工业互联网平台白皮书0907―定稿-V2-清

工业互联网平台白皮书（讨论稿）（2017年）工业互联网产业联盟（AII）2017年9月版权声明本白皮书版权属于工业互联网产业联盟（AII），并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的，应注明“来源：工业互联网产业联盟（AII）”。违反上述声明者，将追究其相关法律责任。指导单位工业和信息化部信息化和软件服务业司参与编写单位（排名不分前后）中国信息通信研究院航天云网科技发展有限责任公司树根互联技术有限公司青岛海尔股份有限公司北京和利时智能技术有限公司中国电信集团公司用友网络科技股份有限公司普奥云信息科技（北京）有限公司清华大学360企业安全集团北京中船信息科技有限公司华为技术有限公司美的集团股份有限公司机智云参数技术（上海）软件有限公司ABB(中国)有限公司施耐德电气（中国）有限公司西门子（中国）有限公司把握工业互联网平台发展的战略机遇工业互联网是新一代信息通信技术与现代工业技术深度融合的产物，是制造业数字化、网络化、智能化的重要载体，也是全球新一轮产业竞争的制高点。工业互联网通过构建连接机器、物料、人、信息系统的基础网络，实现工业数据的全面感知、动态传输、实时分析，形成科学决策与智能控制，提高制造资源配置效率，正成为领军企业竞争的新赛道、全球产业布局的新方向、制造大国竞争的新焦点。工业互联网平台是工业互联网实施落地与生态构建的关键载体，GE、西门子等领军企业围绕“智能机器+云平台+工业APP”功能架构，整合“平台提供商+应用开发者+海量用户”生态资源，抢占工业大数据入口主导权、培育海量开发者、提升用户粘性，构建基于平台的制造业生态，不断巩固和强化制造业竞争优势。工业互联网平台是我国打造制造强国和网络强国的关键结合点，它面向制造业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据采集、汇聚、分析和服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的开放式平台，是一个基于云计算的开放式、可扩展的工业操作系统，其功能类似于微软的Windows、谷歌的安卓系统和苹果的iOS系统，是构建制造业生态体系的核心。其本质是通过构建精准、实时、高效的数据采集互联体系，建立面向工业大数据存储、集成、访问、分析、管理的开发环境，实现工业技术、经验、知识的模型化、标准化、软件化、复用化，不断优化研发设计、生产制造、运营管理等资源配置效率，形成资源富集、多方参与、合作共赢、协同演进的制造业新生态。说得形象一点，工业互联网平台是两化融合的“三明治”版。第一，底层是由信息技术企业主导建设的云基础设施IaaS层，在这一领域，我国与发达国家处在同一起跑线，阿里、腾讯、华为等云计算基础设施已达到国际先进水平，如阿里云已成为仅次于亚马逊AWS、微软Azure的全球第三大云基础设施提供商，目前在全球建立了十多个云计算中心，占据国内相当多的IaaS市场份额。第二，中间层是由工业企业主导建设的工业PaaS平台层，其核心是将工业技术、知识、经验、模型等工业原理封装成微服务功能模块，供工业APP开发者调用，因此工业PaaS的建设者多为了解工业行业本身的工业企业，比如GE、西门子以及我国的航天科工、三一重工、海尔集团。第三，最上层是由互联网企业、工业企业、众多开发者等多方主体参与开发的工业APP层，其核心是面向特定行业、特定场景开发在线监测、运营优化和预测性维护等具体应用服务。对于工业互联网平台，可以用三句话来概括：第一句，数据采集是基础。其本质是利用泛在感知技术对多源设备、异构系统、运营环境、人等要素信息进行实时高效采集和云端汇聚。当前数据采集面临的突出问题是，受制于传感器部署不足、装备智能化水平低，工业现场存在数据采集数量不足、类型较少、精度不高等问题，无法支撑实时分析、智能优化和科学决策。