工業(yè)互聯(lián)網體系架構 (版本 2.0)

編寫說明

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。

2016年，工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟（AII）發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網

體系架構（版本1.0）》，推動產業(yè)各界認識層面達成共識，為開

展工業(yè)互聯(lián)網實踐提供了參考依據(jù)。通過幾年來的理論和實踐探

索，工業(yè)互聯(lián)網已從概念形成普及進入到應用實踐推廣的新階段，

業(yè)界對工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展方向已有高度的共識。在這一過程中，

國內外均形成了大量的探索實踐，工業(yè)互聯(lián)網幾乎涵蓋了工業(yè)的

各個行業(yè)、大中小各類企業(yè)乃至實體經濟的各個領域，新一代信

息技術與制造、能源、交通、醫(yī)療、服務等技術的融合集成初步

顯現(xiàn)了其巨大的生命力和創(chuàng)造力，為進一步創(chuàng)造新的生產力和發(fā)

展動能奠定了基礎。

也因如此，豐富和多樣化的企業(yè)實踐和各類新技術的應用也

對工業(yè)互聯(lián)網的體系架構提出了新的需求：如何定義一個更加通

用化的架構體系以指引各個領域的系統(tǒng)性布局，如何打通數(shù)字化

轉型、業(yè)務體系、商業(yè)變革和工業(yè)互聯(lián)網技術架構的關系以更好

—I—

指導企業(yè)的發(fā)展實踐，如何充分考慮技術發(fā)展演進和落地實施部

署需求以更好定義工業(yè)互聯(lián)網的層次架構、功能劃分和接口關系，

從而為產業(yè)界提供科學、清晰和可操作的指南。基于此，工業(yè)互

聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟在工業(yè)和信息化部的指導下，凝聚產業(yè)界共識，研

究制定了《工業(yè)互聯(lián)網體系架構（版本2.0）》，在繼承版本1.0核

心理念、要素和功能體系的基礎上，從業(yè)務、功能、實施等三個

視圖重新定義了工業(yè)互聯(lián)網的參考體系架構，并逐一進行了展開，

希望作為當前階段的一個認識，為政府、企業(yè)、科研機構、投資

者等利益相關方提供引導和參考，共同推動工業(yè)互聯(lián)網的創(chuàng)新發(fā)

