【PDF】工业互联网发展与工业互联网联盟展望-阿里巴巴技术文档

工业互联网发展与工业互联网联盟展望欧洲数字化工业/数字化产业行动计划先进制造战略工业互联网制造业创新2欧洲数字化工业/数字化产业行动计划先进制造战略工业互联网制造业创新2互联网+互联网+中国制造2025信息化战略纲要制造业白皮书制造业白皮书拉脱维亚波兰荷兰比利时捷克奥地利希腊葡萄牙意大利西班牙芬兰法国瑞典英国丹麦提升产品价值提升生产效率提升产品价值提升生产效率产业智能化升级生产组织方式智能化变革生产生产仿真工艺仿工艺仿真技术动力：互联网、物联网、移动互联、大数据、云计算、机器人、3D打印、人工智能、增强现实……核心是工业互联网/CPS（信息物理系统）3万物互联大数据人工智能4万物互联大数据人工智能4云计算互联网互联网学术科研生活服务生产服务工业互联网/提出PC互联网商用移动互联网产业互联网工业互联网/提出PC互联网商用移动互联网产业互联网 +工业互联网的源起：美国先进制造、CPS和工业互联网2011年，美国提出先进制造战略2012年3月，美国CPSWorkshop)、空管系统百年变局：电力驱动、电子控制、连接( 2012年，GE提出工业互联网2012年12月，NIST发布关于CPS的声明2013年以后，工业互联网成为先进制造战略的重要内容5国民经济和社会发展“十三五”规划纲要加强国民经济和社会发展“十三五”规划纲要加强工业互联网设施建设、技术验证和示范推广，推动“中国制造+互联网”取得实质性国家信息化发展战略纲要推动工业互联网创新发展。加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线推进智能制造为主攻方向工业互联网为重要支撑2025迈入制造强国行列建国100年2035整体达到世界制造强国阵营中等水平综合实力进入世界制造强国前列—增强制造业创新能力作为核心任务—推进两化深度融合作为战略制高点—强化基础能力作为提升制造业整体水平‘7数据计算与处理数据采集端管云 网络化协同个性化定制预测性运维产品良率资产优化设计协作供应协作C2B定制智能服务虚拟仿真智能控制智能管理B2B定制基于数据自决策自执行数据计算与处理数据采集端管云 网络化协同个性化定制预测性运维产品良率资产优化设计协作供应协作C2B定制智能服务虚拟仿真智能控制智能管理B2B定制基于数据自决策自执行跨设备跨系统跨企业数据共享基于数据的建模与智能分析数据连接与传输工厂/企业外互联工厂/企业内互联信息/生产系统互联工厂/企业内专有云外部专有云/公有云数据智能智能制造智能制造全面互联全面互联工业/产业基础先进材料先进工艺行业经验/知识/技能其它基础…8工业互联网提供了智能制造和产业智能化所需的技术要素，是新型球工业系统全方位深度融合集成所形成的控制系统、信息系统、人之间的泛在联接现海量工业数据的集成、处理与分析—工业互联网是新模式新业态，实现智能化生产、网络化协同、个性化定制和服务协同…工厂/企业外网络/工厂/企业外网络/全球互联网络 工厂/企业端到端到端数据流动智能产品智能模块产品实体网络化协同个性化定制产品服务化数据分析软件应用基于算法和模型实现工业数据分析和决策 互联网工业云平台智能化生产互联网互联网为海量数据的集成、计算处理及应用开发提供资源实现海量泛在多样工业数据智能产品智能模块产品实体网络化协同个性化定制产品服务化数据分析软件应用基于算法和模型实现工业数据分析和决策 互联网工业云平台智能化生产互联网互联网为海量数据的集成、计算处理及应用开发提供资源实现海量泛在多样工业数据的实时传输 