要素联接是客观世界普遍现象

生态系统天启万物互联

大千世界，万物互联。负阴抱阳，始长遂成。生生不息，永远如斯。

自然界首先映入我们眼帘的是生态系统，这个生态系统是指在自然界的一定空间内，生物与环境构成的一个相互影响、相互制约并在一定时期内处于相对平衡稳定的统一整体。

一个完整生态系统包括生物系统和无机环境两大组成部分，生物系统包括生产者、消费者和分解者。生产者主要指能够通过光合作用把无机物变成有机物的植物，为植物本身和其他生物提供物质和能量；消费者主要指以植物或（和）动物为食物的各种动物，它们对促进生物圈中的物质循环起到重要作用；分解者是指细菌和真菌等营腐生的微生物，它们能将动植物残体中的有机物分解成无机物并归还无机环境，促进了物质循环。无机环境包括阳光、空气、水、土壤等，以及它们所形成的多种环境参数，如温度、气压、湿度、酸碱度等。生态系统要素之间的关系如图1-1所示。

在图1-1中，把每一个框的组成部分或不同框中的不同组成部分重新组合，它们都将是一个复杂生态系统。例如在消费者中的人是处于生物链顶端具有智慧的杂食动物，人可以建设和驾驭人造系统，人造系统也可以单独或与其他系统一起组成不同的生态系统。

如果把生态系统中的生产者比喻为供给侧或者工业互联网解决方案的提供者，把消费者比喻为需求侧或者工业互联网解决方案的应用者，把分解者比喻为工业互联网的参与者或利益攸关方，就可在生态系统与工业互联网之间建立类比关系。受此启发，作者提出了工业互联网生态系统概念。

生态系统是一个包罗万象，各要素充沛、相互联接、相互作用、共生共存的奇妙世界，其本身或其中一部分，都是一个极其复杂、在人类诞生之前就已经存在着万物互联的“互联网络”世界。

从生态系统视角看，生态系统之万物在时空中处于生物链网上的某个结点上，结点之间流动着物质、能量、信息，形成了复杂的原生“互联网络”。原生“互联网络”的基本形式启发了我们构建互联网。

从生物智能视角看，植物具有某种感知外界环境参数的本能，如感觉到春天来临，种子开始发芽生长，感觉到阳光照射，叶子和花朵向阳绽放。生物感知外部环境参数并自我调节生存策略的能力，启发了我们建设工业互联网的思路。

从词语系统视角看，人用图文符号来表述自然界万事万物，概念和术语之间的网络关系映射到语义体系中，形成了词网（wordnet）和语义网络。

从人造系统视角看，人造系统有两个进化趋势：一个是物理实体系统中逐渐增加数字虚体，形成数物融合，这是人造系统网络化的基础；另一个是从单系统发展到网络化系统，即要么系统本身即网络，要么系统包含网络要素。人造系统网络化趋势如表1-1所示。

从社会系统视角看，人在社会系统中，除了家族血缘关系之外，从事社交、生产活动而产生的人与人之间的关系，形成了复杂的人际关系和企业实体协作关系网络。

从经济运行视角看，工业实体中知名大企业构成了工业躯体大动脉的大循环，中小微企业构成了工业躯体微型血管的微循环。当微循环淤塞甚至停滞时，大动脉也会出问题，工业躯体就会呈病态，无法保证自身良性发展。

从时空基准视角看，整个生态系统处于一个四维世界（x,y,z,t）中，任何系统都需要定时定位。例如中国计量科学研究院的铯原子喷泉基准钟（NIM6）精度达到每5400万年差1s。北斗的铷原子钟精度为每300万年差1s，授时精度为10～20ns，定位精度为2～3m。如此高精度定时定位，为万物互联确定了时空基准，提供了“天网”叠加“地网”、以确定性引领不确定性的可能性。

网络结点之间的联接，是生态系统的客观存在，是系统走向智能的第一性原理。没有足够的系统内外部联接，就没有物质、能量、信息的有效交换，系统就会缺乏生机，变得僵化。当系统结点之间建立了越来越多的联接，物质、能量、信息流动越来越频繁，系统就会充满生机，形成的动态价值流就会顺畅和增值。

