工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

1、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)當(dāng)前，以新一代信息技術(shù)為驅(qū)動(dòng)的數(shù)字浪潮正深刻重塑經(jīng)濟(jì)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，移動(dòng)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)與各個(gè)產(chǎn)業(yè)深度融合，推動(dòng)著生產(chǎn)方式、產(chǎn)品形態(tài)、商業(yè)模式、產(chǎn)業(yè)組織和國(guó)際格局的深刻變革，并加快了第四次工業(yè)革命的孕育與發(fā)展。而越來(lái)越清晰的是，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)這一數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵路徑，構(gòu)筑了第四次工業(yè)革命的發(fā)展基石。（二）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) 2.0工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) 2.0 包括業(yè)務(wù)視圖、功能架構(gòu)、實(shí)施框架三大板塊，形成以商業(yè)目標(biāo)和業(yè)務(wù)需求為牽引，進(jìn)而明確系統(tǒng)功能定義與實(shí)施部署方式的設(shè)計(jì)思路，自上向下層層細(xì)化和深入。1圖 2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.0業(yè)務(wù)視圖明確了

2、企業(yè)應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)、方向、業(yè)務(wù)場(chǎng)景及相應(yīng)的數(shù)字化能力。業(yè)務(wù)視圖首先提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的總體目標(biāo)和方向，以及這一趨勢(shì)下企業(yè)應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建數(shù)字化競(jìng)爭(zhēng)力的愿景、路徑和舉措。這在企業(yè)內(nèi)部將會(huì)進(jìn)一步細(xì)化為若干具體業(yè)務(wù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型策略，以及企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型所需的一系列關(guān)鍵能力。業(yè)務(wù)視圖主要用于指導(dǎo)企業(yè)在商業(yè)層面明確工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的定位和作用，提出的業(yè)務(wù)需求和數(shù)字化能力需求對(duì)于后續(xù)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)是重要指引。功能架構(gòu)明確企業(yè)支撐業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)所需的核心功能、基本原理和關(guān)鍵要素。功能架構(gòu)首先提出了以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工2業(yè)互聯(lián)網(wǎng)功能原理總體視圖，形成物理實(shí)體與數(shù)字空間的全面聯(lián)接、精準(zhǔn)映射

3、與協(xié)同優(yōu)化，并明確這一機(jī)理作用于從設(shè)備到產(chǎn)業(yè)等各層級(jí)，覆蓋制造、醫(yī)療等多行業(yè)領(lǐng)域的智能分析與決策優(yōu)化。進(jìn)而細(xì)化分解為網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)、安全三大體系的子功能視圖，描述構(gòu)建三大體系所需的功能要素與關(guān)系。功能架構(gòu)主要用于指導(dǎo)企業(yè)構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的支撐能力與核心功能，并為后續(xù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施框架的制定提供參考。實(shí)施框架描述各項(xiàng)功能在企業(yè)落地實(shí)施的層級(jí)結(jié)構(gòu)、軟硬件系統(tǒng)和部署方式。實(shí)施框架結(jié)合當(dāng)前制造系統(tǒng)與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，提出了由設(shè)備層、邊緣層、企業(yè)層、產(chǎn)業(yè)層四層組成的實(shí)施框架層級(jí)劃分，明確了各層級(jí)的網(wǎng)絡(luò)、標(biāo)識(shí)、平臺(tái)、安全的系統(tǒng)架構(gòu)、部署方式以及不同系統(tǒng)之間關(guān)系。實(shí)施框架主要為企業(yè)提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)具體落地的統(tǒng)籌規(guī)劃與建

4、設(shè)方案，進(jìn)一步可用于指導(dǎo)企業(yè)技術(shù)選型與系統(tǒng)搭建。四、業(yè)務(wù)視圖（一）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的總體業(yè)務(wù)視圖3業(yè)務(wù)視圖包括產(chǎn)業(yè)層、商業(yè)層、應(yīng)用層、能力層四個(gè)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(gè)層次自上而下來(lái)看，實(shí)質(zhì)是產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型大趨勢(shì)下，企業(yè)如何把握發(fā)展機(jī)遇，實(shí)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(lái)看，實(shí)際也反映了企業(yè) 不斷構(gòu)建和強(qiáng)化的數(shù)字化能力將持續(xù)驅(qū)動(dòng)其業(yè)務(wù)乃至整個(gè)企業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，并最終帶來(lái)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)視圖如圖 3 所示。圖 3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)視圖（二）業(yè)務(wù)視圖 -產(chǎn)業(yè)層4“產(chǎn)業(yè)層

5、 ”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(shí)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(guò)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(jì)高質(zhì)量發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，構(gòu)建全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)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。全面連接顯著提升了數(shù)據(jù)采集、集成管理與建模分析的水平，使各類生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策更加精準(zhǔn)和智能，同時(shí)也使各類商業(yè)和生產(chǎn)活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)化組織成為可能，大幅提高資源配置效率?；谶@一新基礎(chǔ)，一是一批以數(shù)據(jù)為核心，提供數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)管理、建模分析、應(yīng)用開(kāi)發(fā)與安全保障等相關(guān)產(chǎn)品和解決方案的企業(yè)快速成長(zhǎng)興起，

