑能力强的工业互联网平台企业上市融资；鼓励银行等金融机构创新开展融资、融物、融服务及数据资产、知识产权质押贷款业务。三是加大财税政策扶持。建立支持工业互联网发展的财政专项资金以及产业扶持基金，支持工业互联网关键核心技术研发、平台功能优化和应用示范基地建设。四是人才支持政策。完善工业互联网高层次人才和专业技术人才政策，建立和完善激励机制，加大对工业互联网领军人才、工业信息工程专业人才、信息技术基础研究人才、大数据人才、人工智能人才等的政策支持力度。五是加强人才培养。发展工业互联网，核心是培育人才，要引导对互联网相关基础学科人才培养的投资，加强对工业互联网高级技术工人的培养与选拔，打造与工业互联网发展相适应的专业化人才队伍。
第五，优化工业互联网发展环境。通过完善工业互联网发展体系、创造工业互联网发展的环境。一是完善工业互联网的生态体系，构建创新体系，推动工业互联网产学研官协同创新，构建集开发、合作创新、市场开发一体化的应用生态体系，构建产业融合、企业跨界融通的企业协同发展体系。构建中央地方联动、区域协调发展的区域协同发展体系。二是加强平台供给。加强平台设备接入，支持建设云仿真、数据加工等技术专业型平台，提高平台技术支撑能力。建设一批公共服务平台，提供产业运行分析与预测等服务。不断完善平台功能，建立工业互联网产业大数据平台，形成实时精准的数据资源体系。三是推动工业互联网大数据中心建设。通过大数据中心建设提升数据汇聚、分析、应用能力，推进工业互联网数据价值评估、效益共享等机制建设，形成工业互联网的产业大脑。四是加快模式业态创新。加快平台的智能化制造、智能化管理等新模式，构建互利共赢、协同创新的良好生态。
【参考文献】
①李燕：《工业互联网平台发展的制约因素与推进策略》，《改革》，2019年第10期。
②武汉大学工业互联网研究课题组：《“十四五”时期工业互联网高质量发展的战略思考》，《中国软科学》，2020年第5期。
③吴画斌、张静：《高质量发展背景下工业互联网发展途径及保障措施研究》，《现代管理科学》，2021年第1期。
[责编：刘梦甜]机电工程学院智能制造工程专业介绍
机电工程学院智能制造工程专业介绍
专业概况
智能制造工程专业，为学院依托国家重点实验室和优势师资力量，精心打造的首个创新型新工科专业，是一个多学科交叉融合型专业。
智能制造工程主要学习人工智能、工业互联网与大数据、智能传感与检测技术、制造系统建模与设计、智能装备建模与分析、机器人技术、机械原理、机械设计、机电传动控制、机械制造基础、控制工程、运筹学等核心课程，同时也完成相关实验实训以及课程设计，包括机械制造技术训练、电工电子实验实训、生产实习、智能装备设计综合实训、智能制造系统综合实训、机器人系统综合实践、综合工程实践项目、机械设计课程设计等。
通过理论和实践相结合，培养学生形成“一专多能”的智能制造专业知识体系与工程技术能力，能够运用智能设计、智能管控、智能优化等理论方法与技术解决复杂工程问题，能够从事智能制造及相关领域的研发、设计、制造与工程管理等工作。
发展前景
智能制造工程是国际“工业4.0”和“中国制造强国”大背景下，为迎合新一轮的科技革命而设立的专业。2018年5月28日，习近平总书记在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上的讲话中指出，世界正在进入以信息产业为主导的经济发展时期，要以智能制造为主攻方向推动产业技术变革和优化升级，推动制造业产业模式和企业形态根本性转变，以“鼎新”带动“革故”，以增量带动存量，促进我国产业迈向全球价值链中高端。
广东工业大学机电工程学院勇立潮头，依托学校工科优势和学院学科特色，迎合国家和粤港澳大湾区经济社会创新驱动发展的战略需求，开设智能制造工程专业，通过产教融合、校企合作的协同育人模式，培养满足新一轮工业革命技术创新需求的高素质技术人才，全力打造智能制造创新型人才培育的南方基地，为推动粤港澳大湾区制造业的数字化、智能化升级提供强有力的人才支撑。学生就业面宽，就业创业能力强，社会需求大而迫切，个人发展起点高，空间大，前景好。
图|智能制造战略需求
广工大特色
以制造为底色、智能为成色，造就你的出色。
新一代智能制造将引领和推动新一轮工业革命，人工智能技术、新一代信息技术与先进制造技术的融合，将推动产品、装备及其设计制造过程发生了革命性的变化。智能制造工程依托广东工业大学“机械工程”重点攀峰学科与国家重点实验室建设。本专业聚集一批海内高层次人才，围绕智能制造及机器人技术开展研究工作，在智能产线变型设计、模块化机器人技术、数字孪生技术领域享誉海内外。第三方评估显示，数字孪生产线设计领域发明专利数量一度排名全国第一、全球第二。本专业强调“一专多能”的人才定位，突出“产学融合、竞教融合”的培养理念，将电子制造等产业实践融入课程，将数字孪生等产业技术融入实训，探索“理论教学实践化，实训教学能力化”的新型教学模式，保障学生四年均能达到“2项科技作品、1项学科竞赛、1个科研项目”的“211”标准。本专业将全力培育一批科学化思维与智能化理念兼具、创新意识与工程能力齐备的智能制造高端人才。
