中国智能制造产业发展报告.pdf

中国智能制造产业发展报告（2022022 2 年度年度）目录 第一篇 智能制造总述.1 一、智能制造概念.1 二、工业互联网的基本概念.2(一)工业互联网的定义.2(二)工业互联网与工业物联网.3(三)工业互联网与工业 4.0/5.0.3(四)工业互联网与智能制造.3(五)小结.4 三、5G+工业互联网的关系.4(一)工业互联网对网络的需求.5(二)5G+智能制造模式升级.6(三)5G 网络技术在工业互联网中的应用.7(四)5G 网络中工业互联网安全问题分析.8(五)提升 5G 网络在工业互联网安全的有效措施.9 第二篇 工业互联网的体系架构.12 一、工业互联网体系架构 1.0.12 二、工业互联网体系架构 2.0.13 第三篇 工业互联网的关键技术.15 一、5G 技术.15 二、边缘计算技术.16 三、数字孪生.17 四、区块链技术.18 第四篇 工业互联网的全球发展形势.19 一、全球智能制造发展现状.19(一)德国.19(二)美国.20(三)日本.21(四)欧盟.22 二、全球智能制造业格局.22 第五篇 智能制造在中国的概况.24 一、中国智能制造发展现状和形势.24(一)中国智能制造发展取得积极成效.26(二)中国智能制造发展面临的机遇和挑战.28 二、中国智能制造政策措施.30(一)加强统筹协调.31(二)完善创新体系.31(三)强化人才支撑.31(四)提升公共服务.32(五)深化开放合作.32(六)加大财税金融支持.32 (七)创新金融扶持方式.33(八)发挥行业组织作用.33(九)深化国际合作交流.33 三、中国智能制造战略布局.34(一)研究制定智能制造发展战略.34(二)加快发展智能制造装备和产品.34(三)推进制造过程智能化.34(四)深化互联网在制造领域的应用.35(五)加强互联网基础设施建设。.35 第六篇 智能制造在中国态势分析.36 一、中国智能制造的优势分析.36(一)政策引领：顶层设计彰显制度优势.36(二)试点先行：发挥示范项目龙头作用.38(三)全面覆盖：推动各类主体跨域协同.38 二、中国智能制造工程目标.39(一)坚持创新驱动，实现科技自立自强.39(二)强化数实融合，深化智能技术应用.40(三)探索特色路径，促进区域协调发展.41 第七篇 中国智能制造产业分析.43 一、中国智能制造产业链分析.43(一)智能工厂.43(二)机器视觉行业.44(三)数控机床.45 二、中国智能制造行业发展特点分析.47(一)制造流程智能化.47(二)3D 打印和工业软件市场规模增大.48(三)中国智能硬件市场规模持续增长.48(四)工业机器人应用成全球趋势.49(五)智能制造打造智能制造工厂.50 三、工业互联网应用场景.50(一)设备联网监测.50(二)5G+AI 智慧工厂.51 第八篇 中国智能制造的发展规划.52 一、中国智能制造的指导思想和目标.52 二、中国智能制造的重点任务.53(一)任务一：加快系统创新，增强融合发展新动能.53(二)任务二：深化推广应用，开拓转型升级新路径.53(三)任务三：加强自主供给，壮大产业体系新优势.54(四)任务四：夯实基础支撑，构筑智能制造新保障.54 三、规划部署的专项行动.54 四、规划的保障措施.55 第九篇 全国各省市智能制造最新政策一览.56 一、工信部会同有关部门起草了“十四五”智能制造发展规划.56 二、工业和信息化部印发新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023 年）.57 三、工业和信息化部、中央网信办出台 5G 应用“杨帆”行动计划(2021-2023 年).58 四、北京市关于促进高精尖产业投资推进制造业高端智能绿色发展的若干措施的通知.58 五、广东省发布广东省智能制造生态合作伙伴行动计划（2021 年）的通知.59 六、上海市人民政府印发关于本市“十四五”加快推进新城规划建设工作的实施意见的通知.60 七、江苏省印发江苏省”十四五”制造业高质量发展规划.60 八、重庆市人民政府印发 重庆市制造业高质量发展“十四五”规划（2021-2025 年）.61 九、浙江省人民政府印发浙江省全球先进制造业基地建设”十四五“规划.62 十、福建省做大做强做优数字经济行动计划(2022-2025 年).63 十一、山东省政府印发山东省智能制造提质升级行动计划(2022-2025 年).63 十二、广东省人民政府关于印发广东省制造业数字化转型实施方案及若干政策措施.64 第十篇 中国智能制造优秀案例.66 一、东南工业互联网平台.66 二、华为云工业互联网平台 FusionPlant.67 三、海尔卡奥斯工业互联网平台 COSMOPlat.68 四、双星胎联网“智慧云”平台.69 中国智能制造产业发展报告（2022 年）1 第一篇 智能制造总述 一、一、智能制造概念智能制造概念 智能制造是企业实现生产、管理、服务、产品智能化的全新生产方式。