# 需求理解
#### 行业需求理解
针对行业供给侧和需求侧分别分析出对公共服务平台的需求。供给侧，工业数字化技术体系发展呈现出"新四化"的发展趋势，既工业装备智能化，工业网络标准化，工业软件现代化，以及工业数据价值化，为抢抓产业发展的制高点，对公共服务平台提出了当先性的要求。需求侧，面向产业集群中小企业用户，选择有代表性的细分行业场景应用需求，对公共服务平台提出了普适性的要求，兼顾供给侧和需求侧的发展要求，提炼出对平台建设能力的总体需求。
从工业互联网技术体系发展趋势角度，总结出工业互联网新技术供给体系驱动的数字化转型，需要抓住工业新'四化'产业升级新机遇，赋'哑设备、哑装备'以智能，促进工业设备互联互通，解决工业数字化基础性断点问题。同时，抓住云时代技术变革机遇，突破基础工业软件，赋工业软件服务以平台，构建新型工业APP开放生态。基于端边云网协同的工业新型基础设施构建工业数据要素流通体系，将云端丰富的软件生态下沉到企业边缘侧，构建工业知识市场，满足工业企业快速获取创新技术的需求。
#### 工业数字化新型技术体系需求分析
- **工业装备智能化对公共服务平台的需求**
  通过数字化技术，建立数字孪生映射，形成数字资产，构建装备本体贯穿研发设计、生产制造、运维管理全生命周期的物理和数字空间融通的新系统。形成物理装备、数据体系、工艺体系等，不同所有者装备、设施之间的互联互通，将数字技术与装备技术的能力整合、叠加，实现装备产品能够向行业输出高附加值的产品和服务，构建线上数字装备与线下物理装备之间的有机融合、装备本体有效提升与装备群体协同突破的有机融合、装备产业链现代化与生产性服务业增强有机融合，培育物理装备+数字装备的平台性生态，构建融合物理装备+数据资产的新价值体系。
  工业现场数据需要实时处理，云边端协同会更好满足企业实际需求，云+边缘计算+端协同的解决方案，是工业数字化未来的发展趋势。需要公共服务平台支持在企业边缘侧构建融合操作系统、网络、计算、存储、数据管理等开发架构的分布式边缘一体机，就近提供边缘智能服务，并与云端协同，满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求，作为公共服务平台与工业企业联接的桥梁。
  
- **工业网络标准化对公共服务平台的需求**
  "要想富、先修路"，网络是工业数字化、智能化发展的道路系统，对于工业的数字化创新发展的关键基础，在工业的数字化进程中会不断的演进，需要持续的技术突破。传统工业网络存在互通难、开放性差等问题，面临着协议七国八制、数据孤岛等挑战。新一代工业网络以"设备网联化、联接无线化、网络智能化"为关键特征，具备全面深度感知数据、实时传输交互数据、按需部署应用的能力。伴随着工业互联网的推进，工业互联网对网络基础设施提出了更高的要求，工厂内网络将呈现出融合、开放、灵活三大趋势，这对工业场景的网络设施提出了较高的要求，5G具备大带宽、低时延、多连接的特性，成为工业连接的全新网络替代方案，将成为下一代工业网络的演进方向。
  IT与OT融合的网络架构是下一代智能工控体系架构的必然选择，以5G为指引的下一代智能工业体系架构不仅仅在架构上将走向更简化的云边端三层，并且具有"全局优化、动态重构、工控域和管理域融合"等特点。先进工业网络将是新型工业智能控制系统的网络底座，需要公共服务平台提供先进工业网络的创新技术的测试平台，以及5G+工业互联网创新应用创建的测试验证服务，并支撑多源异构数据采集和信息获取、基于工业机理和数字孪生的智能分析和预测、决策系统和控制过程的集成等。
  
