工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的頂層設(shè)計與參考架構(gòu)的探索和實踐

一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景

（一）源起：工業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的客觀要求

現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展已歷經(jīng)“機械化電氣化-自動化”三次工業(yè)革命，以數(shù)控機床、PLC等為代表的控制系統(tǒng)實現(xiàn)了工業(yè)自動化，以CAD、ERP等為代表的工業(yè)軟件加速了工業(yè)信息化的普及，當(dāng)前正進(jìn)入以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為核心，數(shù)據(jù)與知識共同驅(qū)動的第四次工業(yè)革命，需要在自動化、信息化基礎(chǔ)上實現(xiàn)更高級的智能化。

同時，近年來經(jīng)濟社會發(fā)展對制造體系不斷提出新需求，包括更敏捷響應(yīng)復(fù)雜的市場變化、更充分滿足個性多樣的產(chǎn)品要求、更廣泛實現(xiàn)綠色集約的生產(chǎn)等。但基于當(dāng)前自動化信息化系統(tǒng)基礎(chǔ)上的工業(yè)流程與系統(tǒng)的優(yōu)化是局部的，智能是初級的，工業(yè)體系柔性化、敏捷化程度不夠，針對快速迭代和復(fù)雜多變的新需求響應(yīng)能力不足。

當(dāng)前，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用成為工業(yè)發(fā)展變革的重要機遇，將為制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型創(chuàng)造條件，在技術(shù)和需求的驅(qū)動下，制造業(yè)將從自動化信息化的3.0階段向智能化的4.0階段邁進(jìn)：制造能力由基于經(jīng)驗和規(guī)則的自動化制造向以數(shù)據(jù)為驅(qū)動的智能化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)方式由集中式制造向網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同組織轉(zhuǎn)變，商業(yè)模式由同質(zhì)化產(chǎn)品售賣向個性化定制服務(wù)轉(zhuǎn)變，企業(yè)形態(tài)由傳統(tǒng)金字塔式向平臺化協(xié)同生態(tài)轉(zhuǎn)變，產(chǎn)業(yè)體系由單線條產(chǎn)業(yè)鏈價值鏈向智能化產(chǎn)業(yè)網(wǎng)鏈轉(zhuǎn)變。

在此背景下，集成新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，覆蓋全系統(tǒng)、全價值鏈、全產(chǎn)業(yè)鏈和全生命周期的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運而生，通過全面連接工業(yè)體系而推動信息技術(shù)與工業(yè)融合不斷加深，驅(qū)動工業(yè)生產(chǎn)體系、資源組織方式、商業(yè)服務(wù)模式變革，全面支撐新工業(yè)革命不斷深化。

（二）發(fā)展：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的基礎(chǔ)設(shè)施和賦能體系

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過新型傳感、通信網(wǎng)絡(luò)和計算技術(shù)，將人、設(shè)備、生產(chǎn)和信息化系統(tǒng)及整個工業(yè)體系連接起來，匯聚工業(yè)設(shè)備與產(chǎn)品等各類資產(chǎn)、研發(fā)生產(chǎn)與銷售服務(wù)等全流程全產(chǎn)業(yè)鏈全價值鏈的數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，并結(jié)合工業(yè)知識與經(jīng)驗，實現(xiàn)建模分析和決策反饋，構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能優(yōu)化閉環(huán)，實現(xiàn)從生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)線、車間工廠、企業(yè)上下游到產(chǎn)業(yè)鏈價值鏈的動態(tài)優(yōu)化，推動從制造到服務(wù)體系的智能化變革。

總體上，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)既構(gòu)成了工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)設(shè)施，也驅(qū)動形成了新型應(yīng)用模式和工業(yè)生態(tài)，是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的路徑與基石。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心功能主要包含以下幾個部分：