展。

本報告主要分為八個部分。第一部分介紹了工業(yè)互聯(lián)網的內

涵與意義。第二部分回顧了體系架構1.0版本，并介紹2.0版本

的定位與作用。第三部分明確工業(yè)互聯(lián)網體系架構2.0的設計方

法論，剖析工業(yè)互聯(lián)網體系架構2.0的整體視圖。第四部分深入

分析工業(yè)互聯(lián)網體系架構2.0的業(yè)務視圖，并給出產業(yè)、企業(yè)、

工廠等不同層面業(yè)務目標與應用方向。第五部分剖析工業(yè)互聯(lián)網

體系架構2.0的功能架構，探究網絡、平臺、安全三大體系的功

能視圖、現(xiàn)狀分析、存在的問題，并指出未來的發(fā)展趨勢。第六

部分著重分析工業(yè)互聯(lián)網體系架構2.0的實施框架，描述網絡、

標識、平臺、安全部分實施部署方式和關鍵要素。第七部分對工

業(yè)互聯(lián)網技術體系進行梳理。第八部分分析企業(yè)結合體系架構

2.0在垂直行業(yè)的應用實踐。

—II—

《工業(yè)互聯(lián)網體系架構（版本2.0）》編寫過程中也獲得了

眾多專家的指導與幫助。特別感謝工業(yè)和信息化部信息通信管理

局、信息技術發(fā)展司、網絡安全管理局等對報告的全面指導。報

告編制中，編寫組就體系架構2.0設計關鍵問題先后征詢了鄔賀

銓、方濱興、孫凝暉、于海斌、屈賢明、安筱鵬、呂衛(wèi)鋒、王飛

躍、韓秀成、趙敏、張俊等院士及專家意見，并結合意見對體系

架構2.0進行了多次修改和完善。上海優(yōu)也信息科技有限公司首

席技術戰(zhàn)略官林詩萬、上海寶信軟件股份有限公司首席技術官叢

力群、華為集團標準與產業(yè)部首席產業(yè)規(guī)劃專家史揚等專家為報

告提出了詳細的建設性指導意見，為體系架構2.0研究和本報告

撰寫提供了重要參考。此外，白皮書編寫過程中也得到了聯(lián)盟成

員及國內外眾多企業(yè)的大力支持，結合自身實踐經驗提供大量素

材，對白皮書中觀點的形成和完善提出了重要建議。

在此一并感謝所有參與本報告編寫，以及為報告提供指導和

建議的專家、企業(yè)和機構。

—III—

指導單位：工業(yè)和信息化部

組織單位：工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟

牽頭編寫單位：中國信息通信研究院

參與編寫單位（排名不分先后）：華為技術有限公司、中國

航天科工集團有限公司、中國電信集團公司、海爾集團公司、中

國移動通信集團有限公司、中國聯(lián)合網絡通信集團有限公司、中

國大唐集團公司、中國電子信息產業(yè)集團、清華大學、北京航空

航天大學、華東理工大學、中國科學院沈陽自動化研究所、上海

優(yōu)也信息科技有限公司、上海寶信軟件股份有限公司、三一集團

有限公司、北京東方國信科技股份有限公司、北京建誼投資發(fā)展

(集團)公司、上海威派格智慧水務股份有限公司、浪潮集團有限

公司、阿里巴巴網絡技術有限公司、深圳市騰訊計算機系統(tǒng)有限

公司、富士康工業(yè)互聯(lián)網股份有限公司、中興通訊股份有限公司、

奇安信科技集團股份有限公司、用友網絡科技股份有限公司、金

蝶國際軟件集團有限公司、太極計算機股份有限公司、萬向集團

公司、北京工業(yè)大數(shù)據(jù)創(chuàng)新中心有限公司、中船工業(yè)互聯(lián)網有限

公司、江蘇徐工信息技術有限公司、石化盈科信息技術有限責任

公司、北京索為系統(tǒng)技術股份有限公司、埃森哲（中國）有限公

司、參數(shù)技術（上海）軟件有限公司、ANSYS（中國）有限公司、

施耐德電氣（中國）有限公司

編寫組主要成員：

—IV—

中國信息通信研究院：余曉暉、劉默、蔣昕昊、楊希、劉棣

斐、曹薊光、張恒升、黃穎、李?；?、劉陽、池程、田慧蓉、劉

曉曼、李藝、李錚、田洪川、譚小野、袁林、李亞寧、尹楊鵬、

陳綺瑤、肖榮美、王峰、王欣怡、羅松、杜加懂、魏凱

華為技術有限公司：張順茂、史揚

中國航天科工集團有限公司：柴旭東、紀豐偉

中國電信集團公司：張東

海爾集團公司：陳錄城、王曉鳳、趙榕、田浩、黃梓洋

三一集團有限公司：賀東東

清華大學：王建民、王晨

中國科學院沈陽自動化研究所：于海斌

阿里研究院：安筱鵬

上海寶信軟件股份有限公司：叢力群、王奕、楊海榮

上海優(yōu)也信息科技有限公司：林詩萬

北京東方國信科技股份有限公司：鄧堯剛、金風明、李陽

北京建誼投資發(fā)展(集團)公司：張鳴、孫永升、王宇

上海威派格智慧水務股份有限公司：楊峰、丁凱、李美玲

參數(shù)技術（上海）軟件有限公司：劉強、郎燕

ANSYS（中國）有限公司：孫志偉

施耐德電氣（中國）有限公司：龐邢健

—V—

目錄

一、工業(yè)互聯(lián)網的內涵與意義..............................................................1

二、工業(yè)互聯(lián)網體系架構2.0：定位與作用.........................................2

（一）工業(yè)互聯(lián)網體系架構1.0的進展與成效....................................4

（二）從1.0到2.0：工業(yè)互聯(lián)網體系架構的演進..............................5

三、工業(yè)互聯(lián)網體系架構2.0：總體框架............................................7

（一）體系架構設計方法論..................................................................7

（二）工業(yè)互聯(lián)網體系架構2.0............................................................9

四、業(yè)務視圖.......................................................................................11

（一）工業(yè)互聯(lián)網的總體業(yè)務視圖....................................................11

（二）業(yè)務視圖-產業(yè)層......................................................................12

（三）業(yè)務視圖-商業(yè)層......................................................................14

（四）業(yè)務視圖-應用層......................................................................15

（五）業(yè)務視圖-能力層......................................................................17

五、功能架構.......................................................................................20

（一）工業(yè)互聯(lián)網核心功能原理........................................................20

（二）工業(yè)互聯(lián)網網絡功能視圖........................................................24

1.功能視圖............................................................................................24

2.現(xiàn)狀與問題........................................................................................28

—I—

3.發(fā)展趨勢............................................................................................31

（三）工業(yè)互聯(lián)網平臺功能視圖........................................................34

1.功能視圖............................................................................................34

2.現(xiàn)狀與問題........................................................................................37

3.發(fā)展趨勢............................................................................................39

（四）工業(yè)互聯(lián)網安全功能視圖........................................................41

1.功能視圖............................................................................................41

2.現(xiàn)狀與問題........................................................................................44

3.發(fā)展趨勢............................................................................................45

六、實施框架.......................................................................................47

（一）實施框架總圖............................................................................47

（二）網絡實施框架............................................................................49

1.生產控制網絡建設...........................................................................49

2.企業(yè)與園區(qū)網絡建設.......................................................................51

3.國家骨干網絡部署...........................................................................52

4.信息互通互操作體系部署.................................................................53

（三）標識實施框架............................................................................54

1、設備層系統(tǒng)部署.............................................................................54

2、邊緣層系統(tǒng)部署.............................................................................55

3、企業(yè)層系統(tǒng)部署.............................................................................56

4、產業(yè)層系統(tǒng)建設.............................................................................57

（四）平臺實施框架............................................................................58

—II—

1.設備層系統(tǒng)部署................................................................................59

2.邊緣層系統(tǒng)部署................................................................................60

3.企業(yè)層系統(tǒng)實施................................................................................61

4.產業(yè)層系統(tǒng)實施................................................................................62

（五）安全實施框架............................................................................64

1.邊緣安全防護系統(tǒng)實施.....................................................................65

2.企業(yè)安全防護系統(tǒng)實施.....................................................................68

3.企業(yè)安全綜合管理平臺實施.............................................................71

4.省/行業(yè)級安全平臺實施....................................................................72

5.國家級安全平臺實施.........................................................................73

七、技術體系.......................................................................................74

（一）工業(yè)互聯(lián)網技術體系總圖........................................................74

（二）重點技術發(fā)展概述....................................................................77

1.5G技術..............................................................................................77

2.工業(yè)人工智能技術.............................................................................78

3.邊緣計算技術....................................................................................79

4.區(qū)塊鏈技術........................................................................................80

5.數(shù)字孿生技術....................................................................................81

八、體系架構2.0在垂直行業(yè)的應用實踐..........................................81

（一）垂直行業(yè)體系架構2.0應用方法.............................................81

（二）船舶行業(yè)：產業(yè)鏈協(xié)同優(yōu)化應用場景.....................................83

1.背景與目標........................................................................................83

—III—

2.功能架構............................................................................................86

3.實施部署............................................................................................89

（三）石化行業(yè)：智能工廠建設........................................................93

1.背景與目標........................................................................................93

2.功能架構............................................................................................96

