工业互联网技术基础 课件 第1章 工业互联网概述

工业互联网技术基础1一、工业互联网概述二、工业互联网平台三、边缘层与工业大数据采集四、PaaS层与工业大数据治理五、应用层与工业APP开发六、工业互联网安全七、工业互联网应用内容提要2工业互联网产生背景1948年，美国诞生了第一台电子计算机。很快，科学界、军方都认识到，这是一种神奇的机器。它既是强大的运算器，也是分析机，为新型火炮系统、导弹系统在运动轨迹等方面的复杂运算和系统控制提供了强大支撑。1969年，互联网的前身阿帕网诞生了。这个网络把加利福尼亚大学、斯坦福大学、犹他州立大学的计算机主机连接起来，位于各个节点的大型计算机采用分组交换技术，通过专用的通信设备和线路相互连接。最初的阿帕网，只在4个大学设立了节点。一年后阿帕网扩大到15个节点，众多的计算机被快速编织入网，平均每20天就有一台大型计算机登录网络。1973年，阿帕网跨越大西洋，利用卫星技术与英国、挪威实现连接，世界范围的“登录”开始了。计算机的诞生3工业互联网产生背景第一代计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。典型应用是由一台计算机和全美范围内2000多个终端组成的飞机定票系统。产生于上世纪50年代中后期，这是第一代计算机网络。第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互联起来，为用户提供服务，兴起于60年代后期，典型代表是ARPAnet。70年代至80年代中第二代网络得到迅猛的发展。第二代网络以通信子网为中心，形成了计算机网络的基本概念：以能够相互共享资源为目的互联起来的具有独立功能的计算机之集合体。第三代计算机网络是具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络。ISO在1984年颁布了OSI／RM模型，也称为OSI七层模型，被公认为新一代计算机网络体系结构的基础。第四代计算机网络从80年代末开始，局域网技术发展成熟，出现了光纤、高速网络、智能网络等技术，整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统，发展为以Internet为代表的互联网。互联网的产生4工业互联网产生背景互联网与工业5工业互联网源自GE航空发动机预测性维护模式。在美国政府及企业的推动下，GE为航空、医疗、生物制药、半导体芯片、材料等先进制造领域演绎了提高制造业效率、资产和运营优化的各种典型范例。其中的基础支撑和动力，正是GE整合AT&T、思科、IBM、英特尔等信息龙头企业资源，联手组建了带有鲜明“跨界融合”特色的工业互联网联盟，随后吸引了全球制造、通信、软件等行业159家骨干企业加入。GE已经推出了24种工业互联网解决方案，包括石油、天然气平台的监控和医疗等。美国国家标准与技术研究院牵头组织产业界制定工业互联网的标准框架。美国GE公司提出工业互联网概念工业互联网产生背景6德国工业4.0工业化始于18世纪末机械制造设备的引进，那时像纺织机这样的机器彻底改变了货物的生产方式。继第一次工业革命后的第二次工业革命大约开始于20世纪之交，在劳动分工的基础上，采用电力驱动产品的大规模生产。20世纪70年代初，第三次工业革命又取代了第二次工业革命，并一直延续到现在。第三次工业革命引入了电子与信息技术（IT），从而使制造过程不断实现自动化，机器不仅接管了相当比例的“体力劳动”，而且还接管了一些“脑力劳动”。德国将机械化、电力化和计算机技术分别定性为工业1.0，2.0，3.0。工业互联网产生背景7工业体系变革第二次工业革命电气化、大规模生产线第一次工业革命机械化，工厂第四次工业革命数字化、网络化、智能化第三次工业革命自动化、计算机辅助生产科技革命和与新工业革命形成历史性交汇大背景和大趋势下，工业互联网成为第四次工业革命的重要基石深度融合新一代信息通信技术现代工业工业互联网促进生产装备高端化促进生产过程高端化促进产品供给高端化加速工业体系的智能化升级、产业链延伸和价值链拓展中国“两化”融合工业互联网产生背景8国务院印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略。指导思想：坚持走中国特色新型工业化道路,以促进制造业创新发展为主题,以提质增效为中心,以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向,以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标,强化工业基础能力,提高综合集成水平,完善多层次多类型人才培养体系,促进产业转型升级,培育有中国特色的制造文化,实现制造业由大变强的历史跨越。