..........................31 1 一、工业互联网发展现状 （一）工业互联网的内涵与意义 近年来，数字经济浪潮席卷全球，新一轮产业变革蓬勃兴 起，以未来网络、数字孪生、大数据、人工智能等为代表的新 一代信息技术与工业技术加速融合，在一定程度上颠覆了传统 的生产和商业运营模式。各工业大国凭借各自在信息技术领域 的领先优势，加快实施一系列针对传统工业数字化转型升级的 支持， 为不同领域、不同部门的技术人员提供一致的开发环境，通用 的开源及商业软件，提高开发效率和代码复用率。 随着科技的不断进步，新兴技术逐渐成为数字化转型的重 要抓手。在能源化工行业，数字孪生、区块链、量子信息技术 等前沿技术的应用正逐渐改变传统行业的运作模式。通过新兴 技术平台，为用户提供统一的技术服务，可降低新技术的应用 成本，快速推进新兴技术落地应用，加速场景普及。 16 性维护，保障设备高可用性，两者协同减少人工干预，使生产 效率、资源利用率与设备综合效能同步提升。生产系统通过深 度学习技术持续自我优化，提升生产效率，在降低能耗的同时 保持高效稳定的运行。数字孪生技术的引入，助力设备的精细 化监控，为资源的精准调度与配置优化提供了强有力的技术支 撑。 （三）基于新兴技术的智慧经营决策 借助 AI Agent 等的部署，使企业能够在经营管理中获得更

化的有：船舶数字孪生系统、海洋漂浮式光伏发电、4D 打印的形状记忆聚合物智能结构、多频全球导航卫 星系统精确定位方法、微型超级电容器、基于纤维素气凝胶的摩擦纳米发电机。新兴前沿则包括：基于深 度图像的场景解析、快速超分辨超声成像、相变储能、多尺度复合材料能量吸收结构。2018—2023 年，各 前沿相关的核心论文发表情况见表 2.2。 （1）船舶数字孪生系统 船舶数字孪生系统是指基于数字孪生构建的 模型与数据共同驱动的各类应 用。借助数字孪生跨时空的特性，船舶数字孪生系统可以更快、更全、更优地监控、分析、预测、优化、 控制物理船舶。船舶数字孪生系统相关技术包括船舶全要素感知技术、虚拟船舶模型构建与迭代技术、船 舶孪生数据处理与管理技术、智能化船舶应用开发与服务技术、虚实船舶通信交互技术等。围绕船舶全生 命周期，目前相关研究主要集中在数字孪生驱动的船舶设计、建造、故障预测与健康管理、运营管理等。 营管理等。 未来具体的技术发展趋势包括基于数字孪生的船舶设计建造一体化、基于数字孪生的船舶虚实融合试验、 多学科船舶数字孪生模型精准构建与同步演化、船岸虚实平行运维管控等。 表 2.1 机械与运载工程领域 Top 10 工程研究前沿 序号 工程研究前沿 核心论文数 被引频次 篇均被引频次 平均出版年 1 船舶数字孪生系统 23 589 25.61 2020.3 2 海洋漂浮式光伏发电 16

据麦肯锡全球研究院的预测，伴随着 自动化技术和人工智能技术的发展， 到2030年，预计全球将有8亿个工作岗 位被机器取代。若发展相对缓和，也将 有4亿个工作岗位被取代。工业人工智 能、虚拟PLC、数字孪生和无代码/低代 码开发等技术是推动变革的关键技术。 其中，尤其是人工智能技术，显著提升 了工业自动化和工业机器人的性能，具 体体现在四个方面： （一） 增强感知能力：人工智能中的计 算机视觉、语音识别等技术，极 拥抱智能： 2030中国智能制造及自动化行业展望 7 融合生态 拥抱智能： 2030中国智能制造及自动化行业展望 8 字孪生的思想，利用工业信息模型、 知识图谱、图数据库等技术，将人、 机、料、法、环等工业生产要素从物 理空间映射到信息空间，构建统一的 数字化、虚拟化孪生信息模型，并利 用信息空间对数据综合分析处理的 能力，对来自物理实体的实时数据进 行分析，理解对应工业生产过程的 变化，进行有效决策，并做出响应到 变化，进行有效决策，并做出响应到 物理实体。通过这种软件定义机制， 各工业生产要素对象变得高度模块 化，可实现积木式搭建和动态组合； 上层应用和底层生产要素解耦分离， 可实现制造资源的灵活复用和按需 调配；物理实体与孪生信息模型之间 交互联动、虚实映射，通过数据融合 分析、制造过程全流程仿真、决策迭 代优化等手段共同作用，实现工业生 产制造过程的持续优化。通过对工 业生产制造过程中的经验、领域知 识和模型进行显性化、模型化、数字

