工业互联网PPT-互联网+制造业的一种范式

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1.系统自主学习自我优化能力 2.以连接为特征的分布式计算能力 3.跨媒体信息融合认知能力
现有工业控制系统特征:
①智能:依靠人的编程输入,无法演进 ②通信—计算:分布式采集-集中式计算 ③感知:仅可感知、检测过程量
人脑特征:
1.智能发育 2.神经网络 3.视听触觉
2.工业互联网体系架构与内涵
发展动力——技术-模式双轮驱动
视觉感知相比传统温度变送器: ■从检测“温度点“ ,到感知 “温度场” ■感知信息具有更高的维度和更大的信息量 ■为实时,精准优化制氢过程提供可能
1.工业互联网的发展背景
提升互联广度Leabharlann Baidu
实例:德国“数字工厂”项目
产品规划 产品设计 生产规划
试制
量产
使用
服务
数字工厂
1.工业互联网的发展背景
提升分析预见性
嵌入式设备资源受限、服务高并发 性服务及时处理、动态服务组织。
3.平台的核心关键技术
智能制造云服务的新技术方向
基于OPC-UA的制造资源服务化接入
★基于Web Service框架实现自动化设备数据 与操作的封装,提供开放服务;
★以统一的Web Service 描述,兼容了工业领 域原有的数据存储、报警事件、安全约束、历 史访问等多种数据交换标准,实现了跨平台、 跨应用的不同厂商设备的互操作;
当前目标
互联智能 -企业内互联
-跨企业互联 -生命周期互联
未来目标
自主智能
-工况自感知 -工艺自学习 -装备自执行 -系统自组织
制造信息空间
主导技术:
数字化
主导技术:
互联网 物联网
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2020
2025
主导技术:
AI
2030
制造物理空间
2.工业互联网体系架构与内涵
“工业智脑”的构建(MI)
“工业智能”特征
互联工业系统的需求: ■互联的最终目的是为智能决策提供支撑,进而实现工业过程的运行优化 ■亟需大量与工业过程相关机理、运行、优化知识的高效获取、融合、处 理与应用
2.工业互联网体系架构与内涵
工业互联网发展的目标:
由“信息网络支撑的互联智能”向“知识驱动的自主智能”发展
当前状态
数字化深化应用 -全过程的数字化集成
— 【工业互联网】设备、人和数据互联,三个过程 实时、并行开展,数据分析同步反映设备状态,实时 控制设备动作、精确优化运行效率
由此带来的“1%的威力”—1%提效创造1万亿美元市场:
■ 中国,未来15年燃气发电机组能耗降低1%,节约80亿美元燃料; 油气勘探开发的资本利用率提高1%,则能省下70亿美元; 铁路网络的运输行业运营效率提高1%,又能省下20亿美元燃料成本。
2.工业互联网体系架构与内涵
工业互联网本质内涵:“人-机-物”深度融合的智能网络空间
主要特征:
①三元融合 ■人行为模型 ■工业过程模型 ■信息系统模型 ②时空关联 ■实时反映工业过程的时空变化 ③平行演进 ■信息空间与物理空间同步演进 ④ 智能涌现 ■实现工业过程的自感知、自分 析、自优化、自执行
工业互联网
——互联网+制造业的一种范式
报告内容
01 工业互联网的发展背景 02 工业互联网体系架构与内涵 03 平台的核心关键技术 04 工业互联网的应用范式 05 结语
1.工业互联网的发展背景
第一个工业互联网提案——美国GE“工业互联网”
— 2012年末,美国GE公司提出的关于产业设备与IT融合的概念
— 定义:基于开放、全球化的网络,将设备、人和数据分析(工业互联网三要素)连接起来,用过对大数据 的利用与分析,升级航空、医疗装备等工业领域的智能化,降低能耗,提升效率。
通过先进的传感器, 控制和软件将全球 设备,机群和网络 连接起来
1.智能 机器人
工业 互联网
2.先进 分析
将基于物理世界的 分析预测算法,自 动化和专业领域知 识结合起来
■ 全球,燃气发电厂生产效率提高1%,将节约价值660亿美元燃油; 石油天然气勘探开发的资本利用率提高1%,每年将减少近900亿美元支出;
铁路、航空、医疗、电力、石油天然气行业提效1%,15年内带来2760亿美元增长