《中国制造2025》明确了9项战略任务和重点，其中第二项就是推进信息化与工业化深度融合即两化融合。两化融合是指我国在实现工业化的时候，面临世界主要工业化国家正在加速实现信息化，我们不能先实现工业化再实现信息化，那样的话我们只能老是跟在别人后面走，我们只能在实现工业化的同时实现信息化，实现建设制造强国的目标，这就是两化融合的深刻意义。《中国制造2025》工业互联网产生背景9工业互联网基本概念工业互联网的内涵工业互联网（IndustrialInternet）是新一代信息技术与工业系统全方位深度融合所形成的产业和应用生态，是以机器、原材料、控制系统、信息系统、产品及人的网络互连互通为基础，通过对工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理及高级建模分析，实现智能控制、运营优化和生产组织方式的变革。10我国工业互联网的特点我国的“工业互联网”就是“互联网”+“工业”，其内涵不仅包含利用工业设施物联网和大数据实现生产环节的数字化、网络化和智能化（德国工业4.0描述的智能工厂），还包括利用互联网信息技术与工业融合创新，搭建网络云平台，构筑产业生态圈，实现产品的个性化定制。因此，我国的工业互联网内涵更为丰富，通过重塑生产过程和价值体系，推动制造业的服务化发展。工业互联网基本概念11工业互联网的特征软件定义：软件定义主要体现在采用可编程的软件“诠释”实体的产品，并通过软件系统赋予产品更多的应用功能和使用价值，满足信息时代多样化的需求。数据驱动：工业大数据的及时性、完整性和开发利用水平，以及数据流、物质流和资金流协同集成能力，决定着制造资源的优化配置效率，引领着生产方式和产业模式的变革。平台支撑：伴随新一代信息通信技术和制造业的融合发展，以平台为核心的产业竞争正从消费领域向制造领域拓展。智能主导：智能的本质是以数据在闭环系统的自动流动，实现要素资源配置的优化。智能的核心是以信息流优化物质世界的资源配置效率。四大特征12软件定义工业互联网体系用“软件”为“硬件”赋能，增加其功能和价值，进而实现智能化，同时孕育新的商业模式。软件定义正在向传统行业，特别是工业制造业转变，软件定义加速驱动制造业的数字化。研发生产环节体现在生产知识的软件化，产品的设计、仿真、工艺、制造的技术和经验不断增长，这些生产知识通过软件固化沉淀下来，使工业知识机理和专家经验基于软件的使用更加显性化、复用化和智能化。在运营管理环节，通过生产制造全生命周期的数字化实时地采集和分析数据，支持智能决策软件。软件早已不再是过去的软件，而是设备的软零件、软部件，并最终发展成软装备。它不仅定义产品的结构和功能，而且定义企业生产流程和生产方式。正如西门子所称：“软件是工业的未来，数据是未来的原材料。”工业互联网的特征13数据驱动基于互联互通的综合集成：互联互通包括人与人、人与设备、设备与设备、设备与产品、产品与用户、用户与厂家、用户与用户、厂家与厂家，以及虚拟与现实的互联等，就是把传统资源变成“数字化”资源；海量工业数据的挖掘与运用：工业互联网时代，企业的竞争力已经不再是单纯的设备技术和应用技术，通过传感器收集数据，进而将经过分析后的数据反馈到原有的设备并进行更好的管理，甚至创造新的商业模式，将成为企业新的核心能力。工业互联网的特征14平台支撑作为工业互联网、工业4.0的倡导者和主导者，GE和西门子分别推出Predix和MindSphere工业互联网平台；领军企业围绕“智能机器+云平台+工业APP”功能架构，整合“平台提供商+应用开发者+海量用户”生态资源，抢占工业大数据入口的主导权，培育海量开发者，增强用户黏性；本质都是以开放化平台为核心，向下整合硬件资源，向上承载软件应用，构建基于工业云的制造业生态，引领未来工业发展的方向。工业互联网的特征15智能主导新一代信息通信技术的融合发展正将制造业带入一个感知无所不在、连接无所不在、数据无所不在的新时代；带入一个独立要素不断整合为小智能系统、小智能系统不断融入大智能系统、大智能系统不断演进为超级复杂智能系统的新时代。智能的本质是以数据在闭环系统的自动流动，实现要素资源配置的优化。智能的核心是以信息流优化物质世界的资源配置效率。制造业转型升级的最终目的是从数字化、网络化最终实现智能化。工业互联网的特征16工业互联网带来的变革工业互联网不是一张简单的网，而是一种生态，将带来生产方式、生活方式、管理模式的全面变革工业互联网的作用17第四代计算机网络从上世纪90年代发展成熟，出现了以Internet为代表的互联网。互联网自诞生之日起，始终与工业生产密切相关，经过了从辅助制造到集成制造，最终实现了融合。工业互联网提案——美国G