平台反馈新型网络（工厂内/工厂外）智能工厂智能设备智能模块分布于工业系统各层的计算处理能力市场市场用户协作协作企业IT系统OTIT系统OT系统ERP、MES等传统工业软件工业数据平台智能机器智能模块生产装备基于仿真、大数据的新型工业软件基于仿真、大数据的新型工业软件安全隔离工厂内网络安全隔离智能控制系统智能模块智能模块传统工业控制模块工厂内网络工厂内网络智能机器智能机器智能模块生产装备99系统级智能单点智能/自动化、数字化系统级智能单点智能/自动化、数字化智能制造智能化生产智能产品智能服务网络化协同个性化定制服务化延伸工业互联网(工业物联网/工业CPS)新材料数据互联基于数据的仿真建模基于数据的生产控制基于数据的运营决策新工艺工业互联网提供了全流程、全产业链、全生命周期的系统工业互联网体系架构是事关发展主动权的制高点和顶层设计，是对重大需求、核心功能、关键要素的明晰和界定，是对工业互联网自上而下进行的前瞻性、系统性、战略性谋划，决定着工业互联网技术路径选择、产业布局方向和全球发展格局。其核心是要建立工业互联网总体视图，形成工业互联网发展的顶层设计，以指导工业互联网相关技术研发、标准研制、试验验证、系统集成和形成内生闭环快速反馈和迭代参考架构形成内生闭环快速反馈和迭代参考架构同步驱动各项工作主要内容定义架构定义架构现状存在的问题发展趋势现状存在的问题发展趋势指导单位：工业和信息化部牵头编写单位：中国信息通信研究院参与编写单位：中国电信集团公司、华为技术有限公司、中国科学院沈阳自动化研究所、三一集团有限公司、海尔集团公司、阿里云计算有限公司、中国航天科工集团公司、北京奇虎360科技有限公司、中国移动通信集团公司、中兴通讯股份有限公司、清华大学、网神信息技术（北京）股份有限公司、北京中数创新科技股份有限公司12数据：本质是数据智能在工业数据：本质是数据智能在工业中的全周期应用，包括“采集交换-集成处理-建模分析-决策与控制”，形成优化闭环，驱动工网络：本质是实现数据智能的网络基础，包括网络互联、标识安全：本质是工业/产业互联网各个领域和环节的安全保障，包括设备安全、控制安全、网络安三大智能化闭环：智能生产控制、智能运营决策优化、消费需求与生产制造精确对接总体架构车间/工厂/企业用户（消费者/企业用户）企业内互联网应用支撑体系工业互联网应用服务体系系统标识解析体系互联网工厂外网络工厂内网络互联网应用支撑体系工业互联网应用服务体系系统标识解析体系互联网工厂外网络工厂内网络智能机器智能终端智能工厂31互联体系/(TCP/IP)31互联体系/(TCP/IP)基于IPv4/IPv6实现全球互联应用服务体系/（万维网/Web)22DNS体系/(神经系统)利用DNS实现域名到IP地址翻译21网络互联体系在工业以太网基础上的IP化、无线技术应用、网络虚拟化21网络互联体系在工业以太网基础上的IP化、无线技术应用、网络虚拟化3应用支撑体系3(物维网、应用协议、数据连接)标识解析体系利用标识解析系统实现标识到地址映射服务化延伸智能化生产个性化定制传感器数据工厂管理数据企业经营数据协同化组织服务化延伸智能化生产个性化定制传感器数据工厂管理数据企业经营数据协同化组织•工业互联网数据体系，实现数据的多源采集、融合分析和智能应智能应用融合分析多源数据工业数据平台工业数据平台采集交换集成处理建模分析决策控制机器运行数据机器运行数据决策与控制应用（支撑工业互联网各个环节应用）服务化制造服务化制造智能化生产仿真测试运营分析管理分析市场分析数据建模与分析（在数字空间对工业系统进行分析预测）运营分析管理分析市场分析流程分析产品数据供应链数产品数据供应链数数据采集与交换（实现工业各环节数据的交换与互操作）物理系统（数据来源）③②⑤设备智能化击之下设备安全④应用安全协作企业智能工厂工业云平台···工业机器人③②⑤设备智能化击之下设备安全④应用安全协作企业智能工厂工业云平台···工业机器人 SCADA工程师站/操作员站HMI···工厂内网工业机器人智能传感器SCMMESCRMERP控制环境开放化使外部互联网威胁渗透到工厂控制环境控制安全网络IP化、无线化以及组网灵活化给工厂网络带来更大安全风险网络安全工业云平台工业云平台 工厂外网数据的开放、流动和共享使数据和隐私保护面临前所未有的挑战数据安全使生产装备和产品直接暴露在网络攻①扩展：新的商业模型3工业物联网核心驱动：数据2基础：互联与互操作安全1基础设施扩展：新的商业模型3工业物联网核心驱动：数据2基础：互联与互操作安全1基础设施美国IIC工业互联网架构（IIRA）我国工业互联网联盟（AII）架构··互联网视角：变革、颠覆、重构互联网视角：变革、颠覆、重构工业视角：渐进、改良、升级核心问题：如何实现和实现何种深度的互联？