工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) （十三五規(guī)劃報告）

1、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 十三五規(guī)劃報告十三五規(guī)劃報告2人類四次工業(yè)革命時間復(fù)雜程度工業(yè)革命1.018世紀(jì)末1784工業(yè)革命2.020世紀(jì)初電力廣泛應(yīng)用蒸汽機工業(yè)革命3.0電子、IT、工業(yè)機器人工業(yè)革命4.0信息物聯(lián)系統(tǒng)工業(yè)革命1.0: 機械化；工業(yè)革命2.0: 電氣化；工業(yè)革命3.0: 工業(yè)自動化；工業(yè)革命4.0: 工業(yè)自動化和信息化深 度融合“中國制造的現(xiàn)狀由資源消耗大/污染排放多向綠色制造轉(zhuǎn)變由低本錢競爭向質(zhì)量效益競爭轉(zhuǎn)變由生產(chǎn)型制造向效勞型制造轉(zhuǎn)變由要素驅(qū)動向創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)變“中國制造的開展方向工業(yè)自動化與信息化的深度融合是實現(xiàn)上述四個轉(zhuǎn)變“的關(guān)鍵根底。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的“1%效益 智慧工廠的車間

2、基于無線、RFID、傳感器和效勞的架構(gòu) 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式下的多模式交互面向智慧工廠的APP商店 下載量身定制的用戶界面nIndustry 4.0德國高科技戰(zhàn)略方案n兩大主題：智慧工廠、智能生產(chǎn)n三個設(shè)想：產(chǎn)品、設(shè)施、管理n產(chǎn)品：集成有動態(tài)數(shù)字存儲器、感知和通信能力，承載著在其整個供給鏈和生命周期中所需的各種必需信息n設(shè)施：由整個生產(chǎn)價值鏈所集成，可實現(xiàn)自組織n管理：能夠根據(jù)當(dāng)前的狀況靈活決定生產(chǎn)過程“集成是工業(yè)4.0與中國兩化融合的關(guān)鍵詞；中國兩化融合主要強調(diào)了企業(yè)間的橫向集成和企業(yè)內(nèi)部的縱向集成，而德國工業(yè)4.0增加了端到端的集成。n目標(biāo)制造業(yè)回流，出口倍增，國家競爭力提升n兩條主線n一、調(diào)整

3、、提升傳統(tǒng)制造業(yè)結(jié)構(gòu)及競爭力n二、提出開展包括先進生產(chǎn)技術(shù)平臺、先進制造工藝及設(shè)計與數(shù)據(jù)根底設(shè)施等先進數(shù)字化制造技術(shù)。n具體實施：GE提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，組建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟12基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)形成的縱橫交錯： 設(shè)備間的橫向互聯(lián)； 企業(yè)間的橫向互聯(lián)； 從原材料到產(chǎn)品的縱向互聯(lián) 人與設(shè)備的縱向互聯(lián)子任務(wù)規(guī)劃1.設(shè)備智能化：智能傳感技術(shù)，智能控制技術(shù)，智能人機交互2.泛在互聯(lián)：通過設(shè)備級、企業(yè)級、社會級的網(wǎng)絡(luò)形成人-機-物的閉環(huán)互聯(lián)3.工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)：基于大數(shù)據(jù)的設(shè)備級、資產(chǎn)級以及企業(yè)級的統(tǒng)籌優(yōu)化4.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平安技術(shù)：互聯(lián)網(wǎng)的開放思維更容易引發(fā)平安隱患，需要從閉環(huán)互聯(lián)角度提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平安性一 、工業(yè)設(shè)

4、備智能化感知技術(shù)是機器與數(shù)字世界的接口人機交互技術(shù)是人機對話的接口智能決策是設(shè)備智能化的終極表達設(shè)備級別的互聯(lián)技術(shù)是神經(jīng)傳統(tǒng)設(shè)備的智能化：在資源約束通信、計算和存儲下獲取物理世界信息，并支持智能人機交互，提供設(shè)備智能自主配置與運行；支撐技術(shù)：嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、信號/信息處理技術(shù)、機電一體化技術(shù)、工業(yè)自動化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)背景與意義工業(yè)設(shè)備智能化是銜接工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)機器世界與數(shù)字世界的橋梁。隨著傳感器性能的提高和本錢的降低，工業(yè)設(shè)備智能化將是一個必然趨勢，智能化的設(shè)備將在交通、能源以及醫(yī)療等根底領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為后臺決策提供豐富的數(shù)據(jù)、支持全生命周期的監(jiān)控以及智能學(xué)習(xí)和分布式?jīng)Q策功能?？茖W(xué)問題和研

