工業(yè)互聯(lián)網互聯(lián)網+制造業(yè)的一種范式

1、工業(yè)互聯(lián)網互聯(lián)網+制造業(yè)的一種范式工業(yè)互聯(lián)網PPT-互聯(lián)網+制造業(yè)的一種范式報告內容報告內容01工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術工業(yè)互聯(lián)網的應用范式工業(yè)互聯(lián)網的應用范式結語結語020304051.工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工業(yè)工業(yè)互聯(lián)網互聯(lián)網1.智能智能機器人機器人2.先進先進 分析分析3.工作中工作中的人的人 20XX年末，美國GE公司提出的關于產業(yè)設備與IT融合的概念 定義：基于開放、全球化的網絡，將設備、人和數(shù)據分析（工業(yè)互聯(lián)網三要素）連接起來，用過對大數(shù)據 的利用與分析，升級航空、

2、醫(yī)療裝備等工業(yè)領域的智能化，降低能耗，提升效率。工業(yè)革命工業(yè)革命通過先進的傳感器，控制和軟件將全球設備，機群和網絡連接起來信息信息革命革命將基于物理世界的分析預測算法，自動化和專業(yè)領域知識結合起來決策者、執(zhí)行者決策者、執(zhí)行者將任何時間段工作和移動的人員連接起來支撐更加智能的設計，運作，維護和更高的服務質量和安全1.工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景 GE要為大量的工業(yè)、航空、醫(yī)療裝備提供運維服務 借助互聯(lián)網、大數(shù)據的，可以顯著提高服務質量，實現(xiàn)增值 【傳統(tǒng)方式】數(shù)據獲取、計算分析和決策優(yōu)化分離分離，圍繞歷史數(shù)據分析歷史數(shù)據分析的結果難以實時、精準作用難以實時、精準作用到設備 運行過程 【

3、工業(yè)互聯(lián)網】設備、人和數(shù)據互聯(lián)互聯(lián)，三個過程實時、實時、并行開展并行開展，數(shù)據分析同步反映同步反映設備狀態(tài)，實時控制實時控制設備動作、精確優(yōu)化精確優(yōu)化運行效率由此帶來的由此帶來的“1%的威力的威力”1%提效創(chuàng)造提效創(chuàng)造1萬億美元市場：萬億美元市場： 中國，未來15年燃氣發(fā)電機組能耗降低1%，節(jié)約80億美元燃料億美元燃料； 油氣勘探開發(fā)的資本利用率提高1%，則能省下70億美元億美元； 鐵路網絡的運輸行業(yè)運營效率提高1%，又能省下20億美元燃料億美元燃料成本。 全球，燃氣發(fā)電廠生產效率提高1%，將節(jié)約價值660億美元燃油億美元燃油； 石油天然氣勘探開發(fā)的資本利用率提高1%，每年將減少近900億美元

4、億美元支出；鐵路、航空、醫(yī)療、電力、石油天然氣行業(yè)提效鐵路、航空、醫(yī)療、電力、石油天然氣行業(yè)提效1%，15年內帶來年內帶來2760億美元增長億美元增長1.工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景感知深度不足感知深度不足傳統(tǒng)儀表自動化系統(tǒng)僅感知過程變量信息維度低、難以反映物理過程深層次動態(tài)特性互聯(lián)廣度不足互聯(lián)廣度不足跨領域信息孤島難以互聯(lián)互通無法準確描述領域間復雜關聯(lián)關系，決策全局性差分析的綜合預見性不足分析的綜合預見性不足對工業(yè)運行數(shù)據的挖掘深度不足導致決策不準確、盲目1.工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景視覺感知相比傳統(tǒng)溫度變送器：視覺感知相比傳統(tǒng)溫度變送器：從檢測“溫度點“ ，到感知