- **工业软件云化对公共服务平台的需求**
  工业软件技术积累周期长，是中国工业的短板，尤其是研发设计软件面临卡脖子风险。当前单体工业软件开发效率低、交付成本高。云化是推动工业软件开发模式、服务模式和商业模式升级，改变格局的历史机遇，整合云+KnowHow+场景的能力，是工业软件换道超车的前提。同时，新型工业APP基于松耦合、组件化、可重构、可重用思想，面向特定工业场景，基于平台的技术引擎、资源、模型和业务组件，将工业机理、技术、知识、算法与最佳工程实践按照系统化组织、模型化表达、可视化交互、场景化应用、生态化演进原则而形成的应用程序，是工业软件发展的一种新形态和新赛道。
  在工业软件国产化和云化驱动下，工业软件迎来了新的发展机遇。在市场初期，需要公共服务平台能够基于云化新架构加速构建新型工业APP生态，支持工业软件上云、支持加速国产工业软件工具链在产业链试点应用，牵引用户和市场使用工业软件，并鼓励用户企业开放应用场景，加速企业研发软件的创新应用，推动工业软件走上商业正循环。
  
- **工业数据价值化对公共服务平台的需求**
  工业数字化关键是促进行业知识生产与使用的工具革命，在这个过程中，以行业知识+5G+AI+边缘+云+工业软件等场景化整装的知识生产工具的生产服务、算法组合、机理模型组合等，促进行业知识结合ICT技术向平台生态更高的经济范式演进，促进各行业生产力提升和经济运行效能提升。基于微服务新模式聚集和积累行业Know-How是OT和ICT产业链协同的有效模式。基于微服务架构，可以对工业Know-How封装、复用和服务化，打造开放创新价值生态。
  通过产业集群上下游企业的数据协同、应用协同和业务协同，推动产业链上下游企业协同化发展与创新，推进业务一体化融合、端边云网协同，实现产业集群整体升级，才能取得制造业显著的成效。需要公共服务平台支持打造一系列模型库等行业知识库以及一批行业运营商运营主体，面向电子PCBA、模具等产业集群的订单协同、研发协同、生产协同等场景，鼓励企业开展共享设计服务、共享生产服务等新业态，并沉淀模型库等行业知识，形成工业知识市场。
  
 
#### 研发设计数字化需求分析
研发设计作为制造企业特出创造力的环节，在全球化竞争和产品复杂程度不断提高的今天，面临着更加严峻的挑战。而随着网络平台的逐步成熟，各种开发软件的广泛普及，数字技术加速由单项应用向集成应用拓展，全面融入制造业研发设计环节，促使研发工具、主体、流程、运作方式正在经历如下深刻变革：
- **设计方法和工具的革命：从以物理试验为手段向以数字仿真为手段演变，由传统手工建模时代迈进数字化建模时代。**
  纵观制造业产品设计方法和工具的发展历程：第一代技术为基于投影法的传统手工绘图模式。第二代技术为以二维CAD为主，三维模型为辅的经验式建模法。第三代技术是以创成式设计为代表的数字化建模方法，即围绕设计目标、功能、约束、几何关系、变形条件等，按一定逻辑规则，由算法和程序实现设计的过程，找到当前限制条件下的强大结构和完满设计方案。对于超出设计经验的新型复杂结构，第三代技术是最有效的。此外，产品试验验证也从物理试验的"试错法"向数字仿真演进，通过各种模拟手段，透视产品性能和过程质量。
  如今，制造企业普遍利用数字化建模和仿真技术开展产品研发设计，极大提升了企业的设计创新能力和效率。工业设计软件使得自适应的关联设计成为可能。如：在飞机外形风洞试验优化中，基于软件特定算法，飞机骨架模型的变更会引导相关结构件自动做出自适应更改。数字仿真也是实现产品正向设计的重要手段。在需求开发、功能分解、系统设计、物理设计的过程中，借助仿真了解产品特性，开展架构性和颠覆式创新。基于数字孪生的研发体系正在形成。以新药研发为例，过去发现每种抗癌新药的靶点约需10年时间，如今基于数字技术找到靶点的速度快了10倍。
  
