《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論》 課件 第1、2章 智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

第1章

智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)前，以新一代信息通信技術(shù)與制造業(yè)融合發(fā)展為主要特征的產(chǎn)業(yè)變革在全球范圍內(nèi)孕育興起，智能制造已成為制造業(yè)發(fā)展的主要方向。智能制造智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。根據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)術(shù)語與定義》，智能制造應(yīng)當(dāng)包含智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)。推動智能制造，能夠有效縮短產(chǎn)品研制周期、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低運營成本和資源能源消耗，并促進(jìn)基于互聯(lián)網(wǎng)的眾創(chuàng)、眾包、眾籌等新業(yè)態(tài)、新模式的孕育發(fā)展。

智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。

根據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)術(shù)語與定義》，智能制造應(yīng)當(dāng)包含智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)。如目前炙手可熱的3D打印、石墨烯、虛擬現(xiàn)實等都屬于這一范疇。

智能制造系統(tǒng)不僅能夠在實踐中不斷地充實知識庫，而且還具有自學(xué)習(xí)功能，還有搜集與理解環(huán)境信息和自身的信息，并進(jìn)行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。

智能制造是繼自動化制造之后更進(jìn)一步的制造業(yè)形態(tài)，其核心是數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化。智能制造顧名思義就是為傳統(tǒng)的制造賦予智能，這里的智能是指“人工智能”。發(fā)展層次層次技術(shù)融合系統(tǒng)智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。智能制造技術(shù)是信息通信技術(shù)的發(fā)展帶動的，是信息通信技術(shù)在工業(yè)的廣泛、深入應(yīng)用。德國的工業(yè)4.0和美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)都屬于智能制造的范疇。智能制造技術(shù)包括自動化、信息化、互聯(lián)網(wǎng)和智能化四個層次智能制造是一個大的系統(tǒng)工程，要從產(chǎn)品、生產(chǎn)、模式、基礎(chǔ)四個方向來協(xié)調(diào)推進(jìn)智能制造的發(fā)展內(nèi)容

智能制造是一個大的系統(tǒng)工程，要從產(chǎn)品、生產(chǎn)、模式、基礎(chǔ)四個方向來協(xié)調(diào)推進(jìn)，其中，要以信息物理系統(tǒng)(cyberphysicalsystem，CPS)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等智能制造基礎(chǔ)設(shè)施為基礎(chǔ)，以智能產(chǎn)品為主體，以智能生產(chǎn)為主線，以用戶為中心的生產(chǎn)組織方式和商業(yè)模式變革為主題來實施推進(jìn)。CPSCPS是一個綜合計算、通信、網(wǎng)絡(luò)、控制和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，可以將信息世界和現(xiàn)實世界聯(lián)系在一起CPS系統(tǒng)包含了將來無處不在的環(huán)境感知、嵌入式計算、網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)控制等系統(tǒng)工程，使物理系統(tǒng)具有計算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)作和自治功能CPS能夠?qū)a(chǎn)品開發(fā)伊始的設(shè)計理念、試制、工藝和試驗等有效映射到虛擬空間中仿真、迭代、優(yōu)化和形式化驗證，使得在后續(xù)產(chǎn)品研發(fā)全周期的不同階段及不同開發(fā)者之間實現(xiàn)友好的信息共享復(fù)用具體來講，CPS能夠?qū)a(chǎn)品開發(fā)伊始的設(shè)計理念、試制、工藝和試驗等有效映射到虛擬空間中仿真、迭代、優(yōu)化和形式化驗證，使得在后續(xù)產(chǎn)品研發(fā)全周期的不同階段及不同開發(fā)者之間實現(xiàn)友好的信息共享復(fù)用智能制造應(yīng)用實例

智能礦山是運用信息和通信技術(shù)手段感測、分析、整合礦山運行核心系統(tǒng)的各項關(guān)鍵信息，從而對包括安全、生產(chǎn)、調(diào)度、自動化、監(jiān)測監(jiān)控、視頻監(jiān)控、人員定位在內(nèi)的各種需求做出智能響應(yīng)。智能礦山基于現(xiàn)代智能化理念，關(guān)注效率問題、安全問題和效益問題，將物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動控制、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、機器人化裝備等與現(xiàn)代礦山開發(fā)技術(shù)深度融合1.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)簡介

