工业互联网体系架构介绍
工业互联网体系架构介绍
工业互联网体系架构介绍工业互联网：解开未来工业之谜在我们迈向智能制造的新时代，工业互联网扮演着至关重要的角色。
它不仅将机器、设备、传感器、人和产品等元素连接起来，形成了一个庞大的工业网络，更在推动工业领域的创新和生产力提升方面发挥着重要作用。
为了更好地理解和利用工业互联网，我们需要先了解其体系架构。
工业互联网体系架构概述工业互联网体系架构将各种硬件和软件资源整合到一个统一的框架中，为数据交换、通信和互操作提供支持。
该架构由三个主要部分组成：核心层、网络层和应用层。
核心层核心层是工业互联网体系架构的最底层，主要包括设备、传感器和执行器等硬件元素。
这些设备通过工业总线、以太网、无线局域网等通信技术相互连接，实现数据采集和设备控制。
网络层网络层位于核心层之上，主要负责数据传输和通信。
它可以将来自不同设备的数据整合到一个统一的网络中，实现数据共享和远程控制。
网络层还提供安全和可靠的数据传输机制，确保数据在传输过程中的完整性和机密性。
应用层应用层是工业互联网体系架构的最顶层，主要负责数据处理和分析。
通过使用大数据、云计算和人工智能等技术，应用层可以对海量的数据进行挖掘和分析，提供决策支持和优化方案。
此外，应用层还可以为用户提供友好的人机界面，实现远程监控和操作。
工业互联网核心技术工业互联网的核心技术包括物联网、云计算、大数据和人工智能等。
这些技术是工业互联网体系架构实现的基础。
物联网物联网技术将各种设备、传感器和执行器连接起来，形成一个统一的工业网络。
通过物联网技术，我们可以实现设备的远程监控和控制，提高生产效率。
云计算云计算技术为工业互联网提供了强大的计算和存储能力。
通过将数据存储在云端，我们可以随时随地访问和分析数据，提高了数据利用的灵活性和效率。
大数据大数据技术帮助我们处理和分析海量的工业数据。
通过对这些数据的挖掘和分析，我们可以发现隐藏在数据中的价值，为决策提供支持。
人工智能人工智能技术为工业互联网提供了强大的智能化能力。
工业互联网标识解析体系与企业应用价值简介
一、工业互联网介绍工业互联网是满足工业智能化发展需求，具有低时延、高可靠、广覆盖特点的关键网络基础设施，是新一代信息通信技术与先进制造业深度融合所形成的新兴业态与应用模式，是全球争抢的未来产业新制高点。
其本质是以机器、原材料、控制系统、信息系统、产品以及人之间的网络互联为基础，通过对工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析，实现智能控制、运营优化和生产组织方式变革，形成人、机、物全面互联的工业发展新生态体系。
工业互联网主要分为网络、数据和安全三大部分。
其中网络是基础，数据是核心（从部署角度是平台），安全是保障。
其中，标识解析体系是工业互联网网络的重要组成部分，是工业互联网的“中枢神经”，是实现工业全要素、各环节信息互通的关键枢纽，是实现全要素、全产业链、全价值链互联的基础。
二、工业互联网标识解析介绍工业互联网网络层的建设，是通过重新设置一套工业互联网标识解析体系来完成数字对象的身份认证和数据的互通。
标识解析体系类似互联网领域的域名解析系统（DNS），赋予每一个产品、零部件、机器设备等唯一的“身份证”，从而实现资源的区分和管理。
标识解析体系主要由三要素组成：标识，这就相当于机器、物品的“身份证”号码；标识解析，即利用标识，对机器和物品进行唯一性的定位和信息查询，是实现全球供应链系统和企业生产系统的精准对接、产品的全生命周期管理和智能化服务的前提和基础；标识管理，即通过国家工业互联网标识解析体系，实现标识的申请、注册、分配、备案，为机器、物品分配唯一的编码。
三、工业互联网标识体系架构标识解析体系从部署角度分为四层架构。
标识解析体系主要分为根节点、国家顶级节点、二级节点和企业节点，每层节点保存不同的信息。
根节点是最顶层的信息，主要归属管理层。
国家顶级节点是我国工业互联网标识解析体系的关键，既是对外互联的国际关口，也是对内统筹的核心枢纽。
二级节点面向行业提供标识注册和解析服务，未来将选择汽车、机械制造、航天、船舶、电子、食品等优势行业，逐步构建一批行业性二级节点。
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。
工业互联网体系架构 (版本2.0)202004
（版本 2.0）
2020 年 4 月
编写说明
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，移动互联、物联网、云计算、大数据、人 工智 能等技术与各个产业深度融合，推动着生产方式、产品形 态、商 业模式、产业组织和国际格局的深刻变革，并加快了第 四次工业 革命的孕育与发展。而越来越清晰的是，工业互联网 是实现这一 数字化转型的关键路径，构筑了第四次工业革命的 发展基石。
