一、前言

當前,，世界產(chǎn)業(yè)變革逐步興起,，制造業(yè)價值凸顯，但也面臨著生產(chǎn)運營成本亟需降低,、產(chǎn)品質(zhì)量和價值有待提升等問題。制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展離不開智能化變革。隨著數(shù)字經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，工業(yè)制造與信息技術(shù)（IT）融合程度趨于深化,，推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)加速變革 [1,2]。新型網(wǎng)絡(luò)強化互聯(lián)基礎(chǔ),、云計算加速應(yīng)用創(chuàng)新,、人工智能（AI）促進價值挖掘,、開源開放助推生態(tài)構(gòu)建，這些都標志著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新的不斷推動下出現(xiàn)了重大變革,。

主要工業(yè)國家紛紛提出了新型制造業(yè)智能化升級發(fā)展戰(zhàn)略：以智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為核心,，提出綜合性的政策體系來推動發(fā)展,，搶占新一輪工業(yè)變革制高點,。美國注重信息技術(shù)的創(chuàng)新引領(lǐng),，推出了《先進制造伙伴關(guān)系計劃》《先進制造業(yè)戰(zhàn)略計劃》《美國先進制造領(lǐng)導力戰(zhàn)略》等規(guī)劃,。德國重視信息物理系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用，發(fā)布了《新高科技戰(zhàn)略（3.0）》《德國工業(yè)戰(zhàn)略 2030》《信息物理系統(tǒng)驅(qū)動的交通,、醫(yī)療,、能源與制造創(chuàng)新》等規(guī)劃,，率先提出工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略 [3,4]。我國將信息技術(shù)與工業(yè)制造融合作為發(fā)展重點,，發(fā)布了《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016—2020 年）》《國務(wù)院關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng) + 先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見》等文件,，將智能制造作為國家先進制造產(chǎn)業(yè)的重點突破方向,，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)化平臺,，推動工業(yè)制造向數(shù)字化,、智能化轉(zhuǎn)型升級 [5,6],。

智能制造以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)支撐，應(yīng)用于設(shè)計,、生產(chǎn)、制造,、管理,、服務(wù)等諸多環(huán)節(jié),，具有高效精準決策、實時動態(tài)優(yōu)化,、敏捷靈活響應(yīng)等特征 [7,8]。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)依托“人 / 機 / 物”的互聯(lián)互通,，打通產(chǎn)業(yè)要素、產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈,，推動建立工業(yè)生產(chǎn)制造與服務(wù)新體系,，奠定了全新工業(yè)生態(tài)和新型應(yīng)用模式的關(guān)鍵基礎(chǔ) [9],。智能制造,、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實質(zhì)均是數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能化，二者融合發(fā)展相得益彰 [10],。面向未來,，可形成以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為基礎(chǔ),、以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺為核心的信息制造體系,，打造制造業(yè)新生態(tài),，這對我國制造業(yè)發(fā)展將產(chǎn)生深遠的影響 [11],。智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重點領(lǐng)域出現(xiàn)新興裂變和升級演進,，芯片,、基礎(chǔ)軟件（開源）、算法與機理模型等基礎(chǔ)能力有望拓展范圍,，逐步建立智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系（見圖 1）,。

圖 1 智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系的耦合關(guān)系

注：APP 代表應(yīng)用程序,；CPU 代表中央處理器；GPU 代表圖形處理器,； FPGA 代表現(xiàn)場可編程邏輯門陣列；DSP 代表數(shù)字信號處理,。

本文針對智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展問題,，分析當前世界各國的發(fā)展形勢，而后針對四方面構(gòu)成內(nèi)容進行了研究現(xiàn)狀及趨勢的調(diào)研研究，點明我國智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的需求,；梳理智能制造產(chǎn)業(yè)鏈重點環(huán)節(jié)的發(fā)展機遇,，結(jié)合我國發(fā)展情況指出當前存在的挑戰(zhàn)及關(guān)鍵問題,；提出我國智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的建議,，以期為國家工業(yè)制造轉(zhuǎn)型升級研究提供理論參考,。

二,、智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的需求分析

（一）制造業(yè)智能化對平臺工具提出新的需求

1. 工業(yè)數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長需要新的數(shù)據(jù)管理工具