“智能制造”这一概念最早由美国学者 P.K.Wright 和 D.A.Bourne 在其著作 Manufacturing Intelligence中出现，他们将智能制造定义为机器人应用制造软件系统技术、集成系统工程以及机器人视觉等技术，实行批量生产的系统性过程。工信部出台的智能制造发展规划（2016-2020 年）中，将智能制造定义为基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。智能制造是通过新一代信息技术、自动化技术、工业软件及现代管理思想在制造企业全领域、全流程的系统应用而产生的一种全新的生产方式。智能制造的应用能够使制造业企业实现生产智能化、管理智能化、服务智能化与产品智能化。智能制造是一种可以让企业在研发、生产、管理、服务等方面变得更加“聪明”的生产方法，制造业企业要从自身发展的核心痛点出发，在合理的整体规划和顶层设计基础上，沿着智能制造要素智能制造能力智能制造系统的发展方向，分阶段且持续性的获取智能制造要素，建立、完善、扩展企业在研发设计、生产制造、物流仓储、订单获取、产品服务等各个环节的智能制造能力，最终形成完整、高效、科学的智能制造系统。智能制造是具有自主化决策，灵活生产出多样化产品，并能快速应对更多市场变化能力的生产方式。人工智能和制造系统相互结合，利用机器学习、模式识别、认知分析等模型，提升工厂控制管理系统能力。物联网将控制器、传感器和执行器等所有的机器设备连接在一起，通过算法将传感器上传的数据进行分析整合，提供决策并作出响应。随着工业物联网的应用发展，网络和实体系统将紧密联系在一起，物联网将生产现场的处理器、传感器和显示器连接起中国智能制造产业发展报告（2022 年）2 来，使得机器之间可以进行通信，可以互相沟通，而机器和人的工作将不再会严格分工，未来制造系统把人和机器融合在一起。此外，智能制造的整个流程都有一个数字孪生模型，系统里包括了现实世界的任何东西，可以是应用或者操作指南手册等。如今，智能制造已经不再仅限于生产过程或单体智能，而早已经扩展到了产业价值链的各个环节，包括企业活动的方方面面，也不再单方面强调数字技术本身的应用价值，二十更加重视数字技术与先进制造等跨领域技术的深度融合和时间创新。二、二、工业互联网的基本概念工业互联网的基本概念(一一)工业互工业互联网的定义联网的定义 目前，各国政府、企业、科研机构纷纷提出了各种战略理念和发展目标，并从不同的角度对工业互联网进行了阐述。工业互联网是互联网在全球工业系统中与高级计算、分析、传感等技术深度融合的产物，强调机器与人的连接。清华大学刘云浩教授认为工业互联网是通过互联网与新兴技术在工业中的深度融合与创新应用，强调了网络的重要性。工业互联网体系架构 1.0指出工业互联网不仅是深度融合基础下的产业和应用生态，也是工业智能化发展的关键综合信息基础设施，强调网络、数据和安全。在新一轮的产业变革背景下，工业互联网的内涵和范畴在不断演化，本文在前人的研究基础上给出了自己的理解：工业互联网是互联网与 5G、云计算、大数据、物联网（IoT,internet of things）等新一代信息通信技术在工业经济中深度融合的全新工业生态、关键基础设施以及新型应用模式。工业互联网以“人机物”全面互联为基础，以数据为核心，以安全为保障来实现工业数字化、智能化发展。在第四次工业革命蓬勃发展的大趋势下，除了工业互联网，还出现了工业物联网（IIoT,industrial internet of things）、工业 4.0/5.0、智能制造等既紧密联系又有所区别的概念，通过对它们之间关系进行梳理与对比可以帮助我们更透彻地理解工业互联网的概念。中国智能制造产业发展报告（2022 年）3(二二)工业互联网与工业物联网工业互联网与工业物联网 工业物联网是指通过将工业资源进行互联互通实现制造流程各阶段的优化，构建服务驱动型的新工业生态体系。