赵敏工业互联网平台与智能制造.docx
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赵敏工业互联网平台与智能制造
赵敏：
工业互联网平台与智能制造（最终审定版，含完整高
清PDF）
小编导读3月28日，工业互联网平台宣讲团第二季继续开讲，由走向智能研究院执行院长、中国发明协会发明方法研究分会会长赵敏为大家分享“工业互联网平台与智能制造”。
“工业互联网平台宣讲团”，在工信部信软司大力支持下，由中国信息通信研究院、工业互联网产业联盟、走向智能研究院主办，通过组织线上线下宣讲活动，邀请国内著名专家、学者、企业家就工业互联网平台白皮书相关理念与技术发展体系开展宣贯活动。
本场宣讲团活动有92个微信社群参加同步图文直播转播，覆盖专业人群约两万两千人。
宣贯活动为公益性专业性知识分享活动，欢迎大家踊跃参与。
【主持人开场白】：
各位群友，晚上好。
92个科技产经微信群图文直播工业互联网平台宣讲团活动第二季第一讲，现在正式开始。
我是本次宣讲活动主持人苏明灯，是活动主办方之一的走向智能研究院执行秘书长。
作为国内首个智能化综合创新类研究智库，走向智能研究院在智能制造、工业互联网、人工智能等领域做了一些基础性工作，欢迎大家持续关注和支持我们的各项活动。
当前，我国工业互联网平台的发展势头非常迅猛。
在刚刚结束的两会上，政府工作报告中明确提出加快制造强国建设，发展工业互联网平台。
为了推动工业互
联网平台发展，贯彻落实国务院《关于深化“互联网+先进制
造业”发展工业互联网的指导意见》，宣贯《工业互联网平台白皮书》，在工信部信软司的大力支持下，由中国信息通信研究院、工业互联网产业联盟与走向智能研究院联合邀请国内著名专家、学者、企业家组成工业互联网平台宣讲团，通过组织线上、线下宣讲活动，就平台建设与推广、理念与技术体系等开展宣贯活动。
我国工业、IT领域若干重要的行业协会、管理部门、产业联盟、研究机构、知名企业对今晚的活动给予大力支持。
他们是：
工业互联网平台宣讲团支持单位（排名不分先后）：
中国机电一体化技术应用协会、中国工业技术软件化产业联盟、中国工业服务联盟、宁夏宁东能源化工基地管委会、沈阳市大数据管理局、苏州工业园区科技和信息化局、杭州市余杭区科学技术局、东北大数据产业联盟、浙江省工业互联网产业联盟、中国精算研究院大数据中心、成都汽车产业研究院、苏州市智能制造公共服务平台、北京中关村科技园丰台园3D打印数字维创中心、杭州市计算机学会、杭州市物联网行业协会、无锡市信息化协会、绍兴市产业互联网促进会、深圳市大数据研究与应用协会、工业互联网产业联盟上海分联盟、华东理工大学信息科学与工程学院、北京信息科技大学自动化学院、中国人工智能学会智慧能源系统专业委员会、航天云网、徐工信息、海尔工业智能研究院、树根互联、中国移动、中船信息、西门子、ABB、
PTC、金蝶软件、东方国信、日海物联、索为系统、《航空动力》编辑部、e-works数字化企业网、工业4.0俱乐部、中国科技自动化联盟、工业4.0创新平台、工业4.0商业共同体、智能制造百人会、工控兄弟连、工业服务联盟、信息技术服务与外包产业联盟、寄云科技、北京兮易、兰光创新、英诺维盛、合众联恒、北京格分维、大驰工业设计、昱辰泰克、青岛天河制造业转型升级研究院、中之杰、互联智佑、宝信信息、中安鼎辉、安星联供应链、联讯动力、造奇智能、制学网、廊庭科技、2045加速器、翔正国际、智汇工业、国脉物联网、工程师联盟、慧造智能研究院、渤海方略、先进制造业全媒体等等。
最新统计，今晚同步直播《工业互联网平台白皮书》专家宣讲团活动的微信群有92个,同步直播转播微信群是（系列微信群只列举主群）：