按照精确时空关系，广泛联接系统内外部多元化要素，是一个系统发展演变、转型升级的基本方法论。

互联网络映射世间万物

从发展进程来看，人类是在向自然界原生“互联网络”学习的过程中，先建设了人造世界线下互联网络，然后建设了人造世界线上互联网络。互联网络映射了世间万物的联接内涵与外在形态。

按照词网的术语分类，如果把“互联网络”作为一个表示总类的上位词，在它下面还有很多子集（下位词），在子集下面还有更低层面的子集等。把互联网络的子集和子集的子集等都展开表达之后，将会发现互联网络是一套包含了很多子集和层次的术语体系，如图1-2所示。

互联网络体系有如下子集：①自然界客观存在的原生“互联网络”，如由自然界诸多要素构成的生态网络属于自然系统；②人造互联网络，如交通网、燃气网、电网等属于物理系统；③语义网属于知识系统；④人际关系网属于社会系统；⑤人造线上互联网络，如由社交/消费互联网和万维网组成的因特网、卫星网、互联网属于赛博系统；⑥工业互联网/工业物联网属于赛博物理系统（Cyber-Physical System, CPS）；等等。该术语体系仍在扩展中。

作者认为有必要在互联网络术语体系基础上加深对互联网络的认识，既要认识到互联网络体系中各个子集的共性——都是以某种要素作为结点，结点之间以物质、能量、信息的互动、传输、反馈、从属或派生等相互作用形式，建立了有形或无形的联接关系，形成了某个网络子集；又要认识到各个子集的差异性——所联接终端要素的本质不同，由此带来技术构成、网络属性和应用门槛的巨大差异。这样所有探讨和应用互联网络的人能够建立一个基本共识，即彼此都知道是在说互联网络的哪个子集，哪个层面，哪种结点，哪种关系。

长期不加区分地混用互联网和因特网，造成两个问题：第一是二者在中文词义上趋于等同；第二是因特网本是互联网的子集，但是现在绝大部分人认为互联网就是社交/消费互联网，反倒使互联网降级为因特网的子集。

人们频繁使用的“互联网”一词并不代表整个互联网络。从图1-2看，互联网、因特网、社交/消费互联网与工业互联网显然不属于同类：前者以人造数字原生系统（如电脑、手机等）作为终端联网，后者以人造传统物理系统（如工业实体和企业资源）作为终端联网。二者共性是借助互联网络，遵循特定通信协议，用适配的应用软件来生成、处理、传输数据，让数据创造经济价值；二者在应用场景、联接终端、数据种类、模型算法、适用条件、用户群体等都有很大不同。

在互联网络体系中，每个子集都有其形成的历史背景，都有其要完成的特定使命，都有其明确的技术特性和优劣势。不同子集之间的功能难以相互替代，不宜要求一个子集去完成另一个子集所擅长的任务与使命，亦不存在从赛博系统“上半场”自然过渡到赛博物理系统“下半场”的路径，即不可能用社交/消费互联网来完成工业互联网的任务与使命，反之亦不可能。但是二者之间可以相互借鉴，优势互补，对接融通，彼此成为生态合作伙伴。

网络生态彰显各层优势

物质能量网络：实体生态

线下互联网络有物质能量网络，其基本构成要素包括但是并不限于人造基础设施、系统组件和“机-料-法-环-测”等资源。物质能量网络构成了实体生态，孕育了ET（工程技术）等。例如：

1）交通网。交通网以陆路、水路、空路等交通设施作为交通点，由连接各个交通点之间的交通线构成。

2）物流网。物流过程由货物运动过程（运送）和相对停顿过程（仓储、停放等）组成，形成物流网。

3）组件网。组件网描述了复杂产品零部件及生物体中细胞之间的联接关系、功能关系、知识关系、维修关系等。

4）能量网。能量网中的电网是在各种（水、火、核、风、光、氢等）电力系统中由输配电线路和各种电压的变电所组成的超级网络系统。还有诸如星际之间的引力场等其他形式的能量网。

信息控制网络：数据生态

线上互联网络属于信息控制网络，它们与芯片、软件等形成了复杂的数据生态，孕育了IT（信息技术）、CT（通信技术）。其作用是以软件操控比特数据，将数字化数据/信息/知识送到所需之处。例如：