场景应用，实现了“地质辅助生产”到“地质指导生产”的转变，对 推动全国煤矿智能化透明地质保障系统建设具有重要的示范意义。 4.设备全生命周期管理平台提升了煤炭开采设备的安全保障能 力。全生命周期管理平台融合数字孪生、故障预测与健康管理（PHM） 等技术，通过构建“设计-制造-运维-报废”全流程数字化管控体系， 实现设备从“出生”到“退役”的全过程智能管控，推动设备安全管 理模式从被动抢修向主动预防的变革。例如，中国煤科王坡煤矿建设 精确调控钻孔轨迹，配套实时监测系统与地面远程信息交互平台实现 多维度多场景同频互动；中国中煤大海则煤矿融合雷达、槽波、钻孔、 勘探等数据建立工作面精确地质模型，再结合设备精确位置、姿态信 息、运行状态等数据，应用 5G、数字孪生、数据分析、视频 AI 识别 等技术，形成了“全面感知、高速传输、智能决策、自主割煤、视频 跟机”少人采煤模式。 2.以成套装备为核心的智能快掘技术推动掘进效率不断提升。形 成了分别以连采 智能化选煤厂从单点智能向全流程产品控制转变。选煤厂技术 装备在煤矿智能化建设中也取得了重要突破。例如，中国中煤大海则 选煤厂实现了从原煤储运至产品装车的智能化系统全覆盖，各系统自 动运行、自主调节、智能决策以及全系统三维数字孪生，智能加介、 压滤等控制系统生产现场无岗位工，选煤厂生产运行工作人员的数量 和工作强度显著降低，生产工人劳动定员减少 48 人，降低材料消耗 10%～15%，精煤回收率提高 0.3%～0.5%，选煤厂智能化应用率

量关键矿物需求 的依赖，提高供应链上下游组织的韧性和可持续性。矿业及金 属公司对冶金学以及这些材料保持独特的理解，并且知道这些 材料要保持其用途所需具备的属性。领导者有机会利用这些 专业知识以及数字孪生和人工智能等技术，推动其组织通 过创建新的、更可持续的商业模式和物料流来参与并引领 循环经济的发展。” 14 趋势 2:塑造关键矿产供应链 引言 趋势 1:引领矿业及金属行业步入新时代 趋势 事项之间取得平衡， 许多经营者加力优化现有运营策略，以减少资源使用和浪费，缓解劳动力压力，并提高产 出。 越来越多的企业将智慧运营用作管理错综复杂的优先事项和需求的解决方案。在矿区使用 AI、数字孪生和预测分析等先进技术，有望提高成本效益和韧性，并在运营效率、员工安 全和可持续发展绩效方面取得可衡量的成果，这对于在未来的投资和人才争夺战中占据领 先优势至关重要。 Steve Dyson，德勤澳大利亚战略、风险与交易部门主管合伙人 承包（EPC）模式或设计采购与施工管理总承包（EPCM）模式交付。 数字孪生：先试验再作出运营决策 棕地项目可以改用智慧运营模式，但考虑到涉及的成本和后勤工作，部分企业认为这一选 项并不划算。但就绿地项目而言，从一开始便优化资产运营方式和运用智慧运营思维将产 生巨大商业效益。 为此，企业需使用数字孪生——物理资产或流程的虚拟副本。数字孪生使用初始仿真数 据和对物理资产或流程进行监控的传感器等设备最终所收集的数据创建。相关数据后续

