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随着传统制造业发展遇到了瓶颈，上一轮技术创新对制造业的拉动作用逐渐减弱，全球制造业生产效率的增长显著放缓。在资源能源环境压力增大、全球供需结构性失衡、个性化需求日益旺盛等各方面因素的驱使下，新一代信息技术被更广泛地引入工业生产、服务体系中，掀起了一轮更广范围、更深层次的融合浪潮。伴随着云计算、物联网、大数据、人工智能等新技术逐步从概念和技术走向商业化成熟应用阶段，加上传感能力、传输能力、计算能力、存储能力、分析能力的极速增长，集成新一代网络信息技术，覆盖全系统、全价值链、全产业链和产品全生命周期的工业互联网应运而生。
工业互联网是新一代信息技术与工业系统全方位深度融合所形成的产业和应用生态，是工业数字化、网络化、智能化发展的关键综合信息基础设施。其本质是以人、机、物的网络互联为基础，通过对工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析，实现智能控制、运营优化和生产组织方式变革。
工业互联网主要包括网络、平台、安全体系和应用系统等层面。网络体系是将工业全要素、全产业链、全价值链泛在深度互联，平台体系是工业智能化发展的核心载体，安全体系是工业智能化的安全可信保障，应用系统连接系统数据与业务逻辑并实现用户系统交互。工业互联网技术不单单是改进生产线效率，更多的是在信息流层面，从过去的单向传输变成多向传输，从串行到并行再到网络化处理。
工业互联网对制造业的改造主要分三步：第一步是数字化改造，通过传感器技术、物联网技术的发展和IPv6技术的全面应用，使更多的点接入数据源，既可以采集，也可以接收，全面联网、上链，实现整个工厂完全数字化，然后通过内外部网络打通全产业链信息；第二步是将这些数据汇集到一起，通过人工智能和大数据分析，使工厂掌握的信息和消费者的需求越来越匹配；第三步是去除产能过剩，避免资源浪费，生产与需求高度匹配。
在相关政策的扶持下，工业互联网技术蓬勃发展。企业外部的基础网络建设、内网升级改造、企业上云、重点行业平台建设等方面的投资逐渐增多，国内工业互联网在技术和平台方面具备了一定的发展基础。网络化改造集成创新应用、标识解析集成创新应用、“5G+工业互联网”集成创新应用、平台集成创新应用、安全集成创新应用等方向的典型示范逐步进入复制推广阶段，生态体系建设逐步迈向完整、成熟。
工业互联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，日益成为新工业革命的关键支撑和深化“互联网+先进制造业”的重要基石。
我国的工业互联网发展除借鉴国外的经验外，还具有深层次的发展动力。首先，人口红利消失和产业升级是其发展的根本动力。我国乃至全球都面临着劳动力锐减、人口老龄化的客观现实，在此背景下，要求制造业向智能化升级，使其朝着融合工业互联网的方向纵深发展。其次，新技术为其提供了基本条件，近年来随着我国制造业的智能化、工业信息化、工业技术的进步，外加其他技术的发展，如移动互联、大数据、人工智能、云计算、AR/VR等技术与制造业的广泛结合，工业互联网的核心技术逐渐成熟。最后，智能制造模式下，企业的新需求是工业互联网形成并获得发展的直接推动因素，制造业转型升级产生新的需求，这些需求直接推动了制造业与互联网的融合。经过多年的技术进步和市场培育，我国工业互联网发展现状如图3-1所示。
图3-1 我国工业互联网发展现状
顶层政策体系逐渐完善。2013年，“两化融合”的提出促使制造业与新一代信息技术深度融合，《国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》《工业和信息化部办公厅关于推动工业互联网加快发展的通知》《推动企业上云实施指南（2018—2020年）》等一系列政策推动工业互联网的发展。从工业大数据到工业App，从企业上云到工业互联网产业示范基地，中国已经形成较为完整的工业互联网顶层政策体系，指导产业发展。