如何实现和实现何种程度的数据智能？（纵向集成、横向集成、端到端集成实现到何种程度？）智能服务/智能生产系统核心：商业模式引领的智能化变革协作企业产品模式一：生产优化模式二：柔性生产模式三：供应链协同模式四：网络协同和智能服务/智能生产系统核心：商业模式引领的智能化变革协作企业产品模式一：生产优化模式二：柔性生产模式三：供应链协同模式四：网络协同和云制造模式五：安全监测模式六：产品全生命周期管理4837模式七：C2B/B2B规模化定制生产模式八：智能化产品服务智能工厂/智能生产系统核心：生产方式引领的智能化变革用户用户产品生产与管理产品生产与管理技术支持技术支持产品服务售后维护增值增值服务产品设计产品设计6621运营管理软件系统生产制造执行系统工业自动化系统IT层安全管控系统521运营管理软件系统生产制造执行系统工业自动化系统IT层安全管控系统5生产生产环境生产现场生产线装备产品设计仿真分析虚拟生产人员监控生产可视化、制造工艺优化、生产流程优化、产品质量生产可视化、制造工艺优化、生产流程优化、产品质量追溯、设备预测性维护和能耗管理等），（厂内纵向互联、纵向数据集成和智能）对设备运行数据、工艺操作数据、质量检测数据、物料配送数据和进度管理数据等生产现场动态实时产生的数据进行采集和存储，通过数据的分析和反馈实现工艺、管理、质量和设备维护的优化。车间级现场级管理优化层工业数据平台工艺优化质量优化设备维护车间级现场级管理优化层工业数据平台工艺优化质量优化设备维护层视频监控测量传感视频监控器RFID识别器可视化终RFID识别器可视化终端状态检测状态检测测 检测装置鸢 检测装置鸢应用场景—产线柔性化改造：实现产线模应用场景—产线柔性化改造：实现产线模块化组合和通用功能单元的复用，节省改造时间，降低改造成本。—产品柔性化生产：单条产线中类似但不同型号的多种产品混合制造，提升生产效率，节省投入成本。案例—海尔互联工厂（厂内深度互联和数据互通，自学习、自决策）借助工艺单元的模块化封装，建立不同设备和异构网络之间的标准接口，实现产线的灵活配置。同时，基于智能传感的在线检测，单条产线可自动调整生产参数来满足多种产品的柔性生产。车间级现场级OT层现场总线机器人系统工艺单元2工艺单元3基于模块组合的产线快速部署，实现功能单元复用根据实时检测的产品特征调用不同工艺参数车间级现场级OT层现场总线机器人系统工艺单元2工艺单元3基于模块组合的产线快速部署，实现功能单元复用根据实时检测的产品特征调用不同工艺参数层对产线进层对产线进行改造以适应新类型产品订单分解工艺分解SCADA号产品在单条产线上的混合生产柔性产线1标准接口局域无线网智能AGV标准接口局域无线网智能AGV工艺单元3标准接口工业以太网智能检测智能检测设备工中心工艺单元1工艺单元2工艺单元1柔性产线2工艺单元1产进度、现场物料消耗情况优化物料管理，实现供货商的精准供货，减少库存面向多品种小批量生产模式,根据订单与销售状况进行库存管理，结合现场物料配送与消耗，优化供货商的供货策略案例能物料仓储管理（跨产业链的横向互联和纵向互联、数据集成分析和智能）利用射频、条形码、图像识别等检测手段对物料进行有效识别和动态跟踪，对企业的仓储物流和生产现场物料管理进行分析优化。在此基础上，通过上下游企业间的信息共享和集成实现与供应链企业的协同，对自身的存货管理和产品销售进行优化。