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（IndustrialInternet）是互聯(lián)網(wǎng)和新一代信息技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈中的融合集成應(yīng)用，是實現(xiàn)工業(yè)智能化的綜合信息基礎(chǔ)設(shè)施。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念是由美國通用電氣公司(GE)在2012年提出的，根據(jù)GE的定義所謂工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)便是實現(xiàn)人、機、物全面互聯(lián)化的新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，形成智能化發(fā)展的新興業(yè)態(tài)和應(yīng)用模式。

加快發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不僅是各國順應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展大勢，搶占產(chǎn)業(yè)未來制高點的戰(zhàn)略選擇，也是我國推動制造業(yè)質(zhì)量變革、效率變革和動力變革，實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的客觀要求。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)相比有四個明顯區(qū)別：一是連接對象不同。二是技術(shù)要求不同。三是發(fā)展模式不同。四是時代機遇不同。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新工業(yè)革命的關(guān)鍵體和重要基石，日益成為美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家和中國、印度等發(fā)展中國家實現(xiàn)新增長的共同選擇。美國《美國先進(jìn)制造領(lǐng)導(dǎo)力戰(zhàn)略》德國《國家工業(yè)戰(zhàn)略2030》。英國工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略綠皮書》《工業(yè)戰(zhàn)略：建設(shè)適合未來的英國》態(tài)和應(yīng)用模式。中國《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行動計劃（2018—2020年）》工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)政策2020年我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模達(dá)到6712.7億元，預(yù)計至2023年規(guī)模超過9000億元，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能制造智能制造是新一代信息技術(shù)與制造全生命周期的賦能結(jié)果，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的賦能，使得制造業(yè)智能化生產(chǎn)。智能制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是智能制造現(xiàn)階段的關(guān)鍵載體，是互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)在制造業(yè)融合應(yīng)用的產(chǎn)物。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)圖顯示了智能制造全景，圖中Digitaltwin為數(shù)字孿生技術(shù)。數(shù)字孿生是工業(yè)4.0的重要組成部分，其基本原則是在虛擬世界中復(fù)現(xiàn)實物資產(chǎn)，以模擬其動態(tài)。數(shù)字孿生數(shù)字孿生是工業(yè)4.0的重要組成部分，其基本原則是在虛擬世界中復(fù)現(xiàn)實物資產(chǎn)，以模擬其動態(tài)。認(rèn)識數(shù)字孿生數(shù)字孿生是一種利用數(shù)據(jù)采集、虛擬制造等技術(shù)，通過系統(tǒng)中存在的控制、計算和通信單元，實現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)和流程仿真、監(jiān)測、計算、調(diào)節(jié)、控制和集成，實現(xiàn)物理空間個性化、高效化和高度擬實化的系統(tǒng)，也稱數(shù)字孿生系統(tǒng)。數(shù)字孿生的意義通過建設(shè)數(shù)字孿生解決方案，不少企業(yè)生產(chǎn)和運營的大量細(xì)節(jié)都得到了優(yōu)化，創(chuàng)造了直接的經(jīng)濟效益。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)組成與應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)由網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全三個關(guān)鍵部分構(gòu)成，其中網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)、平臺是核心、安全是保障。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)組成隨著新技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，全球工業(yè)正在從傳統(tǒng)的供給驅(qū)動型、資源消耗型、機器主導(dǎo)型、批量規(guī)模型向需求引導(dǎo)型、資源集約型、人機互聯(lián)型、個性定制型轉(zhuǎn)變。由于制造行業(yè)的生產(chǎn)流程和產(chǎn)業(yè)鏈都很復(fù)雜，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用場景很多。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)各類工業(yè)生產(chǎn)要素泛在深度互聯(lián)的基礎(chǔ)，包括網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)體系、標(biāo)識解析體系和應(yīng)用支撐體系。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的典型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)以及創(chuàng)新的時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）、確定性網(wǎng)絡(luò)（DetNet）、5G等技術(shù)。平臺經(jīng)濟是數(shù)字時代生產(chǎn)力的新組織方式，是經(jīng)濟發(fā)展的新動能。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是面向制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，構(gòu)建基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的服務(wù)體系，支撐制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置的載體。從實踐來看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺仍處于初級階段，盡管平臺技術(shù)和服務(wù)能力已實現(xiàn)單點創(chuàng)新，但要形成系統(tǒng)突破還需探索構(gòu)建共贏發(fā)展的開放合作生態(tài)。安全是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)健康發(fā)展的保障，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了設(shè)備、工廠、人、產(chǎn)品的全方位連接，因此工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全建設(shè)必須從綜合安全防護(hù)體系的視角對其進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景

