國科金發計〔2023〕60号

　　國家自然科學基金委員會現發布未來工業互聯網基礎理論與關鍵技術重大研究計劃2023年度項目指南，請申請人及依托單位按項目指南所述要求和注意事項申請。

國家自然科學基金委員會

2023年8月14日　　

　　

未來工業互聯網基礎理論與關鍵技術重大研究計劃

2023年度項目指南

　　未來工業互聯網是新一代信息通信網絡技術與工業制造深度融合的全新工業生态、關鍵基礎設施和新型應用模式，通過人機物的安全可靠智聯，實現生産全要素、全産業鍊、全價值鍊的全面連接，推動制造業生産方式和企業形态根本性變革，形成全新的工業生産制造和服務體系，顯著提升制造業數字化、網絡化、智能化發展水平。

　　本重大研究計劃瞄準工業互聯網國家重大戰略需求，圍繞未來工業互聯網的重大核心科學問題，打通未來工業互聯網基礎研究、原始創新的“最先一公裡”和科技成果轉化、産業市場化應用的“最後一公裡”，為我國工業互聯網發展水平走在國際前列奠定理論和技術基礎。

　　一、科學目标

　　瞄準工業互聯網國家重大戰略需求，把握未來工業互聯網發展趨勢，創新工業互聯網全要素互聯的結構化組織機理、生産制造流程的柔性構造機制、産業鍊與價值鍊的網絡化調控原理等基礎理論與方法，突破一批核心關鍵技術，完成三個以上工業制造典型場景的集成示範驗證，形成若幹重大基礎性原創成果，培養一批有國際影響力的人才和團隊，推動工業互聯網應用與服務的範式變革，為構建要素互聯結構化、生産制造流程化、工業網絡體系化的産業新生态奠定理論和技術基礎，引領未來工業互聯網的科學發展。

　　二、核心科學問題

　　本重大研究計劃針對未來工業互聯網生産要素互聯的時空關系演變及調控規律這一核心問題，圍繞以下三個科學問題展開研究。

　　（一）全要素互聯的結構化組織機理。

　　針對未來工業互聯網人機物全要素安全可靠互聯的系統複雜性難題，重點解決如何刻畫未來工業互聯網全要素互聯的聯接關系與結構關系，如何度量其複雜性并構建相互控制關系等問題。重點研究未來工業互聯網按需聯接的本征模型與調控機理、生産要素數據多維表征及結構化組織機理、全要素互聯的系統熵理論。

　　（二）生産制造流程的柔性構造理論與方法。

　　面向未來工業互聯網柔性化制造全流程的流暢性與穩定性要求，重點解決如何精準刻畫未來工業互聯網生産鍊制造全流程中的誤差傳播、有效識别生産流程的脆弱性、定量評估生産線重構的收斂性等問題。重點研究未來工業互聯網柔性化制造全流程的容差分析與傳播模型、全流程穩定性構建方法、全流程重構的理論與方法。

　　（三）産業鍊與價值鍊的網絡化調控原理。

　　針對未來工業互聯網生産制造的全産業鍊、全價值鍊耦合與複雜調控關系，重點解決如何從效率角度建立網絡化産業鍊模型、從效用角度建立網絡化價值鍊模型，如何實現跨産業鍊與價值鍊聯動的多目标調控優化等問題。重點研究未來工業互聯網生産制造的全産業鍊構建模型、全價值鍊構建模型、跨鍊耦合的網絡化調控原理。

　　三、2023年度資助研究方向

　　（一）培育項目。

　　圍繞上述科學問題，以總體科學目标為牽引，2023年度對于探索性強、選題新穎、前期研究基礎較好、産學研用相結合的申請項目，将以培育項目方式予以資助，建議研究内容圍繞以下方向。