3.實施部署............................................................................................99

—IV—

一、工業(yè)互聯(lián)網的內涵與意義

當前全球經濟社會發(fā)展正面臨全新挑戰(zhàn)與機遇，一方面，

上一輪科技革命的傳統(tǒng)動能規(guī)律性減弱趨勢明顯，導致經濟

增長的內生動力不足。另一方面，以互聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工

智能為代表的新一代信息技術發(fā)展日新月異，加速向實體經

濟領域滲透融合，深刻改變各行業(yè)的發(fā)展理念、生產工具與

生產方式，帶來生產力的又一次飛躍。在新一代信息技術與

制造技術深度融合的背景下，在工業(yè)數(shù)字化、網絡化、智能

化轉型需求的帶動下，以泛在互聯(lián)、全面感知、智能優(yōu)化、

安全穩(wěn)固為特征的工業(yè)互聯(lián)網應運而生。工業(yè)互聯(lián)網作為全

新工業(yè)生態(tài)、關鍵基礎設施和新型應用模式，通過人、機、

物的全面互聯(lián)，實現(xiàn)全要素、全產業(yè)鏈、全價值鏈的全面連

接，正在全球范圍內不斷顛覆傳統(tǒng)制造模式、生產組織方式

和產業(yè)形態(tài)，推動傳統(tǒng)產業(yè)加快轉型升級、新興產業(yè)加速發(fā)

展壯大。

工業(yè)互聯(lián)網是實體經濟數(shù)字化轉型的關鍵支撐。工業(yè)互

聯(lián)網通過與工業(yè)、能源、交通、農業(yè)等實體經濟各領域的融

合，為實體經濟提供了網絡連接和計算處理平臺等新型通用

基礎設施支撐；促進了各類資源要素優(yōu)化和產業(yè)鏈協(xié)同，幫

助各實體行業(yè)創(chuàng)新研發(fā)模式、優(yōu)化生產流程；正推動傳動工

業(yè)制造體系和服務體系再造，帶動共享經濟、平臺經濟、大

—1—

數(shù)據(jù)分析等以更快速度、在更大范圍、更深層次拓展，加速

實體經濟數(shù)字化轉型進程。

工業(yè)互聯(lián)網是實現(xiàn)第四次工業(yè)革命的重要基石。工業(yè)互

聯(lián)網為第四次工業(yè)革命提供了具體實現(xiàn)方式和推進抓手，通

過人、機、物的全面互聯(lián)，全要素、全產業(yè)鏈、全價值鏈的

全面連接，對各類數(shù)據(jù)進行采集、傳輸、分析并形成智能反

饋，正在推動形成全新的生產制造和服務體系，優(yōu)化資源要

素配置效率，充分發(fā)揮制造裝備、工藝和材料的潛能，提高

企業(yè)生產效率，創(chuàng)造差異化的產品并提供增值服務，加速推

進第四次工業(yè)革命。

工業(yè)互聯(lián)網對我國經濟發(fā)展有著重要意義。一是化解綜

合成本上升、產業(yè)向外轉移風險。通過部署工業(yè)互聯(lián)網，能

夠幫助企業(yè)減少用工量，促進制造資源配置和使用效率提升，

降低企業(yè)生產運營成本，增強企業(yè)的競爭力。二是推動產業(yè)

高端化發(fā)展。加快工業(yè)互聯(lián)網應用推廣，有助于推動工業(yè)生

產制造服務體系的智能化升級、產業(yè)鏈延伸和價值鏈拓展，

進而帶動產業(yè)向高端邁進。三是推進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。工業(yè)互聯(lián)網

的蓬勃發(fā)展，催生出網絡化協(xié)同、規(guī)?；ㄖ?、服務化延伸

等新模式新業(yè)態(tài)，推動先進制造業(yè)和現(xiàn)代服務業(yè)深度融合，

促進一二三產業(yè)、大中小企業(yè)開放融通發(fā)展，在提升我國制

造企業(yè)全球產業(yè)生態(tài)能力的同時，打造新的增長點。

二、工業(yè)互聯(lián)網體系架構2.0：定位與作用

—2—

面向第四次工業(yè)革命與新一輪數(shù)字化浪潮，全球領先國

家無不將制造業(yè)數(shù)字化作為強化本國未來產業(yè)競爭力的戰(zhàn)

略方向。主要國家在推進制造業(yè)數(shù)字化的過程中，不約而同

把參考架構設計作為重要抓手，如德國推出工業(yè)4.0參考架

構RAMI4.0、美國推出工業(yè)互聯(lián)網參考架構IIRA、日本推出

工業(yè)價值鏈參考架構IVRA，其核心目的是以參考架構來凝

聚產業(yè)共識與各方力量，指導技術創(chuàng)新和產品解決方案研發(fā)，

引導制造企業(yè)開展應用探索與實踐，并組織標準體系建設與

標準制定，從而推動一個創(chuàng)新型領域從概念走向落地。

我國為推進工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展，由中國工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)

盟于2016年8月發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網體系架構（版本1.0）》

（以下簡稱“體系架構1.0”）。體系架構1.0提出工業(yè)互聯(lián)網

網絡、數(shù)據(jù)、安全三大體系，其中“網絡”是工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸

交換和工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展的支撐基礎，“數(shù)據(jù)”是工業(yè)智能化的

