工業(yè)互聯(lián)網體系架構

1、工業(yè)互聯(lián)網體系架構當前，以新一代信息技術為驅動的數(shù)字浪潮正深刻重塑經濟社會的各個領域，移動互聯(lián)、物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術與各個產業(yè)深度融合，推動著生產方式、產品形態(tài)、商業(yè)模式、產業(yè)組織和國際格局的深刻變革，并加快了第四次工業(yè)革命的孕育與發(fā)展。而越來越清晰的是，工業(yè)互聯(lián)網是實現(xiàn)這一數(shù)字化轉型的關鍵路徑，構筑了第四次工業(yè)革命的發(fā)展基石。（二）工業(yè)互聯(lián)網體系架構 2.0工業(yè)互聯(lián)網體系架構 2.0 包括業(yè)務視圖、功能架構、實施框架三大板塊，形成以商業(yè)目標和業(yè)務需求為牽引，進而明確系統(tǒng)功能定義與實施部署方式的設計思路，自上向下層層細化和深入。1圖 2 工業(yè)互聯(lián)網體系架構2.0業(yè)務視圖明確了

2、企業(yè)應用工業(yè)互聯(lián)網實現(xiàn)數(shù)字化轉型的目標、方向、業(yè)務場景及相應的數(shù)字化能力。業(yè)務視圖首先提出了工業(yè)互聯(lián)網驅動的產業(yè)數(shù)字化轉型的總體目標和方向，以及這一趨勢下企業(yè)應用工業(yè)互聯(lián)網構建數(shù)字化競爭力的愿景、路徑和舉措。這在企業(yè)內部將會進一步細化為若干具體業(yè)務的數(shù)字化轉型策略，以及企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉型所需的一系列關鍵能力。業(yè)務視圖主要用于指導企業(yè)在商業(yè)層面明確工業(yè)互聯(lián)網的定位和作用，提出的業(yè)務需求和數(shù)字化能力需求對于后續(xù)功能架構設計是重要指引。功能架構明確企業(yè)支撐業(yè)務實現(xiàn)所需的核心功能、基本原理和關鍵要素。功能架構首先提出了以數(shù)據(jù)驅動的工2業(yè)互聯(lián)網功能原理總體視圖，形成物理實體與數(shù)字空間的全面聯(lián)接、精準映射

3、與協(xié)同優(yōu)化，并明確這一機理作用于從設備到產業(yè)等各層級，覆蓋制造、醫(yī)療等多行業(yè)領域的智能分析與決策優(yōu)化。進而細化分解為網絡、平臺、安全三大體系的子功能視圖，描述構建三大體系所需的功能要素與關系。功能架構主要用于指導企業(yè)構建工業(yè)互聯(lián)網的支撐能力與核心功能，并為后續(xù)工業(yè)互聯(lián)網實施框架的制定提供參考。實施框架描述各項功能在企業(yè)落地實施的層級結構、軟硬件系統(tǒng)和部署方式。實施框架結合當前制造系統(tǒng)與未來發(fā)展趨勢，提出了由設備層、邊緣層、企業(yè)層、產業(yè)層四層組成的實施框架層級劃分，明確了各層級的網絡、標識、平臺、安全的系統(tǒng)架構、部署方式以及不同系統(tǒng)之間關系。實施框架主要為企業(yè)提供工業(yè)互聯(lián)網具體落地的統(tǒng)籌規(guī)劃與建