5、 “溫度場”感知信息具有更高的維度和更大的信息量為實時，精準優(yōu)化制氫過程提供可能通過多路攝像頭感知對溫度場建模、分析與實時調節(jié)實例：美國實例：美國“智能過程制造（智能過程制造（SPM）”計劃，制氫工廠計劃，制氫工廠1.工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景實例：德國實例：德國“數(shù)字工廠數(shù)字工廠”項目項目 生產規(guī)劃生產規(guī)劃產品規(guī)劃產品規(guī)劃產品設計產品設計試制試制量產量產使用使用服務服務數(shù)字工廠數(shù)字工廠1.工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景實例：歐洲實例：歐洲“Knowledge based Factory”項目項目1.工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景1.工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工業(yè)互

6、聯(lián)網的發(fā)展背景報告內容報告內容01工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術工業(yè)互聯(lián)網的應用范式工業(yè)互聯(lián)網的應用范式結語結語020304052.工業(yè)工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵互聯(lián)網體系架構與內涵摘自工業(yè)互聯(lián)網平臺白皮書（20XX），工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟2.工業(yè)工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵互聯(lián)網體系架構與內涵摘自工業(yè)互聯(lián)網平臺白皮書（20XX），工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟2.工業(yè)工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵互聯(lián)網體系架構與內涵從信息網絡視角看，工業(yè)互聯(lián)網是計算機網絡在工業(yè)的延伸從信息網絡視角看，工業(yè)互聯(lián)網是計算機網絡在工業(yè)的延伸 按照

7、計算機、網絡、軟件定義的思路，解構傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)遵循靈活、開放、生態(tài)的原則，重新組織工業(yè)系統(tǒng)運行一、工業(yè)互聯(lián)網平臺是傳統(tǒng)工業(yè)云平臺的迭代升級傳統(tǒng)工業(yè)云平臺的迭代升級 大量工業(yè)用戶參與的軟件生態(tài)軟件生態(tài)二、工業(yè)互聯(lián)網平臺是新工業(yè)體系的新工業(yè)體系的“操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)” 扁平、靈活、軟件定義軟件定義的組織架構三、工業(yè)互聯(lián)網平臺是資源集聚共享的有效載體資源集聚共享的有效載體 各方資源匯聚，社會化協(xié)同生產協(xié)同生產四、工業(yè)互聯(lián)網平臺是打造制造企業(yè)競爭新優(yōu)勢的關鍵抓手打造制造企業(yè)競爭新優(yōu)勢的關鍵抓手 平臺/生態(tài)成為企業(yè)壟斷地位企業(yè)壟斷地位的標志2.工業(yè)工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵互聯(lián)網體系架構與內涵主要特征：主要

8、特征：三元融合三元融合人行為模型工業(yè)過程模型信息系統(tǒng)模型時空關聯(lián)時空關聯(lián)實時反映工業(yè)過程的時空變化平行演進平行演進信息空間與物理空間同步演進 智能涌現(xiàn)智能涌現(xiàn)實現(xiàn)工業(yè)過程的自感知、自分析、自優(yōu)化、自執(zhí)行2.工業(yè)工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵互聯(lián)網體系架構與內涵主要特征：主要特征：三元融合三元融合人行為模型工業(yè)過程模型信息系統(tǒng)模型時空關聯(lián)時空關聯(lián)實時反映工業(yè)過程的時空變化平行演進平行演進信息空間與物理空間同步演進 智能涌現(xiàn)智能涌現(xiàn)實現(xiàn)工業(yè)過程的自感知、自分析、自優(yōu)化、自執(zhí)行2.工業(yè)工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵互聯(lián)網體系架構與內涵網絡空間體系架構和演進網絡空間體系架構和演進 時延敏感網絡新架構及網絡行為特征