工业互联网产业联盟群、走向智能-工业互联精英群、走向智能-工业互联产融群、工业互联网平台宣讲团直播系列群、CPS信息物理系统专家宣讲团、国家智能制造交流群、宁东管委会系列群、中国工业技术软件化产业联盟群、中国信息自动化交流群、《三体智能革命》雅读汇、工业4.0俱乐部系列微信群、工业4.0商业联合体系列微信群、2018智能制造百人会群、中欧智能制造、中国智能制造Imchina、工业互联网安全讨论小组、中国建造3.0&建筑
数字领导力论坛、人工智能创新高峰论坛、智能科技创新交流群、IC咖啡讲堂001|物联网群、工业4.0研讨会主群、中欧校友制造业群、西南精益制造联盟、走向智能论坛读书汇、中国智能制造IMchina、国脉物联网与智能制造论坛微信群、工业物联网合作交流群、工业服务联盟群、中国智慧能源+国际化高端智库群、杭州智能制造研究会、创新设计群、兮易强企交流群、【未来智+】微直播课堂系列群、国家纺织商会工业4.0中心、沈阳大数据产业交流群、山西装备制造之家、工业互联网上海分联盟群、江苏大数据联盟系列群、江苏省工业软件产业发展联盟群、弗戈学堂交流群、绍兴市产业互联网促进会系列群、潍坊工业互联网学习群、先进制造业3群、工业智能制造群、智汇工业群等等微信社群。
作为宣讲活动主持人，对上述支持单位、社群组织表示衷心的感谢。
今晚是宣讲团第二季首场宣讲，我们荣幸的邀请到本期宣讲专家——走向智能研究院执行院长、中国发明协会发明方法研究分会会长赵敏，他是我国著名的智能制造和创新方法专家，同时也是工信部“双创联盟”专家委员会专家、工信部工业信息安全专家委员会专家，今晚他演讲的题目是《工业互联网平台与智能制造——工业软件的结构与重构》接下来，有请赵院长进入宣讲时间。
以下为赵敏院长宣讲图文：
各位群友晚上好！
我们又在“百群万人”的宣讲活动中见面了！
在第一季的工业互联网平台宣讲中，工信部信通院余晓晖总工、信通院两化所朱敏副所长和中航工业信息技术中心宁振波首席顾问已经对《工业互联网平台白皮书》做了很深入的解读和宣讲，工信部信软司副司长、中国信息化百人会执委安筱鹏博士也多次撰文引领业内的研究与讨论，让业界同行和各个微信群中成千上万的群友包括我本人都受益匪浅，收获良多。
大家的反响都非常积极和热烈，对工业互联网平台的认识也在逐渐加深。
在三月中旬刚刚结束的两会上，不少来自业界的与会代表热议工业互联网。
在二月初的工业互联网峰会上，工信部部长苗圩表示，工信部将统筹推进工业互联网发展的“323”行动，即打造网络、平台、安全三大体系。
显然，工业互联网平台已经是热点中的重点。
最近一两个月，关于工业互联网平台的介绍与讨论的文章，在媒体和坊间越来越多，非常积极、正面地促进着工业互联网平台向着推广应用的方向良性发展。
与传统的操作系统、工业软件等软件产品不一样，工业互联网平台是一个以前从未出现的新生事物，有着丰富的组成、新颖的架构和看得见、看不见的属性。
因此，对它的了解和认识也应该是多角度、多层次和多观点的。
更有意思的是，工业互联网平台不是凭空诞生的。
尽管它很新颖，但是它是由既有的技术基础、新颖的组合理念和创新的系统架构所构成的。
经过前一段时间的学习和分析，我总结了一下它的关键组成部分，认为可以由六大块已知要素来表示。
这也算是我以一个与此前不同的视角来观察和解读工业互联网平台。
请大家看以下这张示意图。
图的中心部分是工业互联网平台，周边围绕的是工业互联网/工业物联网/物联网、CPS（赛博物理系统）、工控通信协议/工业大数据、消费互联网/商业互联网、工业云/中小企业信息化、工业技术或知识软件化/工业APP这六大基本要素。
我将逐个简要讲解每一块基本要素的内容，重点讲解CPS、工业技术或工业知识软件化/工业APP的内容。
首先从工业互联网/工业物联网/物联网说起。
