第一章 工业互联网的科学意义与战略价值
工业互联网将信息技术（ Information Technology，IT）与工业系统深度融合，正成为工业变革发展的关键综合信息基础设施，被广泛认为是新一轮工业革命的重要基石。首先，本章厘清并给出工业互联网的定义，在此基础上探讨工业互联网的科学意义和战略价值，并根据知识体系内容和形成模式，阐述工业互联网的学科知识体系和内涵特征。接着，本章将探讨工业互联网对其他相关科学技术领域的影响，分析其对工业生产变革和相关产业升级的推动。*后，本章还将阐释工业互联网的战略价值。
第一节 工业互联网的定义与内涵
一、概念发展与演变
工业是国民经济的命脉，其发展不断推动着社会的进步与人类生活水平的提高。在过去的两百多年里，世界工业历经了三次革命与飞跃，从机械化、电气化发展到如今的自动化（图1-1），极大提升了人类的物质文明。
图1-1 三次工业革命主要特征
第一次工业革命是指 18世纪由英国发起的技术革命，以蒸汽机作为动力机被广泛使用为标志，开创了以机器代替手工劳动的时代。由于蒸汽机等机械设备代替了手工生产，工厂代替了手工工场，产能呈几何级数增长。除纺织、采矿及交通运输业外，也带动了冶金及化工工业的发展。
第二次工业革命以电力的大规模应用为标志，人类进入了电气时代。以电力技术、内燃发动机、合金和化学技术，以及电报和无线电等通信技术为代表的新技术发挥了至关重要的作用。科学和技术、工业生产紧密结合起来，物理学、生物学、化学等方面的理论对技术的进步起了巨大的推动作用。
第三次工业革命开始于 20世纪四五十年代，以电子计算机的发明和应用为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术等诸多领域。工业更加机械化、自动化，减少了生产成本，人类由电气时代进入电子时代。第三次工业革命促进了社会经济结构和生活结构的重大改变，使得第一产业、第二产业在国民经济中比重下降，第三产业比重上升。有别于前两次工业革命，科学技术在推动生产力的发展方面发挥着越来越重要的作用，科学技术转化为直接生产力的速度加快，人类的衣、食、住、行、用等日常生活的各个方面产生了重大的变革。
然而，随着社会发展，世界人口老龄化日益严重、资源能源短缺等问题在极大程度上制约着工业的发展步伐。同时，社会消费结构不断升级，产品需求趋向个性化、多元化，各类生产设备、生产物料等数量更加庞大、种类更加复杂、功能更加多样。如何基于现有的工业生产条件实现按需定制柔性生产以满足消费者个性化、多元化的需求，从而降低企业生产成本，提升产品质量，增强企业竞争力，不仅是未来工业发展面临的挑战，也是当今世界经济发展的难题。
与此同时，计算技术及互联网的发展正深刻改变着人类社会。如图 1-2所示，从 20世纪 60年代的主机计算时代，到 80年代的个人计算时代，再到新世纪以来的移动计算时代，计算生态［中央处理器（ CPU）+操作系统（OS）］每隔二十年发生一次重要变革，目前正在进入人、机、物融合计算的新时代。与此同时，从因特网特别是传输控制协议 /网际协议（ Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）的发明与应用，到万维网、移动互联网、物联网（Internet of Things，IoT）的不断发展，互联的尺度从数十台终端快速扩展至百亿量级，且随着万物互联（ IoE）时代的到来，千亿计算设备联网已然可期。
图1-2 计算技术与互联网技术的发展演进
由此可见，工业生产技术与信息技术两方面都孕育着巨大变革，随着新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起，新一代信息技术所带来的新一轮工业革命和社会经济革命，在广度、深度和速度上都将是空前的，将远远超出我们自工业社会以来的常识、认知和预期。工业经济在管理、业务、生产等方面的数字化、网络化、智能化发展将成为第四次工业革命的核心内容。当前，以互联网融合创新引领未来工业发展已成为广泛共识。互联网、物联网、大数据、人工智能（ Arti.cial Intelligence，AI）等新一代信息技术快速发展，进入集成突破新阶段，为未来工业发展提供了新的变革性契机。工业互联网，作为互联网、物联网等新一代信息技术与工业系统深度融合的产物，逐渐成为工业升级发展的关键综合信息基础设施，在全球范围内不断颠覆传统制造模式、生产组织方式和产业形态，推动传统产业加快转型升级、新兴产业加速发展壮大。