4、設方案，進一步可用于指導企業(yè)技術選型與系統(tǒng)搭建。四、業(yè)務視圖（一）工業(yè)互聯(lián)網的總體業(yè)務視圖3業(yè)務視圖包括產業(yè)層、商業(yè)層、應用層、能力層四個層 次，其中產業(yè)層主要定位于產業(yè)整體數(shù)字化轉型的宏觀視角， 商業(yè)層、應用層和能力層則定位于企業(yè)數(shù)字化轉型的微觀視角。四個層次自上而下來看，實質是產業(yè)數(shù)字化轉型大趨勢下，企業(yè)如何把握發(fā)展機遇，實現(xiàn)自身業(yè)務的數(shù)字化發(fā)展并構建起關鍵數(shù)字化能力；自下而上來看，實際也反映了企業(yè) 不斷構建和強化的數(shù)字化能力將持續(xù)驅動其業(yè)務乃至整個企業(yè)的轉型發(fā)展，并最終帶來整個產業(yè)的數(shù)字化轉型。工業(yè)互聯(lián)網業(yè)務視圖如圖 3 所示。圖 3 工業(yè)互聯(lián)網業(yè)務視圖（二）業(yè)務視圖 -產業(yè)層4“產業(yè)層

5、 ”主要闡釋了工業(yè)互聯(lián)網在促進產業(yè)發(fā)展方面的主要目標、實現(xiàn)路徑與支撐基礎。從發(fā)展目標看，工業(yè)互聯(lián)網通過將自身的創(chuàng)新活力深刻融入各行業(yè)、各領域，最終將有力推進工業(yè)數(shù)字化轉型與經濟高質量發(fā)展。為實現(xiàn)這一目標，構建全要素、全產業(yè)鏈、全價值鏈全面連接的新基礎是關鍵，這也是工業(yè)數(shù)字化、網絡化、智能化發(fā)展的核心。全面連接顯著提升了數(shù)據(jù)采集、集成管理與建模分析的水平，使各類生產經營決策更加精準和智能，同時也使各類商業(yè)和生產活動的網絡化組織成為可能，大幅提高資源配置效率。基于這一新基礎，一是一批以數(shù)據(jù)為核心，提供數(shù)據(jù)采集、網絡傳輸、數(shù)據(jù)管理、建模分析、應用開發(fā)與安全保障等相關產品和解決方案的企業(yè)快速成長興起，

6、形成一個工業(yè)數(shù)字技術的 “新產業(yè) ”，并成為各行業(yè)數(shù)字化轉型的關鍵支撐；二是各行業(yè)紛紛探索運用工業(yè)互聯(lián)網提升現(xiàn)有業(yè)務，形成智能化生產、網絡化協(xié)同、個性化定制、服務化延伸等一系列數(shù)字化轉型的 “新模式 ”，這之中既有數(shù)據(jù)智能對現(xiàn)有業(yè)務的優(yōu)化提升，也有基于網絡化組織帶來的模式創(chuàng)新與重構；三是伴隨產業(yè)數(shù)字化轉型的深入，將在諸如網5絡眾包眾創(chuàng)、制造能力交易、產融結合等領域涌現(xiàn)一批服務企業(yè)，形成數(shù)字化創(chuàng)新的 “新業(yè)態(tài) ”。新產業(yè)、新模式、新業(yè)態(tài)共同構成了產業(yè)高質量發(fā)展的新動能，同時也是工業(yè)互聯(lián)網價值創(chuàng)造的關鍵路徑。工業(yè)互聯(lián)網業(yè)務視圖產業(yè)層架構如圖 4 所示。（三）業(yè)務視圖 -商業(yè)層“商業(yè)層 ”主要明確了

7、企業(yè)應用工業(yè)互聯(lián)網構建數(shù)字化轉型競爭力的愿景理念、戰(zhàn)略方向和具體目標。商業(yè)層主要面向 CEO 等企業(yè)高層決策者，用以明確在企業(yè)戰(zhàn)略層面，如何通過工業(yè)互聯(lián)網保持和強化企業(yè)的長期競爭優(yōu)勢。從目標愿景來看，在數(shù)字化發(fā)展趨勢下，企業(yè)應加快依托工業(yè)互聯(lián)網來構建數(shù)字化轉型的競爭優(yōu)勢，形成以數(shù)6據(jù)為核心驅動的新型生產運營方式、資源組織方式與商業(yè)模式， 以支撐企業(yè)不斷成長壯大。為實現(xiàn)上述目標愿景，企業(yè)可通過工業(yè)互聯(lián)網，從提升價值、創(chuàng)新模式和降低成本三大戰(zhàn)略方向進行努力。例如，在提升價值方面，工業(yè)互聯(lián)網可以幫助企業(yè)更好對接客戶，通過產品創(chuàng)新實現(xiàn)更高附加價值；在創(chuàng)新模式方面，工業(yè)互聯(lián)網可以推動企業(yè)由賣產品走向賣服