核心驅動，“安全”是網絡與數(shù)據(jù)在工業(yè)中應用的重要保障。

基于三大體系，工業(yè)互聯(lián)網重點構建三大優(yōu)化閉環(huán)，即面向

機器設備運行優(yōu)化的閉環(huán)，面向生產運營決策優(yōu)化的閉環(huán)，

以及面向企業(yè)協(xié)同、用戶交互與產品服務優(yōu)化的全產業(yè)鏈、

全價值鏈的閉環(huán)，并進一步形成智能化生產、網絡化協(xié)同、

個性化定制、服務化延伸等四大應用模式。

—3—

圖1工業(yè)互聯(lián)網體系架構1.0

（一）工業(yè)互聯(lián)網體系架構1.0的進展與成效

工業(yè)互聯(lián)網體系架構1.0自發(fā)布以來，在凝聚我國政產

學研用各界共識，指導技術研究、產品開發(fā)、實踐應用、產

業(yè)發(fā)展、生態(tài)打造、國際合作等諸多領域發(fā)揮了重要作用。

一是推動工業(yè)互聯(lián)網相關基礎研究?；隗w系架構1.0，工業(yè)

互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟組織編寫了56份研究報告，涵蓋網絡、數(shù)

據(jù)、平臺、安全、應用等各領域，基本形成了對工業(yè)互聯(lián)網

的體系化認識。二是促進工業(yè)互聯(lián)網技術創(chuàng)新與產品開發(fā)。

工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟組織設立了55個測試床，重點開展了

5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、邊緣計算等技術在制造場

—4—

景的測試驗證，并結合體系架構1.0提出的網絡、數(shù)據(jù)、安

全等方向，輸出了數(shù)百項產品和解決方案。三是指導工業(yè)互

聯(lián)網標準體系建設。體系架構1.0為工業(yè)互聯(lián)網標準化工作

提供理論框架與方向指引，推動《工業(yè)互聯(lián)網綜合標準化體

系建設指南》的出臺，助力工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟陸續(xù)建立起

工業(yè)互聯(lián)網標準體系1.0和2.0版本，并已成功立項平臺通

用要求、安全總體要求8項聯(lián)盟標準，形成對新興領域關鍵

技術、核心架構、測試評估、成果轉化等方面的規(guī)范和指引。

四是引導工業(yè)互聯(lián)網應用探索與實踐。工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟

遴選出163個優(yōu)秀示范案例，在鋼鐵、石化、汽車、家電、

信息電子、高端裝備等十余個行業(yè)和典型制造場景開展了網

絡、平臺、安全等方面的應用試點，以標桿試點強化應用推

廣，推進體系化應用探索與落地。五是推進國際對接與開放

合作。工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟與美國IIC基于頂層架構的共性

開展了IIRA與體系架構1.0的對接和映射，也在積極與德國

對接開展體系架構互認并聯(lián)合發(fā)布實踐報告等成果，組建工

業(yè)互聯(lián)網專家工作組等多個執(zhí)行對接組，為工業(yè)互聯(lián)網技術、

產業(yè)、標準等層面的國際合作與共識達成奠定基礎。

（二）從1.0到2.0：工業(yè)互聯(lián)網體系架構的演進

體系架構1.0發(fā)布三年多以來，工業(yè)互聯(lián)網的概念與內

涵已獲得各界廣泛認同，其發(fā)展也正由理念與技術驗證走向

—5—

規(guī)?；瘧猛茝V。這一背景下，有必要對體系架構1.0進行

升級，特別是強化其在技術解決方案開發(fā)與行業(yè)應用推廣的

實操指導性，以更好支撐我國工業(yè)互聯(lián)網下一階段的發(fā)展。

具體來說，一是提供一套可供企業(yè)開展實踐的方法論。

重點是構建一套由“業(yè)務需求—功能定義—實施部署”構成

的方法論，使企業(yè)能夠結合自身業(yè)務特點，明確所需要的工

業(yè)互聯(lián)網核心功能，并進而指導相應軟硬件系統(tǒng)的設計、開

發(fā)與部署。二是從戰(zhàn)略層面為企業(yè)開展工業(yè)互聯(lián)網實踐指明

方向。重點是明確企業(yè)通過工業(yè)互聯(lián)網實現(xiàn)數(shù)字化轉型的核

心方向與路徑，結合企業(yè)基礎確立商業(yè)戰(zhàn)略與細分目標，充

分發(fā)揮工業(yè)互聯(lián)網實踐價值，構建企業(yè)轉型升級優(yōu)勢。三是

結合規(guī)模化應用需求對功能架構進行升級和完善。重點是從

企業(yè)工程化應用視角，參考領先企業(yè)實踐經驗與最新技術發(fā)

展，對工業(yè)互聯(lián)網功能原理進行明確與完善，形成一套實操

性更強的網絡、平臺、安全功能體系。四是提出更易于企業(yè)

應用部署的實施框架。重點是強化與現(xiàn)有制造系統(tǒng)的結合，

明確各層級的工業(yè)互聯(lián)網部署策略、以及所對應的具體功能、

系統(tǒng)和部署方式，以便對企業(yè)實踐提供更強參考作用?；?/p>

上述四方面考慮，工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟組織研究提出了工業(yè)

互聯(lián)網體系架構2.0，旨在構建一套更全面、更系統(tǒng)、更具體

的總體指導性框架。

在發(fā)展和演進的同時，工業(yè)互聯(lián)網體系架構2.0也充分

—6—

繼承了體系架構1.0的核心思想。一是體系架構2.0仍突出

數(shù)據(jù)作為核心要素。業(yè)務視圖的數(shù)字化轉型方向、路徑與能

力實質由數(shù)據(jù)所驅動，功能架構的網絡、平臺、安全服務于

數(shù)據(jù)的采集、傳輸、集成、管理與分析，實施框架則核心回

答了如何通過部署工業(yè)互聯(lián)網，提升現(xiàn)有制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)利