工业互联网与工业物联网的联系与区别见表表 1。表表 1 1 工业互联网与工业物联网的联系与区别工业互联网与工业物联网的联系与区别 工业互联网 工业物联网 联系 工业互联网涵盖了 IIoT 两者都强调工业的数字化、智能化发展 区别 不仅包含工业领域，而且延伸到企业的信息系统、业户流程和人员工业 强调 IoT 在工业领域的应用 实现“人-机-物”全面互联，追求数字化 强调物与物的连接，追求自动化和智能化 (三三)工业互联网与工业工业互联网与工业 4.0/5.0 德国政府于 2013 年正式提出工业 4.0：利用网络物理生产系统（CPPS,cyber-physical production system）将制造、物流及销售等信息数字化，并集中使用全球可用的信息网络进行自动化信息交流以实现生产和业务流程的匹配，最终完成高效、个性化的服务。在工业 4.0 概念的基础上，欧盟委员会于 2021 年正式提出了工业 5.0 的概念，除了数字化与智能化，更加关注以人为本的需要。工业 5.0 不仅补充了工业互联网的标志性功能，还强调将工业置于环境或社会等非经济或技术层面。工业互联网与工业 4.0/5.0 的联系与区别见表表 2。表表 2 2 工业互联网与工业工业互联网与工业 4 4.0/5.0.0/5.0 的联系与区别的联系与区别 工业互联网 工业 4.0/5.0 联系 具有相同的内核：网络物理系统 CPS 两者都将走向智能制 区别 工业互联网关注的是数字化和 AI 技术驱动 更加突出了研究和创新的重要性 提高生产效率和灵活性 以期工业为人类提供长期服务 追求生产制造的效率目标 注重以人为本、工业生产的可持续和弹性 (四四)工业互联网与智能制造工业互联网与智能制造 智能制造是制造业一次大的变革，作为一种新兴的生产形式，以 IoT、云计算、新型通信、大数据分析等信息技术为一体构建面向智能计算、AI 和数据科学为先导的网络物理系统。工业互联网与智能制造的联系与区别见表表 3。中国智能制造产业发展报告（2022 年）4 表表 3 3 工业互联网与智能制造的联系与区别工业互联网与智能制造的联系与区别 工业互联网 智能制造 联系 具有相同的内核：网络物理系统 CPS 工业互联网是实现智能制造的关键使能技术 区别 工业互联网通过工业平台为工业企业提供定制服务 智能制造是制造企业打造智能 为智能制造的发展模式奠定基础 自动化的愿景目标 (五五)小结小结 通过以上对工业互联网与 IIoT、工业 4.0/5.0、智能制造联系与区别的总结可以看出它们之间范畴的差异。工业互联网、工业 4.0/5.0 包含了“人机物”的全面互联，都以智能制造为主导，但工业互联网更关注产品本身的智能化而工业 4.0/5.0 的核心更注重互联，工业物联网是物与物、机器与机器的连接。工业互联网涵盖了工业物联网，工业互联网是工业 4.0/5.0 的技术支柱之一，是实现智能制造的关键使能技术，而智能制造又是工业互联网与工业 4.0/5.0 的核心动力源，工业互联网、工业物联网、工业 4.0/5.0、智能制造范畴如图 1-1 所示。通过对工业互联网概念的深刻理解，可以看出其对推动工业行业的发展有着举足轻重的作用，在制造业、产业经济发展中蕴藏巨大潜力，将工业互联网融入各行业刻不容缓。然而从理论到应用还需要不断地探索，尤其是构建完善的工业互联网体系架构对工业产业数字化、智能化转型升级有着重要的指导作用。图图 1-1 工业互联网、工业物联网、工业工业互联网、工业物联网、工业 4.0/5.0、智能制造范畴、智能制造范畴 三、三、5G+工业互联网的关系工业互联网的关系 5G 和工业互联网作为新型基础设施建设的两个主要领域备受关注。传统中国智能制造产业发展报告（2022 年）5 的互联网主要解决系统之间的互联互通，但不能高效完成设备到系统以及设备之间的互联。5G 作为新一代的移动通信技术，不仅可以为用户带来优质的移动互联网体验，还将成为智能制造、智能政务、智能医疗、智慧城市等领域的关键支撑技术；工业互联网则是一种将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。关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知提出积极打造工业互联网平台，推动知识能力的模块化、软件化和平台化，加快产业链供应链资源共享和业务协同，明确了工业互联网将成为地制造企业转型的主要方向。