i3d i3dfree科普系列 | 工业云计算在中国工业领域的发展与应用

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云计算和大数据将在未来10年甚至更长时间内成为新一代信息技术和产业的关键和核心。与移动互联网、物联网等其他新一代信息技术一起，正在推动互联网向传统工业制造领域渗透，推动互联网企业与传统工业企业的融合发展。作为现代服务业的有机组成部分，它们不断与新的商业形式和新的商业模式互动，催生新的产品、技术和模式。未来各行业的界限将逐渐模糊，一种新的工业经济发展模式即将到来。本文主要介绍了工业云计算在中国工业领域的发展和应用趋势。

云计算成为未来信息技术的核心

工业云推动新工业经济

云计算、大数据、物联网等技术的集成应用，推动了新制造模式的产生和发展，进一步加快了工业企业销售模式的转型，催生了社会营销、O2O(onlinetoOffline)、智能物流、互联网金融、移动电子商务等新的生产性互联网服务业态，是推动区域产业结构优化调整的重要引擎。

工业云通常是指基于云计算架构的工业云平台和工业云平台提供的工业云服务，涉及产品R&D设计、实验与仿真、工程计算、工艺设计、加工制造、运营管理等多个环节。工业云服务的常见方式包括工业SaaS(软件即服务)云服务、工业IaaS(基础设施即服务)云服务、工业PaaS(平台即服务)云服务等。工业云基于云计算技术架构，使工业设计制造、生产运营管理等工具大众化、简洁透明。通过工业云计算服务，可以大大提高工业企业的全要素劳动生产率。

基于工业云服务，用户可以获得工业设计、加工工艺分析、装配工艺分析、模具设计、机械零件设计与性能分析、电磁场仿真等基于云的服务。从而大大缩短产品升级周期，降低设计制造成本，提高产品性能；另一方面，工业企业的订单管理、主生产计划、备料等很多环节可以依靠工业云平台的ERP(企业资源计划)、DMS(经销商管理系统)、PLM(产品生命周期管理)等企业管理工具来提高管理效率；同时，用户可以基于工业云服务平台充分挖掘生产设计、企业管理和用户交互中的各种数据，利用大数据为企业R&D、生产、营销、交易、服务等活动提供服务。

产业与互联网的融合旨在加快产业转型升级，提高质量和效率，改变传统的产业生产经营方式，创造更大的价值。这需要云计算和大数据来帮助工业企业创新其R&D、生产、运营、营销、服务和管理方法。目前，基于云计算平台的工业设计、虚拟装配、精准营销配送、精准广告推送等模式已经成为企业发展的新趋势。可以说，工业云计算服务和工业大数据服务已经成为推动互联网和产业融合发展的主要支撑手段，与企业技术研发、流程管理、生产运营等紧密结合。塑造新的企业发展模式，催生新的工业经济形态。

在全国范围内积极搭建工业云计算平台

2009年9月，北京计算中心开始了工业云的实践，搭建了工业云计算服务平台(http://www . industry cloud . com . cn)。依托其200万亿高性能工业云计算服务平台，可提供CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、CAPP(计算机辅助工艺设计)、CAE(计算机辅助工程设计)、PLM(产品生命周期管理)等工具和管理软件服务。还可以为中小企业提供丰富的设计制造资源和3D打印等工程服务。到2015年，该平台已经服务了近10万个家庭，并在工业中得到广泛应用

2013年以来，国家出台了一系列鼓励产业云发展的政策，《国务院关于积极推进“互联网”行动的指导意见》、《国务院关于大力推进大众创业创新若干政策措施的意见》、《中国制造2025》，《信息化与工业化深度融合专项行动计划(2013-2018年)》等文件均将产业云发展作为推进两次产业深度融合和“2013年，工业和信息化部确定北京、天津、河北、内蒙古、黑龙江、上海、江苏、浙江、山东、河南、湖北、广东、重庆、贵州、青海、宁夏等16个省市开展第一批产业云创新服务试点。依托互联网、云计算、物联网、大数据等新一代信息技术，打造产业云服务平台，汇聚共享制造资源和创新

在上述产业云创新服务试点中，天津主要依托天津超级计算中心建立天津滨海产业云平台；内蒙古采用“1 N N”服务模式(即一个平台、多种应用服务、多种专业资源服务)构建包头一体化、产业云创新服务平台；黑龙江工业云平台，包括工业云设计、工业云存储等应用；河南工业云平台主要由设计云、服务云和管理云组成。山东工业云创新服务平台依托山东超级计算中心，主要提供设计云、管理云、业务云、物联网服务云、知识云、数据云；江苏工业云平台主要为汽车行业提供数字化设计模拟等云服务；上海工业云公共服务平台针对钢铁、汽车、民航空、机电设备四大重点行业和R&D、管理、设备、能源、物流、商业等六大重点领域，为企业提供SaaS云和IaaS云服务；广东工业云平台主要提供政府云、云桌面、工业软件云、培训云、检测云、电商云等云计算服务；重庆工业云平台包括工业设计云、企业采购云、工业金融云三大云服务平台。