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過新型網(wǎng)絡(luò)連接打通全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈。以5G、TSN、工業(yè)PON等為代表的有線和無線網(wǎng)絡(luò)將工業(yè)環(huán)境下的人、生產(chǎn)設(shè)備、軟件系統(tǒng)等各環(huán)節(jié)、各要素連接起來，使數(shù)據(jù)可以在各環(huán)節(jié)與要素之間自由流動。從企業(yè)層級來看，企業(yè)管理層可以通過終端設(shè)備快速了解特定設(shè)備的運行情況、倉儲情況等信息。從產(chǎn)品價值鏈來看，產(chǎn)品設(shè)計人員可以通過平臺實時掌握用戶使用習(xí)慣與產(chǎn)品原料市場價格趨勢，實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)部門間的信息互通。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過標(biāo)識解析體系建立全要素的編碼認(rèn)證與數(shù)字映射。在數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)被采集和傳輸之后，還需建立數(shù)據(jù)、模型等虛擬資產(chǎn)與設(shè)備、產(chǎn)品等實體資產(chǎn)之間的聯(lián)系，提升資產(chǎn)管理水平。此時需要為實體資產(chǎn)賦予唯一的編碼，通過對唯一編碼的解析識別，查詢實體資產(chǎn)對應(yīng)的虛擬信息。如為一臺壓縮機賦予標(biāo)識編碼，作為該壓縮機的“身份證”，通過掃描“身份證”即可查詢到該壓縮機的工藝參數(shù)、運行狀況、維修檔案等信息。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成分析、模型構(gòu)建管理與創(chuàng)新應(yīng)用。來自設(shè)備、軟件的海量工業(yè)數(shù)據(jù)在平臺匯聚以后，還需要通過云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，再通過工業(yè)APP開展各種各樣的工業(yè)服務(wù)，就像我們網(wǎng)購、出行、餐飲過程中會產(chǎn)生購物習(xí)慣、用戶體驗、出行路線等各種數(shù)據(jù)，互聯(lián)網(wǎng)平臺通過收集這些數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，基于各類部署在手機平臺上的移動APP提供購物推薦、出行路線規(guī)劃、餐館等位預(yù)約等服務(wù)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過綜合型的安全防護(hù)保障工業(yè)體系可靠運行。隨著工業(yè)系統(tǒng)數(shù)字化水平越來越高，IT與OT融合程度越來越深，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)越來越多，工業(yè)生產(chǎn)也會面臨更多的安全問題，建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全保障體系顯得尤為重要，需要形成包含設(shè)備安全、控制安全、網(wǎng)絡(luò)安全、應(yīng)用安全和數(shù)據(jù)安全等在內(nèi)的威脅防護(hù)、監(jiān)測感知和處置恢復(fù)能力，全方位解決開放創(chuàng)新帶來的安全隱患。

（三）體系：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化實踐協(xié)同推進(jìn)

可以看出，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系龐大、涉及領(lǐng)域廣泛、技術(shù)融合程度高，如果沒有較為統(tǒng)一的認(rèn)識和頂層設(shè)計，各界對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)理解的差異將導(dǎo)致技術(shù)選擇與標(biāo)準(zhǔn)化路線分化，這會大大增加互操作難度與部署成本。為推動產(chǎn)業(yè)界形成認(rèn)識層面的共識，同時也為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實踐提供依據(jù)，有必要對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行頂層設(shè)計。

為此，在政策層面，國家先后推出了多個相關(guān)戰(zhàn)略政策文件，形成了以《深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》為頂層設(shè)計，以《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2021—2023年）》為路線圖，網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全等領(lǐng)域?qū)嵤┲改蠟槁涞刂敢恼唧w系，強調(diào)加快構(gòu)筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等制造新基礎(chǔ)和新生態(tài)。

在技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展層面，在工業(yè)和信息化部指導(dǎo)下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（以下簡稱AII）啟動了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)研究，在總結(jié)國內(nèi)外發(fā)展實踐的基礎(chǔ)上，制定了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)1.0版和2.0版，結(jié)合豐富多樣化的企業(yè)實踐和各類新技術(shù)的融合應(yīng)用對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提出的新需求，形成了指引各領(lǐng)域系統(tǒng)布局與各行業(yè)實施部署的建設(shè)與應(yīng)用架構(gòu)指南，開

啟工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的新階段。

二、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的參考架構(gòu)

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)1.0的指導(dǎo)下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)逐漸由理念走向推廣應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)界在這一過程中形成了大量探索實踐，新技術(shù)的融合集成顯現(xiàn)了巨大的生命力和創(chuàng)造力，同時，這也對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)提出了新的需求。如何定義一個更加通用化的架構(gòu)體系以指引各個領(lǐng)域的系統(tǒng)性布局，如何打通數(shù)字化轉(zhuǎn)型、業(yè)務(wù)體系、商業(yè)變革和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)的關(guān)系以更好指導(dǎo)企業(yè)的發(fā)展實踐，如何充分考慮技術(shù)發(fā)展演進(jìn)和落地實施部署需求以更好定義工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的層次架構(gòu)、功能劃分和接口關(guān)系，從而為產(chǎn)業(yè)界提供科學(xué)、清晰和可操作的指南。

