工业互联网产业联盟：2024年新型工业控制蓝皮书

前言当前，新一代信息技术与工业经济深度融合演进，涌现出一批新兴业态与应用模式。在服务化、网络化、个性化的浪潮下，生产供应链协同、远程运维等通用方案及钢铁节能减排、石化安全监控等行业特色方案应运而生，极大地推动了工业经济的转型升级。然而，工业控制作为工业“灵魂”环节，目前难以满足工厂新的生产需求，例如如何促进不同系统间的高效协同，实现柔性生产制造；如何打破软硬件系统“烟囱”架构，以实现低成本高效的系统维护及软件升级等。在此背景下，工业控制系统正处于从封闭走向开放、从功能单一专用走向算网控融合的关键变革期，新型工业控制架构以软硬解耦、开放互联、融合智能为核心特征，成为推动新型工业化目标实现的关键力量。本蓝皮书总结了新型工业控制内涵及四大核心特征，创新性提出了新型工业控制参考架构，深入分析了新型工业控制关键技术及演进趋势，梳理了新型工业控制在重点行业的应用模式及核心价值，分析了新型工业控制产业态势，希望为工业控制创新发展提供新视角、新思路。参编单位：中国信息通信研究院华为技术有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国移动通信有限公司中兴通讯股份有限公司和利时科技集团有限公司施耐德电气(中国)有限公司北京东土科技股份有限公司鹏城实验室中国联合网络通信有限公司中国电信集团有限公司飞腾信息技术有限公司曙光网络科技有限公司深圳艾灵网络有限公司浙江大学武汉大学中国寰球工程有限公司浙江中智达科技有限公司普天信息工程设计服务有限公司英特尔（中国）有限公司深圳市杉岩数据技术有限公司工业互联网产业联盟公众号编写组成员（排名不分先后）：胡钟颢、王哲、黄颖、余思聪、朱瑾瑜、张文远、王元、蔡圣明、曾鹏、李栋、王福东、马帅、刘玮哲、吴晓、陈菲雨、赵孝武、束裕、胡浩、朱毅明、赵雅囡、阎新华、王勇、王强军、陈晟民、王彬、张凡、梁骁俊、张呈宇、张勋、杨晓英、张东、张腾飞、王迥波、申友志、陈冰冰、曹龙海、李秀琦、俞一帆、贺诗波、顾超杰、孟文超、肖辉、胡文山、周洪、魏毅、侯卫锋、陈昕、张宇、王虎文、王丽华、李信荣目录第 1 章 新型工业控制发展态势 .................................... 11.1 工业控制是工业代际演进的内在驱动力 ..................... 11.2 工业控制发展面临挑战 ................................... 21.3 新型工业控制概念与演进方向 ............................. 4第 2 章 新型工业控制架构及关键技术 .............................. 82.1 新型工业控制架构 ....................................... 82.2 新型工业控制技术体系清晰 .............................. 10第 3 章 新型工业控制行业应用价值 ............................... 203.1 装备制造业 ............................................ 203.2 电子设备制造业 ........................................ 243.3 石油化工行业 .......................................... 283.4 新能源行业 ............................................ 33第 4 章 新型工业控制产业洞察 ................................... 384.1 新型工业控制产业组织活跃度不断提升 .................... 384.2 基于 5G 的算网控一体化成为工业控制新业态 ............... 394.3 开放化工业控制成为产业发展共识 ........................ 394.4 人工智能与工业控制加速结合 ............................ 40第 5 章 发展建议 ............................................... 41参考文献 ...................................................... 421第 1 章新型工业控制发展态势1.1工业控制是工业代际演进的内在驱动力工业对社会进步和文明发展起到重要的推动作用，是国民经济的重要组成。一般公认的工业演进历程分为四次工业革命，分别是第一次工业革命-机械化时代，第二次工业革命-电气化时代，第三次工业革命-自动化时代和第四次工业革命-信息化时代。伴随着四次工业革命，工业控制技术也在不断演进。图 1.1 工业代际演进趋势机械化时代。这一时期的工业生产主要依赖于机械设备，如蒸汽机、水轮机等，以蒸汽、水轮、气压等通过齿轮、皮带等传动机械装置将动力传递给各种工作机械装置，从而控制机械运动。装置控制推动了工业生产进入到了机械化时代。电气化时代。20 世纪 30 年代开始，电气控制系统成为工业控制的主流方式。电动机的发明和应用这一时期的标志性事件，其将电能转化为机械能，为各种机械设备提供动力。此外，继电器、接触器等电气元件的出现，使得电气控制系统具有了更强大的功能及可靠性。自动化时代。计算机控制系统逐渐取代了传统的电气控制系统，使工业控制更加精确化和数字化。其中，PLC（可编程逻辑控制器）、SCADA（监督控制和数据采集系统）、DCS（分散控制系统）与管理计算机、实时数据库和关系数据库的结合，实现复杂的算法和数据处理，提高生产效率和产品质量。信息化时代。21 世纪初，工业领域发生全新技术革命，工业控制技术通过与物联网、大数据、人工智能、云计算、边缘计算、增强现实和虚拟现实等新兴2技术融合，演变为新型工业控制，推动工业变革和经济发展。信息化时代的显著特征是全面融合和智能化提升，使产业链各环节链通，生产效率及产品服务质量均得到极大提升。综上所述，工业控制从装置控制到模拟控制、继电器控制、反馈回路控制，再到计算机网络控制、智能控制的不断演进过程，驱动着工业从机械化、电气化、自动化到信息化的更新换代发展，是工业代际演进的核心驱动力。当前，工业现场各类新需求不断涌现，对工业控制效率、部署、运维等提出更高要求。同时，5G、边缘计算等技术与工业控制加速融合，使工业控制发展正面处于变革关键时期。1.2工业控制发展面临挑战自 20 世纪 70 年代工业领域迈入自动化时代以来，基于 ISA-95 架构的 L1和 L2 层的制造控制层的软硬件结构未有变动，传统工业控制设备硬件、操作系统及运行时、编程组态平台及传输协议各成体系，终端用户被品牌深度锁定，一方面导致了工业控制生态的显著封闭性，体系烟囱式孤立，数据孤岛广泛存在，彼此间难以互联互通，另一方面使工业控制不具备供应链韧性，存在如芯片短缺导致供货价格飙升，供货周期拉长等问题。总体来说，工业控制目前面临挑战主要体现在以下几个方面：1.2.1挑战一：数据流转难，智能化升级无法支撑制造业工厂虽已实现基