6、形成一個(gè)工業(yè)數(shù)字技術(shù)的 “新產(chǎn)業(yè) ”，并成為各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵支撐；二是各行業(yè)紛紛探索運(yùn)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提升現(xiàn)有業(yè)務(wù)，形成智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸等一系列數(shù)字化轉(zhuǎn)型的 “新模式 ”，這之中既有數(shù)據(jù)智能對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)的優(yōu)化提升，也有基于網(wǎng)絡(luò)化組織帶來(lái)的模式創(chuàng)新與重構(gòu)；三是伴隨產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入，將在諸如網(wǎng)5絡(luò)眾包眾創(chuàng)、制造能力交易、產(chǎn)融結(jié)合等領(lǐng)域涌現(xiàn)一批服務(wù)企業(yè)，形成數(shù)字化創(chuàng)新的 “新業(yè)態(tài) ”。新產(chǎn)業(yè)、新模式、新業(yè)態(tài)共同構(gòu)成了產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新動(dòng)能，同時(shí)也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)價(jià)值創(chuàng)造的關(guān)鍵路徑。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)視圖產(chǎn)業(yè)層架構(gòu)如圖 4 所示。（三）業(yè)務(wù)視圖 -商業(yè)層“商業(yè)層 ”主要明確了

7、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(jìng)爭(zhēng)力的愿景理念、戰(zhàn)略方向和具體目標(biāo)。商業(yè)層主要面向 CEO 等企業(yè)高層決策者，用以明確在企業(yè)戰(zhàn)略層面，如何通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)保持和強(qiáng)化企業(yè)的長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。從目標(biāo)愿景來(lái)看，在數(shù)字化發(fā)展趨勢(shì)下，企業(yè)應(yīng)加快依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)構(gòu)建數(shù)字化轉(zhuǎn)型的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，形成以數(shù)6據(jù)為核心驅(qū)動(dòng)的新型生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)方式、資源組織方式與商業(yè)模式， 以支撐企業(yè)不斷成長(zhǎng)壯大。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)愿景，企業(yè)可通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，從提升價(jià)值、創(chuàng)新模式和降低成本三大戰(zhàn)略方向進(jìn)行努力。例如，在提升價(jià)值方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以幫助企業(yè)更好對(duì)接客戶，通過(guò)產(chǎn)品創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)更高附加價(jià)值；在創(chuàng)新模式方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以推動(dòng)企業(yè)由賣(mài)產(chǎn)品走向賣(mài)服

8、務(wù)，創(chuàng)造新的業(yè)務(wù)模式和收入來(lái)源，甚至進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、服務(wù)與信貸、保險(xiǎn)、物流等其他領(lǐng)域的創(chuàng)新融合，進(jìn)一步釋放數(shù)據(jù)價(jià)值紅利；在降低成本方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能，可以幫助企業(yè)在提高生產(chǎn)效率、減少停機(jī)與不良品、減少庫(kù)存等一系列關(guān)鍵環(huán)節(jié)和場(chǎng)景發(fā)揮作用。上述三大戰(zhàn)略方向可進(jìn)一步分解和細(xì)化為若干戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)，如商業(yè)模式、市場(chǎng)需求、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、運(yùn)營(yíng)管理、資源調(diào)配和交付速度等，這是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能于企業(yè)的具體途徑。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)各層級(jí)要素全面互聯(lián)，對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、分析并形成智能反饋，助力企業(yè)生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)管理提升，加快市場(chǎng)需求響應(yīng)與交付速度，優(yōu)化資源要素配置，強(qiáng)化商業(yè)模式創(chuàng)新

9、，實(shí)現(xiàn)各類生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)目標(biāo)的提升優(yōu)化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)視圖商業(yè)層架構(gòu)如圖 5 所示。7圖 5 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)視圖商業(yè)層架構(gòu)（四）業(yè)務(wù)視圖 -應(yīng)用層發(fā)展。一是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)對(duì)產(chǎn)品全生命周期的連接與貫通， 強(qiáng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、流程規(guī)劃到生產(chǎn)工程的數(shù)據(jù)集成與智能分析，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品鏈的整體優(yōu)化與深度協(xié)同。如通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò) 互聯(lián)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目人員異地遠(yuǎn)程在線協(xié)同，以及模型、機(jī)理等各類數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程共享，企業(yè)可以低成本高效率地完成產(chǎn)品、工藝 的協(xié)同研發(fā)和優(yōu)化。二是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)面向企業(yè)業(yè)務(wù)活動(dòng)，一 方面支撐計(jì)劃、供應(yīng)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)等全流程全業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通，另一方面面向單環(huán)節(jié)重點(diǎn)場(chǎng)景開(kāi)展深度數(shù)據(jù)分析優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)全價(jià)值鏈的效率