基于此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在工業(yè)和信息化部的指導(dǎo)下，凝聚產(chǎn)業(yè)界共識，研究制定了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（版本2.0）》，在繼承版本1.0核心理念、要素和功能體系的基礎(chǔ)上，從業(yè)務(wù)、功能、實施等三個視圖重新定義了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的參考體系架構(gòu)，并逐一進(jìn)行了展開，形成了為政府、企業(yè)、科研機構(gòu)、投資者等利益相關(guān)方提供引導(dǎo)和參考的方法論，作為當(dāng)前階段的頂層設(shè)計認(rèn)識共同推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新發(fā)展。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.0主要包含業(yè)務(wù)視圖、功能架構(gòu)、實施框架三個板塊。業(yè)務(wù)視圖指明企業(yè)應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)、方向、業(yè)務(wù)場景和響應(yīng)的數(shù)字化能力。功能框架明確企業(yè)支撐業(yè)務(wù)實現(xiàn)所需的核心功能、基本原理和關(guān)鍵要素。實施框架明確描述各項功能在企業(yè)落地實施的層級結(jié)構(gòu)、軟硬件系統(tǒng)和部署方式。

（一）業(yè)務(wù)視圖

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)視圖如圖1所示，包括產(chǎn)業(yè)層、商業(yè)層、應(yīng)用層、能力層四個層次，其中產(chǎn)業(yè)層主要定位于產(chǎn)業(yè)整體數(shù)字化轉(zhuǎn)型的宏觀視角，商業(yè)層、應(yīng)用層和能力層則定位于企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的微觀視角。四個層次自上而下來看，實質(zhì)是產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型大趨勢下，企業(yè)如何把握發(fā)展機遇，實現(xiàn)自身業(yè)務(wù)的數(shù)字化發(fā)展并構(gòu)建起關(guān)鍵數(shù)字化能力；自下而上來看，實際也反映了企業(yè)不斷構(gòu)建和強化的數(shù)字化能力將持續(xù)驅(qū)動其業(yè)務(wù)乃至整個企業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，并最終帶來整個產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

圖1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)視圖

“產(chǎn)業(yè)層”主要闡釋了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面的主要目標(biāo)、實現(xiàn)路徑與支撐基礎(chǔ)。從發(fā)展目標(biāo)看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過將自身的創(chuàng)新活力深刻融入各行業(yè)、各領(lǐng)域，最終將有力推進(jìn)工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，構(gòu)建全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈全面連接的新基礎(chǔ)是關(guān)鍵，這也是工業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的核心。

“商業(yè)層”主要明確了企業(yè)應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建數(shù)字化轉(zhuǎn)型競爭力的愿景理念、戰(zhàn)略方向和具體目標(biāo)。從總體來看，企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的愿景是依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建數(shù)字化轉(zhuǎn)型的競爭優(yōu)勢。為實現(xiàn)這一愿景，企業(yè)應(yīng)聚焦提升價值、創(chuàng)新模式、降低成本三大戰(zhàn)略方向。三大方向還可進(jìn)一步細(xì)分為商業(yè)模式、市場需求、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、運營管理、資產(chǎn)調(diào)配、交付速度等若干戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)。

“應(yīng)用層”主要明確了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能企業(yè)業(yè)務(wù)的重點領(lǐng)域和具體場景。總體來看，產(chǎn)品鏈、價值鏈、資產(chǎn)鏈?zhǔn)枪I(yè)企業(yè)最為關(guān)注的三個核心業(yè)務(wù)鏈條（包括這三者所交匯的生產(chǎn)環(huán)節(jié)），工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能于三大鏈條的創(chuàng)新優(yōu)化變革，推動企業(yè)業(yè)務(wù)層面數(shù)字化發(fā)展。通過打通產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、流程規(guī)劃、生產(chǎn)過程的整體優(yōu)化與深度協(xié)同。通過打通計劃、供應(yīng)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)并進(jìn)行數(shù)據(jù)深度分析優(yōu)化，實現(xiàn)全價值鏈的效率提升與重點業(yè)務(wù)價值挖掘。通過將孤立設(shè)備資產(chǎn)整合為互聯(lián)的資產(chǎn)體系，實現(xiàn)資產(chǎn)鏈的全面維護(hù)保障與質(zhì)量服務(wù)。