用能力；二是體系架構2.0仍強調數(shù)據(jù)智能化閉環(huán)的核心驅

動及其在生產管理優(yōu)化與組織模式變革方面的變革作用。基

于體系架構1.0提出的三大智能化閉環(huán)，體系架構2.0將其

歸納為共性的數(shù)據(jù)優(yōu)化閉環(huán)，體現(xiàn)其在工業(yè)互聯(lián)網系統(tǒng)中無

處不在的特征。這一數(shù)據(jù)優(yōu)化閉環(huán)既可以作用于企業(yè)現(xiàn)有生

產和管理，使之更加精準智能，也可以作用于資源配置優(yōu)化

與生產方式重構，引發(fā)商業(yè)模式創(chuàng)新；三是體系架構2.0繼

承了三大功能體系。考慮到體系架構1.0中網絡、數(shù)據(jù)、安

全在數(shù)據(jù)功能上存在一定重疊，如網絡體系包含數(shù)據(jù)傳輸與

互通功能，安全體系中包含數(shù)據(jù)安全功能，因此在體系架構

2.0中以平臺替代數(shù)據(jù)，重點體現(xiàn)1.0中數(shù)據(jù)的集成、管理與

建模分析功能，形成網絡、平臺、安全三大體系，但功能內

涵與1.0基本一致。

三、工業(yè)互聯(lián)網體系架構2.0：總體框架

（一）體系架構設計方法論

工業(yè)互聯(lián)網是借助新一代信息通信技術實現(xiàn)工業(yè)數(shù)字

—7—

化轉型的復雜系統(tǒng)工程，融合了工業(yè)、通信、計算機軟件、

數(shù)據(jù)科學等諸多領域的最新技術與產業(yè)實踐，因此在體系架

構2.0的研究設計中，一方面充分參考了主流的架構設計方

法論，包括以ISO/IEC/IEEE42010為代表的系統(tǒng)與軟件工程

架構方法論，和以開放組體系結構框架（TOGAF）、美國國

防部體系架構框架（DODAF）為代表的企業(yè)架構方法論，以

提升架構設計的科學性和體系性；另一方面借鑒現(xiàn)有相關參

考架構的設計理念與關鍵要素，包括以工業(yè)互聯(lián)網參考架構

（IIRA）為代表的軟件架構，以工業(yè)4.0架構（RAMI4.0）

和工業(yè)價值鏈參考架構（IVRA）為代表的工業(yè)架構，和以物

聯(lián)網參考架構（ISO/IEC30141）為代表的通信架構。

在架構設計方法論層面，體系架構2.0以ISO/IEC/IEEE

42010系統(tǒng)與軟件工程標準為主要方法，重點參考該方法在

架構設計中，對視圖、需求、系統(tǒng)、環(huán)境、模型等各類架構

要素及相互關系的闡述，以此明確體系架構2.0研究設計的

基本框架、描述方式與關鍵要素。考慮到體系架構2.0將對

企業(yè)應用實踐發(fā)揮重要指導作用，因此在設計中也參考了

TOGAF、DODAF等企業(yè)架構設計方法，在業(yè)務視圖中突出

了企業(yè)商業(yè)愿景與業(yè)務需求，并借鑒從通用架構到行業(yè)架構、

企業(yè)架構過程中的應用推廣方法。

在架構設計內容和要素方面，體系架構2.0充分參考了

工業(yè)、軟件和通信等領域具有代表性的架構。考慮到體系架

—8—

構2.0將重點服務于工業(yè)領域，因此在架構設計中參考了

RAMI4.0等典型架構對于工業(yè)體系的理解，包括基于ISA-

95的由現(xiàn)場設備到經營管理系統(tǒng)的層級劃分，以及IEC

62890標準體現(xiàn)的從虛擬原型到實物制造的產品/資產全生命

周期理念。此外，考慮到數(shù)據(jù)在工業(yè)互聯(lián)網中的核心驅動要

素作用，體系架構2.0也參考了IIRA以數(shù)據(jù)為牽引，定義控

制、運營、信息、應用等功能域，描述信息流和決策流的功

能架構設計理念，以及ISO/IEC30141等通信典型架構對于

不同設備、系統(tǒng)之間互聯(lián)互通的設計理念。

（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。

圖2工業(yè)互聯(lián)網體系架構2.0

—9—

業(yè)務視圖明確了企業(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、

—10—

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

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。

—11—

圖3工業(yè)互聯(lián)網業(yè)務視圖

（二）業(yè)務視圖-產業(yè)層

“產業(yè)層”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。

—12—

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，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。

圖4工業(yè)互聯(lián)網業(yè)務視圖產業(yè)層架構

—13—

（三）業(yè)務視圖-商業(yè)層

“商業(yè)層”主要明確了企業(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)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

—14—

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，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。

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

“應用層”主要明確了工業(yè)互聯(lián)網賦能于企業(yè)業(yè)務轉型

的重點領域和具體場景。應用層主要面向企業(yè)CIO、CTO、CDO

等信息化主管與核心業(yè)務管理人員，幫助其在企業(yè)各項生產

經營業(yè)務中確定工業(yè)互聯(lián)網的作用與應用模式。

產品鏈、價值鏈、資產鏈是工業(yè)企業(yè)最為關注的三個核

心業(yè)務鏈條（包括這三者所交匯的生產環(huán)節(jié)），工業(yè)互聯(lián)網

賦能于三大鏈條的創(chuàng)新優(yōu)化變革，推動企業(yè)業(yè)務層面數(shù)字化

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，

—15—

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)可以低成本高效率得完成產品、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

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，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。

—16—

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

“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)

—17—

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；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)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