据不完全统计，16个工业云平台注册用户超过1500万，企业用户超过20万，软件工具和服务超过3000种，模型、图纸、手册等技术资源超过4万种，培训视频超过7500个。上述工业云平台在带动当地工业经济发展方面发挥了重要作用。以贵州工业云(http://http://gz-I Cloud . com . cn)为例，贵州工业云提供260个云应用，服务15998个企业用户。基于工业云服务，2015年数字R&D和设计工具在重点行业的普及率达到40.5%，比2014年提高4.8个百分点。预计2016年，在贵州工业云的带动下，数字R&D设计工具在重点行业的普及率将达到45%以上，传统工业企业在电子商务领域的覆盖率将达到40%以上。

目前，各地工业云计算平台的建设和发展对区域经济的产业发展起到了积极的推动作用，取得了良好的效果，但也存在一些问题，主要表现在以下几个方面:从平台建设来看，大部分工业云计算平台没有结合区域经济的资源禀赋和主导产业的优势，部分地区在工业云计算服务平台建设中没有结合当地现有的公共计算服务平台资源，导致重复投资和资源闲置；从平台服务来看，大多数工业云平台主要提供工业SaaS云服务，存在服务内容同质化、服务标准不一致、用户数据安全性不足等问题。同时，工业云服务没有和工业大数据服务整合；从商业模式来看，大部分工业云平台的运营以政府投资为主，面临盈利困难等运营压力。如何进一步推广使用工业云计算平台，创新商业模式，引入成熟的市场化开发机制，让更多用户透明地访问和使用工业云计算平台，值得进一步探索。

如何推动工业云的下一步发展？

结合早期工业云计算服务创新试点的实践，有必要从以下几个方面进一步推动工业云计算平台的发展:

大力开发大型工业应用软件，开发工业PaaS云应用

目前，全国各地建设的大部分工业云计算服务平台主要提供SaaS工业云服务，但目前大部分大型工业应用不支持云计算架构。在科学与工程计算领域，软件市场长期完全被国外软件垄断，版权成本非常昂贵，并行规模仍然有限。这些工业应用大多是半个世纪前开发的，软件框架未能考虑超大规模计算的当前和未来需求，尤其是预处理部分，已被证明是阻碍大规模计算发展的严重瓶颈。构建工业云计算服务平台迫切需要面向云计算架构的大规模并行应用软件的高层次自主开发。

目前，大多数工业PaaS云服务和业务模式仍处于探索阶段，仍存在许多缺陷和不足。然而，PaaS对提升传统产业创新能力具有深远的意义，因为传统产业创新能力的主要制约因素之一是缺乏必要的创新工具、创新平台和专业创新团队。云计算中心将以透明的方式为行业应用提供PaaS服务，将有效解决这一问题。特别是在传统制造业，但是传统制造业PaaS平台的发展仍然面临很多问题，比如制造业细分，制造业非常大。如何选择细分的制造领域入手？如何提供透明的PaaSAPI界面让制造用户调用？这些都是问题。只有解决了这些问题，云计算对行业的拉动和潜力才能得到充分释放。在未来的工业云发展中，需要构建更多的工业PaaS云服务平台，包括面向流程和面向行业的PaaS云，如研磨云、切割云、焊接云、整理云和服装云。

工业云和工业大数据需要进一步整合和发展

工业云旨在解决中小工业企业在提高创新能力时经常面临的许多问题，如构建工业计算软件和平台、计算机建模与仿真、培养高端R&D人才等。基于工业云服务，工业用户可以进行快速有效的模拟，降低设计和制造成本，提高原材料利用率，从而大大缩短产品升级周期，提高产品性能，增强企业信息化能力，大大提升工业企业自主创新效率，促进企业核心竞争优势的提升。

工业大数据是基于云计算、物联网、移动互联网、海量数据挖掘等新一代信息技术，推动大数据在工业R&D设计、制造、管理、营销、售后服务等产品的全生命周期，以及产业链的全过程。环节的应用，结合智能机床、机器人、3D打印等技术，推动了柔性制造、智能制造、网络制造的发展；工业大数据、智能物流、电子商务的联动，进一步加速了工业企业销售模式的转型，如精准营销配送、精准广告等。

工业云和工业大数据通过帮助工业企业创新R&D、生产、运营、服务和管理方式，促进互联网和工业的融合，成为当前新经济常态下加快产业转型升级、提高质量和效率的重要手段。工业云和工业大数据是基于工业云计算服务平台进行海量数据存储、数据挖掘和可视化呈现。工业云是工业大数据的平台和支撑手段，而工业大数据扩大了工业云的服务范围。两者未来将进一步融合发展，推动互联网从服务个人用户向服务生产性应用转变，导致产业模式、制造模式和商业模式的重塑。