本报告主要分为八个部分。第一部分介绍了工业互联网的内 涵与意义。第二部分回顾了体系架构 1.0 版本，并介绍 2.0 版本 的定位与作用。第三部分明确工业互联网体系架构 2.0 的设计方 法论，剖析工业互联网体系架构 2.0 的整体视图。第四部分深入 分析工业互联网体系架构 2.0 的业务视图，并给出产业、企业、 工厂等不同层面业务目标与应用方向。第五部分剖析工业互联网 体系架构 2.0 的功能架构，探究网络、平台、安全三大体系的功 能视图、现状分析、存在的问题，并指出未来的发展趋势。第六 部分着重分析工业互联网体系架构 2.0 的实施框架，描述网络 、 标识、平台、安全部分实施部署方式和关键要素。第七部分 对工 业互联网技术体系进行梳理。第八部分分析企业结合体系 架构互联网体系架构（版本 2.0）》编写过程中也获得了众 多专家的指导与帮助。特别感谢工业和信息化部信息通信管理局、 信息技术发展司、网络安全管理局等对报告的全面指导。报告编 制中，编写组就体系架构 2.0 设计关键问题先后征询了邬贺铨、 方滨兴、孙凝晖、于海斌、屈贤明、安筱鹏、吕卫锋、王飞跃、 韩秀成、赵敏、张俊等院士及专家意见，并结合意见对体系架构 2.0 进行了多次修改和完善。上海优也信息科技有限公司首席技 术战略官林诗万、上海宝信软件股份有限公司首席技术官丛力群、 华为集团标准与产业部首席产业规划专家史扬等专家为报告提 出了详细的建设性指导意见，为体系架构 2.0 研究和本报告撰写 提供了重要参考。此外，白皮书编写过程中也得到了联盟成员及 国内外众多企业的大力支持，结合自身实践经验提供大量素材， 对白皮书中观点的形成和完善提出了重要建议。
工业互联网体系架构介绍
工业互联网体系架构介绍在当今数字化、智能化的时代浪潮中，工业互联网作为推动工业转型升级的关键力量，正日益受到广泛关注。
要深入理解工业互联网，首先需要了解其体系架构。
工业互联网体系架构就像是一座精心设计的大厦，由多个关键部分共同构建而成。
它涵盖了从设备层到云端的各个层面，实现了数据的采集、传输、分析和应用，从而为工业生产带来了前所未有的效率提升和创新可能。
在最底层的是设备层，这就好比是大厦的根基。
设备层包括了各种工业生产设备，如传感器、机器人、数控机床等等。
这些设备通过安装传感器和智能模块，能够实时采集生产过程中的各种数据，比如温度、压力、转速等物理参数。
这些数据就像是设备的“语言”，向我们诉说着它们的工作状态和性能表现。
往上一层是网络层，它相当于大厦中的通道和桥梁。
网络层负责将设备层采集到的数据快速、准确地传输到更高的层级。
这其中涉及到各种通信技术，如 5G、WiFi、蓝牙等，以及工业以太网等专用网络。
通过这些技术，数据能够在不同的设备和系统之间流畅地传递，确保信息的及时性和完整性。
再往上是平台层，这可以看作是大厦的中枢大脑。
平台层承担着数据存储、管理和分析的重要任务。
它能够对海量的数据进行筛选、清洗和整合，将杂乱无章的数据转化为有价值的信息。
同时，平台层还提供了各种数据分析工具和算法，帮助企业挖掘数据背后的潜在规律和趋势，为决策提供有力支持。
在平台层之上是应用层，它是大厦的顶层建筑，直接面向用户和业务需求。
应用层包含了各种各样的工业应用程序，如生产管理、设备维护、质量控制、供应链管理等。
这些应用程序基于平台层提供的数据和分析结果，为企业提供了具体的解决方案和服务，帮助企业实现智能化生产、精细化管理和高效的协同运作。
为了让这座“大厦”能够稳定、高效地运行，还需要一系列的支撑技术和保障措施。
比如安全技术，要确保数据的安全性和隐私性，防止数据泄露和恶意攻击。
此外，标准规范的制定也至关重要，它能够确保不同的设备、系统和应用之间能够相互兼容和协同工作，避免出现“各自为政”的混乱局面。
工业互联网体系架构
工业互联网体系架构。
近年来,随着以互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能等为代表得新一代信息技术与传统产业得加速融合,全球新一轮科技革命与产业变革正蓬勃兴起,一系列新得生产方式、组织方式与商业模部署成本。
为此, 在工业与信息化部指导下, 工业互联网产业联盟(以下简称 All ) 启动了工业互联网体系架构研究 , 在总结国内外发展实践得基础上, 撰写了工业互联网体系架构报告( 1、0 版), 提出了工业互联网得内涵、目标、体系架构、关键要素与发展方。
向报告旨在推动业界对工业互联网达成广泛共识, 以体系架构为牵引,为联盟各项工作以及我国工业互联网得技术创新、标准制定、试验验证、应用实践等提供参考与引导, 共同推动工业互联网得健康快速发展。
