智慧工业互联网

本书对“互联网+人工智能+大数据+”时代的内涵进行了解读，分析了工业云产生的背景，提出了工业云的内涵、概念模型与特征，研究了工业云的发展现状和趋势。阐述了工业云体系架构与技术体系框架以及工业云系统总体技术、工业云平台技术和工业云基础支撑技术与应用技术；分析了国内外已有的工业云平台，重点阐述了作者团队研发的工业云平台——INDICS；总结了工业云的实施方法、评估方法、运行模式和范例集。提出了工业云发展展望。

李伯虎,博士生导师，中国工程院院士。现任航天科工集团科技委顾问,北京航空航天大学学术委员会委员；中国仿真学会理事长,中国计算机学会会士，中国电子学会云计算专家委员会副主任；亚洲仿真学会联盟理事；国际杂志“IJMSSC”联合主编。曾任北京计算机应用和仿真技术研究所所长；北京仿真中心主任；航天科工集团二院科技委常务副主任；北京航空航天大学自动化学院院长；国家863计划自动化领域专家委员及现代集成制造系统（CIMS）主题专家组长；亚洲仿真学会联盟首任理事长；国际杂志“SMPT”领域编委；国际建模与仿真学会(SCS)理事等。长期从事系统仿真及制造业信息化方面的研究与应用，成果获国家科技进步一等奖1个、二等奖3个；部级科技进步奖16个；个人或合作发表论文300篇，书13本、译著4本。2012年获国际建模与仿真学会(SCS)授予的“终身成就奖”并入选名人堂。近期研究领域为复杂系统仿真，高性能仿真计算机系统、云仿真、智慧云制造、智慧城市等。

Preface前言

2012

年，“工业互联网”这个名词及其初始理念由美国通用电气公司正式提出。随后各国因高度重视工业互联网，分别颁布了适用于本国发展工业互联网的战略规划。在我国的政府引导和市场主导下，在新一轮科技革命与产业变革的推动下，我国工业互联网的技术、产业和应用发展呈现出日趋成熟的良好态势。实践表明，工业互联网作为新一代信息通信技术与工业深度融合的产物，是我国新一轮工业革命的关键支撑。

必须指出，当前，我国正步入“智能+”时代与后疫情时代交叉影响的新时代； 正面临多边主义与单边霸凌主义长期复杂竞争博弈的新形势； 正逢开启全面建设社会主义现代化国家的新发展阶段，贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念，构建“以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进”的新发展格局。

制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。在“新时代/新形势/新需求”下，制造业发展的机遇与挑战并存，任重道远。

本书提出的智慧工业互联网是一种适应新时代、新形势、新需求的加快我国制造业向“数字化、网络化、云化、智能化”转型升级的新模式、新技术手段与新业态。

智慧工业互联网是一个复杂的大系统。它在新一代人工智能技术的引领下，由新制造产品/能力/资源体系、新网络/感知体系、新平台体系、新标准安全体系、新应用体系及新用户体系等六大新体系组成。