近年来，我国工业互联网发展态势良好，有力提升了产业融合创新水平，加快了制造业数字化转型步伐，推动了实体经济高质量发展。工业互联网、5G、数据中心等数字基础设施日益成为新型基础设施的重要组成部分。这些高科技领域，既是基础设施，又是新兴产业，既有巨大的投资需求，又能撬动庞大的消费市场，乘数效应、边际效应显著。推动工业互联网加快发展，统筹疫情防控和经济社会发展，是缓解经济下行压力、兼顾短期刺激有效需求和长期增加有效供给的优先选择。
中国制造在发展过程中，形成了众多具有地理集中性的产业集群，其核心在于利用空间范围内的产业高集中度，降低企业的生产与交换成本，提高规模经济效应，从而提升企业与产业的市场竞争力。结合不同地区产业经济的发展特点，京津冀经济圈、长三角经济带、粤港澳大湾区大力推动“平台+特色产业集群”发展。
一是涌现出更多的知名工业互联网平台。全国各类型的工业互联网平台数量总计已有数百家，具有一定区域、行业影响力的平台数量也超过了50家。既有航天云网、海尔等传统工业技术解决方案企业面向转型发展需求构建的平台，也有树根互联、徐工、TCL、中联重科、吉利、富士康等大型制造业企业孵化独立运营公司专注平台运营，还有优也、昆仑数据、黑湖科技、铸造云等各类创新企业依托自身特色打造的平台。二是形成一批创新解决方案和应用模式。如在研发设计方面，涌现出数码大方设计与生产集成打通、索为研发设计与产品运维一体化及安世亚太基于工业知识生态的先进设计等平台服务。在生产制造方面，形成了富士康ICT治具智能维护、航天云网精密电器智能化生产等一批平台解决方案。在企业管理方面，用友、金蝶等平台提供云ERP、云MES、云CRM等服务。在应用模式创新方面，树根互联、天正、生意帮等企业探索出“平台+保险”“平台+金融”“平台+订单”等新模式新业态。
工业互联网是我国国民经济增长的新动能，具有丰富的内涵，重塑了当前的工业生态体系，不断催生新的就业岗位。工业互联网已广泛渗透应用至钢铁、石化、工程机械、电子信息等30多个行业。2021年1月8日，中央电视台《新闻联播》专题要闻节目《工业互联网加速中国新型工业化进程》（见图3-2）强调，5G与工业互联网的融合将加速数字中国智慧社会建设，加速中国新型工业化进程，为中国经济发展注入新动能。
图3-2 《新闻联播》节目专题播报工业互联网
工业互联网是推动中国制造业转型升级的重要抓手，也是中国发展数字经济的关键助推器。经过多年的市场培育与沉淀，2020年，我国工业互联网产业经济增加值规模约3.1万亿元，占GDP比重为2.9%。工业互联网融合带动的经济影响规模约2.5万亿元，对GDP增长的贡献超过11%，带动超过255万个新增就业岗位。
我国工业互联网的发展趋势呈现以下三大特征。
第一，我国工业互联网的市场规模逐渐扩大，超万亿元级别。我国的工业互联网建立在传统工业与信息通信技术的基础上，伴随着近年来的飞速发展，已经实现了技术创新和应用融合，搭建了新型的产业体系。中国工业互联网研究院数据显示，2019年中国工业互联网增加值规模为3.41万亿元，名义增速达到22.14%；2020年中国工业互联网产业增加值规模达到3.78万亿元，占GDP比重升至3.63%，产业增加值规模持续扩大。
第二，我国的制造业企业已经成为工业互联网的重要参与者。这主要是因为近年来我国的工业互联网平台迅速发展，制造业企业实现了互联互通及数据的无缝集成，为智能决策、弹性控制、运营优化、生产协同与商业创新提供了支撑；我国已建立了全涵盖的安全防护体系，能够有效防范网络攻击和数据泄露。