伴隨著工業(yè)系統(tǒng)空間擴展概念的深化，工業(yè)數(shù)據(jù)采集范圍不斷擴大,，與之而來的是數(shù)據(jù)類型和規(guī)模出現(xiàn)了爆炸式增長。降低海量數(shù)據(jù)的管理成本并提高存儲可靠性,，亟需新型數(shù)據(jù)管理工具,。

2. 推進企業(yè)智能化決策需要新型應(yīng)用創(chuàng)新載體

制造企業(yè)開展更加精細化和精準化的管理離不開豐富的數(shù)據(jù),。隨著工業(yè)場景層次化和交叉程度的加深,，不同行業(yè)的數(shù)據(jù)與知識體現(xiàn)的專業(yè)壁壘,，使得傳統(tǒng)應(yīng)用創(chuàng)新模式難以匹配企業(yè) / 行業(yè)的差異化需求,。新型應(yīng)用創(chuàng)新載體可以依托實際工業(yè)數(shù)據(jù),、抽象工業(yè)知識,，結(jié)合功能完整的平臺調(diào)用方式,，破解應(yīng)用創(chuàng)新壁壘，支持智能化應(yīng)用迅猛增長的需求,。

3．新型制造模式需要新的業(yè)務(wù)交互工具

隨著產(chǎn)品更新速度加快,，制造企業(yè)之間需要更為頻繁的資源協(xié)同和生產(chǎn)并行,。這就要求在企業(yè)設(shè)計,、生產(chǎn)和管理系統(tǒng)等方面,，都要更好支持與其他企業(yè)的業(yè)務(wù)交互,。新型交互工具應(yīng)運而生,，主要包括高效集成的差異化主體與系統(tǒng),。

（二）信息技術(shù)加速滲透引起制造業(yè)發(fā)展模式變革

制造業(yè)數(shù)字化升級與新型信息技術(shù)存在緊密聯(lián)系,。為了推進數(shù)字化升級,，制造企業(yè)依托物聯(lián)網(wǎng)大量采集來自于設(shè)備和產(chǎn)線且類型多樣的數(shù)據(jù),，基于云計算方式獲得靈活便捷的軟件應(yīng)用環(huán)境、可靠且廉價的數(shù)據(jù)存儲能力,，利用 AI 來加強數(shù)據(jù)挖掘能力。制造企業(yè)利用互聯(lián)網(wǎng)平臺，能夠快速響應(yīng)市場需求,、高效整合資源組織生產(chǎn)經(jīng)營,，進而推動產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同,、特色化定制等新的模式,。信息與制造技術(shù)的融合發(fā)展,，促使新經(jīng)濟模式在工業(yè)領(lǐng)域中的滲透革新,。

三,、智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展情況

智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是支撐未來新型工業(yè)制造能力體系的重要方面,，又可細分為高端智能裝備、工業(yè)自動化,、工業(yè)軟件與應(yīng)用、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺四部分,。

（一）高端智能裝備

制造裝備的高端市場拓展與基礎(chǔ)技術(shù)研究仍需深耕,，智能化是終極演進方向。制造裝備智能化是先進制造技術(shù),、信息技術(shù)、智能技術(shù)的集成和融合,，主要判斷標準在于能否實現(xiàn)感知,、分析,、推理、決策,、控制等功能。智能制造裝備是智能制造的重要構(gòu)成,，包括工業(yè)機器人,、數(shù)控機床和增材制造設(shè)備等硬件工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施,，智能控制軟件系統(tǒng)和以傳感器為代表的檢測設(shè)施,。

當前,，我國智能裝備產(chǎn)業(yè)在低端市場具備一定的基礎(chǔ)，但高端市場占比較低,，基礎(chǔ)工藝與算法成為關(guān)鍵技術(shù)方面的重要短板 [12],；還存在著創(chuàng)新能力薄弱,、市場規(guī)模小,、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)不牢等問題。例如,，國產(chǎn)化產(chǎn)品主要集中在中低端（搬運,、噴涂機器人，中低檔機床等）,。

工業(yè)機器人遠程監(jiān)控與故障診斷技術(shù)是該領(lǐng)域的研究熱點,。瑞典 ABB 公司率先研發(fā)了用于遠程監(jiān)控工業(yè)機器人的服務(wù)平臺,，減少工業(yè)機器人故障造成的損失和運營成本 [13],。美國研究團隊 [14] 從故障特征入手,，以扭矩和溫度為控制量實現(xiàn)了機械臂的遠程監(jiān)測,。