10、提升與重點(diǎn)業(yè)務(wù)的價(jià)值挖掘， 例如，企業(yè)可通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與 連通，疊加機(jī)器學(xué)習(xí)、邊緣計(jì)算、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量提升、能耗降低，提升生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)價(jià)值。三8是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將孤立的設(shè)備資產(chǎn)單元轉(zhuǎn)化為整合互聯(lián)的資產(chǎn)體系，支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造、投產(chǎn)、運(yùn)維、退役到報(bào)廢與回收等設(shè)備全生命周期多個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)集成串聯(lián)，這為設(shè)備管理難度大的企業(yè)，尤其是為重資產(chǎn)企業(yè)，提供輕便化、靈活化、智能化的設(shè)備管理方式和產(chǎn)品后服務(wù)，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)鏈的全 面運(yùn)維保障與高質(zhì)量服務(wù)。例如，企業(yè)可以通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 構(gòu)建面向邊緣設(shè)備的全面互聯(lián)和感知能力，優(yōu)化設(shè)備維護(hù)周期，預(yù)測(cè)關(guān)鍵設(shè)備的故障，并進(jìn)行遠(yuǎn)程的在線維護(hù)，

11、從而提 高資產(chǎn)資源的可靠性和資產(chǎn)管理的經(jīng)濟(jì)效益。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè) 務(wù)視圖應(yīng)用層架構(gòu)如圖 6 所示。圖 6 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)視圖應(yīng)用層架構(gòu)（五）業(yè)務(wù)視圖 -能力層9“能力層 ”描述了企業(yè)通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)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。能力層主要面向工程師等具體技術(shù)人員，幫助其定義企業(yè)所需的關(guān)鍵能力并開(kāi)展實(shí)踐。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(guò)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(dòng)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(chǎng)景下的具體應(yīng)用實(shí)踐。具體來(lái)說(shuō)：一是通過(guò)廣泛部署感知終端與數(shù)據(jù)采集設(shè)施，實(shí)現(xiàn)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈狀態(tài)信息的全面深度實(shí)

12、時(shí)監(jiān)測(cè)，打造企業(yè)泛在感知能力；二是基于泛在感知形成的海量工業(yè)數(shù)據(jù)，通過(guò)工業(yè)模型與數(shù)據(jù)科學(xué)的融合開(kāi)展分析優(yōu)化，并作用于設(shè)備、產(chǎn)線、企業(yè)等各領(lǐng)域，形成企業(yè)智能決策能力；三是基于實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的充分與高效集成，打通企業(yè)內(nèi)、企業(yè)間以及企業(yè)與客戶，提升企業(yè)對(duì)市場(chǎng)變化和需求的響應(yīng)速度和交付速度，形成企業(yè)敏捷響應(yīng)的能力；四是基于泛在感知、全面連接與深度集成，在企業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)、管理等不同業(yè)務(wù)的協(xié)同，探索企業(yè)運(yùn)行效率最優(yōu)，在企業(yè)外實(shí)現(xiàn)各類生產(chǎn)資源和社會(huì)資源的協(xié)同，探索產(chǎn)業(yè)配置效率最優(yōu)，最終建立全局協(xié)同的能力；10五是通過(guò)對(duì)物理系統(tǒng)的精準(zhǔn)描述與虛實(shí)聯(lián)動(dòng)，建立數(shù)字孿生，在監(jiān)控物理系統(tǒng)同時(shí)，能夠在線實(shí)時(shí)對(duì)物理系統(tǒng)

13、的運(yùn)行進(jìn)行分析優(yōu)化，使企業(yè)始終在最優(yōu)狀態(tài)運(yùn)行，形成動(dòng)態(tài)優(yōu)化的能力。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)視圖能力層架構(gòu)如圖 7 所示。圖 7 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)視圖能力層架構(gòu)通過(guò)以上整體論述可以看出，傳統(tǒng)的自動(dòng)化和信息化是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，同時(shí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)又是對(duì)傳統(tǒng)自動(dòng)化和信息化的升級(jí)拓展與變革創(chuàng)新。自動(dòng)化和信息化本質(zhì)是把生產(chǎn)操作和管理流程通過(guò)軟硬件系統(tǒng)的方式予以固化，從而建立了垂直制造體系，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程抽象和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累，保證企業(yè)在結(jié)構(gòu)化的框架下準(zhǔn)確高效運(yùn)行，這些奠定了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作用的基礎(chǔ)環(huán)境。同時(shí)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從兩個(gè)層面對(duì)傳統(tǒng)自動(dòng)化和信息化進(jìn)行拓展創(chuàng)新：一是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將管理知識(shí)、工藝機(jī)理等11各種隱性的經(jīng)驗(yàn)顯性化，形成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能。無(wú)論是設(shè)備資產(chǎn)、生產(chǎn)過(guò)程、管理運(yùn)營(yíng)還是商業(yè)活動(dòng)，都存在大量未被挖掘利用、靠經(jīng)驗(yàn)積累的知識(shí)、工藝、技術(shù)等，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將其轉(zhuǎn)化為更精確的機(jī)理模型和數(shù)據(jù)模型，并通過(guò)平臺(tái)等載體沉淀封裝形