1.工业互联网的发展背景
传统制造系统存在的问题
③分析的综合预见性不足
■对工业运行数据的挖掘深度不足 ■导致决策不准确、盲目
“技术”推动“模式”演进,二者共同作用,实现跨越式变革
物联网、 大数据、 互联网、 云计算……
技术
模式
个性化定制、 远程监控、 预测性维护、 云制造……
现有工业互联网平台: 仅提供信息技术支撑架构(末梢感知+骨干神经)
报告内容
01 工业互联网的发展背景 02 工业互联网体系架构与内涵 03 平台的核心关键技术 04 工业互联网的应用范式 05 结语
■遵循灵活、开放、生态的原则,重新组织工业系统运行
2.工业互联网体系架构与内涵
工业互联网本质内涵:“人-机-物”深度融合的智能网络空间
主要特征:
①三元融合 ■人行为模型 ■工业过程模型 ■信息系统模型 ②时空关联 ■实时反映工业过程的时空变化 ③平行演进 ■信息空间与物理空间同步演进 ④ 智能涌现 ■实现工业过程的自感知、自分 析、自优化、自执行
3.平台的核心关键技术
泛在化感知的新技术方向
WIA-PA
★面向流程工业泛在感知的低速、低功耗无线传感器网络技术。
★在801.15.4物理层基础上,实现自适应跳频,多跳高实时传输技术、高精度同步技术,使得数 据传输可靠性99%以上,网络功耗微安级。
★2011年11月,IEC/TC65投票通过,成为IEC国际标准。
3.平台的核心关键技术
工业互联网平台关键技术体系
——摘自《工业互联网平台白皮书(2017)》,工业互联网产业联盟
3.平台的核心关键技术
泛在化感知技术
★设备、生产过程的泛在化感知:
★ 实现传感器、控制器、执行器 互联通信的WSN技术:
★工业应用的挑战: ■抗干扰 ■高实时 ■低功耗
★工业应用的挑战: ■WirelessHART ■ISA100.11a ■WIA-PA ■WIA-FA
★与华为、信通院合作,在ONF基金会成立 Openflow in Industry 工作组,讨论在下一版本 中增加面向工业的协议修正。
3.平台的核心关键技术
智能制造云服务
★以模块化、服务化的模式,实现制造应用的 动态自组织; ★提供数据管理、建模等基础服务,数据分析、 仿真、优化等核心服务,支撑制造应用开发; ★工业应用的挑战。
实例:欧洲“Knowledge based Factory”项目
1.工业互联网的发展背景
制造业的需求
——以互联网为代表的新一代信息技术与制造系统深度融合
1.工业互联网的发展背景
互联网+第三产业释放巨大活力,成为重要经济增长极
报告内容
01 工业互联网的发展背景 02 工业互联网体系架构与内涵 03 平台的核心关键技术 04 工业互联网的应用范式 05 结语
二、工业互联网平台是新工业体系的“操作系统” ——扁平、灵活、软件定义的组织架构
三、工业互联网平台是资源集聚共享的有效载体 ——各方资源汇聚,社会化协同生产
四、工业互联网平台是打造制造企业竞争新优势的关键抓手 ——平台/生态成为企业垄断地位的标志
从信息网络视角看,工业互联网是计算机网络在工业的延伸
■ 按照计算机、网络、软件定义的思路,解构传统工业系统
★OPC UA标准受到了众多工业设备制造商支 持,西门子、Matrikon、Softing等多家厂商提 出了软件解决方案,并正在研发硬件连接网关 产品。
3.平台的核心关键技术
智能制造云服务的新技术方向
平台使能技术:具有容灾特性的服务总线
•面向互联网的不 稳定性,研究基 于排产计划的系 统模型片段和关 联生产数据片段 的预载、缓存机 制
②互联广度不足
■跨领域信息孤岛难以互联互通 ■无法准确描述领域间复杂关联关系,决策全局性差
①感知深度不足
■传统仪表自动化系统仅感知过程变量 ■信息维度低、难以反映物理过程深层次动态特性
1.工业互联网的发展背景
提升感知深度
实例:美国“智能过程制造(SPM)”计划,制氢工厂
■通过多路摄像头感知对温度场建模、分析与实时调节
•在优化利用有限 网络带宽的同时 充分考虑移动设 备能量受限的特 点,研究高效节 能的数据压缩传 输算法。
•复杂的加密算法 会造成移动终端 能耗加大,研究 支持低能耗、高 加密强度的算法 是要解决的难题 之一。
3.平台的核心关键技术