隨著新技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，全球工業(yè)正在從傳統(tǒng)的供給驅(qū)動型、資源消耗型、機器主導(dǎo)型、批量規(guī)模型向需求引導(dǎo)型、資源集約型、人機互聯(lián)型、個性定制型轉(zhuǎn)變。由于制造行業(yè)的生產(chǎn)流程和產(chǎn)業(yè)鏈都很復(fù)雜，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用場景很多。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)術(shù)語

（1）IT網(wǎng)絡(luò)(InformationTechnologyNetwork)：IT網(wǎng)絡(luò)是用于連接信息系統(tǒng)與終端的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。

（2）OT網(wǎng)絡(luò)(OperationTechnologyNetwork)：OT網(wǎng)絡(luò)是用于連接生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備與系統(tǒng)，實現(xiàn)自動控制的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。（4）邊緣計算（EdgeComputing）：邊緣計算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務(wù)。其應(yīng)用程序在邊緣側(cè)發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，滿足行業(yè)在實時業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的基本需求。（5）邊緣網(wǎng)關(guān)（EdgeGateway）：邊緣網(wǎng)關(guān)是部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)的網(wǎng)關(guān)，通過網(wǎng)絡(luò)連接、協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能連接物理和數(shù)字世界，提供輕量化的聯(lián)接管理、實時數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用管理功能。（9）個性化定制（PersonalizedCustomization）：通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，將用戶需求和企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)計劃精確匹配，并借助模塊化產(chǎn)線和新型制造工藝，實現(xiàn)和產(chǎn)品多樣化、定制化生產(chǎn)制造模式。（10）工業(yè)APP（IndustrialApplications）：工業(yè)APP是基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，承載工業(yè)知識和經(jīng)驗，滿足特定需求的工業(yè)應(yīng)用軟件，是工業(yè)技術(shù)軟件化的重要成果。（13）工業(yè)防火墻(IndustrialFirewall)：工業(yè)防火墻是一個由軟件和硬件設(shè)備組合而成、在內(nèi)部網(wǎng)和外部網(wǎng)之間、專用網(wǎng)與公共網(wǎng)之間的邊界上構(gòu)造的保護(hù)屏障。（14）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺（IndustrialInternetPlatform）：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是面向制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，構(gòu)建基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的服務(wù)體系，支撐制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置的工業(yè)云平臺。（15）工業(yè)軟件（IndustrialSoftware）：工業(yè)軟件是用于或?qū)Ｓ糜诠I(yè)領(lǐng)域，為提高工業(yè)研發(fā)設(shè)計、業(yè)務(wù)管理、生產(chǎn)調(diào)度和過程控制水平的相關(guān)軟件和系統(tǒng)。（16）工業(yè)通信協(xié)議（IndustrialCommunicationProtocol）：工業(yè)通信協(xié)議是指工業(yè)控制領(lǐng)域的雙方實體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定。（18）工業(yè)智能（IndustrialIntelligence）工業(yè)智能或稱工業(yè)人工智能（IndustrialArtificialIntelligence），是工業(yè)領(lǐng)域中由計算機實現(xiàn)的具有自感知、自學(xué)習(xí)、自執(zhí)行、自決策、自適應(yīng)等特征的應(yīng)用。（19）故障預(yù)測(FaultPrediction)：故障預(yù)測是指基于存儲在大數(shù)據(jù)存儲與分析平臺中的數(shù)據(jù)，通過設(shè)備使用數(shù)據(jù)、工況數(shù)據(jù)、主機及配件性能數(shù)據(jù)、配件更換數(shù)據(jù)等設(shè)備與服務(wù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)備故障、服務(wù)、配件需求的預(yù)測，為主動服務(wù)提供技術(shù)支撐，延長設(shè)備使用壽命，降低故障率。（24）柔性制造(FlexibleManufacturing)：柔性制造可以表述為兩個方面：一個方面是指生產(chǎn)能力的柔性反應(yīng)能力，也就是機器設(shè)備的小批量生產(chǎn)能力；第二個方面，指的是供應(yīng)鏈的敏捷和精準(zhǔn)的反應(yīng)能力。這種以消費者為導(dǎo)向的，以需定產(chǎn)的方式對立的是傳統(tǒng)大規(guī)模量產(chǎn)的生產(chǎn)模式。（25）軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SoftwareDefinedNetworking,SDN)：軟件定義網(wǎng)絡(luò)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它將網(wǎng)絡(luò)控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，采用集中控制替代原有分布式控制，并通過開放和可編程接口實現(xiàn)軟件定義。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系2.0架構(gòu)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，在2016年發(fā)布的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（版本1.0）基礎(chǔ)上，研究制定了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（版本2.0）》隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界急需一套具有實踐借鑒意義的方法論，指導(dǎo)其開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用推廣與生態(tài)建設(shè)。