第三，我国的制造业企业参与工业互联网的路径多样化，创新了多种工业互联网平台模式，以下四种是当前较为成熟的模式。
第一种模式：装备和自动化企业凭借工业设备与经验积累，依托工业互联网平台创新服务模式。例如，三一重工依托其设备管理经验孵化专注工业互联网平台建设的树根互联，基于开源Docker技术构建PaaS平台，具备灵活的应用开发及部署能力，提供资产管理、预测性维护、产品全生命周期管理、产业链金融和模式创新等工业应用服务。
第二种模式：领先的制造业企业将数字化转型经验转化为服务能力，构建工业互联网平台。例如，海尔的COSMOPlat平台将顾客需求、产品订单、合作生产、原料供应、产品设计、生产组装和智能分析等环节互联并进行实时通信和分析，以满足规模化定制需求；航天云网INDICS平台汇聚超过100万家企业，并在此基础上提供供需对接、智能工厂改造、云制造和资源共享等服务。
第三种模式：软件企业围绕自身业务升级需求，借助工业互联网平台实现能力拓展。例如，迈迪工业互联网平台致力于实现中国制造业企业数字化应用，旨在建设中国工业产业链生态体系，消除企业间、行业间和区域间的信息“孤岛”，实现企业内、产业间、生态链的多层次协同，为企业供应链、服务链、外协链和客户链管理提供服务和解决方案。
第四种模式：信息技术企业发挥技术优势，将已有平台向制造领域延伸。例如，华为OceanConnect平台借助网关设备、软件Agent和物联网管理系统，实现各类底层数据采集和集成，并通过提供API接口、开发套件与数据分析服务，提供许多高价值行业应用，如智慧家庭、车联网、智能抄表、智能停车、平安城市等。我国的工业互联网平台在推动企业降本增效、增强企业生产能力、帮助企业服务转型和帮助企业搭建产业体系等方面发挥了重要的作用，已经成为我国的工业企业不可或缺的硬件和软件设施。
工业互联网平台技术创新持续深化，技术体系从支撑“建平台”走向支持“用平台”，形成了两条鲜明的技术发展主线。一方面，容器、微服务与应用开发技术不断提升平台的资源利用效率，推动功能解耦与复用，加速应用开发与创新；另一方面，各类工业模型的沉淀、面向工业特点的数据管理和分析，以及平台功能向工业现场不断下沉，持续提升平台工业服务能力。
共享公共服务平台是面向制造业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台，包括边缘层、IaaS 层、PaaS 平台层、SaaS 应用层四大核心层级。可以认为，工业互联网平台是工业云平台的延伸发展，其本质是在传统云平台的基础上叠加物联网、大数据、人工智能等技术，构建更精准、实时、高效的数据采集体系，建设包括存储、集成、访问、分析、管理功能的使能平台，实现工业技术、经验、知识模型化、软件化、复用化，以工业App的形式为制造业企业提供各类创新应用，最终形成资源富集、多方参与、合作共赢、协同演进的制造业生态。共享公共服务平台功能架构如图3-3所示。
图3-3 共享公共服务平台功能架构图
第一层是边缘层：一是通过各类通信手段接入不同设备、系统的数据；二是依托协议转换技术实现多源异构数据的归一化和边缘集成，实现海量工业数据的互联互通和互操作；三是利用边缘计算设备实现底层数据的汇聚处理，并实现数据向云端平台的集成。通过大范围、深层次的数据采集，以及异构数据的协议转换与边缘处理，构建工业互联网平台的数据基础。工业设备接入架构示例如图3-4所示。
图3-4 工业设备接入架构示例
其中，物联模块（见图3-5）包括数据采集模块、数据传输模块、数据持久存储模块。物联网关将采集到的现场传感器数据，通过运用协议解析、中间件等技术兼容Modbus、OPC、Profibus 等各类工业通信协议和软件通信接口，实现数据格式的转换和统一，通过MQTT方式从边缘侧将采集到的数据传输到云端。物联网关具有边缘计算技术，能实现错误数据剔除、数据缓存等预处理及边缘实时分析，边缘计算功能界面示例如图3-6所示。