工业互联网概念*初由美国通用电气公司（General Electric Company， GE）于 2012年提出，是指在物联网的基础上，综合应用大数据分析技术和远程控制技术，来优化工业设施和机器的运行和维护，提升资产运营绩效。作为传统工业设备制造商， GE为应对经营成本不断上升、运营回报率持续承压，希望通过倡导工业互联网来引领工业设备市场和行业的发展，在帮助其客户提升营运效率和实现业务模式创新的同时，将自身转型成为一家专门提供分析和预测服务的软件公司。可见，工业互联网概念自诞生之初，便着眼于利用新一代信息技术满足制造业发展亟须提升效率、优化资产和运营的迫切需求。在 GE的推动下，美国电话电报公司（ American Telephone & Telegraph，AT&T）、思科、 GE、IBM及英特尔等五家分别来自电信服务、通信设备、工业制造、数据分析和芯片技术领域的行业龙头企业，联合组建了工业互联网联盟（Industrial Internet Consortium，IIC），旨在制定通用标准，打破技术壁垒，利用新一代信息技术激活传统工业过程，促进物理世界和数字世界的融合，这一联盟吸引了全球制造和信息行业骨干企业的加入。 2012年，美国国家科学技术委员会公布了《国家先进制造战略规划》，由美国商务部、国防部和能源部牵头，相关部门参与，旨在协调各部门发展先进制造的政策，并于 2018年再次发布《美国先进制造领先战略》，以确保美国在工业领域先进制造的领先地位，维护美国国家安全和经济繁荣。
与此同时，作为传统工业强国，德国政府推出“工业 4.0”战略，核心是通过互联网来提升制造业的信息化水平，将生产中的供应、制造、销售过程数字化、智能化，*后达到快速、有效、个性化的产品供应，从而提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。“工业 4.0”主要分为三大主题：智能工厂—重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；智能生产—主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及 3D技术在工业生产过程中的应用等，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者；智能物流—主要通过互联网、物联网、物流网，整合物流资源，大幅提高现有物流资源供应方的效率，而需求方则能够快速获得服务匹配，得到物流支持。GE工业互联网和德国“工业4.0”的具体内容如图 1-3所示。
图1-3 GE工业互联网和德国“工业 4.0”
我国工业经济正处于由数量和规模扩张向质量和效益提升转变的关键期，支撑发展的要素条件发生深刻变化，面对发达国家制造业高端垄断和发展中国家中低端分流的双重挤压，我国工业迫切需要加快创新发展步伐，推动工业经济从规模、成本优势转向质量、效益优势，促进新旧动能接续转换，快速构建我国制造业核心竞争力，抢占未来发展主动权。因此，我国也高度重视工业互联网的发展，将工业互联网的内涵进一步丰富，不仅包含利用物联网和大数据实现生产环节的数字化、网络化和智能化，还包括利用互联网与工业融合创新，实现制造产品的精准营销和个性化定制，通过重塑生产过程和价值体系，推动制造业的服务化发展。
可以看出，工业互联网的出现是工业乃至人类社会发展的必然需求，其萌芽于信息化第三次浪潮之中，随着互联网、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术的创新发展而成长，在“先进制造”“制造强国”等国家战略中，呈现出共性的内涵与不同的侧重。
二、视角与定义
工业互联网的概念出现之后，对其认识涌现出一些不同视角，宛如盲人摸象一般（图 1-4）。在不同的视角下，对工业互联网的含义与体系的理解各有侧重。例如，从技术角度出发，IT视角与运营技术（ Operational Technology，OT）视角对工业互联网中 IT与OT的角色有着不同的定位；从受众角度出发，行业视角与普通用户视角下，工业互联网涉及的范围与提供的服务也有着较大的差异。
本报告将以IT视角为主，辅以多个视角引领读者尽量全面地理解工业互联网。事实上，即使是在IT视角下，对工业互联网的认知与理解也有不同的侧重，较为典型的有如下四种观点。
图 1-4 工业互联网理解之“盲人摸象”
一是网络互联观点（刘云浩，2017）：工业互联网通过信息网络使原本割裂的工业数据实现流通，并实现“实体联网、数据联网、服务联网”，即工业
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