5、究內(nèi)容 科學(xué)問題：在資源約束通信、計算和存儲下獲取有用信息，并支持智能人機交互16研究內(nèi)容1. 智能信息感知技術(shù)。在各種資源約束情況下，實時、可靠、適度的提取有用信息。2. 智能機器學(xué)習(xí)技術(shù)。根據(jù)環(huán)境與對象變化自主配置運行參數(shù)，并支持狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷。3. 智能設(shè)備人機交互技術(shù)。通過多種方式體感、語音、眼部動作、腦電等與人互動，并根據(jù)操作情景提供主動推送效勞。 技術(shù)難點：具有情景意識的人機交互與智能控制技術(shù)難點和研究內(nèi)容工業(yè)環(huán)境佩戴谷歌眼鏡的工人工具技術(shù)難點和研究內(nèi)容 技術(shù)難點：具有情景意識的人機交互與智能控制18研究內(nèi)容1. 智能傳感器技術(shù)。利用智能信號檢測與信息處理技術(shù)，提高信息感知的精

6、度并降低硬件本錢。2. 智能設(shè)備的互通兼容性。主要指智能設(shè)備互聯(lián)時其內(nèi)部指令的邏輯不兼容、計算時間不同步導(dǎo)致的交互困難。3. 具有情景意識的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)推送技術(shù)。通過建立操作人員與設(shè)備運行數(shù)據(jù)的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，結(jié)合可視化技術(shù)，引導(dǎo)和幫助調(diào)度人員全面掌握當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)及可行的應(yīng)對策略。產(chǎn)業(yè)化支撐技術(shù)和目標(biāo) 支撐技術(shù)與目標(biāo)： 微機電技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、信號處理技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人機交互技術(shù)等。最終實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備對信息的智能提取、處理以及人機智能互動。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計、傳感器開發(fā)以及人機交互方面，清華大學(xué)、浙江大學(xué)與上海交通大學(xué)分別積累了良好的研究根底。建議單位：清華大學(xué)、浙江大學(xué)、上海

7、交通大學(xué)根底與建議單位工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)分層架構(gòu)下一代互聯(lián)網(wǎng)分層架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：為保證智能決策實時響應(yīng)機器設(shè)備的變化，需要從物理世界感知的數(shù)據(jù)具有高度的時間、空間上的一致性；從技術(shù)層面上講，需要銜接物理空間與信息空間的信息網(wǎng)絡(luò)是全IP的，需要每一個設(shè)備具備全局的地址標(biāo)識。因此IPv6是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的信息根底背景與意義通過價值鏈實現(xiàn)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)間橫向集成基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)內(nèi)垂直集成與網(wǎng)絡(luò)化制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)是企業(yè)橫向/縱向/端到端集成的根底；支持傳統(tǒng)企業(yè)從功能型向效勞型轉(zhuǎn)變科學(xué)問題和研究內(nèi)容 科學(xué)問題：面向工業(yè)物理信息系統(tǒng)的多網(wǎng)融合與性能優(yōu)化22研究內(nèi)容1.面向工業(yè)控制的多網(wǎng)融合優(yōu)化配置。

8、單一的無線/有線網(wǎng)絡(luò)無法滿足工業(yè)控制與調(diào)度需求，需要按需優(yōu)化配置有線無線資源。2.控制與信息處理聯(lián)合設(shè)計與優(yōu)化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)使現(xiàn)場設(shè)備組成典型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，前端設(shè)備的信息采集取決于控制策略的性能需求，需要聯(lián)合優(yōu)化。3.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議體系。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為眾多工業(yè)應(yīng)用提供一個開放的信息平臺，也導(dǎo)致原有的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議體系發(fā)生變化，需要重新定義。技術(shù)難點和研究內(nèi)容 技術(shù)難點：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的缺失是阻礙大規(guī)模應(yīng)用的最大瓶頸23研究內(nèi)容1. 工業(yè)環(huán)境的移動組網(wǎng)技術(shù)。需要結(jié)合低功耗移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與具體行業(yè)，開發(fā)適合工業(yè)環(huán)境的移動組網(wǎng)技術(shù)2. 滿足工業(yè)實時性要求的有線/無線協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)。協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)是實現(xiàn)多網(wǎng)融合的關(guān)