图3-5 物联模块
图3-6 边缘计算功能界面示例
第二层是IaaS层：基于虚拟化、分布式存储、并行计算、负载调度等技术，实现网络、计算、存储等计算机资源的池化管理，根据需求进行弹性分配，并确保资源使用的安全与隔离，为用户提供完善的云基础设施服务。IaaS层整体架构如图3-7所示，包括计算虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化。
图3-7 IaaS层整体架构
计算虚拟化资源池如图3-8所示，是由大量物理服务器组成的一个物理服务器集群，物理计算资源虚拟化后提供虚拟云服务。
图3-8 计算虚拟化资源池
整个存储系统的主要数据包括数据库形式的结构化数据、虚拟机数据文件及用户文件等非结构化数据，如用Server-SAN和FC-SAN相结合的方式构建存储池，其中 FC 存储保存在线访问的高级应用数据，Server-SAN存储保存虚拟机文件和普通应用数据等。存储系统逻辑结构如图3-9所示。
图3-9 存储系统逻辑结构
网络设计采用模块化分层分区设计思路，根据业务进行分区，包括服务器接入区、互联网接入区、数据中心互联区等。各区均采用双设备、双链路的冗余部署方式，避免网络单点故障。网络拓扑图示例如图3-10所示。
图3-10 网络拓扑图示例
第三层是PaaS平台层：它是向外提供服务的基础，可以集中管理调度IaaS资源，提供快速开发框架、常用中间件及大数据组件，便于快速构建平台应用，同时提供运维管理工具和IT治理服务，通用PaaS服务结构如图3-11所示。PaaS平台层通过积累不同行业、不同领域内技术、知识、经验等资源，实现封装、固化和复用，叠加大数据处理、工业数据分析、工业微服务等创新功能，在开放的开发环境中以工业微服务的形式提供给开发者，工业PaaS层方案结构如图3-12所示。工业PaaS层可用于快速构建定制化工业App，降低应用程序开发门槛和开发成本，提高开发、测试、部署效率，构建可扩展的开放式云操作系统。
图3-11 通用PaaS服务结构
图3-12 工业PaaS层方案结构
工业PaaS层以微服务、SDK组件等形式，提供物联设备接入、工业数据管理能力，工业PaaS层应用运行环境如图3-13所示。物联接入服务主要提供物联接入公共服务能力，以组件或微服务的形式提供物联接入平台级能力，包括设备管理、认证鉴权、设备模型管理、协议解析、数据处理、控制下发等核心服务管理功能。平台提供完善的工业数据管理服务能力，在端云两侧都具备可靠的数据融合能力。设备数据上云后，可依托工业时序数据库构建工业数据仓库，进行数据聚合分析。工业微服务将工具、算法、模型集成起来，封装成可独立调试运行的单一功能或服务模块，提升易用性和可维护性，通用服务组件池如图3-14所示。借助工业微服务并行开发、分布运行、资源隔离、灵活调用的特点，可有效发挥平台开发者接入、资源弹性配置、云化部署运行等优势，解决工业App所面临的快速运维、持续迭代、个性化定制等问题。
图3-13 工业PaaS层应用运行环境
图3-14 通用服务组件池
第四层是SaaS应用层：通过自主研发或者引入第三方开发者的方式，平台以云化软件或工业App的形式为用户提供设计、生产、管理、服务等一系列创新性应用服务，实现价值的挖掘和提升，形成工业互联网平台的最终价值。机械企业比较典型的SaaS服务主要以开发和实施装备制造企业营销、研发、制造、服务等SaaS应用系统为主，横向打通企业的全流程业务链，涉及设备管理、配置管理、云服务、指令下发、云视界、工业知识库管理、云营销、云研发、云制造、产品核价、供应链管理、流程引擎、数据分析等各类工业App。