智慧工业互联网是一种新型工业互联网系统。宏观地讲，智慧工业互联网系统是在“创新、协调、绿色、开放、共享”新发展理念的指引下，在新一代人工智能技术引领下的“人、信息（赛博）空间与物理空间”融合的“新智慧制造资源/能力/产品”智慧互联协同服务的工业互联网系统。智慧工业互联网系统的“智慧”指在新一代人工智能技术引领下的，相互联系、层层递进的系统的“数字化、物联化、虚拟化、服务化、协同化、定制化、柔性化和智能化”。智慧工业互联网在新发展理念的指引下，将具备“新技术、新模式、新业态、新特征、新内容、新目标”。具体地讲，“新技术”的内涵是： 基于泛在新互联网，在新一代智能科学技术引领下，借助新一代智能科学技术、新制造科学技术、新信息通信科学技术及新制造应用领域专业技术等四类新技术深度融合的数字化、网络化、云化、智能化技术新工具，构成以用户为中心的统一经营的多层新智慧制造资源/能力/产品的服务云（网），使用户通过新智慧终端及新智慧制造服务平台便能随时随地按需获取新智慧制造资源/能力/产品服务，进而优质、高效地完成制造全生命周期的各类活动的新技术手段。“新模式”的内涵是： 一种“用户为中心，人/机/物/环境/信息优化融合”“互联化（协同化）、服务化、社会化、个性化（定制化）、柔性化、智能化”的先进制造新模式。“新业态”的内涵是： “万物智联、智能引领、数/模驱动、共享服务、跨界融合、万众创新”的新业态。“新特征”的内涵是： 对新制造全系统、全生命周期活动（产业链）中的人/机/物/环境/信息进行自主智慧地感知、互联、协同、学习、分析、认知、决策、控制与执行的新特征。“新内容”的内涵是： 促使制造全系统及全生命周期活动中的人、技术/设备、管理、数据、材料、资金（六要素）及人流、技术流、管理流、数据流、物流、资金流（六流）集成优化的新内容。“新目标”的内涵是： 高效、优质、节省、绿色、柔性、安全地制造产品和服务用户，提高企业（或集团）的市场竞争能力的新目标。

本书共分为理念篇、技术篇、实践篇及发展篇。

理念篇简述工业互联网的提出及国内外工业互联网现状与演进阶段，解读新时代、新形势与新需求，进而提出智慧工业互联网的内涵、概念模型、系统体系架构及其技术体系。

技术篇论述智慧工业互联网涉及的关键技术，主要包括在新一代人工智能技术引领下，借助新一代智能科学技术、新制造科学技术、新信息通信科学技术及工业领域专业技术等四类新技术深度融合而形成的智慧工业互联网系统的总体技术、资源技术、感知/接入/通信层技术、边缘处理平台技术、云端平台技术、云设计/生产/装备/管理/试验/服务技术及系统安全技术等。

实践篇论述中国航天科工集团的航天云网公司研发成功的智慧工业云雏形——航天云网2.0。称其为雏形是指其仅仅融合了部分的新一代人工智能技术/新制造科学技术/新信息通信科学技术及新制造应用领域专业技术。其内容主要包括航天云网2.0系统架构、关键技术、产品集及其应用情况。同时，实践篇还介绍了智慧工业互联网的实施、评估及基于航天云网2.0的智能工厂及行业云、区域云等实践。

发展篇主要从大系统的角度及智慧工业互联网技术与新技术融合的角度两个方面论述了作者对发展智慧工业互联网的建议。

在时代需求的牵引和相关技术发展的推动下，工业互联网的技术、

产业与应用必将持续地发展，进而为我国新一轮科技革命与产业变革做出更大的贡献。

本书的主要编写者有李伯虎、柴旭东、侯宝存，此外各章节参与编写人员名单如下。

第1章： 刘阳、韦达茵、陈芊妤。

第2章： 刘阳、韦达茵。

第3章： 冯泽军、宿春慧、于文涛、王琳、潘亚南、张华。

第4章： 王晨、宿春慧、林廷宇、郭丽琴、肖莹莹、刘哲、王艳广、樊晶晶、李艳东、王龙、张辰宇等。

第5章： 卢晓涛、谷牧、陈晓双、王琪。

第6章： 张华、邹萍、刘阳、韦达茵、刘莹、王冲、刘芳等。

第7章： 陆小兵、甘乐、林林、遇超。

第8章： 纪丰伟、姜海森、王琳、刘阳、韦达茵、陈芊妤、刘献等。

第9章： 谷牧、陈晓双、杨灵运、潘亚南、李云鹏。

第10章： 卢晓涛、谷牧、杨灵运、陈晓双、李云鹏、王琪等。

第11章： 张华、王艳广。

感谢我们的团队及航天云网公司同仁们在智慧工业互联网系统的研究、实践和在本书的写作过程中付出的诸多辛勤劳动与努力。感谢中国航天科工集团的领导与机关长期的指导、关心和支持。感谢我国制造领域的领导与专家们多年来的指导、鼓励和帮助。同时，向在本书出版过程中为我们提供了必不可少的支持和帮助的众多朋友、同事以及本书的编辑表示诚挚的谢意，他们为书稿的统筹、编辑做了大量的工作，没有他们的共同努力，就没有本书的顺利付梓。