首先说物联网，是因为物联网是工业互联网的基础。
物联网
的概念是由凯文•艾什顿（KevinAshton）在1999年互联网的高峰期最早提出的。
Ashton与SanjaySarma和DavidBrock在麻省理工学院自动识别中心做了一件当时还不知道是多么有意义的事情，即用RFID标签将某个物件联接到互联网上。
随后，他在给宝洁高管做演讲时，把通过RFID标签将物件联接到互联网的技术称之为“InternetofThings（loT）”，于是，“物联网（IoT）”的概念由此而诞生。
而物联网在工业领域的应用，就是“工业物联网或工业互联网”了。
2014年，世界经济论坛（WEF）与工业互联网联盟（IIC）和埃森哲合作，做了一个工业互联网研究项目，给出了他们对工业互联网的理解与定义。
该研究项目命名为：
“工业互联网：
释放互联产品和服务的潜力”；英文原文是：
Industrial
InternetofThings:
UnleashingthePotentialofConnected
ProductsandServices，大家可以很容易在WEF的官网上检索到这个报告。
在该报告中，对工业互联网术语做出了如下定义：
英文：
“IndustrialInternet:
Ashort-handfortheindustrialapplicationsofIoT,alsoknownastheIndustrialInternetofThings,orlloT”；中文：
“工业互联T网工业
应用的简称，也称为工业物联网或IIoT”。
大家从上面的术语定义可以看到，在WEF的工业互联网定义中，工业互联网就是工业物联网，二者没有什么不同，只是一个简称，一个是全称。
当然，这只是一家之见。
不同的专家对工业互联网的理解和定义并不完全相同。
工业互联网联盟（IIC）架构组联合主席林诗万先生认为，工业互联网比工业物联网所覆盖的联接范围要更宽泛一些。
工业物联网侧重联接物，而工业互联网还会联接物以外的要素，同时林先生也指出，在北美和欧洲，不少人不再区分工业互联网和工业物联网，而是将其统称为“工联网”。
我从去年就一直考虑一个问题，为什么会产生工业互联网平台？
促进工业互联网平台发展的驱动力在哪里？
看了WEF的报告，我找到了其中一个重要的驱动力——答案在于“结果经济”。
“结果经济”对我们大多数人来说，是一个相对陌生的词汇。
但是，在多行业相互跨界的今天，哪个行业突然进入了另外一个行业，不是什么新鲜的事情。
“结果经济”不经意间，就成为了工业界的一个重要的驱动要素。
按照埃森哲的定义，工业互联网的高速发展，通常要经历四个阶段。
四个阶段各自有不同的主题和发展重点。
如图所示。
该图显示，从近期来看，工业互联网首先要达成的目标是通过降本增效来提高运行效率，这是第一阶段的目标；第二阶段则要由工业互联网来发展出新模式、新产品、新服务，由此而改善企业的投入产出比。
从长期来看，在第三阶段，“结果经济”的概念被提了出来，在永远追求确定性结果的工业基因驱动下，在网络泛在化发展与市场竞争的综合作用下，客户不再安于只是购买产品，而是希望能够按照结果来付费，即要求生产企业不仅提供产品和服务，而且提供能够产生确切结果的、可以量化的服务，如确切的节能数量、确切的谷物产量或较为准确的机器正常运行时间等。
以一个通俗的例子来比喻“结果经济”，就是客户要的是“直径20毫米的孔”，而不是去买一个20毫米的钻头，也不是买回钻头来自己打孔。
因此，当客户需求从“购买钻头”转变成为需要“毫米2的0孔”这样一个确切结果之后，生产企业就必须要考虑以新模式、新技术、新生态来提供新型的“结果经济”服务。
因此，企业必须要改变原有的商业模式了！