8、務，創(chuàng)造新的業(yè)務模式和收入來源，甚至進一步實現(xiàn)生產、服務與信貸、保險、物流等其他領域的創(chuàng)新融合，進一步釋放數(shù)據(jù)價值紅利；在降低成本方面，工業(yè)互聯(lián)網通過數(shù)據(jù)驅動的智能，可以幫助企業(yè)在提高生產效率、減少停機與不良品、減少庫存等一系列關鍵環(huán)節(jié)和場景發(fā)揮作用。上述三大戰(zhàn)略方向可進一步分解和細化為若干戰(zhàn)術目標，如商業(yè)模式、市場需求、產品質量、生產效率、運營管理、資源調配和交付速度等，這是工業(yè)互聯(lián)網賦能于企業(yè)的具體途徑。工業(yè)互聯(lián)網實現(xiàn)企業(yè)各層級要素全面互聯(lián)，對各類數(shù)據(jù)進行采集、傳輸、分析并形成智能反饋，助力企業(yè)生產效率、產品質量和運營管理提升，加快市場需求響應與交付速度，優(yōu)化資源要素配置，強化商業(yè)模式創(chuàng)新

9、，實現(xiàn)各類生產經營活動目標的提升優(yōu)化。工業(yè)互聯(lián)網業(yè)務視圖商業(yè)層架構如圖 5 所示。7圖 5 工業(yè)互聯(lián)網業(yè)務視圖商業(yè)層架構（四）業(yè)務視圖 -應用層發(fā)展。一是工業(yè)互聯(lián)網通過對產品全生命周期的連接與貫通， 強化產品設計、流程規(guī)劃到生產工程的數(shù)據(jù)集成與智能分析，實現(xiàn)產品鏈的整體優(yōu)化與深度協(xié)同。如通過工業(yè)互聯(lián)網網絡 互聯(lián)實現(xiàn)項目人員異地遠程在線協(xié)同，以及模型、機理等各類數(shù)據(jù)遠程共享，企業(yè)可以低成本高效率地完成產品、工藝 的協(xié)同研發(fā)和優(yōu)化。二是工業(yè)互聯(lián)網面向企業(yè)業(yè)務活動，一 方面支撐計劃、供應、生產、銷售、服務等全流程全業(yè)務的互聯(lián)互通，另一方面面向單環(huán)節(jié)重點場景開展深度數(shù)據(jù)分析優(yōu)化，從而實現(xiàn)全價值鏈的效率

10、提升與重點業(yè)務的價值挖掘， 例如，企業(yè)可通過工業(yè)互聯(lián)網實現(xiàn)生產過程數(shù)據(jù)實時采集與 連通，疊加機器學習、邊緣計算、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析等技術，實現(xiàn)產品質量提升、能耗降低，提升生產制造環(huán)節(jié)價值。三8是工業(yè)互聯(lián)網將孤立的設備資產單元轉化為整合互聯(lián)的資產體系，支撐系統(tǒng)設計、建造、投產、運維、退役到報廢與回收等設備全生命周期多個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)集成串聯(lián)，這為設備管理難度大的企業(yè)，尤其是為重資產企業(yè)，提供輕便化、靈活化、智能化的設備管理方式和產品后服務，實現(xiàn)資產鏈的全 面運維保障與高質量服務。例如，企業(yè)可以通過工業(yè)互聯(lián)網 構建面向邊緣設備的全面互聯(lián)和感知能力，優(yōu)化設備維護周期，預測關鍵設備的故障，并進行遠程的在線維護，