—18—

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

封裝形成可復用、可移植的微服務組件、工業(yè)APP等，結合

海量數(shù)據(jù)計算分析和決策優(yōu)化，實現(xiàn)機理模型結合數(shù)據(jù)科學

的智能化，這個過程突破了原有知識邊界和封閉知識體系，

帶來新的知識。二是工業(yè)互聯(lián)網推動形成商業(yè)模式和生產

組織方式的變革甚至重構。工業(yè)互聯(lián)網打通企業(yè)生產、銷售、

運營、供應、管理等各個業(yè)務環(huán)節(jié)和流程，通過全產業(yè)鏈、

全價值鏈的資源要素連接，推動了跨領域資源靈活配置與內

外部協(xié)同能力提升，并基于此形成了產融結合、平臺經濟、

制造能力交易等商業(yè)模式的創(chuàng)新和生產組織方式的重構，驅

動制造體系和產業(yè)生態(tài)向扁平化、開放化演進，這是傳統(tǒng)自

動化和信息化所無法達到的，也正是工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展的重要

意義所在。

—19—

五、功能架構

（一）工業(yè)互聯(lián)網核心功能原理

工業(yè)互聯(lián)網的核心功能原理是基于數(shù)據(jù)驅動的物理系

統(tǒng)與數(shù)字空間全面互聯(lián)與深度協(xié)同，以及在此過程中的智能

分析與決策優(yōu)化。通過網絡、平臺、安全三大功能體系構建，

工業(yè)互聯(lián)網全面打通設備資產、生產系統(tǒng)、管理系統(tǒng)和供應

鏈條，基于數(shù)據(jù)整合與分析實現(xiàn)IT與OT的融合和三大體系

的貫通。工業(yè)互聯(lián)網以數(shù)據(jù)為核心，數(shù)據(jù)功能體系主要包含

感知控制、數(shù)字模型、決策優(yōu)化三個基本層次，以及一個由

自下而上的信息流和自上而下的決策流構成的工業(yè)數(shù)字化

應用優(yōu)化閉環(huán)。如圖8所示。

核心功能平臺

應用層

PaaS層產

標業(yè)

邊緣層識企

解

可業(yè)

數(shù)析系

用決策優(yōu)化據(jù)

完性決策流統(tǒng)

整描述診斷預測指導互

通設

保性

密數(shù)字模型備

性

工業(yè)模型數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)流感知控制

信息采集指令執(zhí)行

物理資產

圖8工業(yè)互聯(lián)網功能原理

—20—

在工業(yè)互聯(lián)網的數(shù)據(jù)功能實現(xiàn)中，數(shù)字孿生已經成為關

鍵支撐，通過資產的數(shù)據(jù)采集、集成、分析和優(yōu)化來滿足業(yè)

務需求，形成物理世界資產對象與數(shù)字空間業(yè)務應用的虛實

映射，最終支撐各類業(yè)務應用的開發(fā)與實現(xiàn)。工業(yè)互聯(lián)網的

詳細數(shù)據(jù)功能原理如圖9所示：

圖9工業(yè)互聯(lián)網的數(shù)據(jù)功能原理

在數(shù)據(jù)功能原理中，感知控制層構建工業(yè)數(shù)字化應用的

底層“輸入-輸出”接口，包含感知、識別和控制、執(zhí)行四類功

能。感知是利用各類軟硬件方法采集蘊含了資產屬性、狀態(tài)

及行為等特征的數(shù)據(jù)，例如用溫度傳感器采集電機運行中的

溫度變化數(shù)據(jù)。識別是在數(shù)據(jù)與資產之間建立對應關系，明

確數(shù)據(jù)所代表的對象，例如需要明確定義哪一個傳感器所采

集的數(shù)據(jù)代表了特定電機的溫度信息?？刂剖菍㈩A期目標轉

化為具體控制信號和指令，例如將工業(yè)機器人末端運動轉化

—21—

各個關節(jié)處電機的轉動角度指令信號。執(zhí)行則是按照控制信

號和指令來改變物理世界中的資產狀態(tài)，既包括工業(yè)設備機

械、電氣狀態(tài)的改變，也包括人員、供應鏈等操作流程和組

織形式的改變。

數(shù)字模型層強化數(shù)據(jù)、知識、資產等的虛擬映射與管理

組織，提供支撐工業(yè)數(shù)字化應用的基礎資源與關鍵工具，包

含數(shù)據(jù)集成與管理、數(shù)據(jù)模型和工業(yè)模型構建、信息交互三

類功能。數(shù)據(jù)集成與管理將原來分散、雜亂的海量多源異構

數(shù)據(jù)整合成統(tǒng)一、有序的新數(shù)據(jù)源，為后續(xù)分析優(yōu)化提供高

質量數(shù)據(jù)資源，涉及到數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)湖、數(shù)據(jù)清洗、元數(shù)據(jù)

等技術產品應用。數(shù)據(jù)模型和工業(yè)模型構建是綜合利用大數(shù)

據(jù)、人工智能等數(shù)據(jù)方法和物理、化學、材料等各類工業(yè)經

驗知識，對資產行為特征和因果關系進行抽象化描述，形成

各類模型庫和算法庫。信息交互是通過不同資產之間數(shù)據(jù)的

互聯(lián)互通和模型的交互協(xié)同，構建出覆蓋范圍更廣、智能化

程度更高的“系統(tǒng)之系統(tǒng)”。

決策優(yōu)化層聚焦數(shù)據(jù)挖掘分析與價值轉化，形成工業(yè)數(shù)

字化應用核心功能，主要包括分析、描述、診斷、預測、指

導及應用開發(fā)。分析功能借助各類模型和算法的支持將數(shù)據(jù)

背后隱藏的規(guī)律顯性化，為診斷、預測和優(yōu)化功能的實現(xiàn)提

供支撐，常用的數(shù)據(jù)分析方法包括統(tǒng)計數(shù)學、大數(shù)據(jù)、人工

智能等。描述功能通過數(shù)據(jù)分析和對比形成對當前現(xiàn)狀、存

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在問題等狀態(tài)的基本展示，例如在數(shù)據(jù)異常的情況下向現(xiàn)場