这就不难理解为什么现在不少生产企业开始免费提供产品，按照用户开机使用的有效结果时间或使用效果来收费，用了产品才收费，不用不收费，彻底改变了原有的卖产品的商业模型。
结果经济的需求牵引要求各种设备必须时刻在网，泛在联接，准确感知，实时分析，精确计算，随时服务。
于是，一批与这类服务有关的企业就找到了生存与发展空间，就能与设备生产厂商建立优势互补的关系，生态系统自然建成，工业互联网平台必然出现，人们需要构建在云上的操作系统（从单机操作系统、工业局域网操作系统到基于云的操作系统）来采集边缘层的设备数据，监测客户使用情况，预测设备寿命和客户需求，实现弹性供给、资源优化、高效配置。
而到了第四阶段，会出现大规模的“劳动力转型”，即人体、人脑离开系统回路，基于“人智”的数字化劳动力（智能机器）大规模登场，真正实现机器换人，以泛在联接、自主自治的智能机器来拉动经济的彻底转型。
这就是智能制造发展到第三代范式的美好前景（参阅中国工程院院刊中“走向新一代智能制造”文章）。
生产企业需要注意的是，为客户（买方）提供量化结果，意味着厂家（卖方）需要承担更大的风险，而管理这些风险，需要自动量化的能力，而自动量化的能力，只有高度数字化、网络化、并具备一定智能化的工业互联网平台可以提供这种能力。
从以上介绍不难看出，工业互联网及工业互联网平台产生与应用的时代背景和客户需求。
全球的工业体系在转变，客户的需求在转变，工业互联网平台面世，既是“互联网与制造业深度融合”的结果，也是由“结果经济”的拉动与牵引的结果。
安筱鹏博士前不久在信通院与智研院联合举办的“工业互联网平台高端研讨沙龙”中，专门讲了工业互联网平台所带来的“两个不变”和“六个变化”。
讲得通俗易懂，非常精彩，大家可以看一下有关报道。
我们再来看组成工业互联网平台的第二大要素CPS（赛博物理系统）。
德国的工业4.0，在技术上是通过建立CPS来构织一张基于物联网的超级大网，由此而建立“智巧工厂
（SmartFactory）”——请注意“智巧工厂”是我在2017年提出的对“SmartFactory”的一种翻译方式，并且在今年一月份发表的中国工程院的“中国智能制造发展战略研究报告”解读文章中也专门讲了这个术语。
美国NIST提出了由产品、生产、业务三个维度构成的三维模型，每一个维度都在装置、机器、工厂和企业信息化系统的垂直集成中发挥着作用，被称之为“制造金字塔”。
日本人则在学习领会工业4.0的基础上，提出了“社会5.0”视野下的“互联工业”，面向各种各样的产业，通过企业、人、数据、机械相互连接，而创造出新价值，新产品和新服务。
SMU（智能制造单元）是工业价值链中的基本组件。
日本人其实追求的是一种“工4+工互”的、符合自己国情的工业发展模式。
不管是中国的智能制造、德国的工业4.0、美国的工业互联网、工业物联网或智能制造生态系统、日本的“互联工业”或工业价值链，智研院认为，其最大公约数是“CPS。
如图所示。
走向智能研究院认为，CPS是基础中的基础，关键中的关键。
必须充分重视CPS与工业互联网平台的关系的研究。
我稍感遗憾的是，在今年二月初的工业互联网峰会上，我听了那么多的报告，没有几个讲演者提到CPS，只有IIC的林诗万先生在讲演中明确提到了CPS与工业互联网平台的关系，认为CPS是工业互联网平台的基本使能技术，在工业互联网下沉到制造业以及工业软件的架构演进中起着基础性、关键性的支撑作用。
在德国ZVEI提出的“平台工业4.0”标准中，给出了“工业4.0参考架构模型（RAMI4.0）”，其中的资产层，是指企业的所有“物件（Thing）”，而通信层、信息层、功能层，则共同构成了“管理壳”，形成一种提供服务架构的管理软件。
两者之间的集成层，成为了物理系统与赛博系统的融合层。