目前，智能控制系統(tǒng)方面處于被國際大型企業(yè)壟斷的狀態(tài)：歐美企業(yè)占據(jù)了全球前 50 強的 74%,，而美國企業(yè)更是占據(jù)前 10 位中的一半,；國內(nèi) 90% 以上的高檔數(shù)控機床控制系統(tǒng)市場被國外產(chǎn)品占據(jù),。

傳感器等檢測設(shè)施、控制設(shè)備,、核心零部件等重要工業(yè)設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)方面存在短板,。相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)較多地追隨國外技術(shù)方向，先進性和前瞻性方面的差距較為明顯,。此外,，專業(yè)生產(chǎn)水平不高,、忽視個性化服務(wù)等問題也成為制約行業(yè)發(fā)展的因素,。

智能化,、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展趨勢將促進裝備的協(xié)同智能演進,，智能裝備產(chǎn)業(yè)的新核心、新環(huán)節(jié),、新主體將會不斷涌現(xiàn) [15],。協(xié)同優(yōu)化離不開單點增強,，第五代移動通信（5G）技術(shù)推動互聯(lián)和智能演進,，我國 5G 技術(shù)設(shè)備供應(yīng)商成為裝備產(chǎn)業(yè)的重要參與者；AI 芯片是智能裝備產(chǎn)品的核心部件,，國內(nèi)企業(yè)涉足以自動駕駛為代表的諸多領(lǐng)域，發(fā)展速度令人矚目,。

（二）工業(yè)自動化

工業(yè)自動化涵蓋工業(yè)控制,、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)傳感器等多類產(chǎn)業(yè),，主要提供感知,、控制,、傳輸?shù)阮悇e的產(chǎn)品與解決方案,，支持實現(xiàn)運營技術(shù)（OT）層面的智能制造能力,。我國已部分實現(xiàn)國產(chǎn)化產(chǎn)品替代，但關(guān)鍵市場與技術(shù)的把控力仍然不強,，核心產(chǎn)品與標準仍由國際企業(yè)主導,。

在工業(yè)控制系統(tǒng)方面,，德國企業(yè)在大中型可編程邏輯控制器（PLC）方面具有優(yōu)勢,，全球市場份額為 31%；國內(nèi)企業(yè)主要在小型 PLC 方面占有部分份額,。在技術(shù)層面,，國外企業(yè)依然保持著微控制單元（MCU）,、數(shù)字信號處理（DSP）、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（FPGA）等核心元器件技術(shù)的壟斷地位 [16],。

在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)方面,，國外自動化企業(yè)掌控了主要市場以及網(wǎng)絡(luò)核心標準,。我國企業(yè)處于產(chǎn)業(yè)邊緣環(huán)節(jié),，格局基本固化,，短期難有改變,。

在工業(yè)傳感器方面,，美國,、日本、德國獲得的全球產(chǎn)業(yè)份額約為 60%；國內(nèi)企業(yè)雖然增長迅速,，但僅占全球市場份額的 10%。在技術(shù)層面,，國外大型企業(yè)幾乎壟斷了以敏感芯片為代表的核心元器件關(guān)鍵技術(shù),，牢牢把握市場主導地位,。以高溫高壓傳感器為例,，2004 年美國科研機構(gòu)成功研制了 SiC 壓阻式壓力傳感器，工作溫度達到 400 ℃ [17],； 2015 年馬來西亞高校以 3C-SiC 為主要材料研制高溫壓力傳感器,，工作量程為 5 MPa，工作溫度高達 500 ℃ [18],。2017 年中國電子科技集團有限公司第四十九研究所通過技術(shù)引進和增量創(chuàng)新，研制的壓力傳感器量程達到 100 MPa [19],。

著眼未來，新型算法將支撐產(chǎn)品形態(tài)和功能的變革,，自動化與云計算企業(yè)將聯(lián)合推動工業(yè)自動化向邊緣智能發(fā)展。在產(chǎn)業(yè)層面則順應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢,，由自動化企業(yè)牽頭投資并整合 AI 研發(fā),，通過產(chǎn)品智能化升級來鞏固市場地位。

（三）工業(yè)軟件與應(yīng)用

工業(yè)軟件是指在工業(yè)場景下進行研發(fā)設(shè)計,、生產(chǎn)管理、運營管理的各類軟件,。工業(yè)軟件正從復(fù)雜系統(tǒng)軟件向便捷平臺轉(zhuǎn)變,，工業(yè) APP 成為工業(yè)軟件的新型形態(tài)。工業(yè) APP 基于平臺,，承載工業(yè)知識和經(jīng)驗，運行在各類工業(yè)終端,，以處理某類業(yè)務(wù)問題或面向某類業(yè)務(wù)場景為主,，具有輕量化特征,。