通过数据智能驱动，构建“云+网+平台+应用”一体化产品服务体系，打造开放应用生态正逐渐成为企业价值创造的动力源泉，开展 5G+工业互联网平台对助力制造业数字化转型具有重要意义。(一一)工业互联网对网络的需求工业互联网对网络的需求 5G 需解决的不仅是人与人的连接，更是人与物、物与物的连接问题。智能制造应用的网络通信以有线和无线的两种传输方式，有线方式是工业 PON、以太网网络通信技术，无线通信方式是 4G、5G、Wifi、NB-IoT、RoLa、Zigbee 等多项网络技术。综合工业互联网未来发展需求，对 5G 系统提出了以下技术需求：（1）传输速率需求。传输速率需求。要求提高 10-100 倍，同时用户体验速率、用户峰值速率分别达 0.1-1Gb/s、10Gb/s。（2）时延需求。时延需求。要求时延降低 5-10 倍，达毫秒量级；可以满足工业实时控制、云化机器人等的应用网络传输能力，保证系统控制指令、数据能及时发送到设备，从而达到可靠的、安全的生产操作过程。随着移动通信技术从 toC 走向 toB，其可靠性需求也发生了很大变化，通过一系列项目的摸索，目前已初步形成了对 5G B2B 可靠性要求的模型，同时 5G 设备也在逐步满足制造中的高可靠要求。中国智能制造产业发展报告（2022 年）6（3）设备连接密度需求。设备连接密度需求。要求提高 10-100 倍，达 600 万个/km2。可以满足人机物三元协同、AGV 多机协同等应用的网络连接能力,满足设备柔性生产，提升生产效率。（4）流量密度需求。流量密度需求。要求提高 100-1000 倍，达 20Tbps/km2；满足智能监测、数字双生等结合 AI 和远程通迅技术实现工业协同操作指导、专家系统开发、大数据分析、运算等的目的。（5）安全性需求。安全性需求。面对多种应用场景和业务需求需建立 5G 网络安全架构，满足不同应用的不同安全级别的安全需求。（6）便捷性需求。便捷性需求。部署便捷，灵活扩展，维护简便。5G 作为移动通信技术，在网络性能的绝对指标方面难以真正与光纤持平，但是其移动性、灵活性是制造行业选择 5G 作为联接技术的重要考量点。而便捷的规建维优则是制造业对 5G 的增值性诉求。(二二)5G+智能制造模式升级智能制造模式升级 5G+智能制造将人工智能、云计算和大数据分析相结合，通过对物理世界的数字化映射，对工业设备状态采集的数据分析，以优化生产流程和进行主动预测性维护，提高单位生产效率，促进整个产业体系转型升级。5G+智能制造主要表现为以下四种新模式转变：（1）智能化生产。智能化生产。利用先进制造工具和 5G 网络信息技术能够对生产流程进行智能化改造，实现数据的跨系统流动、采集、分析、与优化，完成设备性能感知、过程优化、智能排产等智能化生产方式。近年来，我国的许多龙头制造企业以“互联网+”制造为主攻方向，通过建立智能工厂，推动智能化生产，实现了数字化和智能化转型。（2）网络化协同。网络化协同。航空、汽车等行业实施企业内的协同制造已有十几年的历史，但 5G 技术赋予了协同制造新的内涵和应用。企业借助大数据和工业云平台，发展企业间协同研发、众包设计、供应链协同等新模式，能有效降低资源获取成本，加速从单打独斗向产业协同转变。网络化协同包括协同研发、众包设计、供应链协同等模式，为传统企业高效、便捷、低成本的实现创新开中国智能制造产业发展报告（2022 年）7 辟新渠道。（3）个性化定制。个性化定制。5G 所具备的大带宽、低时延、可靠性的特点，提升了产线的柔性程度和灵活性，助力柔性化生产的大规模普及。一方面，5G 网络进入工厂，在减少机器与机器之间线缆成本的同时，利用高可靠性网络的连续覆盖，使机器人在移动过程中活动区域不受限，按需到达各个地点，在各种场景中进行不间断工作以及工作内容的平滑切换。另一方面，5G 可构建连接工厂内外的人和机器为中心的全方位信息生态系统，实现实时信息共享。让客户参与到企业的设产品设计及生产过程中，并实时查询产品状态信息。（4）服务化延伸。服务化延伸。制造业正积极探索由传统的产品为中心向以服务为中心的经营方式的转变，通过构建智能化服务平台和智能化服务成为新的业务核心，以摆脱对资源、能源等要素的投入。基于 5G，企业将更好实现产品联网与运行数据采集，并利用大数据分析提供多样化智能服务，延伸价值链条。制造业服务化延伸已成为越来越多制造企业销售收入和利润的主要基础，是制造业竞争优势的核心来源。