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工业互联网

工业互联网

分类: 工控
属性: 技术
最后修改时间: 2024年07月23日
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工业互联网(Industrial Internet)是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式和工业生态,通过对人、机、物、系统等的全面连接,构建起覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系,为工业乃至产业数字化、网络化、智能化发展提供了实现途径,是第四次工业革命的重要基石。

       工业互联网不是互联网在工业的简单应用,而是具有更为丰富的内涵和外延。它以网络为基础、平台为中枢、数据为要素、安全为保障,既是工业数字化、网络化、智能化转型的基础设施,也是互联网、大数据人工智能与实体经济深度融合的应用模式,同时也是一种新业态、新产业,将重塑企业形态、供应链和产业链。

       当前,工业互联网融合应用向国民经济重点行业广泛拓展,形成平台化设计、智能化制造、网络化协同、个性化定制、服务化延伸、数字化管理六大新模式,赋能、赋智、赋值作用不断显现,有力地促进了实体经济提质、增效、降本、绿色、安全发展。

       5G是新一代信息通信技术升级的重要方向,工业互联网是制造业转型升级的发展趋势。 

定义

  工业互联网(Industrial Internet)是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式和工业生态,通过对人、机、物、系统等的全面连接,构建起覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系,为工业乃至产业数字化、网络化、智能化发展提供了实现途径,是第四次工业革命的重要基石。

  工业互联网不是互联网在工业的简单应用,而是具有更为丰富的内涵和外延。它以网络为基础、平台为中枢、数据为要素、安全为保障,既是工业数字化、网络化、智能化转型的基础设施,也是互联网、大数据、人工智能与实体经济深度融合的应用模式,同时也是一种新业态、新产业,将重塑企业形态、供应链和产业链。

  当前,工业互联网融合应用向国民经济重点行业广泛拓展,形成平台化设计、智能化制造、网络化协同、个性化定制、服务化延伸、数字化管理六大新模式,赋能、赋智、赋值作用不断显现,有力的促进了实体经济提质、增效、降本、绿色、安全发展。

目标

        工业互联网的目标是升级那些关键的工业领域。

发展背景

        近年来,新一轮科技革命和产业变革快速发展,互联网由消费领域向生产领域快速延伸,工业经济由数字化向网络化、智能化深度拓展,互联网创新发展与新工业革命形成历史性交汇,催生了工业互联网。

        加快发展工业互联网,促进新一代信息技术与制造业深度融合,是顺应技术、产业变革趋势,是加快制造强国、网络强国建设的关键抓手,是深化供给侧结构性改革、促进实体经济转型升级,也是实现“碳达峰、碳中和”目标,持续推进可持续发展的客观要求。

        从工业经济发展角度看,工业互联网为制造强国建设提供关键支撑。一是推动传统工业转型升级。通过跨设备、跨系统、跨厂区、跨地区的全面互联互通,实现各种生产和服务资源在更大范围、更高效率、更加精准的优化配置,实现提质、降本、增效、绿色、安全发展,推动制造业高端化、智能化、绿色化,大幅提升工业经济发展质量和效益。二是加快新兴产业培育壮大。工业互联网促进设计、生产、管理、服务等环节由单点的数字化向全面集成演进,加速创新方式、生产模式、组织形式和商业范式的深刻变革,催生平台化设计、智能化制造、网络化协同、个性化定制、服务化延伸、数字化管理等诸多新模式、新业态、新产业。

        从网络设施发展角度看,工业互联网是网络强国建设的重要内容。一是加速网络演进升级。工业互联网促进人与人相互连接的公众互联网、物与物相互连接的物联网向人、机、物、系统等的全面互联拓展,大幅提升网络设施的支撑服务能力。二是拓展数字经济空间。工业互联网具有较强的渗透性,可以与交通、物流、能源、医疗、农业等实体经济各领域深度融合,实现产业上下游、跨领域的广泛互联互通,推动网络应用从虚拟到实体、从生活到生产的科学跨越,极大地拓展了网络经济的发展空间。

内容

         工业互联网将整合两大革命性转变之优势:其一是工业革命,伴随着工业革命,出现了无数台机器、设备、机组和工作站;其二则是更为强大的网络革命,在其影响之下,计算、信息与通讯系统应运而生并不断发展。