- **研发设计主体的变革：从封闭式"公司+雇员"的经典组织结构向开放式"工业互联网平台+海量个人"的全新组织形式转变。**
  从研发设计主体看，制造企业正由依托企业内部研发设计部门为主向多主体合作演进。在研发设计软件经历单机版、网络版迈向云平台之后，企业研发设计主体发生了深刻变革：一在企业内部，考虑可生产性、可采购性、可定制性、可维护性、可盈利性的产品全生命周期研发管理体系的建立，使得多部门协同开发成为变革趋势。二在产业链上，跨地域、跨企业的协同研发平台支撑研发设计主体从企业内部研发部门扩展到整个供应链。三在全社会，基于社会化的创新平台将用户和第三方创新资源整合到研发设计体系中。
  从组织架构和雇佣关系看，制造企业的研发设计组织形式正从"公司+有限雇员"的经典结构向"平台+海量个人"的全新结构转变。数字技术的应用使得新型研发组织不断涌现，企业与个人之间的长期雇佣关系也被打破。以众包模式为例：众包（Crowdsourcing）是把传统上由企业内部员工承担的工作任务，通过互联网以自由自愿的形式转交给企业外部的非特定群体来完成的一种组织模式。其扩大了企业的边界，使工作团队不再局限于企业内部。众包设计利用群体智慧弥补自身资源缺陷，充分发挥隐藏在大众中的巨大潜力，使优秀的外部智力资源为己所用，不仅增强了企业的核心竞争力，还大大降低了企业的设计成本。
  
- **研发设计模式的转变：研发设计流程由"串行模式"向"并行模式"演进，迈向网络化协同与软件定义的新阶段。**
  基于传统的分工理论，制造企业产品研发设计流程基本上是一种串行工程，即企业把产品开发过程拆分成需求分析、结构设计、工艺设计、仿真验证等诸多环节，按照环节顺序逻辑在不同部门、人员、项目及设备之间推进。该模式的突出问题是效率低、成本高、周期长。
  随着计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助工艺过程设计 (CAPP) 等新型设计软件的大规模使用，高度集成的数字化模型、研发工艺仿真体系以及网络化协同研发平台的建立，在流程中整合知识、工具和方法，将传统上相互独立、顺序进行的碎片化研发活动在时间和空间上实现了交叉、重组和优化，一些下游的开发工作，提前到了上游进行，基于互联网、云计算、大数据等数字技术，跨区域、跨企业、跨行业的研发设计资源被有效整合，通过关联设计和并行逻辑冲破专业、部门和厂所之间的壁垒，研发流程在整体上实现了从串行向并行的演进。
  
 
#### 生产制造数字化需求分析
随着先进制造技术与新一代信息技术的不断深度融合，制造业生产制造环节历经长期实践演化过程，涌现出精益制造、柔性制造、并行制造、敏捷制造、网络化制造、云制造等不同类型，但无论哪种类型的制造，都具备数字化、网络化和智能化三个最基本的特征。实践证明：数字技术与制造业融合带来的是一场制造范式的迁移，一代生产工具的革命，一种生产模式的变革，一次制造体系的重建，它引发了生产制造环节如下四大变革：
- **制造范式的迁移：从基于传统"试错法"的实体制造到基于CPS技术的虚拟制造**
  制造范式是在一定时期、特定技术条件下，对制造业价值观、方法论、发展模式和运行规律的认识框架。在工业时代，人们认识世界的传统方法是观察、试验、归纳、理论化，"试错法"是对这一方法论很好的阐释。而面对快速变化的市场环境，传统方法已无法满足竞争的需要，CPS（Cyber-Physical System），即"信息物理系统"，作为数字化转型的核心支撑技术，为制造业建立了一套虚拟制造空间和实物制造空间互动的闭环赋能体系，实现了物质生产运行规律的模型化、代码化、软件化，使制造过程在虚拟空间实现快速迭代和持续优化，推动制造范式从实体制造向虚拟制造迁移。
  数字技术给制造业带来的重大变革是创造了一个新世界------虚拟制造空间。在生产制造环节，企业的工艺路线、设备布局和制造流程等都可以一一映射到虚拟生产环境中，基于三维设计和仿真工具，在虚拟制造空间构建起虚拟生产线、虚拟车间和虚拟工厂。伴随工厂生产设备数字孪生、生产工艺数字孪生的推广普及，无论在离散型制造行业还是流程型制造行业，都将实现实物生产过程与虚拟生产过程实时交互。虚拟制造的高效优化、零边际成本、灵活构架等优势，从根本上变革了制造资源的配置方式和效率。
  