(三三)5G 网络技术在工业互联网中的应用网络技术在工业互联网中的应用(1)5G 5G 网络技术的切片操作应用网络技术的切片操作应用 随着 5G 网络技术的出现和应用，工业互联网应用要求得到更好的满足。5G 网络技术要求传输数据的过程中必须切片，简单讲就是将互联网数据传输时间精确进行分割，当前我国 5G 网络技术已经能够到达毫秒切片，这就为 5G 网络技术在工业互联网中的应用打下了良好基础。工业行业运营发展过程中需要对网络传输速率进行控制时，使用 5G 网络技术就按照工业运营发展的实际需求去对时延效能进行灵活控制，使其能够同工业行业经营发展流程精确进行匹配。(2)5G 5G 网络技术的移动边缘操作应用网络技术的移动边缘操作应用 5G 网络技术的移动边缘操作，能够根据工业互联网的具体需求，在网络环境中出现数据传输情况时，移动边缘操作在网络中可以更加及时展开数据运算处理，不需要将网络中相关数据再传输到网络计算终端模块中。这项操作可中国智能制造产业发展报告（2022 年）8 有效满足了工业互联网庞大数据需要及时计算的相关要求。5G 网络技术的移动边缘操作应用到工业互联网中，能够充分体现出 5G 网络技术高速便捷的突出优势，能够有效提高工业数据的处理效率，保证工业行业经验发展过程中各项指令能够迅速执行，无需等待。5G 网络技术的移动边缘操作还能有效节省工业数据对网络环境资源的占用率，随时产生的数据能够随时得到处理，工业行业互联网的运营能力得到极大提高。(四四)5G 网络中工业互联网安全问题分析网络中工业互联网安全问题分析 在监测 5G 网络技术使用环境的过程中，发现工业互联网中存在很多安全问题。5G 网络技术支持下，工业行业的生产和管理过程中，因为工业互联网敞开性原因，极易发生被黑客攻击、侵入网络病毒、恶意代码、非法的网络访问等问题，从而破坏相关数据文件。(1)数据安全分析数据安全分析 工业互联网应用 5G 网络技术，因为数据文件传授效率的提高，在同一个时间段中相关数据的处理数量得到明显增加。数据和数据之间通过 5G 网络技术可以快速进行双向传输、交叉传输和多维传输等，这就增加了数据安全保护工作的难度。庞大繁杂的工业数据，因为类型等存在较大差异性，普通的网络保护措施已经很难有针对性对某些数据进行保护。特别是延时情况下的边缘计算操作，工业数据无法到达数据处理中心，只是跟随数据传输完成了表面的处理，这个过程中，工业互联网为执行边缘计算命令，数据系统的安全保护程序作用就会弱化，而且这种操作部署必然会导致工业互联网受到安全攻击。(2)控制安全分析控制安全分析 工业生产过程中生产体系的控制要求极为严格，针对工业生产的对应流程中，为了能够将工业互联网的对应资源集中使用于生产工作的各个流程中，就需要削弱对应的网络控制性能，比如在一些特定信息的传输过程中需要降低网络安全协议的网络传输带宽数据，减缩网络数据加密程序的宽带使用占比等等，当然这些数据被缩减后也将对工业互联网的安全使用情况造成直接影响。工业企业的生产环节中对于控制操作的工作极为多见，那么借助 5G 网络的切片技中国智能制造产业发展报告（2022 年）9 术对生产环节中各个数据进行深度分析，并进行精确的划分，这样的情况下能够在不同的工业互联网切片中自动构成一种相互隔离的地带，这样的设定在某种意义上而言的确可以减少风险因素的危害或者影响力度，比如一旦遇到某恶意程度针对工业互联网环境进行无端破坏或者恶意入侵时，只能够对其中的一个网络切片产生危害或者对应的影响，而不会危害其他切片。但是在实际的工业互联网检测管理工作中发现某些恶意攻击程序针对某个网络切片的攻击过程中会将这个切片作为入侵中心并且会对其他的切片发起再次的入侵指令，造成工业互联网环境被大面积损坏，造成整个工业互联网控制体系不能顺利运行。(3)应用安全分析应用安全分析 5G 网络技术具有强度的数据服务功能，能够较好兼容工业互联网所使用的相关软件系统。这就要求 5G 网络技术具备较好的开放性，但是这就给工业互联网安全埋下了隐患。5G 网络技术的网络敞口中，在为工业数据提供较为快速便捷的传输通道的同时端口开放过程中也会遭受到外部网络带来的干扰。5G 网络技术把访问权利放给工业行业相关部门后，在外界网络同工业互联网的连接过程当中，无法避免的会接触的网络风险因素，如非法程序等。5G 网络技术的端口传输协议如果不够严谨，某些非法程序就会侵入工业互联网中。