产业云(大数据)建设需要进一步结合区域资源禀赋和主导产业特点

目前，工业云(大数据)应用服务的供需出现阶段性结构性矛盾。一方面，工业云计算服务和工业大数据服务需求广泛；另一方面，一些工业云(大数据)服务平台用户不足，资源闲置。以上问题主要有两个原因。一是目前大部分工业云服务同质化严重，大部分工业云平台缺乏与当地主导产业紧密耦合的服务设计，接地气不足；第二，作为相关技术、平台、交易模式的集成创新，产业云的发展受限于商业模式的简单性和收益的可预测性。目前已经建成的工业云平台的安全性和服务可及性都有了很大的提升空，而且大部分都是政府出资，需要尽快走出一条可行的商业运营模式。

在未来的产业云建设和运营中，要进一步结合区域经济的资源禀赋和主导产业的特点，结合区域产业集群、产业比较优势和产业相关优势，因地制宜构建产业云平台，设计产业云服务。只有这样，工业云才能成为推动当地工业经济发展的“润滑剂”和“催化剂”。

依托大型超级计算中心，建设区域性产业云(大数据)创新服务中心

产业云的发展最终将采用“垂直产业云服务”模式，采用“大规模计算平台、大规模工业装备专家团队引领产业创新服务”的垂直创新模式，基于区域经济的资源禀赋和产业优势，建立区域产业云服务平台(即产业云创新服务中心)。从美国等发达国家的角度来看，依托云计算等新一代信息技术，建设先进制造创新中心，形成国家制造创新网络，也是美国先进制造战略的重大举措。区域产业云创新服务中心将成为新技术的主要供应商和未来区域经济产业发展的重要催化剂。通过产业云创新服务中心，可以进一步提升区域经济主导产业的核心竞争力，通过其渗透和扩散，培育新的经济增长点。

在建设区域产业云创新服务中心时，要依托大型超级计算中心建设产业云(大数据)平台。超级计算中心是一个数据平台，为工业、商业、政府决策支持等领域的计算密集型应用和数据密集型应用提供快速准确的处理能力。与云计算中心相比，其服务本质是提供计算服务能力和数据处理服务能力。中国已经建立了许多千兆次或更少的超级计算中心。在2015年11月发布的中国最快性能超级计算机100强榜单中，上榜的所有超级计算机每秒都有300多万亿次浮点运算。在2015年11月发布的全球性能最快的超级计算机500强榜单中，全球性能最快的超级计算机(共109台)有21.8%安装在中国，排名全球第二。目前全国有广州超级计算中心、天津超级计算中心、深圳超级计算中心、济南超级计算中心、长沙超级计算中心等10多个超级计算中心。预计到2017年，中国将有超过15个千兆级的超级计算中心。虽然去年11月发布的全球性能最快的超级计算机500强榜单中，广州超级计算中心的“天河二号”超级计算机以每秒33.86千兆次的浮点运算速度获得第六名，但我国超级计算机的发展仍然面临着缺乏统一规划和功能定位、跨领域专业技术团队严重缺乏、工业应用软件严重依赖国外、超级计算机应用效率低下等问题。如何规划和高效利用大型超级计算中心，让其渗透和扩散到行业创新的各个方面，是目前需要高度重视的问题。

随着虚拟化技术的发展、通信延迟的降低以及高性能计算应用类型和需求的多样性和普遍性，高性能计算云以其较小的性能开销和灵活的管理服务模式逐渐成为超级计算的主流服务模式。用云计算的理念运营超级计算中心是一个重要的发展趋势。2015年10月，美国发布了《美国创新战略》，明确表示要保持美国在高性能计算领域的领先地位，政府机构将与计算机制造商和云提供商合作，使高性能计算资源更容易被人们获取。在未来的工业云发展中，有必要进一步依托大型超级计算中心建设区域性工业云(大数据)创新服务中心。一方面可以有效整合当前闲置的基于云计算的大型超级计算中心资源；另一方面，也可以为解决工业应用中的重大工程问题和挖掘大规模海量数据提供支持，可以承担培养和储备跨学科领域高端专业人才的重任。

产业结构的调整优化和经济效率的提升是当前促进中国经济发展的实质。工业云和工业大数据作为生产者服务业，本质上是以技术创新为基础，通过提高生产要素的使用效率来提高资源配置效率，从而促进工业企业全要素生产率的提高，即工业经济效率的提高。发展产业云(大数据)服务是发展现代服务业、促进我国区域经济结构调整、提升我国产业结构高度的有效手段。