當前，我國工業(yè)軟件研發(fā)設(shè)計產(chǎn)品缺失,，市場規(guī)模小（但增速較高）,，關(guān)鍵技術(shù)積累缺乏,。根據(jù)公開數(shù)據(jù)整理發(fā)現(xiàn),，我國市場上的計算機輔助工程（CAE）軟件,，前 10 名幾乎屬于國外廠商,。2015 年,，我國占全球工業(yè)應(yīng)用軟件市場的份額為 3.5%,，但增速（10.2%）遠高于全球整體情況（0.47%）,。

在生產(chǎn)控制軟件領(lǐng)域,，德國企業(yè)依然占據(jù)明顯優(yōu)勢，基于產(chǎn)品生命周期管理（PLM）架構(gòu)提出了全集成性數(shù)字化解決方案,，打通了制造工廠的多層次信息交互 [20]。在電力,、鋼鐵冶金和石化行業(yè)等國家重點領(lǐng)域,，國內(nèi)企業(yè)占據(jù)一席之地 [21,22],。

在技術(shù)方面,，國內(nèi)企業(yè)基本不具備 CAE 有限元算法和計算機輔助設(shè)計（CAD）核心幾何內(nèi)核算法,，只能通過授權(quán)經(jīng)營的方式使用；相關(guān)行業(yè)模型積累薄弱,，僅能實現(xiàn)基本功能,，但專業(yè)性,、靈活性等存在不足。

著眼未來發(fā)展,，通過軟件架構(gòu)的優(yōu)化來推進工業(yè) APP 成為新形態(tài),，軟件全面云化將促進訂閱形式脫穎而出,。軟件架構(gòu)技術(shù)將體現(xiàn)出微服務(wù)化,、容器化,、方法與系統(tǒng)（DevOPS）等形式和理念,，管理、仿真設(shè)計,、生產(chǎn)控制等各類工業(yè)軟件的全面云化即將來臨。

（四）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為工業(yè)云平臺,，旨在推進制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化,、智能化,，涵蓋集海量數(shù)據(jù)采集和分析于一體的服務(wù)體系,，支撐制造業(yè)資源彈性供給、廣泛鏈接,、高效配置 [23],。構(gòu)建針對工業(yè)大數(shù)據(jù)相關(guān)處理的開發(fā)環(huán)境，實施相關(guān)抽象知識經(jīng)驗的模型化,、數(shù)字化,、標準化。優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)中設(shè)計制造與運營管理等環(huán)節(jié)的資源使用,，形成資源整合,、合作共贏的制造業(yè)變革新型生態(tài) [24]。

發(fā)達國家的諸多行業(yè)和企業(yè)已經(jīng)將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為主要戰(zhàn)略方向,，開展符合自身特點的平臺布局建設(shè),，如打通企業(yè) IT 數(shù)據(jù)與 OT 數(shù)據(jù)的通用電氣 Predix，針對工業(yè)設(shè)備和工業(yè)系統(tǒng)需求,，具有物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)特征的西門子 MindSphere 等 [25],。

我國正在大力推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè),，形成了一定的規(guī)模和體系,，但核心能力距離國外先進水平還有較大差距,。目前,，國內(nèi)較有影響力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺已經(jīng)有 50 余家，平臺連接的平均設(shè)備數(shù)量達到 5.9×104 臺,。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）對 168 家企業(yè)的評估數(shù)據(jù)顯示,，平臺提供分析工具數(shù)量不足 20 個的占比約為 83%，提供工業(yè)機理模型數(shù)量不足 20 個的占比約為 68%,，提供微服務(wù)數(shù)量不足 20 個的占比約為 54%,。國內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng)通信行業(yè)企業(yè)與機械制造企業(yè)啟動了戰(zhàn)略性合作，力爭發(fā)揮并融合線上與線下不同領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢,，搭建多層次發(fā)展體系 [26,27],。

著眼未來發(fā)展，行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)主要采用 4 種模式來布局規(guī)劃工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺：自動化企業(yè)依靠工業(yè)設(shè)備創(chuàng)新服務(wù)模式,，制造企業(yè)推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺,，軟件企業(yè)借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實施業(yè)務(wù)升級能力拓展，信息技術(shù)企業(yè)推動已有平臺向制造領(lǐng)域延伸,。