工作人員傳遞信息，幫助工作人員迅速了解問題類型和內容。

診斷功能主要是基于數(shù)據(jù)的分析對資產當前狀態(tài)進行評估，

及時發(fā)現(xiàn)問題并提供解決建議，例如能夠在數(shù)控機床發(fā)生故

障的第一時間就進行報警，并提示運維人員進行維修。預測

功能是在數(shù)據(jù)分析的基礎上預測資產未來的狀態(tài)，在問題還

未發(fā)生的時候就提前介入，例如預測風機核心零部件壽命，

避免因為零部件老化導致的停機故障。指導功能則是利用數(shù)

據(jù)分析來發(fā)現(xiàn)并幫助改進資產運行中存在的不合理、低效率

問題，例如分析高功耗設備運行數(shù)據(jù)，合理設置啟停時間，

降低能源消耗。同時，應用開發(fā)功能將基于數(shù)據(jù)分析的決策

優(yōu)化能力和企業(yè)業(yè)務需求進行結合，支撐構建工業(yè)軟件、工

業(yè)APP等形式的各類智能化應用服務。

自下而上的信息流和自上而下的決策流形成了工業(yè)數(shù)

字化應用的優(yōu)化閉環(huán)。其中，信息流是從數(shù)據(jù)感知出發(fā)，通

過數(shù)據(jù)的集成和建模分析，將物理空間中的資產信息和狀態(tài)

向上傳遞到虛擬空間，為決策優(yōu)化提供依據(jù)。決策流則是將

虛擬空間中決策優(yōu)化后所形成的指令信息向下反饋到控制

與執(zhí)行環(huán)節(jié)，用于改進和提升物理空間中資產的功能和性能。

優(yōu)化閉環(huán)就是在信息流與決策流的雙向作用下，連接底層資

產與上層業(yè)務，以數(shù)據(jù)分析決策為核心，形成面向不同工業(yè)

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場景的智能化生產、網絡化協(xié)同、個性化定制和服務化延伸

等智能應用解決方案。

工業(yè)互聯(lián)網功能體系是以ISA-95為代表的傳統(tǒng)制造系

統(tǒng)功能體系的升級和變革，其更加關注數(shù)據(jù)與模型在業(yè)務功

能實現(xiàn)的分層演進。一方面，工業(yè)互聯(lián)網強調以數(shù)據(jù)為主線

簡化制造層次結構，對功能層級進行了重新劃分，垂直化的

制造層級在數(shù)據(jù)作用下逐步走向扁平化，并以數(shù)據(jù)閉環(huán)貫穿

始終；另一方面，工業(yè)互聯(lián)網強調數(shù)字模型在制造體系中的

作用，相比傳統(tǒng)制造體系，通過工業(yè)模型、數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)

管理、服務管理的融合作用，對下支撐更廣泛的感知控制，

對上支撐更靈活深度的決策優(yōu)化。

（二）工業(yè)互聯(lián)網網絡功能視圖

1.功能視圖

網絡體系由網絡互聯(lián)、數(shù)據(jù)互通和標識解析三部分組成。

網絡互聯(lián)實現(xiàn)要素之間的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)互通實現(xiàn)要素之間

傳輸信息的相互理解，標識解析實現(xiàn)要素的標記、管理和定

位。

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圖9工業(yè)互聯(lián)網功能視圖網絡體系框架

（1）網絡互聯(lián)

網絡互聯(lián)，即通過有線、無線方式，將工業(yè)互聯(lián)網體系

相關的人機物料法環(huán)以及企業(yè)上下游、智能產品、用戶等全

要素連接，支撐業(yè)務發(fā)展的多要求數(shù)據(jù)轉發(fā)，實現(xiàn)端到端數(shù)

據(jù)傳輸。網絡互聯(lián)根據(jù)協(xié)議層次有底向上可以分為多方式接

入、網絡層轉發(fā)和傳輸層傳送。多方式接入包括有線接入和

無線接入，通過現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網、工業(yè)PON、TSN等

有線方式，以及5G/4G、WiFi/WiFi6、WIA、WirelessHART、

ISA100.11a等無線方式，將工廠內的各種要素接入工廠內網，

包括人員（如生產人員、設計人員、外部人員）、機器（如

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裝備、辦公設備）、材料（如原材料、在制品、制成品）、

環(huán)境（如儀表、監(jiān)測設備）等；將工廠外的各要素接入工廠

外網，包括用戶、協(xié)作企業(yè)、智能產品、智能工廠以及公共

基礎支撐的工業(yè)互聯(lián)網平臺、安全系統(tǒng)、標識系統(tǒng)等。

網絡層轉發(fā)實現(xiàn)工業(yè)非實時數(shù)據(jù)轉發(fā)、工業(yè)實時數(shù)據(jù)轉

發(fā)、網絡控制、網絡管理等功能。工業(yè)非實時數(shù)據(jù)轉發(fā)功能

主要完成無時延同步要求的采集信息數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的傳

輸。工業(yè)實時數(shù)據(jù)轉發(fā)功能主要傳輸生產控制過程中有實時

性要求的控制信息和需要實時處理的采集信息。網絡控制主

要完成路由表/流表生成、路徑選擇、路由協(xié)議互通、ACL配

置、QoS配置等功能。網絡管理功能包括層次化的QoS、拓

撲管理、接入管理、資源管理等功能。

傳輸層的端到端數(shù)據(jù)傳輸功能實現(xiàn)基于TCP、UDP等實

現(xiàn)設備到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。管理功能實現(xiàn)傳輸層的端口管理、

端到端連接管理、安全管理等。

（2）數(shù)據(jù)互通

數(shù)據(jù)互通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息在各要素間、各系統(tǒng)間的無

縫傳遞，使得異構系統(tǒng)在數(shù)據(jù)層面能相互“理解”，從而實

現(xiàn)數(shù)據(jù)互操作與信息集成。數(shù)據(jù)互通使得異構系統(tǒng)在數(shù)據(jù)層

面能相互“理解”，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)互操作與信息集成。數(shù)據(jù)

互通包括應用層通信、信息模型和語義互操作等功能。應用

層通信通過OPCUA、MQTT、HTTP等協(xié)議，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息