这种 5G 网络技术的安全漏洞问题，会导致工业互联网遭受入侵，篡改工业经验管理成效，同时还会泄漏工业行业的相关敏感信息，致使其无法正常工业作业，工业行业就会遭受巨大损失。(五五)提升提升 5G 网络在工业互联网安全的有效措施网络在工业互联网安全的有效措施 (1)完善现有工业用户的安全使用机制完善现有工业用户的安全使用机制 工业互联网的实际安全管理工作完善期间，必须综合考虑工业用户的核心地位，完善 5G 网络的安全管理机制，并且建立对应的安全管理体系。在 5G 网络环境的大背景下，受数据传输等环节的实际要求，网络环境处于开放状态是不可避免的。工业互联网的安全管理机制的实际操作中能够借助用户的身份认证途径在 5G 网络环境中设定对应的验证程度。5G 网络技术在整个工业生产以及对应的管理工作中能够将身份验证管理程度以及网络系统的管理程序进行中国智能制造产业发展报告（2022 年）10 有机结合和有效的兼容，不论是什么数据进行传输或者使用者进行访问时，系统针对数据进行对应处理的前提是对用户身份进行对应的分析和验证，如果验证结束后发现该用户访问或者查询的数据并无对应的访问权限，也就是说该用户的身份验证参数无法与对应的数据相匹配时，工业互联网体系将会拒绝该用户的相关指令，自动拒绝该访问信息，并将这个无法认证用户身份信息的数据进行有效的阻隔。设定的安全管理系统明确规定只有工业企业对应授权的互联网管理人员具备相应的权限，依照实际的要求对阻隔的数据信息进行对应审核。如果是无意中操作的一些无伤害性指令划归至常规数据中，而对于一些具备权限访问条件但是并未获得对应权限的人员可进行对应流程进行人工授权，以此获取对应的权限，而对于一些未经过工业互联网管理人员同意私自或者有意识的入侵系统数据的指令将被划归至风险档案中对其进行对应的安全处理。(2)完善现有完善现有 5G 5G 网络部署的安全机制建设网络部署的安全机制建设 工业互联网作为一个具备综合特性的大的网络环境背景，针对不同的职能和不同的工作性质需给予对应的授权管理工作，针对网络衔接过程中需要综合分析工业互联网的容量以及兼容等性能特点。工业互联网在实际运行中为了确保各环节的正常运行，需扩充对应的网络站点以满足发展需求，在网络站点的具体部署工作中需要面对各个网络系统的工作现状需求，做好互相兼容并能及时进行沟通。5G 网络的技术性能非常强大，不仅仅具备 4G 网络所有的有点，满足不同的应用需求，还能够在安全机制建立期间发挥 5G 网络的也有的优势。不同网络系统兼容产生的端口上能够以加密技术提升网络安全管理效果，数据传输时必须经过网络敞口，规避和预防网络使用时借助漏洞窃取或者篡改数据的危险事件。(3)强化网络安全协议认证监管工作强化网络安全协议认证监管工作 5G 网络技术在工业互联网中的应用过程，必须提升对于网络安全协议的认知监管力度，这样可提升工业网络环境的规范化管理效果。针对特殊需求的工业个体，网络运营商有协助义务为其提供所需的安全协议内容，帮助工业个体能够更加完善和全面的监管和管控自身的网络体系。当然，国家在发展的过程中也必须重视 5G 网络完全监管服务，依针对整个互联网环境进行有效的控中国智能制造产业发展报告（2022 年）11 制和净化，并且以高科技技术手段作为依托提升网络信息的辨识度，在网络安全协议认证体系的监管下提升工业互联网安全有序开展。综上所述，5G 网络凭借自身高传输性能这一特殊优势为工业领域的发展注入新鲜血液，带来新的发展契机。工业互联网在使用 5G 网络技术的过程中必须考虑和重视其中可能出现的安全问题，提升对于 5G 网络的安全管理工作并借鉴近年来出现的 5G 网络危险事件的处理经验，积极有效开展并且构建全面化、可靠性的 5G 安全管理体系，维护工业互联网安全运行模式成为 5G 网络技术提出的必然要求。中国智能制造产业发展报告（2022 年）12 第二篇 工业互联网的体系架构 工业互联网是工业制造与 IT 融合形成的新型应用架构，其意义在于发展相关支撑技术以促进工业生产生态的重构。为了快速、广泛的部署并推广应用，我国相继发布了工业互联网体系架构 1.0和工业互联网体系架构 2.0。一、一、工业互联网体系架构工业互联网体系架构 1.0 我国工业互联网产业联盟（AII,Alliance of Industrial Internet）于 2016 年发布工业互联网体系架构 1.0，如图 2-1 所示。