工业互联网就是一个长期发展与演进得过程,毫无疑问,目前我们对工业互联网得认识还就是初步与阶段性得。
联盟将根据国内外工业互联网得发展情况以及产业界得反馈意见,在持续深入研究得基础上适时修订与发布报告新版。
明说写编Ol(一)工业互联网得内涵工业互联网得内涵用千界定工业互联网得范畴与特征,明确工业互联网总体目标,就是研究工业互联网得基础与出发点,我们认为,工业互联网就是互联网与新—代信息技术与工业系统全方位深度融合所形成得产业与应用生态,就是工业智能化发展得关键综合信息基础设施。
其本质就是以机器、原材料、控制系统、信息系统、产品以及人之间得网络互联为基础,通过对工业数据得全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理与高级建模分析,实现智能控制、运营优化与生产组织方式变革。
工业互联网可以重点从“网络”、“数据”与“安全”三个方面来理解。
其中,网络就是基础, 即通过物联网、互联网等技术实现工业全系统得互联互通,促进工业数据得充分流动与无缝集成; 数据就是核心,即通过工业数据全周期得感知、采集与集成应用,形成基于数据得系统性智能,实现机器弹性生产、运营管理优化、生产协同组织与商业模式创新,推动工业智能化发展;安全就是保障,即通过构建涵盖工业全系统得安全防护体系,保障工业智能化得实现。
工业互联网体系架构介绍
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网络层
总结词
数据传输与通信保障
详细描述
网络层负责将感知层采集的数据快速、可靠地传输到平台层，并确保数据在传输过程中的安全性和完整性。这一 层主要依赖于各种通信协议和网络技术，如5G、物联网、云计算等，为上层应用提供强大的通信保障。
平台层
总结词
数据处理与存储中心
详细描述
平台层负责对感知层采集的数据进行集中处理、存储和管理，通过数据分析和挖掘，提取有价值的信 息，为上层应用提供支持。这一层主要依赖于大数据处理技术和云计算技术，能够实现海量数据的快 速处理和存储。
应用层
总结词
行业应用与创新中心
VS
详细描述
应用层主要负责将平台层提供的数据和信 息服务应用于各个行业领域，推动工业互 联网的创新发展。这一层主要依赖于各行 业的专业知识和业务需求，通过开发各种 应用系统，实现智能化生产、个性化定制 、网络化协同等创新服务模式。
CHAPTER 03
工业互联网关键技术
工业互联网案例分析
案例一：智能制造的工业互联网应用
总结词
智能制造是工业互联网在制造业领域的重要应用，通过数据采集、分析和优化，实现生产过程的智能化和柔性化 。
详细描述
智能制造利用工业互联网技术，实现设备连接、数据采集和实时监控，优化生产流程，提高生产效率和产品质量 。同时，智能制造能够快速响应市场需求，实现个性化定制和柔性生产。
总结词
利用机器学习和深度学习等技术，使计算机 具有类似于人类的思维和学习能力。
详细描述
人工智能技术是工业互联网体系架构中的核 心驱动力。通过机器学习和深度学习等技术 ，使计算机具有类似于人类的思维和学习能 力，能够进行智能分析、预测和决策，为企 业提供智能化解决方案，帮助企业实现转型
工业互联网平台标准体系框架介绍
安全
3
整体上，工业互联网平台尚处于发展初期，相 关的技术标准和管理规范尚未建立，各种平台 独立发展，平台与设备、智能产品等互联协议 多且缺乏统一标准，数据转换与互认标准基本 空白，对平台运行、平台资源、平台服务缺少 规范化管理。为避免碎片化发展，规范平台研 发、建设、运行和服务，引导产业健康发展， 亟需加快工业互联网平台相关标准制定，并协 同推进标准的国际化。
工业互联网平台标准体系框架-背景
为促进工业互联网平台有序健康发展，由工业和信息化部信息化和软件服务业司指导， 工业互联网产业联盟（以下简称AII）启动了工业互联网平台标准体系框架的研究。
基于《工业互联网标准体系框架（版本1.0）》和《工业互联网平台白 皮书（2017）》对工业互联网平台标准体系进行细化，提出了工业互联 网平台标准体系建设的总体思路、基本原则、标准体系框架、重点标准 化方向及标准化推进建议。
2015
工业软件企业借助平台的数据汇聚与处理能力提升软件性能拓展服务边界，如 PTC、SAP、Oracle、用友等
2014
2
2013
信息通信技术企业发挥ICT技术优势将已有平台向制造领域延伸，如IBM、微软、 华为、思科等。
平台之间相互合作不断深化
工业互联网平台标准化需求
架构 开放性 数据流转
制定标准
统筹规划准等相关标准化工作。
做好顶层设计
基本原则
持续迭代
逐步改进完善
适应工业互联网平台发展 和竞争需求，采用边部署
•实施、边创新发展、边完
善管理的总体思路，协同 推进标准研制， 持续完善 标准体系。
需求牵引
推进产业发展
坚持以应用需求为牵引， 强化标准的先进性、适用
• 性和有效性，结合产业共
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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
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
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？
✓ 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
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/ 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
设备数字孪生体
具 体 功 能
承 载 实 体
工业互联网体系架构介绍
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
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 工作推进
工业互联网体系架构1.0
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 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
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
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
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
载
实
数据流
企业网络
控制流
体
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
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
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。
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。
发展与展望
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 • ……
谢谢聆听！
Thank you for listening
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
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
Байду номын сангаас
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
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
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
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
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
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
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
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
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
“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”
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
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，四大 应用模式
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