工业互联网还在持续发展中，由于编者的水平与实践不足，本书的缺点和谬误在所难免，请读者不吝指出，您的意见和建议是我们前进的动力，我们将不胜感激！

Contents目录

理念篇

第1章概述00

1.1工业互联网的提出、现状与演进00

1.1.1工业互联网的提出00

1.1.2工业互联网的发展现状00

1.1.3工业互联网的演进0

1.2新时代、新形势、新需求解读0

1.2.1“智能+”与后疫情新时代0

1.2.2多边主义与单边霸凌主义斗争的新形势0

1.2.3制造业转型升级的新需求0

1.3智慧工业互联网的内涵、概念模型0

1.3.1智慧工业互联网的内涵0

1.3.2智慧工业互联网概念模型0

参考文献0

第2章智慧工业互联网体系架构与技术体系框架0

2.1智慧工业互联网体系架构0

2.2智慧工业互联网技术体系框架0

2.2.1智慧工业互联网整体架构子体系0

2.2.2智慧工业互联网支撑技术子体系0

2.2.3智慧工业互联网软件技术子体系0

2.3智慧工业互联网是新时代云计算在工业制造领域的智慧化落地、延伸和

拓展0

2.4智慧工业互联网的中国特色0

参考文献0

技术篇

第3章智慧工业互联网系统总体技术0

3.1智慧工业互联网商业模式0

3.1.1产品服务商业模式0

3.1.2细分客户商业模式0

3.2智慧工业互联网系统集成技术0

3.2.1系统集成技术的内涵0

3.2.2系统集成的关键技术0

3.3智慧工业互联网系统实施技术0

3.3.1实施内容0

3.3.2实施方法0

3.4智慧工业互联网系统评估技术0

3.4.1评估目的0

3.4.2评估体系0

3.4.3评估内容及要求0

3.5智慧工业互联网系统安全技术0

3.5.1系统安全技术的内涵0

3.5.2安全技术体系0

3.5.3系统安全新技术0

参考文献0

第4章智慧工业互联网资源技术0

4.1智慧工业互联网软资源技术0

4.1.1工业软资源总体架构0

4.1.2数据资源技术0

4.1.3模型资源技术0

4.1.4知识资源技术0

4.1.5软件资源技术0

4.2智慧工业互联网硬资源/系统技术0

4.2.1智能机床系统0

4.2.2工业机器人系统0

4.2.3智能检测与运维系统0

4.2.4仿真试验系统技术0

4.2.53D打印系统0

4.3智慧工业互联网引擎专件技术0

4.3.1工业大数据引擎技术0

4.3.2工业互联网仿真引擎技术0

4.3.3工业互联网人工智能引擎技术0

4.3.4工业互联网区块链引擎技术0

参考文献0

第5章智慧工业互联网感知/接入/通信层技术0

5.1新感知单元0

5.1.1微型化传感技术0

5.1.2智能化传感技术0

5.1.3多功能化传感技术0

5.2传输网络技术0

5.2.1专用无线网络通信技术0

5.2.2移动互联/5G通信网络技术0

5.2.3天地一体化网络技术0

5.2.4工业网络传输技术0

5.2.5时间敏感网络0

5.2.6软件定义网络0

参考文献0

第6章智慧工业互联网平台技术0

6.1智慧工业互联网平台内涵与架构0

6.1.1智慧工业互联网平台内涵

6.1.2智慧边缘处理平台架构

6.1.3云端服务平台架构

6.2虚拟化技术

6.2.1虚拟化技术内涵

6.2.2虚拟化关键技术

6.3服务化技术

6.3.1服务化技术内涵

6.3.2服务化关键技术

6.3.3网络服务化关键技术

6.4多租户技术

6.4.1多租户技术内涵