9、鍵，需要滿足工業(yè)控制實時性需求。3. 適變控制需求的多協(xié)議切換技術(shù)。智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常搭載多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，需要根據(jù)不同控制應(yīng)用以及性能要求等級自適應(yīng)切換不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。產(chǎn)業(yè)化支撐技術(shù)和目標(biāo) 支撐技術(shù)與目標(biāo)： 為實現(xiàn)智能設(shè)備的互聯(lián)互通需要具備的支撐技術(shù)有：現(xiàn)場總線技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)6LowPAN、工業(yè)自動化技術(shù)。最終實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的互聯(lián)互通，滿足不同行業(yè)工業(yè)應(yīng)用組網(wǎng)需求。上海交通大學(xué)在工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計、組網(wǎng)方面成果頗豐。浙江大學(xué)在工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計與實現(xiàn)擁有較強的實力。沈陽工業(yè)自動化研究所是國內(nèi)最早研究工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的單位之一。建議單位：上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、沈陽自動化研究所根底與建議單位基

10、于大數(shù)據(jù)的制造與維護基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的云計算 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的云平臺實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)采集、存儲、分析與共享，同時可以實現(xiàn)個性化定制生產(chǎn) 以航空發(fā)動機為例，基于工業(yè)大數(shù)據(jù)，根據(jù)發(fā)動機在不同工況下的參數(shù)，從而指導(dǎo)發(fā)動機葉片的加工與整機維護舉例背景與意義 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)下的數(shù)據(jù)挖據(jù)與知識發(fā)現(xiàn) 制造業(yè)存儲了超過其他工業(yè)部門的數(shù)據(jù) 從2021年以來新產(chǎn)品數(shù)據(jù)到達接近2艾字節(jié)216； 工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域： 儀器儀表產(chǎn)品 供給鏈管理系統(tǒng) 產(chǎn)品全生命周期系統(tǒng)基于海量工業(yè)大數(shù)據(jù)分析與決策可以促進整個產(chǎn)業(yè)鏈的互動，優(yōu)化企業(yè)內(nèi)部資產(chǎn)配置，形成良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境。科學(xué)問題和研究內(nèi)容 科學(xué)問題：工業(yè)系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析與系

11、統(tǒng)協(xié)調(diào)27研究內(nèi)容1.工業(yè)大數(shù)據(jù)的多粒度表示與知識提取技術(shù)。2.工業(yè)大數(shù)據(jù)實時處理技術(shù)。工業(yè)應(yīng)用要求實時性和實效性，并且通常是分布式的，而常規(guī)的方法對于PB級的數(shù)據(jù)處理即使是集中式處理也無法滿足工業(yè)實時性要求。3.基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的系統(tǒng)統(tǒng)籌與優(yōu)化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為同一產(chǎn)業(yè)鏈上的不同行業(yè)提供互動的共同平臺，基于大數(shù)據(jù)的分析與決策是真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)互動的抓手。技術(shù)難點和研究內(nèi)容28研究內(nèi)容1.工業(yè)系統(tǒng)大數(shù)據(jù)儲存，檢索與分析方法。工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的目的，就是找出隱性的問題，防止故障；另外，通過對數(shù)據(jù)的挖掘和分析，可以優(yōu)化產(chǎn)品價值鏈。而高效檢索與儲存技術(shù)是工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的前提。2.基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的反向工程建?！，F(xiàn)

12、代工業(yè)過程越來越復(fù)雜，常規(guī)的機理建模僅能描述設(shè)備局部環(huán)節(jié)動態(tài)行為，而基于大數(shù)據(jù)的反向工程建模方法為人們認識復(fù)雜工業(yè)過程提供了新的途徑。3.基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的多目標(biāo)優(yōu)化?，F(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)化運行是將人的決策行為與自動化系統(tǒng)融為一體來實現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)的全局多目標(biāo)優(yōu)化問題，工業(yè)“大數(shù)據(jù)為實現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)多目標(biāo)全局優(yōu)化運行開辟了新途徑。技術(shù)難點：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為人們提供了更多、更豐富的隨機非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)，需要利用這些數(shù)據(jù)實時作出判斷甚至是預(yù)測，是最大的技術(shù)難點。包括以下研究內(nèi)容。產(chǎn)業(yè)化支撐技術(shù)和目標(biāo)支撐技術(shù)與目標(biāo)：產(chǎn)業(yè)化支撐技術(shù)有：工業(yè)數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)平安技術(shù)；大容量、可靠的工業(yè)寬帶技術(shù)；數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。目標(biāo)：通過工業(yè)