架構(gòu)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、實施等三個角度重新定義了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的參考架構(gòu)主要規(guī)范工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重點領(lǐng)域的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，包括：網(wǎng)絡(luò)與聯(lián)接標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)識解析標(biāo)準(zhǔn)、邊緣計算標(biāo)準(zhǔn)、平臺與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)APP標(biāo)準(zhǔn)和安全標(biāo)準(zhǔn)等?？傮w標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)范工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的通用性、指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)，包括術(shù)語定義、通用需求、架構(gòu)、測試與評估、管理等標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)主要包含工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用場景和垂直行業(yè)應(yīng)用等應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)2.0架構(gòu)2015年政府工作報告中首次提出“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”；同年7月，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》，提出研究工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系，引導(dǎo)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研制及推廣。這一時期工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)多以“互聯(lián)網(wǎng)+”“兩化融合”的形態(tài)出現(xiàn)。2017年11月，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于深化“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》，確立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略發(fā)展地位，明確了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要任務(wù)和路徑。2021年1月，工信部發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃(2021-2023年)》，提出了五方面、11項重點行動和10大重點工程，推動產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，帶動數(shù)字產(chǎn)業(yè)化。未來3年將是我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速成長期。《關(guān)于深化“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》《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃(2021-2023年)》我國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境（1）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺將加快向細(xì)分垂直領(lǐng)域延伸。我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用和推廣，未來在盈利模式多元化創(chuàng)新發(fā)展的趨勢下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也將加速向細(xì)分垂直領(lǐng)域延伸，深度解決行業(yè)發(fā)展的痛點難點。（2）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與新技術(shù)的融合將持續(xù)加深。在5G、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)的加速成熟和應(yīng)用推廣下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將加快與新技術(shù)的融合發(fā)展，在數(shù)據(jù)設(shè)備安全、模型構(gòu)建迭代、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等方面不斷創(chuàng)新，并涌現(xiàn)出新發(fā)展模式、應(yīng)用場景。（3）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將成為產(chǎn)業(yè)升級的重要途徑。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在整合企業(yè)數(shù)據(jù)、產(chǎn)業(yè)資源方面具備極大優(yōu)勢，未來在系統(tǒng)平臺不斷完善及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)全面覆蓋的趨勢下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將發(fā)揮其技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)資源配置、信息聚合共享的能力，助力區(qū)域產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展。發(fā)展趨勢工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)包括網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全三大體系，分為邊緣層、IaaS層、PaaS層和SaaS層四大層級。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈邊緣層：主要包括設(shè)備接入、協(xié)議解析和邊緣數(shù)據(jù)處理。IaaS層：包括服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、虛擬化等基礎(chǔ)設(shè)施。PaaS層：在通用PaaS服務(wù)(設(shè)備管理、資源管理、運維管理、故障恢復(fù)等)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)。SaaS層：針對工業(yè)應(yīng)用的需求，為用戶提供設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等一系列創(chuàng)新性應(yīng)用服務(wù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈上游包括主要由傳感、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)備廠商，有傳感器、控制器、工業(yè)級芯片、智能機床、工業(yè)機器人、網(wǎng)絡(luò)等中游主要為平臺類企業(yè)，提供開發(fā)、運營環(huán)境、軟件應(yīng)用和安全等，有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、工業(yè)軟件、云計算、數(shù)據(jù)中臺、邊緣計算服務(wù)等。下游則為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用場景等，主要應(yīng)用模式和場景可歸納為以下四類：智能產(chǎn)品開發(fā)與大規(guī)模個性化定制，提供智能增值服務(wù)；智能化生產(chǎn)和管理，主攻發(fā)展數(shù)字工廠、智能工廠；智能化售后服務(wù)以及產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同。第2章