年产绿氨 2 万吨，后续 30 万 吨绿氨生产项目正加快推进。中能建敖汉旗及元宝山区风光制氢氨一体化项目已 获批准，这是中能建氢能源有限公司在内蒙古自治区开发的首个绿氨项目。 新型电网、数字孪生电网、透明电网等建设推进新型电力系统创新发展。电 网公司一方面通过特高压交直流电网建设助力沙戈荒新能源大基地的开发建设， 另一方面通过柔性直流输电网、构网型新能源技术、构网型储能技术、电网侧新 热水清洁化率达 100%，建筑电气化率超 80%，形成“节能设计-清洁供能-智慧 调控”一体化可持续人居解决方案。2024 年装配式建造成本与传统现浇差距缩 至 5%，政策补贴加速技术普及。数字孪生技术正成为设计优化的核心工具，头 部企业设计碳排放模拟准确率达 90%，动态优化使方案碳排降低 15%-30%。 光储直柔+AI 算法驱动运维智慧升级。建筑运维碳排放占全生命周期 60%以 精准化与运维预防性实现能效跃升。AI 算法优化设备动作轨迹（如泵车布料、挖 掘机铲斗路径），减少无效能耗；数字孪生技术模拟设备运行状态，预判故障并 优化维护周期，降低停机损耗。更深层的价值在于数据驱动的碳效管理——实时 监测设备碳排放强度，动态调整作业策略，使单位工程量碳排下降 20%-30%。三 一重工“灯塔工厂”数字孪生技术实时优化泵车臂架动作，布料精度±2cm，能 耗降低 18%，年节省燃油成本 500

息化。 新建露天矿应高起点建设信息基础设施，构建露天矿信息传输、 处理、存储平台和集中管控体系，开采过程实现远程智能控制， 建设露天煤矿智能化综合管控平台，实现基于大数据分析、云计 算、数字孪生为基础的智能开采。 3.选煤厂智能化建设目标 已建选煤厂应进行基础设施升级，以主要工艺环节、重要装备、 3 安全防控智能化为建设重点，开展无人操作设备、无人值守系统的 研发与应用，提高洗选工艺过程的智能化水平。鼓励新建选煤厂开 时设计、同时施工。对于条件成熟度不足的新建选煤厂，可先行 策划，分期实施，预留后期建设接口。 鼓励采用 BIM 等先进的数字化设计、施工管理技术，资料交 付形式逐步由二维图纸向数字信息模型转变。鼓励数字孪生技术 在项目策划、设计、施工、运维、改造、拆除的全生命周期管理 中发挥作用，鼓励大数据、物联网、云平台、5G、机器人等技术 与选煤厂生产、运维的深度融合，为选煤厂的建设与管理增值。 （2）已建选煤厂智能化改造 （2）已建选煤厂智能化改造 已建选煤厂应完善智能化改造基础，通过分选工艺及装备技 术调研，制定合理的工艺改造实施方案，确保分选工艺及技术装 备先进合理。优先以主要工艺环节、重要装备、安全防护为升级 改造对象。鼓励数字孪生、大数据、物联网、云平台、5G 等技术 与现有选煤厂生产、运维的逐步融合，实现节能降耗、生产过程 优化、作业条件改善等。 （四）井工煤矿、露天煤矿和选煤厂建设要求 1.数据规范 鼓励建立统