由此，当常规的“物”，按照RAMI4.0的规定与步骤加上管理壳之后，就形成了多种种级别的CPS。
一个智能工厂与外界智能工厂的互联，将形成“互联世界”。
由此，从工业物联网的视角，有效地管理、配置与优化企业的各种资产。
我们再来看工业互联网的参考架构。
如图所示。
在工业互联网参考架构（IIRA）中，IIC给出了对跨行业IIoT的独到理解，强调跨行业的通用性和互操作性（如图中所示的“跨域功能”，）即通过安全、可靠的工业互联网系统来实现诸如制造业、医疗保健、交通运输、能源、公共领域基础设施的互联、互通和互操作。
德国平台工业4.0自主开发了工
业互联网参考架构模型（RAMI4.0），美国工业互联网联盟独立开发了工业互联网参考架构（IIRA），看似各不相同，实际上二者是有对应关系的。
IIC联合平台工业4.0的专家，在去年2月专门写了一个白皮书——《架构对齐和互操作性白皮书》，将两个参考体系架构进行映射和对齐，揭示了两个参考体系架构的相互补充、相互支撑的要素，以此共同应对和解决来自不同角度和跨不同工业领域的IIoT挑战。
《架构对齐和互操作性白皮书》指出：
IIRA和RAMI4.0的创建都是为了实现物理和数字世界的融合，特别是信息技术（IT）
和业务技术（OT）的融合。
而区别在于，工业4.0是关注巧妙地制造事物，而工业互联网则是让事情巧妙地工作。
二者之间可以相互配合，相得益彰，即IIRA所强调的工业分析将有利于构建智能工业4.0系统，工业4.0组件将有助于在制造环境和其他领域为工业4.0和IIoT系统提供广泛的互操作性。
根据我对RAMI4.0和IIRA的跟踪研究与对比，我认为二者的“落脚点”都聚焦在“物理和数字世界的融合”，都需要赛博物理系统CPS作为技术使能系统。
如图所示。
CPS在RAMI4.0中讲得很清楚，但是在IIRA中关于CPS的介绍不是很多。
根据IIC给出的参考架构图，实际上其藉由“感知-控制-执行-物理效应”智能闭环所形成的CPS过程已经展示出来（蓝色图的下方）。
如果一定要做一个对比的
话，那么，可以参照管理壳的表现方式抽取出IIRA中的CPS结构，立即可以看出它与RAMI4.0中的CPS组件结构非常类似。
二者大道相通，机理相同。
根据RAMI4.0的介绍，
当众多的CPS组件联接到一起的时候，就形成了工业物联网（也即工业互联网），当形成工业互联网的CPS中的通信层、信息层、功能层逐渐云化之后（即各类要素上云，后面继续介绍），工业互联网平台从技术层面就逐渐现身了。
工业互联网平台与工业互联网、CPS的关系如下图所示。
该图是我在2017年12月24日“工业互联网平台研讨沙龙”上首次提出的，是对工业互联网平台与智能制造及CPS之间关系的首次独创视角的图示化解读。
电标院孙文龙副院长也描述了工业互联网平台与CPS的关系：
CPS通过感知和自动控制、工业网络等“一硬”和“一网”技术可，将制造末端的数据接入，在虚拟的信息空间构造一个新的制造体系，有效支撑了平台数据的汇聚和流动；通过工业软件等“一软”技术，可构建数据流动的规则体系，实现资源的有效配置；通过大数据和数字孪生等“一平台”技术，可将物理世界的隐性数据显性化、知识化，并能反向控制物理世界，为工业App的创新应用提供实现手段。
下面介绍工控协议和数据采集。
工业互联网最大特点就是联接各种工业设备，保持良好人机交互，解决“数据从哪里来”、“数据到哪里去”的问题。
理论和技术上常见设备都能联接，但是实践中阻力非常大。
企业自己缺乏动力，不愿意去联接。
我在调研中汇总了几条常见的企业不愿意联接的原因：
1、因网络协议太多而不愿意联，技术开发有困难；2、因机床数量太少而不愿意联，单独开发效益上不合算；3、因安全和保密要求而不愿意联，担心黑客攻击、震网病毒等问题；4、忌讳让别人或竞争对手看到自己的数据而不愿意联。
