工业互联网平台规划设计方案V2.8

1工业互联网平台规划设计方案V2.8工业互联网平台规划设计方案2工业互联网平台规划设计方案V2.8目录一、工业互联网内涵..................................18（一）工业互联网平台发展背景........................18（二）工业互联网平台体系架构........................20（三）工业互联网平台核心作用........................22二、工业互联网平台技术体系..........................23（一）工业互联网平台七大核心技术交织融合............24（二）平台架构，PaaS以其开放灵活特性成为主流选择....28（三）应用创新，工业机理与数据科学走向融合..........30（四）功能下沉，边缘与云端协同成为平台重要发展方向..32（五）开发框架，微服务等新型架构大幅降低开发难度与创新成本................................................35三、工业互联网平台产业生态..........................36（一）四类平台企业、五大支撑主体、两类平台用户共同构筑平台产业体系........................................36（二）企业从自身优势出发加快平台布局，形成四种路径..39（三）开放合作与封闭自建并举，多种方式开展平台构建..42（四）应用创新生态打造已成为平台发展关键............443工业互联网平台规划设计方案V2.8四、工业互联网平台应用场景..........................45（一）平台应用由单点智能向全局智能、由状态监测向复杂分析演进..............................................45（二）工业互联网平台当前总体应用于四大场景..........49五、工业互联网平台发展建议..........................54（一）充分利用现有成熟技术，快速构建平台............54（二）强化工业知识积累与分析能力，增强平台核心竞争力55（三）注重开放创新，打造平台应用生态................55（四）聚焦优势领域，实现平台差异化发展..............55（五）构建标准体系，促进互联互通....................56（六）加强行业自律，推动平台可信发展................564工业互联网平台规划设计方案V2.8一、工业互联网内涵（一）工业互联网平台发展背景1.制造业变革与数字经济发展实现历史性交汇全球新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起，制造业重新成为全球经济竞争的焦点。世界主要发达国家采取了一系列重大举措推动制造业转型升级，德国依托雄厚的自动化基础，推进工业4.0。美国在实施先进制造战略的同时，大力发展工业互联网。与此同时，法、日、韩、瑞典等国也纷纷推出制造业振兴计划。各国新型制造战略的核心都是通过构建新型生产方式与发展模式，推动传统制造业转型升级，重塑制造强国新优势。数字经济浪潮席卷全球，驱动传统产业加速变革。互联网的发展极大地改变了人们的生活方式，构筑了全新的信息产业体系，并且通过技术和模式创新不断渗透影响传统领域，为全球经济增长注入新动力。随着数字经济与实体经济加速融合，互联网技术、理念和模式将向更多的实体经济领域渗透，为传统产业变革带来巨大机遇。伴随制造业变革与数字经济浪潮交汇融合，云计算、物联网、大数据等信息技术与制造技术、工业知识的集成创新不断加剧，工业互联网平台应运而生。2.制造业转型对数字化平台工具提出新需求制造业需要海量数据管理工具。随着物联网向制造领域的加5工业互联网平台规划设计方案V2.8速渗透，工业数据采集频率显著提升，采集范围不断扩大，驱动工业系统从物理空间向信息空间延伸，由此可见世界向不可见世界的扩展。这一背景下，制造数据的规模、类型和速度正在呈指数级增长，需要一个全新数据管理工具，实现海量数据低成本、高可靠的存储和管理。制造业需要新型业务交互手段。制造企业间业务协同日益频繁，对信息化软件的依赖程度也越来越高，PLM系统、ERP系统、MES系统、以及各类设计软件不仅需要协调管理好企业内部资源，还需要良好支撑不同企业间资源与业务的交互，需要新型交互工具，实现不同主体、不同系统间的高效集成。制造业需要开放创新载体。工业场景高度复杂，行业知识千差万别，传统由少数大型企业驱动的应用创新模式，难以满足海量制造企业精细化、差异化的转型需求，需要构建一个开放共享的创新生态，在工业知识高效积累、复用的基础上，实现应用创新的爆发式增长。数据集成、业务交互、开放创新成为工业互联网平台快速发展的主要驱动力量。3.信息技术为制造业发展注入新动力新型信息技术重塑制造业数字化基础。云计算为制造企业带来更灵活、更经济、更可靠的数据存储和软件运行环境，物联网帮助制造企业有效收集设备、产线和生产现场成千上万种不同类型的数据，人工智能强化了制造企业的数据洞察能力，实现智能化的管理和控制，这些都是推动制造企业数字化转型的新基础。6工业互联网平台规划设计方案V2.8开放互联网理念变革传统制造模式。通过网络化平台组织生产经营活动，制造企业能够实现资源快速整合利用，低成本快速响应市场需求，催生个性化定制、网络化协同等新模式新业态。平台经济不断创新商业模式。信息技术与制造技术的融合带动信息经济、知识经济、分享经济等新经济模式加速向工业领域渗透，培育增长新动能。互联网技术、理念和商业模式成为构建工业互联网平台的重要方式。（二）工业互联网平台体系架构工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台，包括边缘、平台（工业PaaS）、应用三大核心层级。