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)革命時間復雜程度工業(yè)革命1.018世紀末1784工業(yè)革命2.020世紀初電力廣泛應用蒸汽機工業(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三個設想：產(chǎn)品、設施、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)技術平臺、先進制造工藝及設計與數(shù)據(jù)根底設施等先進數(shù)字化制造技術。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) 人與設備的縱向互聯(lián)子任務規(guī)劃1.設備智能化：智能傳感技術，智能控制技術，智能人機交互2.泛在互聯(lián)：通過設備級、企業(yè)級、社會級的網(wǎng)絡形成人-機-物的閉環(huán)互聯(lián)3.工業(yè)大數(shù)據(jù)技術：基于大數(shù)據(jù)的設備級、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：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

4、備智能化感知技術是機器與數(shù)字世界的接口人機交互技術是人機對話的接口智能決策是設備智能化的終極表達設備級別的互聯(lián)技術是神經(jīng)傳統(tǒng)設備的智能化：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，提供設備智能自主配置與運行；支撐技術：嵌入式系統(tǒng)技術、信號/信息處理技術、機電一體化技術、工業(yè)自動化技術、虛擬現(xiàn)實技術背景與意義工業(yè)設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)設備智能化將是一個必然趨勢，智能化的設備將在交通、能源以及醫(yī)療等根底領域發(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)控以及智能學習和分布式?jīng)Q策功能?？茖W問題和研

5、究內(nèi)容 科學問題：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。在各種資源約束情況下，實時、可靠、適度的提取有用信息。2. 智能機器學習技術。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. 智能設備人機交互技術。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。 技術難點：具有情景意識的人機交互與智能控制技術難點和研究內(nèi)容工業(yè)環(huán)境佩戴谷歌眼鏡的工人工具技術難點和研究內(nèi)容 技術難點：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。利用智能信號檢測與信息處理技術，提高信息感知的精

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

7、交通大學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機器設備的變化，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；從技術層面上講，需要銜接物理空間與信息空間的信息網(wǎng)絡是全IP的，需要每一個設備具備全局的地址標識。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)絡化制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)技術是企業(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)變科學問題和研究內(nèi)容 科學問題：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)合設計與優(yōu)化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)使現(xiàn)場設備組成典型的網(wǎng)絡系統(tǒng)，前端設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)應用提供一個開放的信息平臺，也導致原有的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議體系發(fā)生變化，需要重新定義。技術難點和研究內(nèi)容 技術難點：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準的缺失是阻礙大規(guī)模應用的最大瓶頸23研究內(nèi)容1. 工業(yè)環(huán)境的移動組網(wǎng)技術。需要結(jié)合低功耗移動物聯(lián)網(wǎng)技術與具體行業(yè)，開發(fā)適合工業(yè)環(huán)境的移動組網(wǎng)技術2. 滿足工業(yè)實時性要求的有線/無線協(xié)議轉(zhuǎn)換技術。協(xié)議轉(zhuǎn)換技術是實現(xiàn)多網(wǎng)融合的關

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。智能聯(lián)網(wǎng)設備通常搭載多種網(wǎng)絡協(xié)議，需要根據(jù)不同控制應用以及性能要求等級自適應切換不同網(wǎng)絡協(xié)議。產(chǎn)業(yè)化支撐技術和目標 支撐技術與目標： 為實現(xiàn)智能設備的互聯(lián)互通需要具備的支撐技術有：現(xiàn)場總線技術、移動互聯(lián)網(wǎng)技術6LowPAN、工業(yè)自動化技術。最終實現(xiàn)現(xiàn)場設備的互聯(lián)互通，滿足不同行業(yè)工業(yè)應用組網(wǎng)需求。上海交通大學在工業(yè)無線網(wǎng)絡協(xié)議設計、組網(wǎng)方面成果頗豐。浙江大學在工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡化設計與實現(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)絡的單位之一。建議單位：上海交通大學、浙江大學、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)應用領域： 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。科學問題和研究內(nèi)容 科學問題：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。2.工業(yè)大數(shù)據(jù)實時處理技術。工業(yè)應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)過程越來越復雜，常規(guī)的機理建模僅能描述設備局部環(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)多目標全局優(yōu)化運行開辟了新途徑。技術難點：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測，是最大的技術難點。包括以下研究內(nèi)容。產(chǎn)業(yè)化支撐技術和目標支撐技術與目標：產(chǎn)業(yè)化支撐技術有：工業(yè)數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)平安技術；大容量、可靠的工業(yè)寬帶技術；數(shù)據(jù)挖掘技術。目標：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，西安交通大學在基于大數(shù)據(jù)的建模，上海交通大學在面向大數(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：從物理設備入侵，通過信息網(wǎng)絡可以蔓延到其他物理設備，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)接著非常重要的設備，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡攻擊通過信息世界可以進一步擴散到對機器設備的攻擊，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)的存儲平安也至關重要。科學

14、問題和研究內(nèi)容 科學問題：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)絡中的復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)精準的辨識技術。2.工業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)平安估計與控制技術。已有的系統(tǒng)估計和控制技術在復雜攻擊下，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，因此必須設計平安的數(shù)據(jù)存儲和交互機制。技術難點

15、和研究內(nèi)容技術難點：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)面臨動態(tài)復雜的攻擊威脅，如何辨識攻擊行為，構(gòu)建平安防御體系，是最大的技術難點。34研究內(nèi)容1：復雜模態(tài)攻擊行為辨識。工業(yè)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中的攻擊模式具有多樣化、復雜化的特點，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)針對復雜攻擊行為的辨識技術。2：抗攻擊彈性估計與控制技術。常規(guī)的系統(tǒng)狀態(tài)估計與控制理論面對復雜的攻擊行為具有相當?shù)木窒扌?，尤其當網(wǎng)絡通信和數(shù)據(jù)受到攻擊時，傳統(tǒng)的控制技術無法保障系統(tǒng)的性能，而面向復雜攻擊的彈性估計與控制技術為實現(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)平安風險。產(chǎn)業(yè)化支撐技術和目標 支撐技術與目標： 產(chǎn)業(yè)化支撐技術有：工業(yè)系統(tǒng)中攻擊行為模擬實現(xiàn)技術；攻擊影響量化分析技術；網(wǎng)絡化工業(yè)系統(tǒng)平安估計技術；工業(yè)系統(tǒng)彈性控制技術；工業(yè)數(shù)據(jù)動態(tài)存儲與交互技術目標：通過工業(yè)網(wǎng)絡化系統(tǒng)平安防御技術，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。浙江大學在工業(yè)控制系統(tǒng)平安理論與技術方面，上海交通大學在面向大數(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、上海交通大學等。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，是在順應技術開展規(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)標準化行動組在先進技術研發(fā)同時，標準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)標準的國際化，使得中國設立的標準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