图|智能制造培养特色
图|“211”培养标准
学生创新培养
两大学生创新团队助力实现“211”梦。
智能制造与机器人研究所教师指导“智能车间”和“DynamicX机器人”两个创新团队。智能车间创新团队面向“西门子”杯中国智能制造挑战赛和全国智能制造大赛两大国家级赛事，培养具有创新应用能力的智能制造人才。
Dynamicx机器人创新团成立于2019年，2021年首次参加RoboMaster机甲大师赛线下赛，就以南部八强进入全国赛，并夺得全国赛32强，成为甲级队伍。参赛两年以来，共获得超级对抗赛全国二等奖、三等奖各1项；高校单项赛南部赛区一等奖2项，全国赛二等奖2项。
近几年，团队教师指导学生获得“互联网+”全国银奖、广东省金奖；“挑战杯”全国二等奖、广东省特等奖等奖项。
图|智能车间创新团队及作品
图|DynamicX机器人创新团队及作品
图|各大赛事获奖
核心课程
机械原理、机械设计、机械制造基础、控制工程、运筹学、机电传动控制、人工智能、工业互联网与大数据、智能传感与检测技术、制造系统建模与仿真、机器人技术、智能装备建模与分析、智能制造系统综合实训、智能装备设计综合实训、机器人系统综合实践。
师资队伍
专职教师共14名，其中教授5名，副教授6名，讲师3名，均为博士学历；博士生导师3人，硕士生导师12人，国家特支计划科技创新领军人才1人，国家重点研发计划首席科学家1人，省杰青2人，广东省珠江人才计划青年拔尖人才1人，香江学者2人，广东省扬帆计划创新创业团队1个，广东工业大学“百人计划”特聘教授2人，广东工业大学青年百人计划人才5人。专业教师主持国家重点研发计划1项（728万）、广东省重点研发计划1项（1000万），国家基金10项，省市级项目30多项，近五年累计科研经费6000多万元。获得广东省科学技术发明一等奖5项。申请发明专利200余件，已授权国内专利70余件、美国专利3件，日本专利2件；发表高水平SCI论文100多篇，高被引论文5篇。
图|广东省技术发明一等奖
特色研究方向
方向一智能车间设计与优化
1、研发数字孪生产线三维智能设计平台，推动“智能车间设计与优化”工业软件自主可控
2、面向3C制造、军工、定制家具等行业开展智能车间设计、仿真与优化，加速制造企业数字化转型
关键技术
图|数字孪生产线模型
图|产线变型设计理论
图|产线“构型-动型-控型-优型”四型联动的变型设计技术
主要研究成果
图|自主研发的智能工厂数字化设计与优化平台——DTS
图|产线设计案例
方向二智能优化与排样算法
“基于组化的构造式排样优化算法”，研发了包括一维线材、二维矩形件、二维不规则、三维堆叠与装箱的全系列工业软件，面向制造业、物流等行业推广应用。
关键技术
启发式扫搜与超启发搜索算法
组化技术与构造式排样优化算法
基于代理的耦合优化问题
构型搜索方法
…..
图|组批
主要研究结果
图|排样系统案例
方向三可重构机器人模块及其系统
1、先进机器人关节模块与末端功能模块
2、机器人模块化和可重构技术
3、机器人系统自主感知、规划与控制
图|可重构机器人模块
图|工业级可重构机器人模块和系统
图|模块化机器人在高压输电线上的应用
图|娱乐、教育和科研用迷你模块化机器人
方向四机器人与智能制造
1、机器人离线编程系统与数字孪生CAD/CAM/Robotics一体化
三维轨迹生成
典型作业工艺库
工作空间可视化
运动生成与仿真
现场标定功能
智能传感器接口
轨迹实施修正
数字孪生（虚实同步）
图|机器人离线编程与数字孪生系统
2、零部件表面光整加工（抛光、打磨、和去毛刺等）
图|零部件表面光整加工系统及实物
3、非结构化环境中的机器人现场自主焊接
图|非结构化环境中的机器人现场自主焊接
方向五自主移动操作机器人系统
1、环境地图构建与定位（SLAM）
2、具有环境条件不变性和可扩展性的视觉导航
3、移动-操作协调控制
图|SLAM地图
图|自主移动操作机器人
方向六智能服务机器人
1、基于语音、视觉和肢体语言的多模态人机自然交互
2、人工智能及其在高逼真仿人服务机器人上的应用
图|多模态人机自然交互机
图|高逼真仿人服务机器人
就业情况
智能制造工程是新工科专业，专业的设置获得了华为、大族、美的、华星光电、视源电子等行业龙头企业及研究院所的重点关注，企业提前招录、定向锁定意愿强烈。毕业生能接触智能制造领域内的科技前沿和研究热点，可以选择继续深造或出国留学，国内外该领域研究生招生规模大、需求旺盛。