工业互联网体系架构 1.0 从工业智能化发展角度出发，以基于全面互联而形成数据驱动的智能为核心，网络、数据、安全为工业和互联网的共性基础和支撑（其中，“网络”支撑数据传输交换，“数据”驱动智能化生产，“安全”保障工业生产中数据与网络交互）。图图 2-1 工业互联网体系架构工业互联网体系架构 1.0 工业互联网体系架构 1.0 涵盖了数据层面、网络层面和安全层面。数据层面主要用于生产数据的感知和产品反馈优化，通过 IoT 技术将生产数据进行采集，通过数据建模与仿真，将数据进行分析得到优化决策，从而反馈到生产层中国智能制造产业发展报告（2022 年）13 面实现产品生产的优化；网络层面为适应智能制造发展，促使工厂内部网络呈现扁平化、IP 化、无线化及灵活组网的特点；安全层面构建工业互联网安全保障体系，满足体系架构下的网络安全应用，实现智能化生产环境下的设备安全、网络安全、控制安全、应用安全和数据安全。为了实现工业全流程智能化的目标，工业互联网体系架构 1.0 构建了三大优化闭环。面向机器设备运行优化的闭环：实现生产设备的动态调整优化，构建智能生产线。面向生产运营优化的闭环：动态调整生产运营管理，构建智能生产模式，实现复杂环境下的优化管理。面向企业协同、用户交互与产品服务优化的闭环：满足资源和商业活动的创新优化，构建网络化协同、产品个性化定制及服务化升级的新模式。工业互联网体系架构 1.0 从宏观主体层次的角度定义了工业互联网的整体体系，这种架构无法构建一个通用、完善的工业互联网体系架构。为了能够更好地适用于各个领域实际应用场景，特别是强化信息技术在解决方案与行业应用推广的实操指导性，以便更好地支撑我国工业互联网未来十年的发展。AII 考虑到架构 1.0 的不足，并在此基础上于 2020 年正式提出了工业互联网体系架构 2.0。二、二、工业互联网体系架构工业互联网体系架构 2.0 工业互联网体系架构 2.0 是为了支撑工业企业获得更全面、更系统、更具体的指导性框架，进而实现规模化的推广应用而设计的。架构 2.0 继承了架构 1.0 的网络、数据、安全三大功能体系，并利用工业互联网平台代替了数据功能降低架构 1.0 的冗余，通过弱化数据传输以及数据安全等功能加强数据的集成、分析、优化功能。此外，架构 2.0 还定义了业务视图、实施框架以及技术体系，如图 2-2 所示。中国智能制造产业发展报告（2022 年）14 图图 2-2 工业互联网体系架构工业互联网体系架构 2.0 工业互联网体系架构 2.0 通过自上而下的方式对业务视图、功能架构、实施框架和技术体系进行融合贯通，明确了功能架构设计以及实施部署方式。业务视图分别从宏观和微观视角对企业数字化转型进行了把握，指导企业正确理解工业互联网的定位、价值，明确其在转型过程中的业务需求、以及如何转型的技术支撑，从而指导后续功能架构的设计。功能架构在业务视图的指引下，建立了以平台为核心、以网络为基础、以安全为保障的三大体系，并对这三大体系的运作进行抽象，形成工业数字化应用的优化闭环。实施框架是对功能架构在企业中如何部署做出的规划，即“在哪做”“做什么”“怎么做”的问题。实施框架划分出了设备层、边缘层、企业层、产业层等实施层级，并明确以上层级中网络、标识、平台、安全 4 个实施系统的部署，能够更好地与现有的制造体系相结合。技术体系是保证整个工业互联网赋能工业转型升级的基础，是用于支撑功能架构实现，构建实施框架的整体技术体系。中国智能制造产业发展报告（2022 年）15 第三篇 工业互联网的关键技术 由工业互联网技术体系可知，以 5G、EC、工业智能、区块链、DT 技术为代表的关键技术对支撑工业互联网体系架构中功能架构的网络、平台和安全的建设以及实现数据优化闭环有着极其重要的作用，而功能架构又是赋予企业智能化落地实施的能力架构，因此，必须深度集成和融合这五大关键技术。本节重点介绍了关键技术如何解决企业在升级改造中面临的问题，总结了当前的典型应用场景以及应用挑战。一、一、5G 技术技术 工业领域中业务场景复杂多样，需要具有海量连接、低时延的网络连接技术来实现人机物之间的互联互通。5G 作为最新一代蜂窝移动技术，具有海量连接、高可靠、低时延等特点，是工业互联网实现全面连接的基础，能够应用于增强型移动宽带（eMBB,enhanced mobile broadband）、大连接物联网（m MTC,massive machine type communication）、超可靠低时延通信（URLLC,ultra reliable low latency communication）三大场景。