  伴随着这样的发展,三种元素逐渐融合,充分体现出工业互联网之精髓:

  智能机器:以崭新的方法将现实世界中的机器、设备、团队和网络通过先进的传感器、控制器和软件应用程序连接起来。

  高级分析:使用基于物理的分析法、预测算法、自动化和材料科学,电气工程及其他关键学科的深厚专业知识来理解机器与大型系统的运作方式。

  工作人员:建立员工之间的实时连接,连接各种工作场所的人员,以支持更为智能的设计、操作、维护以及高质量的服务与安全保障。

  将这些元素融合起来,将为企业与经济体提供新的机遇。例如,传统的统计方法采用历史数据收集技术,这种方式通常将数据、分析和决策分隔开来。伴随着先进的系统监控信息技术成本的下降,工作能力大大提高,实时数据处理的规模得以大大提升,高频率的实时数据为系统操作提供全新视野。机器分析则为分析流程开辟新维度,各种物理方式之结合、行业特定领域的专业知识、信息流的自动化与预测能力相互结合可与现有的整套“大数据”工具联手合作。最终,工业互联网将涵盖传统方式与新的混合方式,通过先进的特定行业分析,充分利用历史与实时数据。

  工业互联网是指全球工业系统与高级计算、分析、感应技术以及互联网连接融合的结果。它通过智能机器间的连接并最终将人机连接,结合软件和大数据分析,重构全球工业、激发生产力,让世界更美好、更快速、更安全、更清洁且更经济。

  效应假设发展情况和互联网大潮时期类似,截至2030年工业互联网革命将为全球GDP带来15万亿美元,相当于在计算全球经济总量时把美国的经济多加了一次。

  最令人惊讶的地方在于这一切来源于那些看起来很小的生产力提升。1%的生产效率提升,背后潜藏的上升空间没有人可以抵挡。

推动力与催化剂

  工业互联网需要应用的推动力和催化剂:

  我们需要不懈努力推动技术创新,同时加大投资配置必要的传感器、测试设备与用户界面系统。投资将成为加速实现技术转化的基本条件。工业互联网能在多大程度上提高效率,能带来多少便利将取决于其发展步伐。部署工业互联网的成本将因行业与地区而定。然而,对该技术领域的投入,人们普遍认为其成本最终将获得正收益。

  坚固的网络安全系统、管理脆弱环节、保护敏感信息与知识产权的有效途径。

  建立庞大的人才库,包括新型交叉人才,如机械与工业工程结合形成新的“数字机械工程师”,创建分析平台与算法的数据专家及软件与网络安全专家。培训员工掌握相应技能,有助于确保创新,并创造更多就业机会,促进生产力发展。工业互联网是一项需要投入人力物力的工程,但它将彻底改变我们的工业发展与生活方式,促进人脑与机器的互动与融合。

云平台

  工业互联网云平台是专为工业制造企业提供数字化转型服务的平台。它通过物联网、AI等技术,将设备、生产线、工厂和企业之间的信息实现连接、交互和集成,构建数字化的工厂、自动化的供应链,实现智能化制造和管理。

  工业互联网云平台的实质是人、机、物互联,通过开放的、全球化的通信网络平台,把设备、生产线、员工、工厂、仓库、供应商、产品和客户紧密地连接起来,共享工业生产全流程的各种要素资源,使其数字化、网络化、自动化、智能化,从而实现效率提升和成本降低。

  工业互联网云平台具有以下特点和作用:

  1、强大的数据处理和分析能力:可以实时地采集和存储各种设备和传感器产生的海量数据,通过大数据分析和人工智能算法深入挖掘和分析生产数据,为企业决策提供科学依据,优化生产过程和管理模式,提高企业经营效率。

  2、灵活的可扩展性和适应性:可以根据企业的需求进行定制化的配置和部署,自动调整和分配资源,以应对不同规模和变化的业务需求。同时,支持多种不同类型的设备和协议,可以无缝地与现有的工业设备和系统进行集成,实现全面的设备互联和协同。

