蒋昕昊_工业互联网体系架构2
面向自组织生产系统的工业互联网边缘计算体系架构
Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Science.
获得行业领域高度认可
基于等离子体图像补偿的LIBS高精度测量
n 研制国内首套基于LIBS的矿浆成分在线分析仪
（国家重点研发计划，重大科学仪器设备开发专项项目, 2016.7—2020.10）
抓取尝试）的训练后，机器人展 现出了“智能反应行为的迹象”
训练前：抓取失败率为34％
训练后：失败率降到18％
Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Science.
大规模AGV物流
• 建立边缘侧分布式调控平台，通过本地化路径规划，冲突避让，降低大规模 AGV调控复杂度。
对边缘计算的需求
• 当前模式：数据感知到云端处理，云计算的安全性、实时性难以满足需求 • 需要在边缘侧实现具有低时延要求、轻量化的信息与物理深度融合应用
Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Science.
边缘计算典型应用
高精度加工
Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Science.
加工案例——复杂曲面加工
车铣复合机床状态监控
Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Science.
加工案例——复杂曲面加工
内燃机 combustion motor
2nd 1st
传送带
蒸汽机
微电子
ICT
μelectronics
《物联网技术》杂志投稿要求
物联网技术 2021年 / 第12期58远程协助、预测性维护、机器视觉质检等。
未来，5G+MEC 要与TSN 、DetNet 等技术相结合，为工业场景提供更高质量、更强确定性的网络。
同时，“5G+MEC+行业智能化应用”的新技术和新网络模式也将融入各个行业和企业的发展过程，带来真正的价值提升[15]。
（4）OPC UA工业界OT 和IT 融合是技术发展的必然趋势，而OPC UA 被公认为在这两者的融合和集成方面具有显著优势。
（5）大数据移动大数据包括用户产生的数据和运营商产生的数据。
5G 的应用使全球移动数据流量呈倍速增长，对移动大数据进行分析可以对5G 网络的发展起到优化和强化作用，如优化网络体系架构设计、提升运维效率、提升服务体验等[16]。
5.5.3 工业互联网实时性要求解决方案工业互联网对实时性有很高的要求。
实时性有2个方面的内容，一方面是传输速度足够快，另一方面是确定性足够高，即网络服务质量较高。
根据马君显教授题为《5G 与工业互联网融合中的时间相关问题》的报告，工业互联网的实时性需求可通过5G 通信、光纤传感网和工业互联网的深度融合获得满足。
其中，光纤传感网还需要进一步提高响应速度才能满足工业应用的实时性要求。
6 结 语5G+工业互联网是未来的发展趋势和各国之间的竞争核心，已经在全世界引起了高度重视。
目前，5G+工业互联网的发展势头良好，成效初现，但不可否认的是，它仍处于起参考文献[1]沈洲，安岗，余明明.5G 在工业互联网中的探索和应用[J].信息通信技术，2019，13（5）：17-22.[2]许英教.5G 通信场景及技术要点探析[J].数字通信世界，2020，184（4）：173.[3]师伟伦.5G 无线通信技术概念及其应用[J].科学大众，2020，84（2）：53.[4]林玮平，魏颖琪，李颖.5G 在工业互联网上的应用研究[J].广东通信技术，2018，38（11）：24-27.[5]肖娟.物联网形势下的5G 通信技术研究[J].无线互联科技，2019，16（20）：1-2.[6]张长青.基于5G 环境下的工业互联网应用探讨[J].电信网技术，2017，43（1）：29-34.[7]陆剑峰，王盛，张晨麟，等.工业互联网支持下的数字孪生车间 [J].自动化仪表，2019，40（5）：1-5.[8]余晓晖，杨希，蒋昕昊.工业互联网的发展实践与未来方向[J].新经济导刊，2019，19（2）：34-38.[9]孙兆亮.5G 移动通信技术下的物联网时代[J].中国新通信，2020，22（10）：23.[10]于瑞强.基于5G 网络下的物联网通信技术与挑战[J].科学技术创新，2020，10（4）：67-68.[11]毛光烈，汤方晴.“5G+工业互联网”的融合机理及推进策略[J].