　　1.工業互聯網智能模型的安全檢測與防護方法（申請代碼1選擇信息科學部或數理科學部所屬申請代碼）。

　　面向工業互聯網智能模型的安全檢查和防護需求，針對工業互聯網中智能模型不确定和安全風險問題，研究工業互聯網智能模型的脆弱性機理、安全性檢測方法與防護加固方法，建立完備的工業互聯網智能模型安全體系，構建智能模型的安全風險檢測框架，突破工業互聯網智能模型全生命周期的安全檢測評估和防護加固技術，并構建工業互聯網智能模型安全檢測與防護原型系統，開展關鍵技術的應用驗證。

　　2.工業互聯網生成式人工智能方法與關鍵技術（申請代碼1選擇信息科學部或數理科學部所屬申請代碼）。

　　面向生成式人工智能技術變革和工業互聯網對高質量數據資源的需求，研究工業互聯網機器設備時序數據的生成方法，建立通用時序數據生成大模型，探索多模型訓練策略及受控生成技術，結合裝備運行物理機理的工業物聯網數據質量畫像與改進算法，突破關鍵設備故障多傳感器數據缺失和長尾分布難題，結合工業AI故障檢測、預測性維護等典型場景開展應用驗證。

　　3.面向智能制造的彈性控制與智能決策（申請代碼1選擇信息科學部、工程與材料科學部或管理科學部所屬申請代碼）。

　　針對典型高端智能制造場景下信息域與物理域跨域強耦合、多層次、時空分離等難題，探索生産制造流程的多層複雜網絡建模方法，研究多産線、多車間分布式柔性調度技術，提高大規模動态網絡分布式優化決策效率；研究多源不确定條件下複雜工業網絡自适應調控理論與技術，為工業互聯網産線級、車間級精準協同提供關鍵技術支撐，并在航空航天等高端智能制造場景下開展驗證。

　　4.面向流程工業的節能降碳優化控制與智能決策（申請代碼1選擇管理科學部、信息科學部或工程與材料科學部所屬申請代碼）。

　　針對冶金等流程工業的要素配置失靈與能源低效利用問題，開展節能降碳優化控制與智能決策理論研究，形成物質流與能量流的智能協同與優化方法，構建新型綠色低碳管控平台，實現對所提優化控制與智能決策方法和關鍵技術的應用驗證。

　　5.工業互聯網質量的度量方法與評價體系（申請代碼1選擇管理科學部所屬申請代碼）。

　　針對應用于各種場景下的大規模工業互聯網複雜性和多樣性評價參數難以獲取的問題，探索多維度、多尺度的工業互聯網質量度量指标體系，研究适用于多種工業互聯網場景的度量模型，實現對工業互聯網質量的全面定量或定性評價；研究工業互聯網質量的分析評估建模理論及方法，綜合評估工業互聯網人機物料法環全要素的可适配性問題。面向典型工業應用場景開展關鍵技術應用驗證。

　　（二）重點支持項目。

　　圍繞核心科學問題，以總體科學目标為牽引，2023年對于前期研究成果積累較好、對總體目标在理論和關鍵技術上有較大貢獻、具備産學研用合作基礎的申請項目，将以重點支持項目方式予以資助，重點支持方向如下。

　　1.面向遠海遠域産業鍊的跨時空高可靠傳輸與組網技術（申請代碼1選擇信息科學部所屬申請代碼）。

　　面向遠海遠域等全球制造場景，聚焦全球産業鍊的全要素安全可靠互聯、生産制造流程的柔性重構等難點問題，研究基于低軌星座的全球制造鍊跨時空全要素互聯模型與機理；研究地海天跨域協同的高可靠并發信息分發技術，實現遠海遠域制造場景下的差異化、大規模高可靠傳輸；研究多維時空信息輔助的星地資源協同調度技術，實現對緊急任務及重要環節的精準定位；研究異構業務下的制造鍊信息高效協同計算技術，解決制造鍊協同敏捷實時響應與星上處理資源嚴苛受限的矛盾。選取典型遠海、遠域（例如沙漠無人區等）産業鍊場景開展驗證，滿足典型場景的組網節點數量不小于100萬個，信息傳輸可靠性不低于99.99%等關鍵指标。