可以认为，工业互联网平台是工业云平台的延伸发展，其本质是在传统云平台的基础上叠加物联网、大数据、人工智能等新兴技术，构建更精准、实时、高效的数据采集体系，建设包括存储、集成、访问、分析、管理功能的使能平台，实现工业技术、经验、知识模型化、软件化、复用化，以工业APP的形式为制造企业各类创新应用，最终形成资源富集、多方参与、合作共赢、协同演进的制造业生态。7工业互联网平台规划设计方案V2.8消费者供应链协作企业应用层（工业SaaS）业务运行应用创新设计APP平台层（工业PaaS）工业大数据系统（工业数据清洗、管理、分析、可视化等）通用PaaS平台资源部署和管理工业数据建模和分析（机理建模、机器学习、可视化）工业微服务组件库（工业知识组件、算法组件、原理模型组件）……能耗分析优化供应链分析设备状态分析服务APP管理APP生产APP边缘层边缘数据处理协议解析设备接入故障恢复运维管理资源管理设备管理应用开发（开发工具、微服务框架）工业安全防护开发者IaaS层云基础设施（服务器、存储、网络、虚拟化）图1：工业互联网平台功能架构图第一层是边缘，通过大范围、深层次的数据采集，以及异构数据的协议转换与边缘处理，构建工业互联网平台的数据基础。一是通过各类通信手段接入不同设备、系统和产品，采集海量数据；二是依托协议转换技术实现多源异构数据的归一化和边缘集成；三是利用边缘计算设备实现底层数据的汇聚处理，并实现数据向云端平台的集成。第二层是平台，基于通用PaaS叠加大数据处理、工业数据分析、工业微服务等创新功能，构建可扩展的开放式云操作系统。一是提供工业数据管理能力，将数据科学与工业机理结合，帮助制造企业构建工业数据分析能力，实现数据价值挖掘；二是把技术、知识、经验等资源固化为可移植、可复用的工业微服务组件8工业互联网平台规划设计方案V2.8库，供开发者调用；三是构建应用开发环境，借助微服务组件和工业应用开发工具，帮助用户快速构建定制化的工业APP。第三层是应用，形成满足不同行业、不同场景的工业SaaS和工业APP，形成工业互联网平台的最终价值。一是提供了设计、生产、管理、服务等一系列创新性业务应用。二是构建了良好的工业APP创新环境，使开发者基于平台数据及微服务功能实现应用创新。除此之外，工业互联网平台还包括IaaS基础设施，以及涵盖整个工业系统的安全管理体系，这些构成了工业互联网平台的基础支撑和重要保障。泛在连接、云化服务、知识积累、应用创新是辨识工业互联网平台的四大特征。一是泛在连接，具备对设备、软件、人员等各类生产要素数据的全面采集能力。二是云化服务，实现基于云计算架构的海量数据存储、管理和计算。三是知识积累，能够提供基于工业知识机理的数据分析能力，并实现知识的固化、积累和复用。四是应用创新，能够调用平台功能及资源，提供开放的工业APP开发环境，实现工业APP创新应用。（三）工业互联网平台核心作用工业互联网平台是企业数字化转型重要抓手。面对制造企业数字化、网络化、智能化发展进程中的主要困难，工业互联网平台通过提升设备与系统的数据集成能力，业务与资源的智能管理能力，知识和经验的积累和传承能力，应用和服务的开放创新能9工业互联网平台规划设计方案V2.8力，加速企业数字化转型。一是帮助企业实现智能化生产和管理。通过对生产现场“人机料法环”各类数据的全面采集和深度分析，能够发现导致生产瓶颈与产品缺陷的深层次原因，不断提高生产效率及产品质量。基于现场数据与企业计划资源、运营管理等数据的综合分析，能够实现更精准的供应链管理和财务管理，降低企业运营成本。二是帮助企业实现生产方式和商业模式创新。企业通过平台可以实现对产品售后使用环节的数据打通，提供设备健康管理、产品增值服务等新型业务模式，实现从卖产品到卖服务的转变，实现价值提升。基于平台还可以与用户进行更加充分的交互，了解用户个性化需求，并有效组织生产资源，依靠个性化产品实现更高利润水平。此外，不同企业还可以基于平台开展信息交互，实现跨企业、跨区域、跨行业的资源和能力集聚，打造更高效的协同设计、协同制造，协同服务体系。工业互联网平台催生新型产业体系。如同移动互联网平台创造了应用开发、应用分发、线上线下等一系列新的产业环节和价值，当前工业互联网平台在应用创新、产融结合等方面已显现出类似端倪，未来也有望发展成为一个全新的产业体系，促进形成大众创业、万众创新的多层次发展环境，真正实现“互联网+先进制造业”。二、工业互联网平台技术体系10工业互联网平台规划设计方案V2.8（一）工业互联网平台七大核心技术交织融合工业互联网平台需要解决多类工业设备接入、多源工业数据集成、海量数据管理与处理、工业数据建模分析、工业应用创新与集成、工业知识积累迭代实现等一系列问题，涉及七大类关键技术，分别为数据集成和边缘处理技术、IaaS技术、平台使能技术、数据管理技术、应用开发和微服务技术、工业数据建模与分析技术、安全技术。图2：工业互联网平台关键技术体系图1.数据集成与边缘处理技术设备接入：基于工业以太网、工业总线等工业通信协议，以太网、光纤等通用协议，3G/4G、NB-IOT等无线协议将工业现场设备接入到平台边缘层。11工业互联网平台规划设计方案V2.8协议转换：一方面运用协议解析、中间件等技术兼容ModBus、OPC、CAN、Profibus等各类工业通信协议和软件通信接口，实现数据格式转换和统一。另一方面利用HTTP、MQTT等方式从边缘侧将采集到的数据传输到云端，实现数据的远程接入。边缘数据处理：基于高性能计算芯片、实时操作系统、边缘分析算法等技术支撑，在靠近设备或数据源头的网络边缘侧进行数据预处理、存储以及智能分析应用，提升操作响应灵敏度、消除网络堵塞，并与云端分析形成协同。2.IaaS技术基于虚拟化、分布式存储、并行计算、负载调度等技术，实现网络、计算、存储等计算机资源的池化管理，根据需求进行弹性分配，并确保资源使用的安全与隔离，为用户提供完善的云基础设施服务。3.平台使能技术资源调度：通过实时监控云端应用的业务量动态