利用 5G 无线技术、网络切片技术，以及其他与网络技术融合的 5G+时间敏感网络（TSN,time sensitive network）、5G+云等技术，可有效解决不同工业场景的多样性需求。当前，5G 赋能工业互联网已经得到了一定的研究和应用。在生产制造场景下，5G 能够支持自动导引运输车（AGV,automated guided vehicle）的部署。Siriwardhanad 等将当地 5G 运营商与移动网络运营商（MNO,mobile network operator）架构相结合，将 AGV 与制导控制器进行连接，实现低时延并且能够确保数据的安全性。由此可见，5G 技术能够解决工业企业在生产制造以及业务方面遇到的困难。尽管 5G 技术能够满足部分场景的需求，但主要集中在大型的企业中，对大多数的中小制造企业来说，它们的基础设施并不具备智能化、数字化的能力，面临着部署成本高，无法实现大规模部署的问题。当前，5G 与工业互联网的融合还处于探索阶段，对于工业中硬实时控制的需求还有所欠缺，缺乏针对工中国智能制造产业发展报告（2022 年）16 业领域的解决方案。相信随着工业互联网创新发展行动计划（20212023）的实施以及工业互联网 2.0 体系的推广，将加速推动 5G+工业互联网创新模式的发展，并最终为工业数字化转型提供技术支撑和智力保障。二、二、边缘计算技术边缘计算技术 工业领域的部分控制场景对计算能力的高效性有严格要求，将数据传输到云端进行计算可能会造成巨大的损失，并且，在工业现场中存在大量异构的总线连接，设备之间的通信标准不统一，因此需要将计算资源部署在工业现场附近以满足业务高效实时的需求。边缘计算作为靠近数据源头或者物的网络边缘侧，融合网络、应用核心能力、计算存储的开放平台，有低时延、高效、近端服务、低负载等优点，能够就近提供边缘智能服务，是工业互联网不可或缺的关键性环节。当前，边缘计算赋能工业互联网已经得到了一定的研究和应用。通过利用边缘计算技术将工业场景中的计算以及存储分散到工业互联网边缘来降低云端计算和存储的压力，解决云计算模式存在的实时性差、运维成本高、数据安全存在风险等问题。GSMA 联合全球运营商合作构建了电信边缘云平台。中国联通推出了 CUC-MEC 平台，并设计了 EdgePOD 一体化边缘解决方案。中国电信也开展了 5G+MEC 的应用合作创新。由此可见，边缘计算技术能够满足工业领域中信息化与工业化深度融合的产能升级和高性能网络化的需求。综上，EC 技术已经广泛应用于工业互联网中，但其仍面临设备接口标准不统一、测试标准不统一的问题，并且在应用过程中还存在许多安全问题。在边缘计算的架构中位于不同层次的边缘服务器拥有不同的计算能力，所以未来需要继续提升 EC 的性能以在运行的过程中完成成本分析以及负载的分发。此外，在行业应用中对于网络传输、可靠性要求普遍较高，因此 EC 需要与行业应用、运营商网络进行高效协同，其系统隔离、数据安全能力仍有待进一步提高。未来，边缘计算的发展将为工业、制造业以及其他新兴产业提供更加强大的驱动力。中国智能制造产业发展报告（2022 年）17 三、三、数字孪生数字孪生 数字孪生技术的发展源于新一代信息技术与不同领域技术的融合，是在 CPS、建模仿真、大数据与人工智能技术的基础上发展起来的一门新兴技术。（1）物联网技术。物联网技术。数字孪生是物理世界在数字世界的孪生，如何实现数字孪生与物理世界的虚实映射是数字李生实施的基础。物联网是以感知技术和网络通信技术为主要手段，实现人、机、物的泛在连接，提供信息感知、信息传输、信息处理等服务的基础设施。随着物联网的不断健全和完善，数字李生所需的各种数据的实时采集、处理得以保障。在空间尺度上，由于物联网万物互联的属性，面向的对象由整个产业垂直细分至较小粒度的物理实体。同时，在时间尺度上，由于物联网实时性的提升，使得不同时间粒度的数据交互成为可能。以上使得数字李生正在变得更加多样化和复杂化，使得数字世界和物理世界能够在物联网的支持下进行时间和空间上细粒度的虚实交互，以支撑不同尺度的应用。（2）大数据技术。大数据技术。数据是数字孪生系统动态运行的最重要的驱动力量。随着数据时代的到来，大数据分析应运而生。通过体现大数据海量、异构、高速、可变性、真实性、复杂性和价值性等特征，大数据分析面向解决具体问题提出相应的算法和框架模型。对数字李生系统而言，大数据分析为深度探索物理空间事物提供可能，而通过数据可视