　　2.面向規模化離散制造的異構生産資源協同控制與智能優化（申請代碼1選擇信息科學部或工程與材料科學部所屬申請代碼）。

　　針對規模化離散制造異構協同場景中動态高并發智能優化難等瓶頸問題，構建異構生産要素多維态智能融合感知模型；研究高确定性工業互聯網架構與異構生産資源管理技術，實現業務時延與時序服務質量确定的生産資源協同控制；研究高實時、強魯棒的異構組合設備智能調度算法，實現通信-計算-作業的高可靠一體化。選取汽車零部件制造等典型規模化離散制造場景開展關鍵技術驗證，支持不少于50類PLC和CNC控制系統的異構設備通信與協同控制，在聯設備不少于500台，離散智能制造系統中單任務的網絡通信、控制與計算的合計延時低于0.01秒，提升系統生産效率20%以上。

　　3.面向工業互聯網柔性制造系統的優化算法理論及穩定性分析（申請代碼1選擇數理科學部所屬申請代碼）。

　　面向工業互聯網柔性化制造流程的敏捷性和穩定性要求，探索制造系統柔性協同的物理機理，建立生産、輸送和資源調度一體化數學模型和優化決策理論，實現工業互聯網柔性制造全流程雲-邊-端高效協同與大規模任務需求精準适配；研究穩定高效的在線自适應優化算法，實現優化算法的穩定性快速分析與自适應生成。針對柔性制造典型應用場景開展理論與方法驗證，實現大規模柔性制造任務需求下秒級任務規劃與資源調度，降低任務延遲時間20%以上，提高生産效率20%以上。

　　4.工業互聯網輕量化智能軟件體系架構（申請代碼1選擇信息科學部所屬申請代碼）。

　　針對工業互聯網雲-邊-端下行應用場景，研究智能軟件構建方法，突破融合IT-OT的業務語義數據建模、支持雲上實時機器學習的數據副本機制、學習模型邊緣敏捷部署、數據模型算法三者協同管理等關鍵技術，構建層次化、輕量化軟件架構體系，結合複雜裝備智能維護、協同制造、跨域融合等典型場景，開展軟件理論、方法與架構的有效性驗證，顯著提升工業互聯網智能軟件開發與運行效率，感知工況規模千萬以上，機器學習節點數據同步時間小于1毫秒，邊緣模型更新速度達到秒級。

　　5.基于工業互聯網的複雜産品研發制造運維一體化管理技術（申請代碼1選擇管理科學部或工程與材料科學部所屬申請代碼）。

　　圍繞基于工業互聯網的複雜産品研發制造運維全生命周期一體化運作的重大需求，針對數字化網絡化智能化環境下協同流程構建、跨類型模型融合、自組織決策等問題，研究複雜産品研發制造運維一體化運作的價值關系與協同機理、跨生命周期的研制疊代優化與運行機制、多級閉環決策體系與智能決策方法、數據驅動的一體化協同流程構建方法、全過程智能優化與自适應控制方法，構建基于工業互聯網的研發制造運維一體化管理新模式。面向航空、航天等重大裝備研制的典型場景，開展基礎理論與方法的有效性驗證，縮短複雜新産品研發周期15%以上，降低非固定制造成本20%以上。

　　6.面向大規模定制的協同感知與柔性調控理論與關鍵技術（申請代碼1選擇信息科學部或管理科學部所屬申請代碼）。

　　面向大規模定制的工業互聯網生産全要素信息精準感知與自适應調控需求，針對協同制造場景下分布式融合感知與高精度柔性調控等難題，研究工業互聯網超低功耗協同感知模型、多目标耦合機理與分布式推理機制；探索大規模定制化制造網絡的多重入閉環與時空解耦特征，研究強不确定性下複雜工業網絡的輕量化建模、分析與牽制協同控制理論，建立敏捷響應與彈性供給的生産鍊調控技術與方法體系；面向裝備制造、流程工業、汽車、電子等典型大規模定制應用場景，在不少于2個行業開展協同感知與柔性調控理論方法與關鍵技術應用驗證，實現邊緣側智能控制模塊吞吐量不少于每秒10萬條數據更新、控制指令間隔不高于10毫秒、控制任務響應準确率不低于95%。