四,、我國智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展機遇分析

（一）產(chǎn)業(yè)鏈加速演進,，主導權(quán)分散于多個重點環(huán)節(jié)

隨著智能制造產(chǎn)業(yè)逐漸成熟、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場競爭趨于加劇,，由“專用芯片,、專業(yè)算法知識封閉，龍頭廠商壟斷”的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈格局,，加速向“芯片,、開源操作系統(tǒng)、算法與機理模型,、基于數(shù)據(jù)的新型服務(wù)這四大重點環(huán)節(jié)成為未來產(chǎn)業(yè)主導權(quán)關(guān)鍵”的新興產(chǎn)業(yè)鏈格局轉(zhuǎn)變,，促進整個產(chǎn)業(yè)體系演進升級。

傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈圍繞工業(yè)軟件,、工業(yè)網(wǎng)絡(luò),、工業(yè)控制、工業(yè)傳感,、裝備產(chǎn)品等細分領(lǐng)域,，構(gòu)建以元器件 / 基礎(chǔ)技術(shù) + 操作系統(tǒng) + 數(shù)據(jù)庫 / 嵌入式系統(tǒng)組成的產(chǎn)業(yè)鏈上游、整機 / 軟件組成的產(chǎn)業(yè)鏈中游,、集成 + 服務(wù)組成的產(chǎn)業(yè)鏈下游的產(chǎn)業(yè)格局,。

隨著 AI、云計算,、大數(shù)據(jù),、邊緣計算等信息技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，新興產(chǎn)業(yè)鏈由“工業(yè)軟件 + 工業(yè)自動化 + 裝備產(chǎn)品”朝著“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺 + 邊緣計算 + 智能裝備產(chǎn)品”這一新型產(chǎn)業(yè)格局轉(zhuǎn)變（見圖 2）,。新興產(chǎn)業(yè)鏈聚焦中游整機發(fā)展,，推動信息技術(shù)的延伸布局，如產(chǎn)業(yè)上游的芯片,、基礎(chǔ)軟件企業(yè),，產(chǎn)業(yè)下游的服務(wù)企業(yè)等。AI 芯片,、FPGA,、CPU 等作為底層硬件基礎(chǔ)，支撐工業(yè)領(lǐng)域的算力需求,，成為新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵和通用要素,。

圖 2 由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、邊緣計算和智能裝備產(chǎn)品構(gòu)成的新興產(chǎn)業(yè)鏈格局與架構(gòu)

（二）基礎(chǔ)軟件受制于人,，開源成為破局的關(guān)鍵

現(xiàn)階段基礎(chǔ)軟件領(lǐng)域蓬勃發(fā)展,，開源正在成為構(gòu)建基礎(chǔ)軟件的重要方式和支撐生態(tài)。隨著開源模式的迅速成熟,，開源在智能制造,、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到拓展應(yīng)用,。以容器、微服務(wù),、計算框架為代表的 3 類核心開源技術(shù),，已經(jīng)成為變革傳統(tǒng)基礎(chǔ)軟件生態(tài)、實施功能解耦再集成的關(guān)鍵,。

目前,，容器引擎與編排工具兩類核心項目由國外公司主導，微服務(wù)核心工具與新型架構(gòu)由國外公司或基金主導,，主流計算框架均由國外公司或基金主導,。在基礎(chǔ)工業(yè)軟件領(lǐng)域，我國對開源技術(shù)的自主可控與話語權(quán)有待提升,，3 類核心開源方向尚無自主項目,，國內(nèi)企業(yè)在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展基本空白。

面向未來,，針對 AI 和機器人的工業(yè)開源可能顛覆當前的基礎(chǔ)軟件格局,。一方面，AI 等信息技術(shù)新興領(lǐng)域成為工業(yè)開源技術(shù)探索熱點,，有望為基礎(chǔ)軟件帶來新突破,；另一方面，開源機器人 / 機床控制系統(tǒng)可能成為控制的核心,，有望打破工業(yè)控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)格局,。

（三）通過與 AI 等新技術(shù)的深度融合,，算法與機理模型有望構(gòu)建新產(chǎn)業(yè)