主要包括炼油、乙烯等成套装备的数据接口、通信协议等通 用技术标准。主要用于解决石化工艺过程装备相关的数据采集、 集成等问题。 2. 赋能技术标准 主要包括工业软件、工业大数据、人工智能、边缘计算、工 业云、数字孪生、区块链七个部分，如图 5 所示。主要用于指 导新技术在石化行业的融合应用，构建石化行业智能制造信息技 术生态体系，提升石化行业数字化、网络化、智能化水平。赋能 技术的相关标准引用国家智能制造标准体系中的智能赋能技术标 导工业云平台的设计和建设，规范不同工业云服务的业务能力，提升工业云服务的设计、实现、部署、供 应和运营管理水平。 （ 6 ）数字孪生标准 主要包括国家相关基础通用标准在石化行业的实施指南或具体应用的技术要求标准。主要用于规范石 化行业资产数字孪生、工艺数字孪生、生产数字孪生等模式在架构、接口、应用等方面的要求，推动石化 行业数字孪生场景的应用。 把 PowerPoint 当作字处理软件的一个必然后果就是太多的演讲者站在那里 管理等资产模型 标准；资产分类、资产代码、资产属性等资产主数据标准；动设备、静设备、 电气、仪表等资产运行基础数据的采集指标、采集方法等数据采集标准。主 要用于实现资产的数字化，对构建资产数字孪生虚体的模型和数据进行规范， 快速准确的获取加工过程中的运行参数。 2. 物料数据及模型标准 主要包括原油原料配置、物料加工、产成品管理等三个部分，如图 9 所示。主要用于规定从原料进厂到产品出厂的各个阶段业务活动中的数据和

价值链。建设碳能监管平台，实现不同层级碳排放主体的能碳在线监测。 2.数据创新：打通从数据源端到应用系统使用的全过程关键节点，形成企业独有的数据资产， 实现大数据的共建、共享、共治、慧智。 3. 技术创新：应用数字孪生技术，形成碳能数据孪生体，实现了企业节能减排与低碳管理 的数字化、网络化、智能化。 4. 模式创新：依托五大中心 + 技术支撑体系的构建，加强产业板块、企业、部门之间的协 同效应，提升内部协作效率，最大化经营效益。 分布式光伏发电、分布式风力发电、储能系统、充电桩、风光互补路灯、装配式建筑、空气源 热泵式节能冷暖系统等多项绿色技术；此外该工程方案应用自主可控新一代智能技术、一键顺 控技术、辅助监控系统 + 智能巡检、数字孪生技术、新型并联直流系统、碳跟踪和碳核算软件， 切实履行“数字蒙电”责任要求；同时助力自治区打造强首府战略毫沁营片区发展板块，加快 构建“开放蒙电”发展新格局。 项目效益概况 毫沁营 110kV 输变电工程采用天然酯低噪音 烟台市“市 级企业技术中心”和“市级工业设计中心”、是山东电子学会绿色智能制造专委会秘书处单位， 公司是新四板挂牌企业（股权代码：300611）、国家级科小、高新技术、双软企业。 公司基于全景数字孪生技术面向园区、工业制造业企业打造的综合能源管理系统、制造执 行系统、零碳智慧园区平台、灯塔工厂系统、两高企业碳中和路径预测与执行平台，并与渠道 战略伙伴配套提供数字校园、数字港口、数字消防、数字旅游、数字水库、数字机房等数字孪

协会（GSMA）估算，到2050年，仅通过构建智慧化能源体 系就可减少全球23%的碳排放——这一数字甚至比当前全球汽 车碳排放的90%还要高1。 全球范围内电力系统数字化转型加速，物联网、人工智能、数 字孪生等技术的深度应用成为关键。多国已制定相应战略， 推动智能化电力基础设施的建设。欧盟于2022年10月发布的 《能源系统数字化行动计划》提出，2020年至2030年预估 将向电网领域投资5840亿欧元，重点支持配电网的数字化改 Grid），其中包括用于智能电网建设的30 亿美元投资计划。此外，英国、泰国、韩国、马来西亚等国家 也针对电力系统的数字化转型进行了规划。在技术层面，智能 终端、数字孪生、人工智能等新一代数字化技术被视为支撑未 来能源系统高效稳定运行的关键手段。欧盟提出数字孪生技术 为创建虚拟电网模型的重要工具。马来西亚的《国家能源政策 2022-2040》将增加智能电表、智能电网设备等的部署作为起 步阶段（2021-2