杭州电子科技大学学报（社会科学版），2020，16（3）：5-8.[12]赵嫣艳.5G 工业应用技术研讨会在北京举行[J].智慧中国，2020，6（1）：84-86.[13]王俊文.未来工业互联网发展的技术需求[J].电信科学，2019，35（8）：32-44.[14]朱瑾瑜，段世惠，张恒升，等.时间敏感网络技术在工业互联网领域应用必要性分析[J].电信科学，2020，36（5）：115-124.[15]肖羽，王帅.5G 和MEC 在工业互联网中的应用探讨[J].邮电设计技术，2020，63（7）：7-11.[16]邬贺铨.大数据驱动5G 网络与服务优化[J].大数据，2018，4（6）：1-8.《物联网技术》杂志投稿要求《物联网技术》杂志的论文格式要求如下：1. 投稿的论文稿件中应具有中文标题、作者单位和署名、摘要、关键词（6个以上），论文正文部分应具有引言和结束语，参考文献（10条以上），文后应附主要作者简介（作者简介包括：姓名、出生年月、性别、学历、职称、研究方向）；2. 稿件中的图表一般不超过5幅，并要求标注清楚、规范；3. 稿件长度在5 000字以内；4. 投稿稿件请用Word 文档编辑（编排格式不限）并通过网站在线投稿。
基于工业互联网融合模式的制造业深度融合研究
Байду номын сангаас二、文献综述
工业互联网的概念最早是由美国提出的，且随着不同的发展阶段、国别差异而有所不 同。最早提出工业互联网概念的美国通用公司认为，工业互联网是“数据、硬件、软件与 智能的流动和交互”（美国通用电气公司，2012）；美国工业互联网联盟和德国关于工业 互联网的概念都涉及互联、集成、数据、服务的创新特征（Industrial Internet Consortium， 2015；纪成君和陈迪，2016）。我国工业互联网的概念则随着政策变化而有所变化：从中 国制造业2025，到互联网协同发展，再到互联网与先进制造业发展，以及新一代信息技术 与工业制造业的深度融合发展（杨学山，2019；中央全面深化改革委员会，2020），通 过构建工业互联网体系，打造人、机、物的互联互通，推动新业态、新模式等的创新发展 （国务院，2017）。中国工业互联网的概念从模糊到清晰，也反映了国际上对工业互联网 概念理解的逐步加深。国内目前接受的工业互联网概念是由中国工业互联网产业联盟给出 的工业互联网概念，即“工业互联网作为全新工业生态、关键基础设施和新型应用模式， 通过人、机、物的全面互联，实现全要素、全产业链、全价值链的全面连接，正在全球范
工业互联网体系架构
工业互联网体系架构1.边缘计算层：边缘计算是指将数据的处理和分析推向网络边缘，减少数据的传输延迟和带宽占用。
在工业互联网中，边缘计算层可以将边缘设备（如传感器、PLC、机器人等）与云平台连接，实现实时数据采集、处理和分析。
边缘计算还可以支持设备和系统的自主决策和智能调度，提高生产效率和响应速度。
2. 通信传输层：通信传输层是工业互联网的基础，用于实现设备之间的网络连接和数据传输。
通信传输层包括有线和无线通信技术，如以太网、Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。
通过通信传输层，边缘设备可以与其他设备、运营商、云平台等进行数据交互和通信。
3.云计算和大数据层：云计算和大数据是工业互联网的核心技术，用于存储、处理和分析海量的数据。
在云计算和大数据层，工业互联网平台提供了数据存储、计算和分析的基础设施和服务，支持企业进行数据挖掘、预测分析、模型优化等工作。
通过云计算和大数据技术，可以实现对生产过程、设备状态、能源消耗、产品质量等信息的实时监控和分析，为企业提供决策支持和优化方案。
4.应用层：应用层是工业互联网的核心功能层，用于实现各类应用场景。
在应用层，工业互联网平台可以提供包括生产计划管理、设备维护管理、供应链管理、质量管理、产品追溯等一系列应用功能。
通过应用层，企业可以实现生产过程的智能化、自动化和协同化，提高生产效率和产品质量。
5.安全和隐私保护层：工业互联网的安全和隐私保护层是保证数据安全和业务运行的重要保障。
在这一层面上，工业互联网平台需要采用多层次、多角度的安全措施，如身份认证、访问控制、数据加密、安全传输等。
安全和隐私保护层还需要考虑法律法规和业界标准的要求，确保企业和用户的数据安全和隐私不受侵犯。
总结起来，工业互联网体系架构包括边缘计算层、通信传输层、云计算和大数据层、应用层和安全和隐私保护层。
这一架构将边缘设备、通信技术、云计算和大数据技术、应用功能和安全保障有机地结合在一起，实现了工业生产、管理和服务的协同和智能化。