算法和機理模型是工業(yè)知識與經(jīng)驗固化的成果,。在傳統(tǒng)上，通過工業(yè)知識和經(jīng)驗來驗證工藝仿真流程與設(shè)備控制,，進而促進工業(yè)生產(chǎn)過程優(yōu)化,。當前，算法和工業(yè)機理研究集中在仿真軟件和底層設(shè)備（見圖 3）：工藝仿真方面的算法和機理模型固化于產(chǎn)品之中,，工業(yè)裝備方面的運動和控制算法多集成于整機之中,。

圖 3 工藝仿真的算法、機理模型與設(shè)備產(chǎn)品的關(guān)系

通常算法和工業(yè)機理集成于整機,，難以解耦和抽象,。國外公司對高端算法與機理模型擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，并與旗下產(chǎn)品緊密耦合,，形成了事實上的技術(shù)壟斷,。國內(nèi)企業(yè)難以接觸核心算法與機理模型，較少擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵算法,，使得我國的仿真,、控制等核心算法以及燃氣輪機與航空發(fā)動機,、復(fù)合材料加工等高價值工業(yè)機理模型，在研發(fā)水平,、創(chuàng)新創(chuàng)造,、人才培養(yǎng)等方面體現(xiàn)出了明顯的差距。

算法與機理模型進行解耦和沉淀并與新技術(shù)進行深度融合,，深刻影響了新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域：新型數(shù)據(jù)科學的興起推動工業(yè)機理中的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用,，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建立有利于加快機理模型和數(shù)據(jù)模型的積淀。AI 成為未來產(chǎn)業(yè)焦點,，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺成為重要媒介,。在數(shù)據(jù)、機理,、知識沉淀和軟件功能進一步解耦的基礎(chǔ)上,，海量的第三方開發(fā)者將顯著加快工業(yè) APP 的開發(fā)與交付，推動模型的快速迭代和應(yīng)用創(chuàng)新,。

（四）跨界服務(wù),、增值服務(wù)、生產(chǎn)性服務(wù)等新型服務(wù)不斷涌現(xiàn)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展,，推動了跨界服務(wù),、增值服務(wù)、生產(chǎn)性服務(wù)等新型服務(wù)的迅猛發(fā)展?，F(xiàn)代服務(wù)體系日益豐富,，傳統(tǒng)服務(wù)形式的不足逐漸由新型服務(wù)的優(yōu)勢所彌補。

傳統(tǒng)服務(wù)形式利潤空間小,，易受上游環(huán)節(jié)的把控：傳統(tǒng)自動化集成廠商行業(yè)壁壘低,，企業(yè)數(shù)量眾多而利潤偏低；傳統(tǒng)信息化集成產(chǎn)品服務(wù)模式單一,，極易受到上游牽制,。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)催生的新型服務(wù)形式，以數(shù)據(jù)分析為驅(qū)動,，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺,、大數(shù)據(jù)軟件為載體，已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)生態(tài)中不可或缺的環(huán)節(jié)：大型裝備企業(yè)在設(shè)備融資租賃與保險領(lǐng)域跨界布局,，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺成為主要服務(wù)媒介,；基于客戶個性化需求的增值服務(wù)發(fā)展迅速，家電,、汽車等領(lǐng)域成為主要突破口,；生產(chǎn)性服務(wù)逐步聚焦供需對接平臺和專業(yè)化咨詢服務(wù)，助力工業(yè)制造企業(yè)資源與解決方案的共享,。

伴隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究的逐步深入,，有望衍生出更多的新型服務(wù)模式,，持續(xù)充實和補強新型服務(wù)體系；加速工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字化,、智能化轉(zhuǎn)型升級,，促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的重大變革。

五,、對策建議

（一）總體策略

在我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系中,，不同領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢及其重要性不盡相同，整體來看可采取“大力發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新興領(lǐng)域,，布局規(guī)劃智能制造的關(guān)鍵上游環(huán)節(jié),，逐漸追趕傳統(tǒng)部分”的分類施策原則。

梳理工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系的子領(lǐng)域與產(chǎn)品,，應(yīng)重點發(fā)展 4 個區(qū)域（見圖 4）：①巨頭壟斷區(qū)域,，多為我國長期薄弱的產(chǎn)品領(lǐng)域，相關(guān)的技術(shù)和市場在短時間內(nèi)難以沖破,；②替代可控區(qū)域,，我國具有一定基礎(chǔ)，但在高端市場與國際領(lǐng)先水平還存在差距,；③新興機遇區(qū)域,，我國與國際保持同步，有關(guān)技術(shù)和市場的競爭格局尚未鎖定,，處于產(chǎn)業(yè)壯大的機遇期,，相關(guān)技術(shù)也可輻射至其他領(lǐng)域；④核心必爭區(qū)域,，包含芯片,、基礎(chǔ)軟件 / 開源、算法與機理模型以及基于數(shù)據(jù)的新型服務(wù),，這是未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),，也是其他領(lǐng)域智能化革新的共性基礎(chǔ)。