公共服务平台就是在产业集中度较高或具有一定产业优势的地区，为平台上的企业用户构建技术开发、试验、推广及产品设计、加工、检测、信息资源、公共服务、公共设施的支持系统，为公众提供就业、创业、创新等环境。它是一个开放的支持和服务系统，通过这个平台，可以为本行业或本地区的工业园区、高等院校、科研机构、科技企业、政府部门及社会公众提供系统、全面、方便、高效的相关公共服务，从而提高效率，促进行业或当地的经济发展，营造和谐氛围。
从国际来看，全球工业互联网平台市场持续呈现高速增长。根据研究机构MarketsandMarkets 统计数据显示，2017年全球工业互联网平台市场规模为25.7亿美元，2018年达到32.7亿美元，预计2023年将增长至138.2亿美元，预期年均复合增长率达33.4%。美国、欧洲和亚太地区是当前工业互联网平台发展的焦点经济体。随着GE、微软、亚马逊、PTC、罗克韦尔、思科、艾默生、霍尼韦尔等诸多巨头企业积极布局工业互联网平台，以及各类初创企业持续带动前沿平台技术创新，美国当前的平台发展具有显著的集团优势，并预计在一段时间内保持其市场主导地位。紧随其后的是西门子、ABB、博世、施耐德、SAP等欧洲工业和软件巨头，立足自身领先的制造业基础优势，持续加大工业互联网平台的投入力度，使欧洲平台领域进展迅速，成为美国之外主要的竞争力量。中国大陆、印度等新兴经济体的工业化需求持续促进亚太地区工业互联网平台发展，亚洲市场增速最快且未来有望成为最大市场。尤其值得一提的是，以日立、东芝、三菱、NEC、发那科等为代表的日本企业也一直低调务实地开展平台研发与应用探索并取得显著成效，成为近期工业互联网平台发展的又一亮点。国外工业互联网平台产业示意图如图3-16所示。
图3-15 国外工业互联网平台产业示意图
从国内来看，我国平台发展取得显著进展，平台应用水平得到明显提升，多层次系统化平台体系初步形成，涌现出更多新的知名工业互联网平台。全国各类型平台数量总计已有数百家之多，形成了一批创新解决方案和应用模式。如在研发设计方面的先进设计平台服务，在生产制造方面的智能化生产平台解决方案，在企业管理方面的云ERP、云 MES、云 CRM 等服务，在应用模式创新方面的“平台+保险”“平台+金融”“平台+订单”等新模式新业态。国内工业互联网平台产业示意图如图3-16所示。
随着工业互联网从概念走向落地，共享公共服务平台的体系建设不断走深走实，平台已经成为加速制造业旧动能改造和新动能培育的重要载体。
共享公共服务平台发展迅猛。国内工业互联网平台已有600余个，具备行业、区域影响力的超过70个，设备连接总数超过4000万台（套），工业 App 总数超过35万个，平台服务工业企业数近40万家。行业的综合应用向纵深发展，工业互联网已在家电、能源、钢铁等多个国民经济的重点行业成功应用。经过市场的不断筛选，工业互联网发展开始从求量转入求质的阶段，平台发展也从“百花齐放”进入“大浪淘沙”的阶段，多层次系统化的平台体系加速构建，“15+ m + n ”工业互联网平台体系如图3-17所示。
图3-16 国内工业互联网平台产业示意图
图3-17 “15+ m + n ”工业互联网平台体系
从整体来看，参与角逐的平台主要有三大类。第一类是以海尔、吉利控股、树根互联、航天云网为代表的深耕传统工业领域的“工业企业”；第二类是以华为、浪潮和电信运营商为代表的提供基础设施服务的“ICT企业”；第三类是以阿里巴巴、腾讯为代表的云计算及大数据分析服务的“互联网企业”。
共享公共服务平台进一步促进了产业、科技、金融对接，吸引更多的社会资本涌入融合创新技术、典型应用场景、行业解决方案等投资领域，平台发展将步入顶层设计更加清晰、市场规模持续扩大、融合创新更加活跃、产业生态更加繁荣的新阶段，为制造业高质量发展提供有力支撑。