无论是跨国公司，还是国内平台企业，都把数据采集体系建设和解决方案能力建设作为工业互联网平台建设的基础和核心：他们或是通过构建一套能够兼容、转换多种协议的技术产品体系，实现工业数据互联互通互操作，或是通过部署边缘计算模块，实现数据在机器设备端的轻量级运算和实时分析，缓解云端传输、存储和计算压力。第二句，工业PaaS是核心。其本质是在现有成熟的IaaS（基础设施即服务）平台上构建一个可扩展的操作系统，为工业应用软件开发提供一个基础平台。工业PaaS面临的突出问题是开发工具不足、行业算法和模型库缺失、模块化组件化能力较弱，现有通用PaaS平台尚不能完全满足工业级应用需要。当前，工业PaaS建设的总体思路是，通过对通用PaaS平台的深度改造，构造满足工业实时、可靠、安全需求的云平台，采用微服务架构，将大量工业技术原理、行业知识、基础模型规则化、软件化、模块化，并封装为可重复使用的微服务，通过对微服务的灵活调用和配置，降低应用程序开发门槛和开发成本，提高开发、测试、部署效率，为海量开发者汇聚、开放社区建设提供技术支撑和保障。工业PaaS是当前领军企业投入的重点，是平台技术能力的集中体现，也是当前生态竞争的焦点。第三句，工业APP是关键。主要表现为面向特定工业应用场景，激发全社会资源推动工业技术、经验、知识和最佳实践的模型化、软件化、再封装（即工业APP），用户通过对工业APP的调用实现对特定制造资源的优化配置。工业APP面临的突出问题是，传统的生产管理软件云化步伐缓慢，专业的工业APP应用较少，应用开发者数量有限，商业模式尚未形成。工业APP发展的总体思路是，一方面，传统的CAX、ERP、MES等研发设计工具和管理软件加快云化改造，基于工业PaaS实现了云端部署和应用，满足企业分布式管理和远程协作的需要；另一方面，围绕多行业、多领域、多场景的云应用需求，大量开发者通过对工业PaaS层微服务的调用、组合、封装和二次开发，将工业技术、工艺知识和制造方法固化和软件化，开发形成了专用APP应用。当前，我国工业互联网建设处于起步阶段，发展基础和能力薄弱，跨行业、跨平台的综合性、通用性平台尚未形成，亟需加强统筹协调，充分发挥政府、企业、研究机构等各方合力，抢占基于工业互联网平台的制造业生态发展主动权和话语权，打造新型制造体系，加快形成培育经济增长新动能。下一步，要从“供给侧”和“需求侧”两端发力，坚持“建平台”与“用平台”双轮驱动，培育一批国家级、行业级工业互联网平台，组织实施百万企业上云和百万工业APP培育工程。要坚持“补短板”与“建生态”相互协调，实施工业技术软件化工程，促进软件技术与工业技术深度融合，构建工业互联网的产业支撑体系。要坚持“保安全”与“促发展”相互促进，加快形成发展工业互联网的安全保障体系。工业互联网平台是推动制造业与互联网融合发展的重要抓手，正步入规模化扩张的战略窗口期。基于工业互联网平台的制造业生态正成为产业竞争的“风口”，发展的机遇稍纵即逝，需要在技术研发、标准研制和产业应用等方面尽早部署。为此，我司指导中国信息通信研究院，联合国内相关单位，编撰形成了《工业互联网平台白皮书（2017）》。本白皮书在编写过程中集众人之智、采众家之长，是对新形势下工业互联网平台应用需求、技术演进和实施策略的阶段性提炼和总结。下一步，要围绕工业互联网平台测试验证、能力评估及标准体系建设等方面，统筹开展工作。希望能够通过白皮书为相关人员提供参考，通过社会各界共同努力，为我国工业互联网平台的发展贡献一份力量，共同推动我国工业互联网平台产业进步、应用繁荣。是为序。安筱鹏2017年9月5日前言过去几年，工业互联网在全球范围快速兴起和发展，引发信息技术与制造技术加速融合创新，并驱动制造业的智能化发展。随着工业互联网逐步走向应用部署，工业互联网平台作为海量异构工业数据集成与工业应用创新的重要载体，正成为新一轮产业竞争的核心。目前全球已有超过150家企业推出了工业互联网平台，无论是装备与自动化领域的工业巨头，还是软件、通信与互联网领域的信息技术巨头，均将构建工业互联网平台作为其加快工业互联网布局的重要举措，并通过并购、合作等多种方式强化其主导优势。