“能力層”描述了企業(yè)通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)業(yè)務(wù)發(fā)展目標(biāo)所需構(gòu)建的核心數(shù)字化能力。按照上述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展愿景、推進(jìn)方向與業(yè)務(wù)需求，企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中需構(gòu)建泛在感知、智能決策、敏捷響應(yīng)、全局協(xié)同、動態(tài)優(yōu)化五類工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心能力，以支撐企業(yè)在不同場景下的具體應(yīng)用實踐。

（二）功能架構(gòu)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)功能架構(gòu)如圖2所示，包含網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全三大功能體系以及數(shù)據(jù)功能體系和一個由自上而下信息流和一個自下而上決策流構(gòu)成的工業(yè)數(shù)字化應(yīng)用優(yōu)化閉環(huán)。

圖2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)功能架構(gòu)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以數(shù)據(jù)為核心，在網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全三大功能體系支撐下，形成貫穿“感知控制-數(shù)據(jù)接入數(shù)字模型-決策優(yōu)化”四大功能層級的數(shù)據(jù)優(yōu)化閉環(huán)，并實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的物理空間與數(shù)字空間全面互聯(lián)與深度協(xié)同，以及在此過程中的智能分析與決策優(yōu)化。數(shù)據(jù)優(yōu)化閉環(huán)由自下而上的信息流和自上而下的決策流共同組成，在信息流與決策流的雙向作用下，優(yōu)化閉環(huán)連接物理空間與數(shù)字空間，以數(shù)據(jù)分析決策為核心，支撐形成了面向不同工業(yè)場景的智能應(yīng)用與解決方案。

網(wǎng)絡(luò)體系主要由網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、數(shù)據(jù)互通、標(biāo)識解析三大部分組成。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是指通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)人機料法環(huán)以及產(chǎn)業(yè)上下游、智能產(chǎn)品、用戶等全要素的連接，為信息數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)建立基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)互通是指實現(xiàn)各要素、各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)與信息的無縫傳遞。標(biāo)識解析是指為物品賦予特定標(biāo)識編碼，通過對該標(biāo)識編碼進(jìn)行解析，將虛擬世界中關(guān)于該物品的數(shù)據(jù)與物理世界中的該物品聯(lián)系起來。

平臺體系主要由邊緣層、PaaS層、應(yīng)用層三部分組成。邊緣層提供海量工業(yè)數(shù)據(jù)的接入、協(xié)議解析與數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)邊緣分析應(yīng)用等功能。PaaS層提供資源管理、工業(yè)數(shù)據(jù)與模型管理、工業(yè)建模分析和工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新等功能。應(yīng)用層提供工業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用、開發(fā)者社區(qū)、應(yīng)用商店、應(yīng)用二次開發(fā)集成等功能。

安全體系主要由可靠性、保密性、完整性、可用性以及隱私和數(shù)據(jù)保護(hù)五部分組成，聚焦信息安全、功能安全、物理安全三方面，面向全環(huán)節(jié)打造完整的安全防護(hù)，確保設(shè)備正常、控制可靠、應(yīng)用穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)健、數(shù)據(jù)保密。

（三）實施框架

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實施框架是整個體系架構(gòu)中的具體操作方案，解決“在哪做”、“做什么”、“怎么做”的問題，主要圍繞網(wǎng)絡(luò)、標(biāo)識、平臺、安全四大系統(tǒng)展開，實施框架如圖3所示。