- **生产工具的革命：传统能量转换工具向智能工具演变，传统装备升级为智能装备**
  数字化转型带来了制造业生产工具的革命，而生产工具的革命性演进又是实现智能制造的重要条件。伴随新一代信息技术的创新和应用，常规的机器人、机床、专业设备等传统装备正在升级为增材制造装备、智能机器人、智能机床、智能机械设备（自动吊装设备、自动分检设备等）等智能装备，传统能量转换工具通过加载了传感、通信、控制、计算处理等智能模块正在向智能工具演变。RFID、AGV、PLC等智能硬件工具大幅提高了体力劳动的工作效率；CAE、CAM、MES等智能软件工具则大大提高了脑力劳动的工作效率。
  增材制造装备又称快速成型设备（3D打印机），是基于材料堆积原理设计的高新制造装备，是以三维模型数据为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，运用挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积而制造产品的生产设备。智能机器人是机械结构和软件高度耦合的集成化产品，具有感知、判断、行动能力，能够根据预设程序适应环境变化，进行自动学习、自我管理和自主决策。传统机床的数控系统也正在从专用走向通用，从封闭走向开放，使机床的使用方式、商业模式发生深刻变革。
  
- **生产模式的转变：从以人工为主的劳动密集型生产到基于设备互联的智能化生产**
  智能制造时代，工厂变得越来越少人化、无人化、自动化和智能化，生产设备均物物相连、自动运行，工厂的生产组织调度，原材料供应都可通过智能物流、智能生产来控制。人逐渐被互联互通的智能装备和智能生产系统所代替，机器换人和无人工厂成为制造业发展的典型趋势，生产模式也从以人工为主的劳动密集型生产转变为基于设备互联的智能化生产。
  基于设备互联的智能化生产模式属于"工业4.0"的纵向集成，主要解决信息系统与物理设备之间的联通问题，目的是提升效率。纵向集成是针对制造企业内部IT和OT领域集成与融合来讲的，形成一个贯穿整个制造企业的技术架构，打通各层级的系统（如企业层的PLM、ERP、车间层的MES、控制层的SCADA、设备层的控制器、传感器等数字化设备或系统等），实现系统间的数据共享，从而提升企业的生产效率和灵活性。如果结合到企业生命周期和产品生命周期来理解，前者是从企业管理的角度来看的，后者是从生产的角度来理解的。
  然而，目前大部分制造企业的管理系统都没有与制造系统集成，即职能管理与生产现场管理互相脱钩。当制造企业借助互联网实现设备和产品信息与管理层的经营系统相连接，即IT与OT的集成与融合（这是支撑智能制造的核心），对企业和产品的管控就会达到一个很高的效率，这也就是纵向集成所要达到的最佳状态。
  
- **制造系统的重建：从孤岛式集中式封闭制造体系走向网络化协同的开放制造体系**
  当今，制造业垂直分离和业务外包日益明显，传统的、垂直一体化的企业内部集成价值链已经开始转型，被分散于全球各地的专业化公司之间的协作价值网络所取代，制造系统的组织边界不断突破地域、组织、机制的界限，从单一制造工厂扩展到网络化制造联盟，生产也由集中式控制向分散式增强型控制转变。实践中，通过搭建企业间基于互联网的协同制造与供应链协作平台，集成各类业务系统，推动创新资源、生产能力、市场需求的跨企业集聚对接，实现生产过程中计划、选料、采购、工艺、制造和集成等环节的并行组织和协同优化。
  基于企业互联的网络化协同制造模式------"云工厂"模式，属于"工业4.0"的横向集成，主要解决企业间的联通问题，目的是重构制造生态体系。横向集成代表的是企业间全产业链的集成，以供应链上下游合作为主线，通过价值链及信息网络的互联，推动企业间研产供销、经营管理与生产控制、业务与财务全流程的无缝衔接，实现不同企业间的信息共享和业务协同，推动制造业从孤岛式、集中式封闭制造体系向基于企业互联的网络化协同开放制造体系转变。