圖 4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展施策區(qū)域

注：IPC 表示工業(yè)計算機,；ERP 表示企業(yè)資源計劃；DCS 表示分布式控制系統(tǒng),；SCADA 表示數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng),；CRM 表示客戶關(guān)系管理；MES 表示制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng),；SCM 表示供應(yīng)鏈管理,；CAM 表示計算機輔助制造；CAPP 表示計算機輔助工藝過程設(shè)計,。

（二）重點方向

1. 突破工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心必爭領(lǐng)域

加強多學科,、多領(lǐng)域,、跨界協(xié)同的技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用創(chuàng)新，持續(xù)積累優(yōu)質(zhì)代碼,、高端算法與機理模型,。①聚焦面向工業(yè)智能等特定領(lǐng)域的芯片設(shè)計，在芯片制造方面穩(wěn)步縮小差距,。②加強開源框架和架構(gòu)方面的研發(fā)力度,，通過市場優(yōu)選出由我國企業(yè)主導的底層框架與架構(gòu)；深化微服務(wù)與容器技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用,，及時布局 OT 開源技術(shù),。③持續(xù)積累有關(guān)智能制造的關(guān)鍵零部件數(shù)字化模型、高端裝備和流程行業(yè)工藝機理模型,，掌握運動控制與仿真等核心算法,。④引導企業(yè)深化工業(yè)數(shù)據(jù)的挖掘利用，圍繞產(chǎn)品,、資產(chǎn),、生產(chǎn)與供應(yīng)鏈開展數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)，著力創(chuàng)新供應(yīng)鏈金融,、融資租賃等產(chǎn)融聯(lián)合服務(wù),。

2. 搶占工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略新興領(lǐng)域

推動傳統(tǒng)產(chǎn)品與新技術(shù)的融合，提出面向特定工業(yè)場景的解決方案,。①智能裝備產(chǎn)品方面加快 5G,、AI 等技術(shù)應(yīng)用，提升裝備的人機協(xié)作,、智能優(yōu)化功能,。②加強工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的開源技術(shù)自主研發(fā)能力，以龍頭企業(yè)為主體構(gòu)建開發(fā)者生態(tài),，注重工業(yè)軟件 APP 開發(fā),，探索形成平臺自主造血的商業(yè)模式。③開發(fā)適應(yīng)智能化管控與決策要求的通用工業(yè)智能算法與模型,，提出面向工業(yè)實際場景的特定解決方案,，匹配工業(yè)大數(shù)據(jù)與工業(yè)智能實際應(yīng)用需求。④開發(fā)具有計算模塊的工控機,、智能網(wǎng)關(guān)等邊緣計算產(chǎn)品,，豐富邊緣計算的適用場景和解決方案。

3. 追平替代可控領(lǐng)域

重點行業(yè)持續(xù)提升裝備,、工業(yè)自動化,、工業(yè)軟件的國產(chǎn)化率，改進和優(yōu)化產(chǎn)品性能參數(shù)、穩(wěn)定性與可靠性,。①打造高穩(wěn)定性,、高可靠性的國產(chǎn)工業(yè)機器人與數(shù)控機床產(chǎn)品，努力提升高端型號的技術(shù)參數(shù)并拓展場景適用范圍,。②進一步提升 DCS/ SCADA 在能源電力,、大型石化等高端領(lǐng)域的市場份額。③對于 MES,，豐富面向特定行業(yè)的解決方案,，形成若干具有市場競爭優(yōu)勢的品牌產(chǎn)品。④鼓勵企業(yè)積極布局基于服務(wù)的跨平臺解決方案（OPUUA）等新型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,，提升領(lǐng)域話語權(quán),。⑤提升 ERP、SCM,、CRM 等經(jīng)營管理類軟件產(chǎn)品的數(shù)據(jù)分析挖掘與商業(yè)智能決策能力,，提供更高水平的數(shù)據(jù)增值服務(wù)能力。