9、數(shù)據科學問題數(shù)據科學問題 多源異構、時空關聯(lián)大數(shù)據分析網絡空間安全問題網絡空間安全問題 信息與物理一體化安全2.工業(yè)工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵互聯(lián)網體系架構與內涵企業(yè)內部：企業(yè)內部：制造系統(tǒng)互聯(lián)：各類制造設備互聯(lián)管理控制互聯(lián)：業(yè)務系統(tǒng)與控制系統(tǒng)互聯(lián)跨企業(yè)間：跨企業(yè)間：產業(yè)鏈上下游企業(yè)互聯(lián)，構成制造網絡互聯(lián)工業(yè)系統(tǒng)的需求：互聯(lián)工業(yè)系統(tǒng)的需求：互聯(lián)的最終目的是為智能決策提供支撐，進而實現(xiàn)工業(yè)過程的運行優(yōu)化亟需大量與工業(yè)過程相關機理、運行、優(yōu)化知識的高效獲取、融合、處理與應用2.工業(yè)工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵互聯(lián)網體系架構與內涵-20XX20252030主導技術：主導技術：數(shù)字化主導技術：主導技術：AI

10、主導技術主導技術：互聯(lián)網物聯(lián)網制造信息空間制造物理空間 數(shù)字化深化應用數(shù)字化深化應用-全過程的數(shù)字化集成全過程的數(shù)字化集成當前狀態(tài)當前狀態(tài)當前目標當前目標互聯(lián)智能互聯(lián)智能-企業(yè)內企業(yè)內互聯(lián)互聯(lián)-跨企業(yè)互聯(lián)跨企業(yè)互聯(lián)-生命周期互聯(lián)生命周期互聯(lián)未來未來目標目標自主自主智能智能-工況自感知工況自感知-工藝自學習工藝自學習-裝備自執(zhí)行裝備自執(zhí)行-系統(tǒng)自組織系統(tǒng)自組織2.工業(yè)工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵互聯(lián)網體系架構與內涵現(xiàn)有工業(yè)控制系統(tǒng)特征：現(xiàn)有工業(yè)控制系統(tǒng)特征：智能：依靠人的編程輸入，無法演進智能：依靠人的編程輸入，無法演進通信通信計算：分布式采集計算：分布式采集-集中式計算集中式計算感知：僅可感知、檢

11、測過程量感知：僅可感知、檢測過程量“工業(yè)智能工業(yè)智能”特征特征1.系統(tǒng)自主學習自我優(yōu)化能力系統(tǒng)自主學習自我優(yōu)化能力2.以連接為特征的分布式計算能力以連接為特征的分布式計算能力3.跨媒體信息融合認知能力跨媒體信息融合認知能力人腦特征：人腦特征：1.智能發(fā)育智能發(fā)育2.神經網絡神經網絡3.視聽觸覺視聽觸覺2.工業(yè)工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵互聯(lián)網體系架構與內涵現(xiàn)有工業(yè)互聯(lián)網平臺：現(xiàn)有工業(yè)互聯(lián)網平臺：僅提供信息技術支撐架構（末梢感知僅提供信息技術支撐架構（末梢感知+骨干神經）骨干神經）技術模式物聯(lián)網、大數(shù)據、互聯(lián)網、云計算個性化定制、遠程監(jiān)控、預測性維護、云制造報告內容報告內容01工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工

12、業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展背景工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵工業(yè)互聯(lián)網體系架構與內涵平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術工業(yè)互聯(lián)網的應用范式工業(yè)互聯(lián)網的應用范式結語結語020304053.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術摘自工業(yè)互聯(lián)網平臺白皮書（20XX），工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟3.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術設備、生產過程的泛在化感知：設備、生產過程的泛在化感知： 實現(xiàn)傳感器、控制器、執(zhí)行器互實現(xiàn)傳感器、控制器、執(zhí)行器互聯(lián)通信的聯(lián)通信的WSN技術：技術：工業(yè)應用的挑戰(zhàn)：工業(yè)應用的挑戰(zhàn)：抗干擾高實時低功耗工業(yè)應用的挑戰(zhàn)：工業(yè)應用的挑戰(zhàn)：WirelessHARTWIA-PAWIA-FA3.平臺的核心關鍵技