工业互联网基础知识
工业互联网基础知识目录一、工业互联网概述 (3)1.1 定义与概念 (3)1.1.1 工业互联网的定义 (4)1.1.2 工业互联网的起源与发展 (5)1.2 架构与组成 (7)1.2.1 核心架构 (8)1.2.2 关键技术 (9)二、工业互联网的应用领域 (11)2.1 制造业 (12)2.1.1 智能制造 (13)2.1.2 工业机器人 (14)2.2 供应链管理 (15)2.2.1 需求预测与库存管理 (16)2.2.2 物流追踪与配送优化 (17)2.3 城市管理 (18)2.3.1 智慧城市 (20)2.3.2 能源管理与环保 (21)2.4 其他领域 (22)2.4.1 医疗健康 (23)2.4.2 教育培训 (24)三、工业互联网的发展趋势 (25)3.1 5G与物联网的融合 (26)3.1.1 5G技术简介 (28)3.1.2 物联网在工业互联网中的应用 (29)3.2 AI与大数据的赋能 (30)3.2.1 人工智能在工业互联网中的作用 (32)3.2.2 大数据分析在工业优化中的应用 (33)3.3 边缘计算与云计算的结合 (34)3.3.1 边缘计算简介 (35)3.3.2 云计算在工业互联网中的应用 (36)3.4 网络安全与隐私保护 (38)3.4.1 工业互联网安全挑战 (39)3.4.2 数据隐私保护措施 (40)四、工业互联网的挑战与机遇 (41)4.1 技术挑战 (42)4.1.1 技术标准与互操作性 (43)4.1.2 技术更新与研发投入 (45)4.2 商业模式与盈利路径 (46)4.2.1 企业上云与数字化转型 (47)4.2.2 商业模式的创新与实践 (48)4.3 政策与法规环境 (50)4.3.1 国家政策支持 (51)4.3.2 法律法规保障 (52)一、工业互联网概述工业互联网是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式和工业生态，通过对人、机、物、系统等全面连接，实现全要素、全流程、全产业的深度互联和智能化发展。
基于工业互联网平台的综合远程测控教学实验室系统
)&) 端层以及边缘层实验项目 端层以及边缘层的实验目的主要是让学生了解并实
合开发( (应用层
现工业互联网框架下的现场数据采集的需求"方式以及传 3&$ 应用层实现的功能
输#具体实验项目包括!)$*:8U控制器( 分别采用温湿度 本项目平台层的需要实现的功能目标主要有两个方
传感器和液位计采集温控箱和液位控制水箱的温度"湿度 面!一是数据可视化门户界面的开发( 设计和开发过程中
知识的新技术学习将改变现有的传统教学模式需要高校 外该系统所涉及的实训项目均结合实际工程实践需求
学生通过一种实践引导的自学模式开展项目式实训因此 使学生能够了解企业项目应用开发中的实际需求和行业
需要在线实验平台和工具的支撑^ 目前已经有很多高 标准培养解决复杂工程问题的能力
校在工业互联网教学平台方面进行了尝试如谢昊飞等人 %系统设计
平台( 用户可以在移动端便捷地查看监控画面"趋势图" 过程报警"视频监控"生产报表#能进行协同办公"交流等(
(&) 平台层实验项目 平台层的实验目的是让学生进一步了解工业互联网 架构#掌握工业互联网平台数据建模"存储"管理等基本技 术#并学会使用平台提供的开发工具及其扩展模块进行应 用6::的开发( 具体实验项目包括!)$* 数据采集与存 储( 实现平台层采集器与边缘层的数据通信接入+根据采 集的数据类型构建数据模型#建立相应的数据对象以及属 性等#并接入第三方数据库) 如6,,DAA* 进行存储和读取( ))*低代码组态开发( 使用工业互联网平台提供的图形 化"模块化编程的向导式应用#开发常见的6::应用单元( 具体实验内容包括!数据的图形化展示+视频墙的搭建+表 单的增删改查等( )(*高代码组件开发( 使用可编程组件 搭建本地开发环境#实现<; UFKD与工业互联网平台的联
工业互联网体系架构2.0
Vol. 25 No. 12Dec. 2 0 19第25卷第12期2 0 19年12月计"机集成制造系统Computer Integrated Manufacturing SystemsDOI ： 10. 13196/j. cims. 2019. 12. 001工业互联网体系架构2.0余晓晖，刘 默，蒋昕昊,尹杨鹏，杨希,刘棣斐，张恒升,刘晓曼，池程(中国信息通信研究院，北京100191)摘 要：工业互联网正处于高速发展阶段，为工业数字化转型、经济高质量发展带来了新的支撑，已得到政府、产业界、学术界的广泛关注#与此同时，工业互联网跨学科、跨领域的复杂特征对构建统一的体系架构提出要求， 各国纷纷开展相应工作。