  3、提供智能决策支持:通过大数据分析和人工智能算法,为企业提供科学依据,优化生产过程和管理模式,提高企业经营效率。

  4、促进产业协调发展:通过云平台连接不同企业和环节的生产数据,实现产业链上下游信息的共享和协调,提高产业的整体效益和竞争力。

  5、增强安全保护能力:通过云平台提供的安全加密技术和风险评估系统,保证企业设备和数据的安全稳定,有效应对网络攻击和数据泄露等安全风险。

  6、推动产业创新升级:鼓励创新创业与跨境合作,加快产业升级转型,通过云平台提供的开放技术架构和生态系统培育新的增长点和竞争力。

  工业互联网云平台适用于制造业、物流仓储、能源化工等行业,可以提高生产效率、优化供应链管理、降低生产成本等。随着技术的不断发展和应用的不断推广,工业互联网云平台将会越来越成为未来工业生产和管理的重要手段。

行业应用

  工业互联网目前已延伸至40个国民经济大类,涉及原材料、装备、消费品、电子等制造业各大领域,以及采矿、电力、建筑等实体经济重点产业,实现更大范围、更高水平、更深程度发展,形成了千姿百态的融合应用实践。

  钢铁行业是国民经济支柱产业,制造流程长、工序多,生产分段连续,主要面临生产运营增效难、产能严重过剩、节能绿色低碳压力大、本质安全水平较低等痛点。中国宝武、鞍山钢铁、马钢集团等企业应用工业互联网积极探索生产工艺优化、多工序协同优化、多基地协同、产融结合等典型应用场景,一方面通过数据深度分析带动生产效率、质量和效益提升,另一方面实现多区域、多环节、多业务系统的协同响应与综合决策,通过模式创新实现新价值创造和新动能培育。

  工程机械行业作为国民经济的重要行业,为建筑、制造、采矿等行业提供生产必需的机械装备和基础工具,具有产品复杂多样、生产过程离散、供应链复杂的特征,同时也面临着生产效率不高、产品运维能力较弱和行业同质化竞争严重等行业痛点。三一重工、徐工集团和中联重科等工程机械龙头企业积极应用工业互联网加快企业数字化步伐。通过工业互联网进行设备预测性维护、远程可视化管理,不仅降低了设备运维成本,提高了生产资源的动态配置效率,还在此基础上延伸出供应链金融、融资租赁等服务模式,实现“制造+服务”,带来新的增长空间。

  家电行业具有技术更新速度快、产品研发周期短、产品同质化程度高等特点,当前主要面临个性化需求满足困难、生产精度效率要求高、订单交付周期长、质量管控力度不足、库存周转压力等核心需求痛点。格力、海尔、美的、TCL等轻工家电企业依托工业互联网开展规模化定制、产品设计优化、质量管理、生产监控分析及设备管理等应用探索,提升用户交互体验、品质一次合格率与生产效率,节省设备运维成本,满足客户个性化需求。

  电子信息行业属于知识、技术密集型产业,产品细分种类多、生产周期短、迭代速度快,对品质管控、标准化操作与规范化管理、市场敏捷化响应等要求较高。中国电子、华为、中兴等通过工业互联网开展设备可视化管理、产品良率提升、库存管理优化、全流程调度优化和多工厂协同等典型应用探索,一方面通过机器视觉、大数据分析等新技术提升质量管理、设备故障诊断、产品库存管理等环节效率,另一方面通过建设互联工厂实现企业级决策优化和需求敏捷响应。

  采矿行业是采掘、开发自然界能源或将自然资源加工转换为燃料、动力的工业,当前主要面临资源紧缺、安全监管与环保压力大、设备实时监管、精细化管理要求高等痛点。山西潞安新元煤矿、陕煤集团小保当煤矿、山东黄金三山岛金矿、内蒙古白云鄂博稀土矿等采矿企业利用“5G+工业互联网”,开展智能采掘与生产控制、环境监测与安全防护、井下巡检等,把人从危险繁重的工作环境中解放出来,促进了采矿行业绿色、安全生产。