11、從而提 高資產資源的可靠性和資產管理的經濟效益。工業(yè)互聯(lián)網業(yè) 務視圖應用層架構如圖 6 所示。圖 6 工業(yè)互聯(lián)網業(yè)務視圖應用層架構（五）業(yè)務視圖 -能力層9“能力層 ”描述了企業(yè)通過工業(yè)互聯(lián)網實現(xiàn)業(yè)務發(fā)展目標所需構建的核心數(shù)字化能力。能力層主要面向工程師等具體技術人員，幫助其定義企業(yè)所需的關鍵能力并開展實踐。按照上述工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展愿景、推進方向與業(yè)務需求， 企業(yè)在數(shù)字化轉型過程中需構建泛在感知、智能決策、敏捷響應、全局協(xié)同、動態(tài)優(yōu)化五類工業(yè)互聯(lián)網核心能力，以支 撐企業(yè)在不同場景下的具體應用實踐。具體來說：一是通過廣泛部署感知終端與數(shù)據(jù)采集設施，實現(xiàn)全要素、全產業(yè)鏈、全價值鏈狀態(tài)信息的全面深度實

12、時監(jiān)測，打造企業(yè)泛在感知能力；二是基于泛在感知形成的海量工業(yè)數(shù)據(jù)，通過工業(yè)模型與數(shù)據(jù)科學的融合開展分析優(yōu)化，并作用于設備、產線、企業(yè)等各領域，形成企業(yè)智能決策能力；三是基于實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的充分與高效集成，打通企業(yè)內、企業(yè)間以及企業(yè)與客戶，提升企業(yè)對市場變化和需求的響應速度和交付速度，形成企業(yè)敏捷響應的能力；四是基于泛在感知、全面連接與深度集成，在企業(yè)內實現(xiàn)研發(fā)、生產、管理等不同業(yè)務的協(xié)同，探索企業(yè)運行效率最優(yōu)，在企業(yè)外實現(xiàn)各類生產資源和社會資源的協(xié)同，探索產業(yè)配置效率最優(yōu)，最終建立全局協(xié)同的能力；10五是通過對物理系統(tǒng)的精準描述與虛實聯(lián)動，建立數(shù)字孿生，在監(jiān)控物理系統(tǒng)同時，能夠在線實時對物理系統(tǒng)

13、的運行進行分析優(yōu)化，使企業(yè)始終在最優(yōu)狀態(tài)運行，形成動態(tài)優(yōu)化的能力。工業(yè)互聯(lián)網業(yè)務視圖能力層架構如圖 7 所示。圖 7 工業(yè)互聯(lián)網業(yè)務視圖能力層架構通過以上整體論述可以看出，傳統(tǒng)的自動化和信息化是工業(yè)互聯(lián)網的基礎，同時工業(yè)互聯(lián)網又是對傳統(tǒng)自動化和信息化的升級拓展與變革創(chuàng)新。自動化和信息化本質是把生產操作和管理流程通過軟硬件系統(tǒng)的方式予以固化，從而建立了垂直制造體系，實現(xiàn)業(yè)務流程抽象和基礎數(shù)據(jù)積累，保證企業(yè)在結構化的框架下準確高效運行，這些奠定了工業(yè)互聯(lián)網作用的基礎環(huán)境。同時，工業(yè)互聯(lián)網從兩個層面對傳統(tǒng)自動化和信息化進行拓展創(chuàng)新：一是工業(yè)互聯(lián)網將管理知識、工藝機理等11各種隱性的經驗顯性化，形成數(shù)據(jù)驅動的智能。無論是設備資產、生產過程、管理運營還是商業(yè)活動，都存在大量未被挖掘利用、靠經驗積累的知識、工藝、技術等，工業(yè)互聯(lián)網將其轉化為更精確的機理模型和數(shù)據(jù)模型，并通過平臺等載體沉淀封裝形