1）电信网。现代电信网由固定电话、移动电话、卫星电话和电脑等数字终端组成，已与因特网融合。

2）广电网。广电网是通过无线电波或通过导线向广大地区播送音频、视频节目的数字传播媒介网络。

3）互联网（internet）。互联网是网络与网络串联形成的庞大网络，这些网络以通用的协议相联，形成逻辑上的单一巨大国际网络。该网络使各种可以通信的设备联网，包含因特网、万维网、广域网、城域网、局域网、物联网、以太网等，网络终端是各种带有计算内核的数字原生设备。

4）因特网（Internet）。因特网是由PC、手机、平板、服务器等各种电脑，按照线路和TCP/IP实现电子数据传输的硬/软/网件的集合体，它提供了万维网（WWW）、文件传输（FTP）、电子邮件（e-mail）、远程登录（telnet）等服务。

5）数联网。数联网是基于软件定义方法，通过以数据为中心的开放式软件体系结构和标准化互操作协议，将各种异构数据平台和系统连接起来，在“物理机器”互联网之上形成的“虚拟数据”网络。

6）物联网（IoT）。物联网不仅是物与物的联网，它能实现人与人、人与物、物与物的万亿级终端的联接。物联网联接的触角已经延伸到数字终端以外的广义“物”（thing），属于数物融合网络。

知识服务网络：认知生态

知识包含了海量的概念/术语。由概念/术语组成的结点之间呈现出网络化、体系化的特征。概念/术语类的知识，具有不同的层次关系、联接关系和从属关系，描述这种网络化概念/术语的层次、联接、从属的关系的理论是本体论。将本体论做可视化展示的技术有词网、语义网和知识图谱等。

本体论可将错综复杂、游离零散的概念/术语（信息片段）都按照同义关系和层次关系全部关联组织在一起，形成有用的“信息链”和“信息网”，即知识服务网络。由于概念/术语之间彼此关联，不再出现断点，因此从任何一个信息结点出发，都可以沿着某个路径到达所有其他的信息结点，实现了创新的知识组织方式。在语义网基础上，利用“软件+AI”技术来解析和设定关键词检索式，可以由此及彼、由彼及它地找到任何一个信息结点，并将不同数字化信息组合为数字化知识，服务于各种业务活动。

人际关系网络：社交生态

人类社会活动中的人际关系、实体协作关系网络等是极其复杂的，关系就是网络，网络形成社交生态。例如：

1）人际关系网。人际关系网是为达到特定目的，人与人之间进行信息交流的关系网。结点是网络中的人，语言和图文等串接了交流方式和内容。

2）实体协作关系网。大型企业、中小微企业、家族式作坊、地域性专业群体等实体成员之间，都有形式多样的经营、协作关系网。结点是网络中的企业实体，订单串接了企业实体之间的交流方式和内容。

大脑意识网络：思维生态

1）脑内意识网。人脑中大约数百亿个脑细胞之间相互连接，构成巨大而高效的网络体系，在狭小空间内实现了超级、高效的联接。人类文明在脑内意识网络中建立和传承。因为文明并不仅仅是物理实体、数字虚体的总和，还必须包括“意识人体”的智慧。本书所强调的数字文明，其源头应同时来自物理实体、意识人体和数字虚体的文明，尤其是人类意识文明。

2）脑际意识网。美国华盛顿大学在2015年第一次通过实验证实，一个人可以用自己的意识去控制另一个人的意识。人的意念和思维是一种生物场，可以转换成电磁波发送和接收，可以通过网络传输，未来可能影响社交生态。

多网叠加融合持续创新

综合上述实体和非实体网络，按类分层，作者给出一个“五层互联网络”示意图，每层仅用某种代表性要素图示表达该层内容，如图1-3所示。

“五层互联网络”是一个分层明确、内容丰富的网络生态体系，由作者在《三体智》中首次提出。多年来“五层互联网络”一直在叠加、融合，呈现以下发展趋势：

1）共生与模仿关系。原生互联网络、线下人造互联网络、线上人造互联网络，以物质、能量、信息等多种形式共存于客观世界，形成丰富的网络生态。线上互联网络通过学习、模仿线下互联网络发展而来。未来有可能通过模仿而产生更多的互联网络创新。