13、術平臺的核心關鍵技術面向流程工業(yè)泛在感知的低速、低功耗無線傳感器網絡技術。面向流程工業(yè)泛在感知的低速、低功耗無線傳感器網絡技術。在物理層基礎上，實現(xiàn)自適應跳頻，多跳高實時傳輸技術、高精度同步技術，使得數(shù)據傳輸可靠性在物理層基礎上，實現(xiàn)自適應跳頻，多跳高實時傳輸技術、高精度同步技術，使得數(shù)據傳輸可靠性99%以上，網以上，網絡功耗微安級。絡功耗微安級。20XX年年11月，月，IEC/TC65投票通過，成為投票通過，成為IEC國際標準。國際標準。3.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術3.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術3.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術3.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵

14、技術基于基于Internet的的TCP/IP架構實現(xiàn)對工廠管理網絡、控制網架構實現(xiàn)對工廠管理網絡、控制網絡、傳感網絡進行全面互聯(lián)，并與絡、傳感網絡進行全面互聯(lián)，并與Internet集成，實現(xiàn)無集成，實現(xiàn)無縫信息傳輸縫信息傳輸實現(xiàn)工廠全覆蓋，管理和控制業(yè)務混流傳輸，并提實現(xiàn)工廠全覆蓋，管理和控制業(yè)務混流傳輸，并提供安全可靠保障的組網與傳輸技術供安全可靠保障的組網與傳輸技術工業(yè)應用的挑戰(zhàn)工業(yè)應用的挑戰(zhàn)異構網絡互聯(lián)、高安全、管理流控制流混合異構網絡互聯(lián)、高安全、管理流控制流混合傳輸、控制業(yè)務毫秒級時延傳輸、控制業(yè)務毫秒級時延3.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術IEEE 802.1 Time-Se

15、nsitive Networking基于無線網絡實現(xiàn)管理業(yè)務與控制業(yè)務的混流傳輸，保障控制業(yè)務流的同步低時延通信；在的MAC機制進行改進，借鑒Profinet的全網調度方法，通過對傳輸任務載止期的精細化調度保障傳輸時延；提出了幀優(yōu)先級和傳輸調度兩個標準補充，已經通過項目授權（PAR），正在技術研究階段。3.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術ISA100.15 Wireless Backhaul Network基于遠距離寬帶無線技術實現(xiàn)現(xiàn)場傳感網基于遠距離寬帶無線技術實現(xiàn)現(xiàn)場傳感網與工廠骨干控制網的互聯(lián)，支撐現(xiàn)場感知數(shù)與工廠骨干控制網的互聯(lián)，支撐現(xiàn)場感知數(shù)據回傳到控制中心；據回傳到控制中心；設

16、計了回程網絡的標準接口和管理架構，研發(fā)了設計了回程網絡的標準接口和管理架構，研發(fā)了多種無線網絡共享頻譜下的共存技術；多種無線網絡共享頻譜下的共存技術；20XX年年8月巴西油田月巴西油田RIO de Janeiro開開展了面向油井遠程測量的回程網絡現(xiàn)場驗證，展了面向油井遠程測量的回程網絡現(xiàn)場驗證，70余家企業(yè)參與。余家企業(yè)參與。3.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術工業(yè)軟件定義網絡（工業(yè)軟件定義網絡（SDN）技術）技術基于SDN技術實現(xiàn)工廠管理業(yè)務與控制業(yè)務的混流傳輸；針對工廠管理業(yè)務和控制業(yè)務特征，設計了基于流交換的處理核心和基于SDN的協(xié)同調度機制，形成了混流傳輸模式下的確定性傳輸保障技術

17、體系；已研制出工業(yè)SDN交換機原型。3.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術提出提出了了Openflow的工業(yè)的工業(yè)SDN協(xié)議協(xié)議擴充擴充當前的Openflow協(xié)議的meter表是用于限流的簡單協(xié)議，缺少對工業(yè)級實時保障的支撐；對Openflow協(xié)議提出修正草案，對meter表進行擴充，支持對每個流的優(yōu)先級、帶寬預留、截止期優(yōu)化等QoS策略；與華為、信通院合作，在ONF基金會成立Openflow in Industry 工作組，討論在下一版本中增加面向工業(yè)的協(xié)議修正。3.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術以模塊化、服務化的模式，實現(xiàn)制造應用的動態(tài)自組織；提供數(shù)據管理、建模等基礎服務，數(shù)據分析