13、大數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化企業(yè)運營效率；優(yōu)化供給鏈，細分市場；創(chuàng)立新的商業(yè)模式。東北大學(xué)在基于工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的冶金工業(yè)優(yōu)化運行，西安交通大學(xué)在基于大數(shù)據(jù)的建模，上海交通大學(xué)在面向大數(shù)據(jù)和云計算的處理器方面具有一定的研究根底。根底與建議單位工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平安問題特點：從物理設(shè)備入侵，通過信息網(wǎng)絡(luò)可以蔓延到其他物理設(shè)備，攻擊其他物理實體。傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)的防火墻已經(jīng)不適用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新的平安問題工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平安意義 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接著非常重要的設(shè)備，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攻擊通過信息世界可以進一步擴散到對機器設(shè)備的攻擊，危及重要行業(yè)的正常運行。另外，由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，并在不同系統(tǒng)間共享，因此數(shù)據(jù)的存儲平安也至關(guān)重要?？茖W(xué)

14、問題和研究內(nèi)容 科學(xué)問題：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平安防御理論33研究內(nèi)容1.面向工業(yè)系統(tǒng)攻擊行為的認知與辨識。對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)雜攻擊行為的認知水平，直接決定了平安防御水平的上下，所以必須深入開展對攻擊行為深入認知，并且開發(fā)精準(zhǔn)的辨識技術(shù)。2.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平安估計與控制技術(shù)。已有的系統(tǒng)估計和控制技術(shù)在復(fù)雜攻擊下，易產(chǎn)生較大的性能偏差，從而嚴重影響工業(yè)生產(chǎn)，因此必須重新設(shè)計平安的估計與控制機制，提升系統(tǒng)整體防御能力。3.網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)平安存儲與交互。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)存儲在不同的系統(tǒng)設(shè)備中，并進行頻繁的數(shù)據(jù)交互，容易被攻擊者非法竊取并可能產(chǎn)生嚴重后果，因此必須設(shè)計平安的數(shù)據(jù)存儲和交互機制。技術(shù)難點

15、和研究內(nèi)容技術(shù)難點：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)面臨動態(tài)復(fù)雜的攻擊威脅，如何辨識攻擊行為，構(gòu)建平安防御體系，是最大的技術(shù)難點。34研究內(nèi)容1：復(fù)雜模態(tài)攻擊行為辨識。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的攻擊模式具有多樣化、復(fù)雜化的特點，并且不同攻擊模式對系統(tǒng)性能的影響也不同，因此需要對攻擊行為進行建模，量化攻擊影響，進而開發(fā)針對復(fù)雜攻擊行為的辨識技術(shù)。2：抗攻擊彈性估計與控制技術(shù)。常規(guī)的系統(tǒng)狀態(tài)估計與控制理論面對復(fù)雜的攻擊行為具有相當(dāng)?shù)木窒扌裕绕洚?dāng)網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)受到攻擊時，傳統(tǒng)的控制技術(shù)無法保障系統(tǒng)的性能，而面向復(fù)雜攻擊的彈性估計與控制技術(shù)為實現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)平安開辟了新的途徑。3：工業(yè)數(shù)據(jù)動態(tài)平安存儲與交互機制。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中

16、產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)需要平安地存儲與交互以防止攻擊者的竊取，設(shè)計新型的動態(tài)存儲方式和交互機制，有助于大幅降低數(shù)據(jù)平安風(fēng)險。產(chǎn)業(yè)化支撐技術(shù)和目標(biāo) 支撐技術(shù)與目標(biāo)： 產(chǎn)業(yè)化支撐技術(shù)有：工業(yè)系統(tǒng)中攻擊行為模擬實現(xiàn)技術(shù)；攻擊影響量化分析技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)系統(tǒng)平安估計技術(shù)；工業(yè)系統(tǒng)彈性控制技術(shù)；工業(yè)數(shù)據(jù)動態(tài)存儲與交互技術(shù)目標(biāo)：通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)平安防御技術(shù)，構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平安體系，提升工業(yè)系統(tǒng)平安等級，保障系統(tǒng)可靠運行。浙江大學(xué)在工業(yè)控制系統(tǒng)平安理論與技術(shù)方面，上海交通大學(xué)在面向大數(shù)據(jù)可信計算與存儲方面具有一定的研究根底。建議單位：浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)等。根底與建議單位36可行的保障措施和政策建議1政府推動建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新平臺創(chuàng)新平臺的建立與成效并非立竿見影，是在順應(yīng)技術(shù)開展規(guī)律與市場開展趨勢前提下的長期系統(tǒng)工程，因此需要政府積極推動。通過龍頭企業(yè)的帶動形成創(chuàng)新要素的共享。2工信部建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化行動組在先進技術(shù)研發(fā)同時，標(biāo)準(zhǔn)化同步甚至超前進行，以便為產(chǎn)業(yè)開展勾勒出整體框架。而且還要實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的國際化，使得中國設(shè)立的標(biāo)準(zhǔn)得到國際上的廣泛采用，以奪取戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)開展的全球制高點。 3上下游