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傳輸安全通道的建立、維持、關閉，以及對支持工業(yè)數(shù)據(jù)資

源模型的裝備、傳感器、遠程終端單元、服務器等設備節(jié)點

進行管理。信息模型是通過OPCUA、MTConnect、YANG等

協(xié)議，提供完備、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)對象表達、描述和操作模型。

語義互操作通過OPCUA、PLCopen、AutoML等協(xié)議，實現(xiàn)

工業(yè)數(shù)據(jù)信息的發(fā)現(xiàn)、采集、查詢、存儲、交互等功能，以

及對工業(yè)數(shù)據(jù)信息的請求、相應、發(fā)布、訂閱等功能。

（3）標識解析

圖10工業(yè)互聯(lián)網功能視圖網絡體系框架

標識解析提供標識數(shù)據(jù)采集、標簽管理、標識注冊、標

識解析、數(shù)據(jù)處理和標識數(shù)據(jù)建模功能。標識數(shù)據(jù)采集，主

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要定義了標識數(shù)據(jù)的采集和處理手段，包含標識讀寫和數(shù)據(jù)

傳輸兩個功能，負責標識的識讀和數(shù)據(jù)預處理。標簽管理主

要定義了標識的載體形式和標識編碼的存儲形式，負責完成

載體數(shù)據(jù)信息的存儲、管理和控制，針對不同行業(yè)、企業(yè)需

要，提供符合要求的標識編碼形式。標識注冊是在信息系統(tǒng)

中創(chuàng)建對象的標識注冊數(shù)據(jù)，包括標識責任主體信息、解析

服務尋址信息、對象應用數(shù)據(jù)信息等，并存儲、管理、維護

該注冊數(shù)據(jù)。標識解析能夠根據(jù)標識編碼查詢目標對象網絡

位置或者相關信息的系統(tǒng)裝置，對機器和物品進行唯一性的

定位和信息查詢，是實現(xiàn)全球供應鏈系統(tǒng)和企業(yè)生產系統(tǒng)的

精準對接、產品全生命周期管理和智能化服務的前提和基礎。

標識數(shù)據(jù)處理定義了對采集后的數(shù)據(jù)進行清洗、存儲、檢索、

加工、變換和傳輸?shù)倪^程，根據(jù)不同業(yè)務場景，依托數(shù)據(jù)模

型來實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)處理過程。標識數(shù)據(jù)建模構建特定領域

應用的標識數(shù)據(jù)服務模型，建立標識應用數(shù)據(jù)字典、知識圖

譜等，基于統(tǒng)一標識建立對象在不同信息系統(tǒng)之間的關聯(lián)關

系，提供對象信息服務。

2.現(xiàn)狀與問題

（1）網絡互聯(lián)

從功能現(xiàn)狀來看，傳統(tǒng)工廠內網絡在接入方式上主要以

有線網絡接入為主，只有少量的無線技術被用于儀表數(shù)據(jù)的

采集；在數(shù)據(jù)轉發(fā)方面，主要采用帶寬較小的總線或

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10/100Mbps的以太網，通過單獨布線或專用信道來保障高可

靠控制數(shù)據(jù)轉發(fā)，大量的網絡配置、管理、控制都靠人工完

成，網絡一旦建成，調整、重組、改造的難度和成本都較高。

其中，用于連接現(xiàn)場傳感器、執(zhí)行器、控制器及監(jiān)控系統(tǒng)的

工業(yè)控制網絡主要使用各種工業(yè)總線、工業(yè)以太網進行連接，

涉及的技術標準眾多，彼此互聯(lián)性和兼容性差，限制大規(guī)模

網絡互聯(lián)。連接各辦公、管理、運營和應用系統(tǒng)企業(yè)網主要

采用高速以太網和TCP/IP進行網絡互聯(lián)，但目前還難以滿

足一些應用系統(tǒng)對現(xiàn)場級數(shù)據(jù)的高實時、高可靠的直接采集。

工廠外網絡目前仍基于互聯(lián)網建設為主，有著多種接入

方式，但網絡轉發(fā)仍以“盡力而為”的方式為主，無法向大

量客戶提供低時延、高可靠、高靈活的轉發(fā)服務。同時，由

于工業(yè)不同行業(yè)和領域信息化發(fā)展水平不一，工業(yè)企業(yè)對工

廠外網絡的利用和業(yè)務開發(fā)程度也不盡相同，部分工業(yè)企業(yè)

僅申請了普通的互聯(lián)網接入，部分工業(yè)企業(yè)的不同區(qū)域之間

仍存在信息孤島的現(xiàn)象。

當前工業(yè)網絡是圍繞工業(yè)控制通信需求，隨著自動化、

信息化、數(shù)字化發(fā)展逐漸構成的。由于在設計建設之初并未

考慮到整個體系的網絡互聯(lián)和數(shù)據(jù)互通，因此各層級網絡的

功能割裂難互通，網絡能力單一難兼容，無法滿足工業(yè)互聯(lián)

網業(yè)務發(fā)展的要求。主要體現(xiàn)在工業(yè)控制網絡能力不強，無

法支撐工業(yè)智能化發(fā)展所需的海量數(shù)據(jù)采集和生產環(huán)境無

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死角覆蓋，大量的生產數(shù)據(jù)沉淀或消失在工業(yè)控制網絡中；

企業(yè)信息網絡難以延伸到生產系統(tǒng)，限制了信息系統(tǒng)能力發(fā)

揮；互聯(lián)網未能充分發(fā)揮作用，僅用于基本商業(yè)信息交互，

難以支持高質量的網絡化協(xié)同和服務。

（2）數(shù)據(jù)互通

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國際上現(xiàn)存的現(xiàn)場總線通信協(xié)議數(shù)

量高達40余種，還存在一些自動化控制企業(yè)，直接