圖3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實施框架

當(dāng)前階段工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實施以傳統(tǒng)制造體系的層級劃分為基礎(chǔ)，適度考慮未來基于產(chǎn)業(yè)的協(xié)同組織，按“設(shè)備、邊緣、企業(yè)、產(chǎn)業(yè)”四個層級開展系統(tǒng)建設(shè)，指導(dǎo)企業(yè)整體部署。設(shè)備層對應(yīng)工業(yè)設(shè)備、產(chǎn)品的運行和維護(hù)功能，關(guān)注設(shè)備底層的監(jiān)控優(yōu)化、故障診斷等應(yīng)用；邊緣層對應(yīng)車間或產(chǎn)線的運行維護(hù)功能，關(guān)注工藝配置、物料調(diào)度、能效管理、質(zhì)量管控等應(yīng)用；企業(yè)層對應(yīng)企業(yè)平臺、網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵能力，關(guān)注訂單計劃、績效優(yōu)化等應(yīng)用；產(chǎn)業(yè)層對應(yīng)跨企業(yè)平臺、網(wǎng)絡(luò)和安全系統(tǒng)，關(guān)注供應(yīng)鏈協(xié)同、資源配置等應(yīng)用。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實施重點明確工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心功能在制造系統(tǒng)各層級的功能分布、系統(tǒng)設(shè)計與部署方式，通過“網(wǎng)絡(luò)、標(biāo)識、平臺、安全”四大實施系統(tǒng)的建設(shè)，指導(dǎo)企業(yè)實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用部署。其中，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)關(guān)注全要素、全系統(tǒng)、全產(chǎn)業(yè)鏈互聯(lián)互通新型基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建；標(biāo)識系統(tǒng)關(guān)注標(biāo)識資源、解析系統(tǒng)等關(guān)鍵基礎(chǔ)的構(gòu)建；平臺系統(tǒng)關(guān)注邊緣系統(tǒng)、企業(yè)平臺和產(chǎn)業(yè)平臺交互協(xié)同的實現(xiàn)；安全系統(tǒng)關(guān)注安全管控、態(tài)勢感知、防護(hù)能力等建設(shè)。

（四）技術(shù)支撐

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系是支撐功能架構(gòu)實現(xiàn)、實施架構(gòu)落地的整體技術(shù)結(jié)構(gòu)，其超出了單一學(xué)科和工程的范圍，需要將獨立技術(shù)聯(lián)系起來構(gòu)建成相互關(guān)聯(lián)、各有側(cè)重的新技術(shù)體系，在此基礎(chǔ)上考慮功能實現(xiàn)或系統(tǒng)建設(shè)所需重點技術(shù)集合。同時，以人工智能、5G為代表的新技術(shù)加速融入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，不斷拓展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的能力內(nèi)涵和作用邊界。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心是通過更大范圍、更深層次的連接實現(xiàn)對工業(yè)系統(tǒng)的全面感知，并通過對獲取的海量工業(yè)數(shù)據(jù)建模分析，形成智能化決策，其技術(shù)體系由制造技術(shù)、信息技術(shù)以及兩大技術(shù)交織形成的融合性技術(shù)組成。制造技術(shù)和信息技術(shù)的突破是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)，例如增材制造、現(xiàn)代金屬、復(fù)合材料等新材料和加工技術(shù)不斷拓展制造能力邊界，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)快速提升人類獲取、處理、分析數(shù)據(jù)的能力。

制造技術(shù)和信息技術(shù)的融合強化了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的賦能作用，催生工業(yè)軟件、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)人工智能等融合性技術(shù)，使機器、工藝和系統(tǒng)的實時建模和仿真，產(chǎn)品和工藝技術(shù)隱性知識的挖掘和提煉等創(chuàng)新應(yīng)用成為可能。（參見圖4）

圖4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)在垂直行業(yè)的落地應(yīng)用

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.0作為一套數(shù)字化轉(zhuǎn)型的系統(tǒng)方法論，對垂直行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推廣和實施落地具有較好的引領(lǐng)指導(dǎo)作用。各垂直行業(yè)企業(yè)在開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)應(yīng)用過程中，可遵循“業(yè)務(wù)目標(biāo)-功能要素-實施方式-技術(shù)支撐”的主線，結(jié)合自身數(shù)字化基礎(chǔ)、轉(zhuǎn)型升級需求和行業(yè)整體發(fā)展階段，探索重點應(yīng)用場景的實施部署架構(gòu)，打造行業(yè)共性建設(shè)路徑，形成該行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用指南和數(shù)字化轉(zhuǎn)型方法論。以石化行業(yè)智能工廠為例，說明工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的實施部署與應(yīng)用成效。

我國石化行業(yè)信息化、自動化水平基礎(chǔ)相對較好，但隨著全球石化行業(yè)競爭加劇，我國石化企業(yè)轉(zhuǎn)型升級迫在眉睫，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的石化行業(yè)智能工廠建設(shè)成為行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要選擇，中石化、中石油、中海油等行業(yè)龍頭企業(yè)紛紛進(jìn)行布局。