　　（三）集成項目。

　　在本重大研究計劃前期布局和資助成果的基礎上，集中優勢力量，圍繞以下方向進行集成，力争實現跨越發展。

　　1.基于新型工業互聯網體系架構的全要素按需協同互聯集成演示驗證（申請代碼1選擇信息科學部所屬申請代碼）。

　　面對大規模生産要素的工業場景複雜性、動态性、多樣性等特點和生産任務無人化、協同化、柔性化等需求，通過集成本重大研究計劃前期布局項目的研究成果，重點圍繞生産全要素按需協同互聯的新型工業互聯網體系架構、面向全鍊條生産要素動态交互關系的工業互聯網信息模型及其網絡化表征、扁平化分布式的融合型标識解析體系、知識-數據模型聯合驅動的全要素感知接入與群智協同交互控制、通感算資源跨域跨鍊的高效協同交換與按需适配調控、大規模高效協作的新型智能網元及分布式操作系統、基于數字孿生的工業互聯網服務平台等新模式、新機制、新理論與新方法，深化未來工業互聯網生産全要素按需協同互聯與融合集成等問題的研究；依托工業互聯網創新數字孿生驅動的生産全要素管理與決策一體化模式，形成滿足新型體系架構和信息模型要求的未來工業互聯網集成系統，構建支撐生産全要素與全産業鍊資源高效協同的未來工業互聯網技術體系與演示驗證環境，并在裝備制造、消費電子、交通、冶金、化工、礦山等行業中的不少于3個典型應用場景開展創新應用示範，促進前期布局項目研究成果加速轉化落地。

　　2.生産制造流程的柔性構造理論方法與技術集成演示驗證（申請代碼1選擇工程與材料科學部或管理科學部所屬申請代碼）。

　　面向設計制造一體化的個性化定制與敏捷制造模式，通過集成本重大研究計劃前期布局項目的研究成果，重點圍繞多品種變批量柔性生産過程中分布式資源調控機制、多變量誤差傳播與耦合機理，面向生産系統柔性重組的軟件可定義的設備、安全工控網絡和互操作總線、可制造性的工藝設計，全流程多類型跨尺度生産質量調控、小樣本生産數據驅動工藝優化，以及多層級多維度柔性制造系統可靠性建模與辨識等新模式、新機制、新理論與新方法，深化工業互聯網柔性構造與動态調控、可重構的設計制造協同優化、質量精準評價與數字化追溯等問題研究，依托複雜動态工業場景柔性制造全流程協同調控與質量控制新模式，構建支撐生産制造流程柔性構造的技術體系與驗證環境，并在航空、航天、裝備制造等不少于3個行業中的典型應用場景開展創新應用示範，促進前期布局項目研究成果加速轉化落地。

　　四、項目遴選的基本原則

　　為确保實現總體目标，本重大研究計劃要求研究内容必須符合指南要求，把握工業互聯網發展趨勢，結合工業互聯網的實際問題，提煉基礎科學問題開展創新性研究。

　　（一）要求研究與未來工業互聯網相關的基礎科學問題，即在申請書中需要明确解釋研究對象的具體應用場景及需求，需要明确研究問題對全要素互聯的結構化組織機理、生産制造流程的柔性構造理論與方法、産業鍊與價值鍊的網絡化調控原理等核心科學問題的貢獻。