4. 追趕巨頭壟斷領(lǐng)域

把握新興領(lǐng)域?qū)τ趥鹘y(tǒng)產(chǎn)品,、解決方案的顛覆與革新趨勢,，設(shè)立自主產(chǎn)品的應(yīng)用“試驗田”，通過扎實研究來改良性能并縮小與國外產(chǎn)品的差距,。①提升工業(yè)傳感器高端產(chǎn)品的性能指標,，重視敏感材料研發(fā)，能夠做到替代可控,。②研究開源,、邊緣計算等對于 PLC 產(chǎn)品的影響，及早布局顛覆性技術(shù)應(yīng)用,。③研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件覆蓋 PLM,、CAD、CAE,、CAM,、CAPP 等方向，積累航空,、航天,、船舶、石化,、材料等領(lǐng)域的模型,、仿真算法和分析經(jīng)驗；設(shè)立國產(chǎn)工業(yè)軟件“試驗田”,，開展國內(nèi)外軟件產(chǎn)品的應(yīng)用比較分析研究。

（三）兼顧技術(shù)突破和商業(yè)成功

1. 加強智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合的技術(shù)攻關(guān)

著眼于企業(yè)技術(shù)需求這一出發(fā)點，既包括針對特定場景的單點式“小”突破,，也涉及重大領(lǐng)域,、重大技術(shù)方向的集中式“大”突破（見圖 5）。前者借助“產(chǎn)學研”協(xié)同的服務(wù)機構(gòu) / 平臺,，建立企業(yè)與高等院校,、科研院所之間聯(lián)合的精干技術(shù)團隊；后者應(yīng)構(gòu)建龍頭企業(yè)牽頭的聯(lián)盟 / 創(chuàng)新綜合體,，集中開展技術(shù)攻關(guān),。通行共性服務(wù)、“專精特新”企業(yè)培訓,，是實施技術(shù)突破的關(guān)鍵支撐,，可由政府投資撬動并以企業(yè)資源為主體。

圖 5 技術(shù)攻關(guān)單點式“小”突破和集中式“大”突破示意圖

2. 重視智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合的商業(yè)成功

針對智能制造行業(yè)的共性需求,，在研發(fā)技術(shù)解決方案之后,，通過“試驗田”、首臺（套）保險等形式的資金對國產(chǎn)產(chǎn)品應(yīng)用提供支持,，注重商業(yè)運行的可持續(xù)性,。對于中小企業(yè)的個性化需求，在提出 / 競標項目時提供詳細的技術(shù)方案,，開展包含商業(yè)分析在內(nèi)的多方位評估,，通過商業(yè)推廣平臺來為中小企業(yè)提供更低成本拓展市場的條件。

（四）加強各類復(fù)合型人才的培養(yǎng)培育

高等院校和科研院所重點培養(yǎng)高層次,、科技創(chuàng)新型人才,，支持培育具有科技戰(zhàn)略視野的企業(yè)家，探索設(shè)置 AI,、工業(yè)大數(shù)據(jù)等前沿學科 / 專業(yè),，提出多學科培養(yǎng)計劃并注重校企聯(lián)合培養(yǎng)。各類高層次人才引進計劃應(yīng)向智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域適當傾斜,，可聘請企業(yè)家,、技術(shù)專家作為客座講師。完善成果評價認定機制,，合理提高對工業(yè)機理模型,、算法、工業(yè) APP 等成果的認可度,，保障對人才的合理激勵,。

企業(yè)應(yīng)注重培養(yǎng)或引進兼顧技術(shù)與管理、 IT+OT 的復(fù)合型人才,，同時加強專業(yè)性技能人才的培養(yǎng)力度,。探索聯(lián)合培養(yǎng)與資質(zhì)認證，鼓勵信息化部門與自動化部門的人員輪崗，加強技術(shù)人才的國際性學習培訓,。合理支持高層次人才的“產(chǎn)學研”跨界流動,，開辟國際化人才引進的綠色通道；鼓勵有條件的企業(yè)在海外成立研究中心,，構(gòu)建引智網(wǎng)絡(luò),。針對性提高公眾科技素養(yǎng)、技術(shù)工人專業(yè)素養(yǎng),，培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)政策設(shè)計,、產(chǎn)業(yè)管理與公共服務(wù)類別的專業(yè)人才。結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點,，建立適應(yīng)公共服務(wù)能力需求的專業(yè)性政府機構(gòu)隊伍,，強化智庫建設(shè)和研究。