（一）業(yè)務(wù)視角

在產(chǎn)業(yè)層面，石化行業(yè)通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接人、機、物全要素，油氣開采、集輸、煉化、銷售全產(chǎn)業(yè)鏈和全價值鏈，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動石化行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，有效提高生產(chǎn)運營效率，顯著優(yōu)化產(chǎn)業(yè)資源配置，實現(xiàn)石化行業(yè)全要素生產(chǎn)率的全面提升。

在企業(yè)和商業(yè)層面，石化企業(yè)的目標(biāo)是基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)全企業(yè)信息、物質(zhì)、能源、資金的感知、分析與協(xié)同優(yōu)化，形成智能化決策，一方面提高企業(yè)技術(shù)水平與生產(chǎn)管理水平，降低安全風(fēng)險，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)，另一方面提升市場預(yù)測能力，降低市場風(fēng)險對企業(yè)的影響。

在應(yīng)用層面，石化企業(yè)主要關(guān)注三方面內(nèi)容，一是生產(chǎn)管控一體化，即通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)與經(jīng)營數(shù)據(jù)的深入分析實現(xiàn)生產(chǎn)與經(jīng)營的協(xié)同，使企業(yè)可以快速基于市場信息調(diào)整生產(chǎn)計劃。二是產(chǎn)業(yè)鏈價值鏈一體化，即通過打通產(chǎn)供銷各端數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基于價格預(yù)測的采購與銷售優(yōu)化和基于原油品質(zhì)的生產(chǎn)決策優(yōu)化。三是資產(chǎn)全生命周期一體化，即基于設(shè)備運行數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)大型壓縮機等高價值設(shè)備的預(yù)測性維護(hù)，優(yōu)化工廠全生命周期管理。

在能力層面，石化企業(yè)需基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)泛在感知、智能決策、敏捷響應(yīng)、全局協(xié)同、動態(tài)優(yōu)化五大能力，其中泛在感知、智能決策、全局協(xié)同是優(yōu)先需要建設(shè)的能力。（參見圖5）

圖5 石化行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)視角

（二）功能架構(gòu)

某大型石化集團打造以平臺為核心載體，以網(wǎng)絡(luò)和安全為支撐體系，形成全鏈條一體化協(xié)同能力。在網(wǎng)絡(luò)方面，以現(xiàn)有工業(yè)總線和工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，推進(jìn)5G、工業(yè)TSN等新型網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)部署，強化信息采集與信息傳輸能力。在平臺方面，打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，集成ERP、MES等信息化系統(tǒng)，面向工藝與能耗優(yōu)化、設(shè)備運行管理等領(lǐng)域，通過大數(shù)據(jù)建模分析提供優(yōu)化服務(wù)。在集團層面開展不同煉廠、產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)的資源調(diào)度。在安全方面，形成“云網(wǎng)端”一體化信息安全防護(hù)技術(shù)體系。（參見圖6、圖7）

圖6 石化行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)功能架構(gòu)

圖7 石化行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)

（三）實施框架

某石化集團智能工廠建設(shè)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實施思想保持一致，指導(dǎo)集團實現(xiàn)智能化、協(xié)同化生產(chǎn)管理應(yīng)用部署。在實踐中，主要以集團工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和企業(yè)智能制造平臺為核心，劃分為集團CLOUD層和現(xiàn)場SITE層，后者包括以油田和煉廠等代表的企業(yè)執(zhí)行層、以檢化驗和診斷等能力為代表的邊緣實施層、以感知和控制為代表的SCADA層。該體系旨在實現(xiàn)上下游單位協(xié)同、廠內(nèi)上下工序協(xié)同，在集團層探索產(chǎn)業(yè)鏈資源組織，在企業(yè)層關(guān)注具體研究、生產(chǎn)、運營等任務(wù)的執(zhí)行管理，在邊緣層滿足數(shù)據(jù)分析和診斷要求，在SCADA層實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全局覆蓋和復(fù)雜設(shè)備接入。（參見圖8）

圖8 某石化集團智能工廠實施框架

石化行業(yè)整體工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用探索取得了初步成果，一是生產(chǎn)管控一體化程度提高，如九江石化自2014年以來通過全流程優(yōu)化，增效5億元。二是產(chǎn)業(yè)鏈價值鏈一體化進(jìn)展顯著，如中石化化工板塊通過動態(tài)監(jiān)測企業(yè)、產(chǎn)品鏈以及裝置盈利情況，結(jié)合市場趨勢，增產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，2017年優(yōu)化停產(chǎn)39套裝置，增產(chǎn)35萬噸乙烯，增效6.6億元。三是資產(chǎn)全生命周期一體化實踐增強，如茂名石化通過動設(shè)備健康分析模型對壓縮機組進(jìn)行監(jiān)測分析，避免因設(shè)備故障引起的停工損失約1365萬元。