　　（二）在闡述國際發展的最新态勢及該方向在重大研究計劃支持下已經取得的重要進展基礎上，要歸納提煉明确的科學問題。

　　（三）針對科學問題，研究隊伍要有明确的分工，發揮各自優勢，開展聯合攻關和協作研究，形成有機的研究鍊條，建議積極吸納工業互聯網用戶單位為項目參與單位。

　　（四）要明确對實現重大研究計劃總體目标和解決核心科學問題的貢獻。

　　（五）要明确具體應用場景，研究目标中應包含可量化、可考核的指标。

　　五、2023年度資助計劃

　　2023年度拟資助培育項目8項，直接費用資助強度約為80萬元/項，資助期限為3年，申請書中研究期限應填寫“2024年1月1日-2026年12月31日”；拟資助重點支持項目6項，直接費用資助強度約為230萬元/項，資助期限為3年，申請書中研究期限應填寫“2024年1月1日-2026年12月31日”；拟資助集成項目2項，直接費用資助強度約為1000萬元/項，鼓勵申報單位和地方政府部門按照1:2配套，資助期限為2年，申請書中研究期限應填寫“2024年1月1日-2025年12月31日”。

　　六、申請要求及注意事項

　　（一）申請條件。

　　本重大研究計劃項目申請人應當具備以下條件：

　　1. 具有承擔基礎研究課題的經曆；

　　2. 具有高級專業技術職務（職稱）。

　　在站博士後研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。

　　（二）限項申請規定。

　　執行《2023年度國家自然科學基金項目指南》“申請規定”中限項申請規定的相關要求。

　　（三）申請注意事項。

　　申請人和依托單位應當認真閱讀并執行本項目指南、《2023年度國家自然科學基金項目指南》和《關于2023年度國家自然科學基金項目申請與結題等有關事項的通告》中相關要求。

　　1. 本重大研究計劃項目實行無紙化申請。申請書提交日期為2023年9月13日－9月19日16時。

　　（1）申請人應當按照科學基金網絡信息系統中重大研究計劃項目的填報說明與撰寫提綱要求在線填寫和提交電子申請書及附件材料。

　　（2）本重大研究計劃旨在緊密圍繞核心科學問題，将對多學科相關研究進行戰略性的方向引導和優勢整合，成為一個項目集群。申請人應根據本重大研究計劃拟解決的具體科學問題和項目指南公布的拟資助研究方向，自行拟定項目名稱、科學目标、研究内容、技術路線和相應的研究經費等。

　　（3）申請書中的資助類别選擇“重大研究計劃”，亞類說明選擇“培育項目”、“重點支持項目”或“集成項目”，附注說明選擇“未來工業互聯網基礎理論與關鍵技術”，根據申請的具體研究内容選擇相應的申請代碼。

　　培育項目和重點支持項目的合作研究單位不得超過2個，集成項目的合作單位不得超過4個。

　　（4）申請人在申請書“立項依據與研究内容”部分，應當首先說明申請符合本項目指南中的拟資助研究方向，以及對解決本重大研究計劃核心科學問題、實現本重大研究計劃科學目标的貢獻。

　　如果申請人已經承擔與本重大研究計劃相關的其他科技計劃項目，應當在申請書正文的“研究基礎與工作條件”部分論述申請項目與其他相關項目的區别與聯系。

　　2. 依托單位應當按照要求完成依托單位承諾、組織申請以及審核申請材料等工作。在2023年9月19日16時前通過信息系統逐項确認提交本單位電子申請書及附件材料，并于9月20日16時前在線提交本單位項目申請清單。

　　3. 其他注意事項。

　　（1）為實現重大研究計劃總體科學目标和多學科集成，獲得資助的項目負責人應當承諾遵守相關數據和資料管理與共享的規定，項目執行過程中應關注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關系。

　　（2）為加強項目的學術交流，促進項目群的形成和多學科交叉與集成，本重大研究計劃将每年舉辦1次資助項目的年度學術交流會，并将不定期地組織相關領域的學術研讨會。獲資助項目負責人有義務參加本重大研究計劃指導專家組和管理工作組所組織的上述學術交流活動。

　　（四）咨詢方式。

　　國家自然科學基金委員會信息科學部信息科學二處

　　聯系電話：010-62327929，62327807，62327090