2）层级划分关系。物质能量网络位于第一层，其核心是产业实体，既是关乎国计民生的立国之本，也是上面四层的生存基础。信息控制网络在第二层，知识服务网络在第三层，人际关系网络在第四层，未来的脑际意识网络将占据顶层。第一层属于实体类，上面四层属于非实体类。

3）层级依存关系。“物质基础决定上层建筑”是基本原则，上面四层网络的发展都依赖于第一层，同时也要服务于第一层。每一层也会关联或服务于其他层。第一层则依赖于整个生态系统（见图1-1）。

4）叠加融合次序。由不同要素构成的不同层级网络之间呈现出彼此叠加、嵌套、交汇和相互融合的趋势。“先易后难”的技术原则和经济性制约，决定了叠加、融合的发展次序。

同层内要素的规模化、体系化、管控化的过程相对容易实现。无论是实体类网络还是非实体类网络，每一层都试图联接更多的同质要素作为网络终端（结点）。例如，实体类物质能量网络要联接更多的机器等工业端，非实体类网络的信息控制网络要联接更多的电脑和数字终端。期间，因为物理实体机器在追求自动化的进程中，从基于挡板、丝杠、计时器、电气开关的机械式和机电式自动化，逐步演变发展到模电自动化、数电自动化，再发展到基于芯片、单板机的自动化，物理机器融合电脑技术，形成了PLC、SCADA、DCS[2]等OT（运营技术）。在第三次工业革命时期，OT一直是相对独立、固化的，因此，业界习惯上把OT类工控网络划归到实体类物质能量网络层。

非实体类的不同网络层之间比较容易发生叠加和融合。在长期的资料要素数字化进程中，知识、信息、数据和人际关系等，都已经被比特数据解构/重构为数字化信息，进入了电脑和手机，与软件融合，成为微信、领英、淘宝、维基百科、电子游戏、电子银行等社交与消费网络软件；工业知识、技术、经验、技巧、最佳数据等，与软件融合产生了各种工业软件。目前，在所有非实体网络层之间，仍在不断发生消费、知识、工业技术软件化等新融合，诞生着诸如字节跳动、抖音等应用软件以及各种工业App（也称工业爱普）。

较迟发生的，是实体类与非实体类网络之间的叠加、融合，例如IT、CT与OT、ET等相互融合，基于CPS的网络化、智能化的过程，产生了工业物联网、工业互联网、智能制造等各种企业数字转型解决方案。

实体类与非实体类网络叠加、融合较迟发生的原因，是实体类网络既包含了复杂的企业实体之间的上下游供应链网络、产业集群业务合作关系网络、物流网络等，又包含了天量的产品、生产装备等产品实体；实体数字化进程有较高技术门槛甚至是专业知识鸿沟，涉及的专业种类繁多，技术难度较大，描述的知识总量巨大，处理的数据种类多且数据量极大。因此非实体类网络进入到实体类领域并与实体网络相互叠加、融合是非常困难的，必须等到条件具备时才能实现。

作者在《铸魂》中提出了新工业革命所具备的五大特征，实际上就是上述叠加、融合的内外部条件，如传感器变得更便宜、工业软件可以定义数字空间和物理空间的产品形、态、“人智（人类智力）”转成“机智（机器智能）”后临近爆发状态（例如产品中软件成本占比过半）、企业大范围远程（超出企业边界）管控设备的需求不断增长。

实体类与非实体类网络叠加、融合，属于高难度的跨界集成创新，正在创造出无穷多的创新机会、创新活动和创新成果。

5）融合结果再融合。上述叠加、融合形成的新技术、新模式、新业态等创新事物，彼此之间还可以再次叠加与融合，产生更多的集成创新事物，直至全球的物理实体、意识人体、数字虚体全部进入互联网络，形成真正的“人类命运共同体”，将会极大地改变社会形态，推动工业文明发展到数字文明，造福全人类。

普天之下，万物之间，虚实系统，从大到小，处处有网。网内有网，网外有网，网上有网，网网叠融。

基于“五层互联网络”模型来分析、认识和建设工业互联网，将会加深对工业互联网的理解，促进系统性思考，避免出现基本概念和内涵上的偏差。