立足当前我国工业互联网发展现状，充分借鉴国外体系架构优点，从业务、功能、实施等层面出发，提出了具有我国特色的工业互联网综合性架构，指导工业互联网发展和实践。
最后，给出体系架构引领我国工业互联网发展的相关建议#关键词：工业互联网；体系架构；业务功能;应用实践中图分类号：TP393 文献标识码：AIndustrial Internet Architecture 2. 0YU Xiaohui ，LIUMo, JIANG Xinhao ，YIN Yangpeng ，YANGX$ LIUDifei ，ZHANG Hengsheng ，LIU Xiaoman ，CHI Ch e ng(China Academy of Information and Communications Technology ,Beijing 100191,China )Abstract ：The Industrial Internet is at a high-speeddevelopment stage ， bringing new support for industrial digitaltransformation and high-quality economic development ， which has attracted widespread attention from the govern ment ，industry and academia. At the same time ，the interdisciplinary and interdisciplinary complex characteristics of :ndustr:al Internet had requ:red the establ shment of un f:ed system arch tecture and countr:es were beg:nn:ng towork accordingly. Based on the current status of China's industrial Internet development ， by fully drawing on the advantagesofforeignsystemarchitectures acomprehensiveindustrialInternetarchitecturewithChinesecharacter-isticswasproposedtoguidethedevelopmentandpracticeofindustrialInternetfromtheaspectsofbusiness func tion andimplementation'Therelevantsuggestionsforthearchitecture weregiventoleadthe developmentof China's industrial Internet.Keywords ：industrial Internet ； architecture ； business functions ； application practiceo 引言当前，以新一代信息技术为驱动的数字浪潮正 深刻重塑经济社会的各个领域［1］，移动互联、物联网、云计算、大数据、人工智能等技术与各产业深度 融合，推动生产方式、产品形态、商业模式、产业组织和国际格局深刻变革，并加速推进第四次工业革命 的孕育与发展。
工业互联网体系架构2.0共3篇
工业互联网体系架构2.0共3篇工业互联网体系架构2.01随着“工业互联网”概念的提出，工业制造业正面临数字化、网络化和智能化的新时代。
工业互联网是指以物物互联、人机互联和智能决策为核心特点的新型信息化和工业化深度融合的产业形态。
而工业互联网体系架构则是这个产业形态的基石，是工业制造业实现数字化、网络化和智能化的关键前提。
在工业互联网体系架构1.0时代，人们主要采用基于传统技术、信息孤岛的思维模式来实现数字化、网络化和智能化，这导致了工业生产环节的信息孤立，处理能力不足，难以满足产业快速发展的需求。
如今，工业互联网体系架构2.0已经全面崭露头角，以场景应用为基础，实现了多数据源、海量数据、复杂数据的整合和处理，使得工业生产变得更加高效、智能化和可持续。
工业互联网体系架构2.0的核心是基于场景，区别于传统的基于技术领域的体系架构，它将相似产业链、类似场景的企业，以及不同产业相同场景的企业，汇聚在一起，形成以产业链场景为中心的体系架构。