我们认为，工业互联网平台毫无疑问将对现有的制造系统产生重大而深刻的影响。原先如孤岛般分散于不同设备、系统中的工业数据将实现前所未有的深度汇聚，臃肿、僵化的工业软件将演变为平台上一个个可灵活部署和配置的工业APP应用，由数据驱动的开放创新将逐渐成为未来制造业发展的主要方向。工业互联网平台也正在改变产业的发展形态。主要平台企业纷纷通过外部合作与开发者培育等方式，打造基于平台的产业生态体系，并依靠整个生态的创新活力，构建新时期的独特竞争优势。工业互联网平台的发展总体还处于起步阶段，上述这些判断有些已经发生，但更多还是未知。在这样一个充满各种可能性的创新机遇期，我们推出工业互联网平台白皮书，希望围绕平台内涵、体系架构、产业发展、应用模式等方面的研究成果进行分享与探讨，共同促进工业互联网平台的发展与部署。目录一、工业互联网平台的发展背景...............................1（一）未来制造业智能化发展方向..........................1（二）传统制造系统面临的挑战............................3二、工业互联网平台内涵及架构体系...........................5（一）工业互联网平台内涵及架构..........................5（二）工业互联网平台关键技术体系........................8（三）工业互联网平台的特征.............................13三、工业互联网平台发展现状及格局..........................15（一）全球工业互联网平台进入井喷期，我国刚刚起步.......15（二）工业互联网平台产业体系初步形成...................17（三）主导企业从不同领域加快平台布局，出现七种路径.....20（四）平台服务模式逐渐清晰，商业模式呈三大类型.........38四、工业互联网平台生态构建趋势............................39（一）基于工业互联网平台的生态构建与产业变革正在来临...40（二）当前工业互联网平台生态构建的基本模式.............42五、工业互联网平台关键应用场景及案例......................44（一）场景一：工业互联网平台实现生产过程优化...........44（二）场景二：工业互联网平台实现企业管理与决策优化.....46（三）场景三：工业互联网平台实现产品全生命周期优化.....49（四）场景四：工业互联网平台实现企业间协同制造.........50（五）场景五：工业互联网平台实现业务模式创新...........52六、发展工业互联网平台的关键问题..........................541一、工业互联网平台的发展背景（一）未来制造业智能化发展方向金融危机以来，全球主要工业化国家重新审视制造业在国民经济中的重要作用，纷纷推出一系列新型制造业发展战略，力图构建全球制造业竞争新优势。在这些国家的战略中，无一例外将制造业智能化作为核心发展方向，并积极通过新一代信息技术与制造技术的深度融合，引发生产方式、商业模式乃至产业形态的变革。如德国工业4.0战略提出，要加快信息物理系统与制造系统的融合，通过横向集成、端到端集成与纵向集成，实现整个制造系统的数据互联互通，从而驱动制造过程与产品的智能化。美国先进制造伙伴计划也提出，要重点发展可视化、信息化和数字化制造，通过数据总线、异构系统集成、平台与大数据等技术，大幅缩短产品研制周期，并提高快速响应市场变化的能力。同样，中国制造2025明确提出以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，通过工业互联网在制造业的集成应用，推进制造过程智能化，发展智能制造装备和产品，并形成制造业与互联网融合的新模式和新业态。此外，英国、法国、日本、韩国等也均将此作为未来制造业发展的核心方向。总体来看，尽管各国制造业基础和特色各有