6.4.2多租户关键技术

6.5容器技术

6.5.1容器技术内涵

6.5.2容器关键技术

6.6微服务技术

6.6.1微服务技术内涵

6.6.2微服务关键技术

6.7工业APP全生命周期管理技术

6.7.1工业APP全生命周期管理技术内涵

6.7.2工业APP全生命周期管理关键技术

6.8工业互联网平台开放接口技术

6.8.1工业互联网平台开放接口架构模型

6.8.2工业数据采集开放接口

6.8.3工业应用开放接口

6.9工业互联网应用开发工具技术

6.9.1工业互联网应用开发工具技术内涵

6.9.2工业互联网应用开发工具关键技术

参考文献

第7章智慧工业互联网的云设计/生产/装备/管理/试验/服务技术

7.1云设计技术

7.1.1应用场景

7.1.2技术内涵及相关技术

7.2云制造及装备技术

7.2.1应用场景

7.2.2技术内涵及相关技术

7.3云仿真试验技术

7.3.1应用场景

7.3.2技术内涵及相关技术

7.4云供应链管理技术

7.4.1应用场景

7.4.2技术内涵及相关技术

7.5云智慧经营管理技术

7.5.1应用场景

7.5.2技术内涵及相关技术

7.6云保障服务技术

7.6.1应用场景

7.6.2技术内涵及相关技术

参考文献

实践篇

第8章智慧工业互联网雏形——航天云网2.0

8.1航天云网2.0系统架构及关键技术

8.1.1航天云网系统架构

8.1.2航天云网2.0主要关键技术

8.2航天云网2.0产品集

8.2.1工业互联网网关

8.2.2物联网接入工具

8.2.3云端应用开发工具

8.2.4云端应用运行工具

8.2.5云端应用工作室

8.2.6工业APP应用商店

8.2.7区域云

8.2.8行业云

8.2.9园区云

8.2.10企业云

8.3应用情况

8.3.1企业上云解决方案

8.3.2网络化协同解决方案

8.3.3智能化生产解决方案

8.3.4个性化定制解决方案

8.3.5服务化延伸解决方案

8.3.6数字化管理解决方案

参考文献

第9章基于智慧工业互联网的智能工厂

9.1基于智慧工业互联网的智能工厂运行模式

9.1.1智能化生产

9.1.2网络化协同

9.1.3个性化定制

9.1.4服务化延伸

9.1.5数字化管理

9.1.6基于智慧工业互联网的智能工厂应用价值

9.2基于智慧工业互联网的智能工厂典型案例

9.2.1智能化生产案例

9.2.2网络化协同案例

9.2.3个性化定制案例

9.2.4服务化延伸案例

9.2.5数字化管理案例

参考文献

第10章基于智慧工业互联网的行业云/区域云

10.1基于智慧工业互联网的行业云

10.1.1行业云平台功能框架

10.1.2行业云平台应用场景

10.1.3行业云平台应用案例

10.2基于智慧工业互联网的区域云

10.2.1区域云平台功能框架

10.2.2区域云平台应用场景

10.2.3区域云平台应用案例

10.3基于智慧工业互联网的园区云

10.3.1园区云平台功能框架

10.3.2园区云平台应用场景

10.3.3园区云平台应用案例

参考文献

发展篇

第11章智慧工业互联网发展展望

11.1从大系统的角度发展智慧工业互联网

11.2把握“数字经济”及“新基建”的历史性发展机遇，助力智慧工业互联网

发展

11.3云服务应用创新能力建设，将成为工业互联网未来的重点发展内容

11.4智慧工业互联网与新技术

参考文献