  电力行业利用“5G+工业互联网”与发、输、变、配、用全环节融合,形成新型控制监测网络,优化流程工艺,大幅减少碳排放,降低了清洁能源并网的不确定性,同时提升电动汽车微电网等主体的接入能力,降低了上下游企业和用能客户的成本。中国华能、南方电网国家电网、正泰集团、特变电工等发电侧、电网侧和用电侧企业及机构纷纷开展探索,形成发电侧设备预警与节能增效、电网侧调度优化与全流程集成管控、用电侧服务提质与用电策略优化等典型应用模式,分别实现设备故障提前预测和主动维修、电能量数据可测和用电成本降低。

  建筑行业具有项目建设周期长、资金投入大、项目关联方管理复杂、人员流动性强等特点,未来将走向以工业互联网、BIM等技术综合应用支撑下的工业化、智能化、绿色化。中建科工、广联达、三一筑工、北京建谊等企业利用工业互联网,探索数字化协同设计与集成交付、虚实融合的施工协同管理、装配式建筑智能制造等应用,实现建设项目全过程的虚拟执行和优化调整,大幅提升设计效率、施工质量、成本进度控制和安全施工水平。另一方面,面向建筑本身能耗优化、安全应急和访问控制等需求,部分领先建筑企业通过工业互联网开展能耗管理、资产监测运维、虚拟演练等应用探索,实现智能化安全化运行。

发展历程

  工业互联网的发展历程是一个融合了技术创新、产业升级和政策推动的复杂过程。以下是对工业互联网发展历程的详细梳理:

一、全球工业互联网的兴起

  工业互联网概念的提出:

  工业互联网的概念最早由美国通用电气公司(GE)在2012年末提出,旨在通过物联网、大数据等技术优化工业设施和机器的运行和维护,提升资产运营绩效。GE发布的白皮书《工业互联网:打破智慧与机器的边界》标志着这一概念的正式提出。

  工业4.0的提出:

  工业4.0的概念最早出现在德国,2013年在汉诺威工业博览会上正式推出。其核心目的是为了提高德国工业的竞争力,在新一轮工业革命中占领先机。工业4.0强调通过信息化与工业化的深度融合,实现生产中的供应、制造和销售信息的数据化、智慧化,最终达到快速、有效、个人化的产品供应。

二、各国工业互联网的发展路径

  美国:

  美国工业互联网的发展坚持市场化原则,主要由巨头企业和资本主导。例如,GE、IBM、Cisco等龙头企业主导成立了工业互联网联盟(IIC),共同推动工业互联网平台的建设和发展。

  美国政府并未设立专门的推进机构,也没有制定相关国家战略,而是通过市场机制和企业自主创新推动工业互联网的发展。

  德国:

  德国的工业互联网发展以“工业4.0”为核心,注重产品质量和技术创新。德国政府通过发布一系列指导性政策,如《保障德国制造业的未来--关于实施工业4.0战略的建议》、《数字化行动议程》等,为工业4.0战略的发展提供政策支持。

  德国依托制造业优势,在政策层面激励工业互联网平台的技术创新,加速向制造业等工业领域全面渗透。

  中国:

  中国的工业互联网发展起步较晚,但近年来发展迅速。党的十八大以来,我国工业互联网发展历经战略谋划期、起步探索期、快速推进期和当前的规模化发展阶段。

  2014年起,我国开始尝试开展工业互联网理论研究和顶层设计部署工作。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》,标志着我国工业互联网进入战略谋划期。

  自2018年起,我国工业互联网进入起步探索期,并逐步进入快速推进期。当前,我国工业互联网已进入规模发展阶段,核心产业规模不断壮大。

三、工业互联网的关键要素和发展趋势

  工业互联网包含了网络、平台、数据、安全四大体系,它既是工业数字化、网络化、智能化转型的基础设施,也是互联网、大数据、人工智能与实体经济深度融合的应用模式。未来,工业互联网将继续推动制造业的转型升级和高质量发展,成为数字经济的重要组成部分。

四、工业互联网的发展意义

  工业互联网的发展对于提高工业生产率、加快构建“机机互联、人机互联”的新制造业体系具有重要作用。同时,它也是实现制造强国、网络强国建设的关键抓手,对于深化供给侧结构性改革、促进实体经济转型升级具有重要意义。

  综上所述,工业互联网的发展历程是一个全球范围内技术创新和产业升级的过程。不同国家根据自身工业基础和市场需求,采取了不同的发展路径和政策措施,共同推动了工业互联网的快速发展。

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