四、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的未來發(fā)展與演進(jìn)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.0在當(dāng)前階段具有一定引領(lǐng)性和超前性，但由于當(dāng)前技術(shù)的限制，在應(yīng)用實施方面還存在諸多問題。具體來說，在網(wǎng)絡(luò)方面存在各層級網(wǎng)絡(luò)的功能割裂難互通，數(shù)據(jù)體系互不兼容，標(biāo)識編碼規(guī)則和標(biāo)識數(shù)據(jù)模型不統(tǒng)一等問題。在平臺方面存在數(shù)據(jù)集成管理難度大，數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用不充分，應(yīng)用創(chuàng)新不靈活等問題。在安全方面存在隱私和數(shù)據(jù)保護(hù)力度不夠，安全防護(hù)能力待提升，安全可靠性不充分等問題。未來，隨著新技術(shù)的演進(jìn)和產(chǎn)業(yè)實際需求的變化，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)將持續(xù)發(fā)展與演進(jìn)。

（一）網(wǎng)絡(luò)體系發(fā)展與演進(jìn)方向

一是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)趨向扁平化，IT與OT網(wǎng)絡(luò)加速融合。數(shù)字化新業(yè)務(wù)對高實時控制信息與非實時過程數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生了更高要求，有線與無線網(wǎng)絡(luò)走向融合互補，共同構(gòu)建全流程、無死角的全場景網(wǎng)絡(luò)覆蓋。二是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議更加開放。新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將打破傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)壁壘，實現(xiàn)各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議解耦，傳統(tǒng)工業(yè)控制閉環(huán)中的數(shù)據(jù)將逐漸開放出來供上層應(yīng)用使用。三是邊緣側(cè)智能化程度逐步提高。為適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場與產(chǎn)品側(cè)高實時性的場景需求，未來計算能力將逐漸下沉，通過在網(wǎng)絡(luò)側(cè)、邊緣設(shè)備嵌入人工智能算法等手段，有效緩解網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提升邊緣側(cè)可處理任務(wù)的復(fù)雜程度。

（二）平臺體系發(fā)展與演進(jìn)方向

一是平臺智能化水平大幅提升。基于平臺的數(shù)據(jù)智能成為整個制造業(yè)智能化的核心驅(qū)動，大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)持續(xù)拓展數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的深度和廣度，強化生產(chǎn)過程中的智能分析決策能力。二是平臺支撐協(xié)同化能力持續(xù)深化。通用組件、共性能力加速沉淀，產(chǎn)業(yè)鏈價值鏈各方接入平臺范圍大大擴展，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈、多領(lǐng)域、跨邊界的協(xié)同協(xié)作。三是平臺開放性靈活性不斷增強。傳統(tǒng)本地部署的工業(yè)軟件向平臺遷移與云化原生拓展，業(yè)務(wù)模型解耦與功能訂閱等模式創(chuàng)新加速應(yīng)用的靈活組織與工業(yè)知識的沉淀復(fù)用，助力企業(yè)更敏捷的適應(yīng)市場變化，不斷提升企業(yè)創(chuàng)新探索效率。

（三）安全體系發(fā)展與演進(jìn)方向

一是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全核心技術(shù)突破加速。人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、量子計算等發(fā)展助力安全核心技術(shù)加速突破，助力實現(xiàn)安全預(yù)警與決策的高度智能和自動化。二是新型技術(shù)融合應(yīng)用深化帶動安全防護(hù)理念變革。傳統(tǒng)的事件響應(yīng)式向持續(xù)智能響應(yīng)式轉(zhuǎn)變進(jìn)程加速，未來對特定應(yīng)用場景下的專用安全產(chǎn)品與安全平臺應(yīng)用提出了更高要求。三是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全加快發(fā)展。有效提供數(shù)據(jù)全生命周期的分級安全防護(hù)成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深度應(yīng)用發(fā)展的必要前提，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全管理體系構(gòu)建、跨境數(shù)據(jù)安全監(jiān)測與保護(hù)手段健全成為安全體系發(fā)展的重要方向之一。

審核編輯 ：李倩