18、、仿真、優(yōu)化等核心服務，支撐制造應用開發(fā)；工業(yè)應用的挑戰(zhàn)。 嵌入式設備資源受限、服務高并發(fā)性嵌入式設備資源受限、服務高并發(fā)性服務及時處理、動態(tài)服務組織。服務及時處理、動態(tài)服務組織。3.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術基于Web Service框架實現(xiàn)自動化設備數(shù)據與操作的封裝，提供開放服務；以統(tǒng)一的Web Service 描述，兼容了工業(yè)領域原有的數(shù)據存儲、報警事件、安全約束、歷史訪問等多種數(shù)據交換標準，實現(xiàn)了跨平臺、跨應用的不同廠商設備的互操作；OPC UA標準受到了眾多工業(yè)設備制造商支持，西門子、Matrikon、Softing等多家廠商提出了軟件解決方案，并正在研發(fā)硬件連接網關產品。

19、 基于基于OPC-UA的制造資源服務化接入的制造資源服務化接入 3.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術 平臺使能技術：具有容災特性的服務總線平臺使能技術：具有容災特性的服務總線 容容災特性災特性面向互聯(lián)網的不面向互聯(lián)網的不穩(wěn)定性，研究基穩(wěn)定性，研究基于排產計劃的系于排產計劃的系統(tǒng)模型片段和關統(tǒng)模型片段和關聯(lián)生產數(shù)據片段聯(lián)生產數(shù)據片段的預載、緩存機的預載、緩存機制制高效壓縮傳輸高效壓縮傳輸方法方法輕量級高強度輕量級高強度加密機制加密機制在優(yōu)化利用有限網在優(yōu)化利用有限網絡帶寬的同時充分絡帶寬的同時充分考慮移動設備能量考慮移動設備能量受限的特點，研究受限的特點，研究高效節(jié)能的數(shù)據壓高效節(jié)能的數(shù)據壓

20、縮傳輸算法?？s傳輸算法。復雜的加密算法會復雜的加密算法會造成移動終端能耗造成移動終端能耗加大，研究支持低加大，研究支持低能耗、高加密強度能耗、高加密強度的算法是要解決的的算法是要解決的難題之一。難題之一。3.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術支持實時增量數(shù)據的組織支持實時增量數(shù)據的組織 高速集成接口及增量存儲規(guī)范； 數(shù)據業(yè)務關聯(lián)關系模型； 數(shù)據集成安全規(guī)范。 數(shù)據管理技術：實時增量工業(yè)大數(shù)據處理技術數(shù)據管理技術：實時增量工業(yè)大數(shù)據處理技術工業(yè)大數(shù)據處理技術工業(yè)大數(shù)據處理技術 輕量級大規(guī)模數(shù)據索引技術； 基于內存的高速實時流數(shù)據處理方法； 工業(yè)流數(shù)據過濾及回歸算。3.平臺的核心關鍵技術平臺的核心關鍵技術面向工廠面向工廠/車間規(guī)劃設計車間規(guī)劃設計 布局優(yōu)化計算模型、工位平衡分析模型、物流路徑重構優(yōu)化模型 工業(yè)數(shù)據建模和分析技術：數(shù)字工廠建模與仿真工業(yè)數(shù)據建模和分析技術：數(shù)字工廠建模與仿真分析分析面向生產過程精益管控面向生產過程精益管控 產品模型、工藝模型、設備模型、業(yè)務模型等生產模型 面向虛實融合與數(shù)據驅動應用面向虛實融合與數(shù)據驅動應用 虛實融合數(shù)據總線、模型驅動引擎、虛擬傳感器建模、多模態(tài)數(shù)據集成 VR、AR等技術應用于實操培訓、生產監(jiān)控、維修指導、