这样的体系架构更便于形成基于场景的信息流、物流、价值流，从而实现全产业链、全价值链的数字化和智能化协同。
工业互联网体系架构2.0还包括边缘计算、云计算、大数据、物联网技术等，它们的整合和共享构成了工业制造的数字基础架构。
其中，边缘计算技术的应用，使得网络性能得以优化，实现了低延迟、高可靠和在线随时可用等特性。
云计算技术的应用，则将分布式的计算资源构成统一的服务，使得机器学习、能源管理、安全监控等应用得以实现。
大数据的应用，则可以整合工业系统内部数据、外部数据、历史数据等，形成更加全面、准确的信息。
物联网技术的应用，则能够提升系统的感知和控制能力，从而实现自动化、智能化生产。
工业互联网体系架构2.0的实施，需要从多个方面推进。
首先，要在技术上进行升级。
例如，要升级网络设备、传感器、自动化设备等，使其变得更加智能化和互联化。
其次，要在组织上进行升级。
例如，要改变传统的单向管理模式，实现信息和决策的共享。
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业务视图：数字化转型的关键支撑
产业层
导 向
CEO
赋 能
CIO 应 用 工程师
支 撑
商业层
能力层
智能化生产 场景层
网络化协同 规模化定制 服务化延伸
产业层：工业互联网对产业的作用、 意义与影响
商业层：面向企业主体，确立企业 愿景、战略方向和战术目标，明确 CEO、中层管理、工程师等人员职 能。
跨企业平台（行业数字孪生体）
工业应用
设计协同
跨企业平台 企业平台
工业应用
供应链优化
工业应用
协同制造
工业应用
金融服务
工业应用
订单协同
工业应用
保险服务
应用开发
具
监测
诊断
预测
优化
体
建模
信息交互
功
数据集成与管理
能
承
跨企业公有云
载
实
数据流
公共网络
控制流
体
企业平台
企业平台
企业平台
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工业互联网体系架构1.0回顾 工业互联网体系架构2.0方案 发展与展望
发展与展望
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架构发展
1. 完成与美国、德国等国际主流架构对接工作 2. 推动新技术在架构中融入和探索 3. 指引垂直行业对架构部署与应用
• 白皮书 • 国际架构对接工作 • 基于架构2.0测试床与优秀案例 • 架构2.0系列丛书等 • ……
通信架构方法论
组件化：强调核心组件与功能域的抽象 交互化：强调网络接口交互与连接关系描述
IIRA
系统和软件工程 架构标准
ISO/IEC 30141 《物联网参考架构》 ITU-T Y.2060 《物联网概述》建议书
体系架构2.0
1、综合化
• 融合工业、软件、通信方法论 • 体现网络、数据、安全综合领
网络功能视图：互联、互通、标识
网络互联、数据互通、标识解析是 工业互联网网络基本功能
多源异构数据传输成为厂内网络主要 功能要求；面向层次化场景的网络管 理要求是网络功能实现的关键
“编码-采集-解析-共享“构成标识 功能分层
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安全功能视图：五大安全的细化延伸
工业互联网 体系架构2.0
融入新技术原理 拓展垂直领域
丰富细化要素 强化产业指导
构建完整体系 加强国际对接
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工业互联网体系架构1.0回顾 工业互联网体系架构2.0方案 发展与展望
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“标准+技术体系”
“垂直行业实施架构”
（3）市场找到解决方案 （4）企业/园区了解实施效果
“测试床”“产品名录”
“成熟度评估”
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新技术与实施落地需求驱动体系架构向2.0发展
工业互联网 体系架构1.0
进一步突出数据作用 通用性扩展至产业互联网范围
体系架构2.0融合工业、软件、通信等方法论
工业架构方法论
流程化：强调生产流程、关键活动 层级化：强调从小到大的垂直层级范围 标准化：强调关键标准支撑与系统映射
RAMI4.0
智能制造系统视图
软件架构方法论