数据网关生产设备识别RFID条形码 有轨仓储RGV 物料信息显示数据网关生产设备识别RFID条形码 有轨仓储RGV 物料信息显示企业外部供应商按生产和库存企业外部供应商按生产和库存的反馈精准供货外部网络订单外部网络物流商外部网关用户物流商外部网关层现场物料管理系统实时监控生现场物料管理系统实时监控生产过程中物料配送和消耗状况OT层物料识别追踪传感耗状况OT层器物料配送物料配送AGV—面向中小企业的第三方云平台—面向中小企业的第三方云平台：提供云设计研发、电子商务、制造资源调度、商机对接等功能—面向产业链协同：协同设研发计、众包设计等案例—第三方云平台：航天云网—网络化协同：中国商飞研发制造网络协同平台—众包设计：海尔“HOPE平台”（基于云的制造资源智能化配置和生产组织）借助企业间互联网络或工业云平台，实现协同设计、众包设计、供应链协同等新型制造模式。企业外部企业内部工业云平台企业外部企业内部工业云平台协作工厂协作工厂协作工厂…MM企业管理网络HSE管理、安全运行优HSE管理、安全运行优化、工业现场安全监控、联动应急指挥、全生命周期环保管理（叠加式互联和数据集成分析）围绕生产现场运行状况、人员行为、环境信息等方面的全面监控与信息集成，实现工厂全面的安全监控、安全生产与环境管理生产…工厂内部定位与通信设备 智能终端智能模块监控系统监测传感器生产…工厂内部定位与通信设备 智能终端智能模块监控系统监测传感器外部网络外部网关消厂外 外部网络外部网关消厂外安全防护管理系统安全防护管理系统运行实时监测安全预警应急指挥监测传感器监测传感器现现场物料物料服务模式6：基于产品数据集成的产品全生命周期管理与优化服务（部分的端到端互联和数据集成）通过对产品在设计、仿真、工艺、制造、服务等环节的数据打通，实现三类应用，一是产品设计方案改变实时反馈至ERP和MES，实现敏捷生产；二是在产品设计与仿真阶段实现对可制造性进行预测；三是产品制造和服务信息反馈至设计环节，优化设计方案工厂物联网境境关外M护工厂内备设计维护与3S口覆盖产品全生命周期、全生产和全供应链的数据集成关外M护工厂内备设计维护与3S口测测关关物料物流物料物流P生产生产通过互联网平台和企业管理系统改造，实现用户需求直接转化为生产排单，开展按需定制化生产用户用户用户企业外部下单互联网根据定单直接向供应商发出物料需求将用户定制化生产需求直接转化为生产排单层供应商SCADA生产物料O用户用户用户企业外部下单互联网根据定单直接向供应商发出物料需求将用户定制化生产需求直接转化为生产排单层供应商SCADA生产物料OT层生产设备生产设备生产设备生产定制平台生产定制平台数据网关数据网关生产设备生产设备案例—智能产品服务案例—智能产品服务：三一重工—智能装备服务：沈阳i5机—服务型制造：威派格智能在产品上叠加智能模块，实现产品连网与运行数据采集，通过大数据分析提供产品预测性维护等监测模块数据集成分析软件智能模块外部网关数据交换监测模块数据集成分析软件智能模块外部网关数据交换智能模块智能模块智能模块智能模块层企业IT工业互联网的实践仍处在起步阶段，路径呈现多元化发展，我国的工业、互联网和其它ICT企业均显现了很好的创新活力路径的选择取决于企业的整体战略和自身竞争力，选择企业最关注的工业互联网的深度互联、三大集成、数据智能可设备网络互联、数据互通、数据建模分析及其与企业生产制造和管理运营的结合是目前工业互联网实施的主要挑战工业仿真软件大数据与工业软件的集成工业软件的云化打通OT（生产及控制系统）和IT(信息系统），实现数据智能工业仿真软件大数据与工业软件的集成工业软件的云化打通OT（生产及控制系统）和IT(信息系统），实现数据智能智能控制系统及相应的软硬件工业以太网、工业无线网/5G、工厂内和工厂外的SDN、边缘计算智能化传感器MEMS传感器传感器/机器/控制系统等芯片机器/控制系统/云平台等操作系统（传统软件+工业APP）AT&TJasper/思科亚马逊微软SAP博世指导委员会理事会专家委员会国际