以上这些原因，是在推广工业互联网和工业互联网平台过程中需要特别注意的事项。
设备联接了，数据采集了，数据量特别大了，就需要有足够的数据容身之地。
而数据湖就是为此而生的解决方案。
数据湖联通了人、机、物，大量的数据都可以在湖中聚集起来。
如果比较通俗地说的话，数据湖的技术特点是：
随意流入，可以存储任何来源于不同地方的各种类型的数据；随取随用，任何许可的用户可以进入湖中提取所需要的数据；过程动态，随时发生。
数据湖的定义和益处如下图所示。
由图中可以看出，“数据从哪里来”、“数据到哪里去”都一目了然。
数据采集，通常发生在广泛联接物理设备的边缘层。
工业设备的特点是网络相对封闭，数据输入和输入必须遵从形形色色的工控通信协议。
常见工业控制通信协议有CANBUS、MODBUS、LAN、ProfiBus等。
当然，工业大数据的采集还需要解决压缩、计算、清洗等数据处理问题。
在工业互联网的价值链上，智研院认为，谁能掌握并贯通工业大数据的“采、管、用”三大环节，谁就能更准、更快地抢得市场先机，创造高附加价。
在“采”的方面，如果能将多种工控协议“吃透”，自主研发出自己的数采设备，就可以做到“一盒采百机”——华龙迅达研制的“机器宝”在数据采集与边缘计算方面做得不错。
在“管”的方面，海量汇聚的大数据，为工业互联网平台提供了源源不断的数据，PaaS层如何管理好这些数据考验着一个平台水平。
数据的权利归属，也是一个敏感的话题，如何将区块链技术与大数据技术结合起来，让数据的使用有据可查，是一个非常有意义的事情。
树根互联通过区块链+根云
平台+边缘计算，实现了边缘侧到云端可信数据采集、传输和分析，以及基于边缘测所捕捉的可信事件驱动来驱动区块链智能合约，由此而对数据有了更可靠的把握。
这样将提高数据在整个管理过程中的可信度。
在“用”的方面，华龙迅达的龙总给出了自己的见解：
“在云平台开发API接口，通过授权，对需要数据的制造企业、软件公司、行业大数据分析企业、服务商、供应商、营销商开放应用，使制造数据与供应链、销售链和服务链融合。
”即大家都用起来的数据，才是真的好用，才是真的用好了！
由此，我要更加突出强调一个新认识：
工业互联网不仅“姓工”，而且还要“姓公”，即具有某些公益、公用、公平的属性。
谈工业互联网平台最常用的一个术语是“互联网”。
人人都说
“互联网”，背后含义不一样。
“此互联网”与“彼互联网”之间的异同必须梳理清楚。
从具有互联的属性上来说，世界上的“互联网”其实有很多种。
物质、能量、信息、知识、人际关系、意识等，都可能组成某种“互联网”，大家在谈论互联网时，最好明确自己在说哪张网。
工信部原副部长杨学山教授对此有精辟见解，他在信通院与智研院联合举办的“工业互联网平台高端研讨沙龙”（）上指出：
工业互联网“姓工”，是机器设备之间的联接，难点在工控协议；消费互联网“姓网”，是电脑及使用者的联接，成熟且分布广泛。
二者常有交集，但是又互有明显区别。
我认为，工业互联网与消费互联网的不同之处在于：
1、基
础不同：
消费互联网联接的是“数字化原住民（电脑、手机、平板、服务器等）”；工业互联网联接的是“数字化移民”，即可以迁移到工业互联网而成为网络终端的人、机、物。
2、
响应不同：
消费互联网无需毫秒级的实时响应，适度延迟不影响使用结果；工业互联网需要毫秒或百纳秒级的实时响应，需要时间敏感网络TSN。
3、联接量级不同：
消费互联网联接几十亿消费人群和电脑设备；工业互联网联接几百亿设备——PTC预测2020年IoT设备接入
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