体系化：强调技术、应用等多视角描述 需求化：强调需求牵引系统流程构建 数据化：强调数据作用与数据流动
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设备数字孪生体
具 体 功 能
承 载 实 体
传 感 器
工业应用
设备预测
工业应用
设备诊断
工业应用
设备监测
识别 采集
建模
控制 执行
数据流
控制器
执 行 器
工业应用
设备优化
控制流
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车间\产线数字孪生体
工业应用
物流调度
边缘计算 设备
设备数字 孪生体
工业应用
人员调配
工业应用
工艺配置
工业应用
质量管控
工业应用
设备管理
监测
建模
诊断
预测
优化
信息交互
数据集成与管理
上位机
数据流
现场网络
智能网关
控制流
工业应用
能耗管理 具 体 功 能
承 载 实 体
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✓ 梳理应用侧业务需求与核心流程 ✓ 明确工业互联网价值，导出五类关键能力 ✓ 确定可组合的四大应用模式和适用场景
问题： 需要哪些功能来支撑上述业务实现？
✓ 确立核心功能模块与交互关系 ✓ 明确核心功能作用范围 ✓ 网络、数据、安全功能视图
2.0
实施视图
问题： 如何实际应用部署以实现上述功能？
✓ 明确系统实施对象、层级与范围 ✓ 明确关键技术、系统、软硬件模块及相互关系 ✓ 确立实施场景数据流、控制流等信息流动
新型安全功能是工业互联网安全功 能视图关注重点
不断进化的安全防范将被动升级转向 主动进化
实施视图：平台与数字孪生体支撑设备/车间/ 用户上传 更多免费报告请查看研报客 企业/产业链的优化闭环
设备、车间、企业、产业链层层递进，具体功能对应各有侧重 平台和数字孪生体构建成为工业互联网成功实施的关键
域和关键系统
2、价值化
• 需求导向，流程引领 • 定义核心功能，明确系统实施
3、结构化
• 面向数据流，以数据贯穿 • 自顶向下、层层映射、逐步求精
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三大视图构建核心理念、流程和框架
工
业务视图
业
互
导向
联
网 体
功能视图
系
架
导出
构
问题：
工业互联网能带来哪些价值？ 企业为此需具备哪些能力？
战略：提升价值、创新模式、降低成本 战术：商业模式创新、需求快速响应、 产品质量提高、生产效率提升、运营管 理优化、资源灵活调配
能力层：面向赋能主体，确立五大 核心能力。
能力：智能决策、全局协同、敏捷响应、 泛在感知、动态优化
场景层：面向垂直行业场景客
体系架构：定义、指引、协同
以体系架构引领工业互联网技术、产业、应用协同推进、互补创新
工业互联网体系架构1.0凝聚共识，指导多层面 用户上传 更多免费报告请查看研报客 工作推进
工业互联网体系架构1.0
网络、数据、安全已成为目前中国工业互联网的方法论
（1）产业确立共同语言 （2）行业找到实施路径
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工业互联网体系架构2.0
中国信息通信研究院 蒋昕昊 2019年2月
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工业互联网体系架构1.0回顾 工业互联网体系架构2.0方案 发展与展望
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企业平台（企业数字孪生体）
工业应用
设计仿真
企业平台 产线/车间 数字孪生体
工业应用
订单计划
工业应用
仓储物流
工业应用
产能优化
工业应用
库存优化
工业应用
绩效优化
应用开发
具
监测
诊断
预测
优化
体
建模
信息交互
功
数据集成与管理
能
承
企业云
载
实
数据流
企业网络
控制流
体
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数据功能视图：核心功能的三大层次
感知控制、数据管理、决策优化是工 业互联网数据功能基本层次
✓ 感知控制层：实现资产数据感知识别和 实时控制
✓ 数据管理层：强化资产数据的虚拟映射 与管理组织
✓ 决策优化层：聚焦数据挖掘分析与价值 转化
信息流与控制流闭环实现物理空间与 虚拟空间的交互优化
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