智能制造云服务的新技术方向
数据管理技术:实时增量工业大数据处理技术
2.工业互联网体系架构与内涵
背景与内涵
网络空间体系架构和演进 ——时延敏感网络新架构及网络行为特征
数据科学问题 ——多源异构、时空关联大数据分析
网络空间安全问题 ——信息与物理一体化安全
2.工业互联网体系架构与内涵
从智能制造维度,工业互联网不是一张网,是互联的工业系统
企业内部: ■制造系统互联:各类制造设备互联 ■管理—控制互联:业务系统与控制系统互联 跨企业间: ■产业链上下游企业互联,构成制造网络
●异构网络互联、高安全、管理流控制流混合 ●传输、控制业务毫秒级时延
3.平台的核心关键技术
全互联制造网络新技术方向
IEEE 802.1 Time-Sensitive Networking
★基于802.11无线网络实现管理业务与控制业务的混流传输,保障控制业务流的同步低时延通信;
★在802.11的MAC机制进行改进,借鉴Profinet的全网调度方法,通过对传输任务载止期的精细化调度保障传输 时延;
★提出了802.1Qbu帧优先级和802.1Qbv传输调度两个标准补充,已经通过项目授权(PAR),正在技术研究阶 段。
3.平台的核心关键技术
全互联制造网络新技术方向
ISA100.15 Wireless Backhaul Network
★基于远距离宽带无线技术实现现场传感网与 工厂骨干控制网的互联,支撑现场感知数据回 传到控制中心;
3.平台的核心关键技术
3.平台的核心关键技术
3.平台的核心关键技术
泛在化感知的新技术方向
3.平台的核心关键技术
全互联制造网络
★基于Internet的TCP/IP架构实现对工厂管理 网络、控制网络、传感网络进行全面互联,并与 Internet集成,实现无缝信息传输 ★实现工厂全覆盖,管理和控制业务混流传输,并 提供安全可靠保障的组网与传输技术 ★工业应用的挑战
2.工业互联网体系架构与内涵
工业互联网平台功能架构
——摘自《工业互联网平台白皮书(2017)》,工业互联网产业联盟
2.工业互联网体系架构与内涵
工业互联网平台功能架构
——摘自《工业互联网平台白皮书(2017)》,工业互联网产业联盟
2.工业互联网体系架构与内涵
从信息网络维度,对平台的四个定位:
一、工业互联网平台是传统工业云平台的迭代升级 ——大量工业用户参与的软件生态
3.平台的核心关键技术
提出了SDN协议扩充
提出了Openflow的工业SDN协议扩充
★当前的Openflow协议的meter表是用于限流 的简单协议,缺少对工业级实时保障的支撑;
★对Openflow协议提出修正草案,对meter表 进行扩充,支持对每个流的优先级、带宽预留、 截止期优化等QoS策略;
支持实时增量数据的组织
★高速集成接口及增量存储规范; ★数据业务关联关系模型; ★数据集成安全规范。
工业大数据处理技术
★轻量级大规模数据索引技术; ★基于内存的高速实时流数据处理方法; ★工业流数据过滤及回归算。
3.平台的核心关键技术
3.工作中 的人
将任何时间段工作和移 动的人员连接起来支撑 更加智能的设计,运作, 维护和更高的服务质量 和安全
1.工业互联网的发展背景
工业互联网提出的背景
● GE要为大量的工业、航空、医疗装备提供运维服务 ● 借助互联网、大数据的,可以显著提高服务质量,实现增值
— 【传统方式】数据获取、计算分析和决策优化分 离,围绕历史数据分析的结果难以实时、精准作用到 设备 运行过程
★设计了回程网络的标准接口和管理架构,研 发了多种无线网络共享频谱下的共存技术;
★2013年8月巴西油田RIO de Janeiro开展了面 向油井远程测量的回程网络现场验证,70余家 企业参与。
3.平台的核心关键技术
全互联制造网络新技术方向
工业软件定义网络(SDN)技术
★基于SDN技术实现工厂管理业务与控制业务的混流传输; ★针对工厂管理业务和控制业务特征,设计了基于流交换的处理核心和基 于SDN的协同调度机制,形成了混流传输模式下的确定性传输保障技术 体系; ★已研制出工业SDN交换机原型。
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