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)利用各種通信介質(zhì)計算機網(wǎng)絡(luò)通信以傳輸協(xié)議為基準(zhǔn)分布在不同地理位置中的計算機系統(tǒng)或計算機終端連接起來實現(xiàn)資源共享計算機網(wǎng)絡(luò)分類局域網(wǎng)是一種在小范圍內(nèi)實施的計算機網(wǎng)絡(luò)局域網(wǎng)城域網(wǎng)是中等規(guī)模的計算機網(wǎng)絡(luò),與局域網(wǎng)相比，城域網(wǎng)的組建更復(fù)雜，功能更齊全。城域網(wǎng)廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)是一種綜合型的計算機網(wǎng)絡(luò)，廣域網(wǎng)組建十分復(fù)雜，設(shè)備眾多，且數(shù)據(jù)傳輸率較低，網(wǎng)絡(luò)傳輸不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?Topology)結(jié)構(gòu)是指用傳輸介質(zhì)互連各種設(shè)備的物理布局。網(wǎng)絡(luò)中的計算機等設(shè)備要實現(xiàn)互聯(lián)，需要以一定的結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行連接，這種連接方式就叫作“拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)”，通俗地講就是這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如何連接在一起的。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計算機通信相關(guān)技術(shù)通信方式是指通信雙方的信息交互的方式。在設(shè)計一個通信系統(tǒng)時，需要考慮使用何種通信方式。一般常見的通信方式有單工通信、半雙工通信和全雙工通信。通信方式通信是單方向的，如同在單行道上，兩臺設(shè)備只有一臺能夠發(fā)送，另一臺則只能接收單工在半雙工模式下，每臺主機均能發(fā)送和接收，但不能同時進(jìn)行半雙工全雙工在全雙工模式下，雙方主機都能同時發(fā)送和接收，并且兩者能夠同步進(jìn)行，這好像人們平時打電話一樣，說話的同時也能夠聽到對方的聲音并行與串行在計算機和終端之間的數(shù)據(jù)傳輸通常是靠電纜或信道上的電流或電壓變化實現(xiàn)的。如果一組數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)位在多條線上同時被傳輸，這種傳輸方式稱為并行通信并行通信串行通信是指使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個固定的時間長度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別適用于計算機與計算機、計算機與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信串行通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)上的計算機之間要進(jìn)行通信必須要遵循一定的協(xié)議或規(guī)則，這些為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則或約定就被稱為協(xié)議定義(1)語義。語義是解釋控制信息每個部分的意義。它規(guī)定了通信雙方“講什么”。通信雙方要發(fā)出什么控制信息，執(zhí)行的動作和返回的應(yīng)答，主要涉及用于協(xié)調(diào)與差錯處理的控制信息。它規(guī)定了需要發(fā)出何種控制信息，以及完成的動作與做出什么樣的響應(yīng)。(2)語法。語法是用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式，以及數(shù)據(jù)出現(xiàn)的順序。它規(guī)定了通信雙方“如何講”的問題。規(guī)定的協(xié)議元素的格式，數(shù)據(jù)及控制信息的格式，編碼和信號電平等。(3)時序。也稱為同步，時序是對事件發(fā)生順序的詳細(xì)說明。主要涉及傳輸速度匹配和順序問題。OSI（OpenSystemInterconnect）開放式系統(tǒng)互聯(lián)，一般都叫OSI參考模型，是ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化）組織在1985年研究的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)模型。OSI參考模型定義了開放系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、層次之間的相互關(guān)系及各層所包含的可能的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層TCP/IP協(xié)議TCP/IP協(xié)議，即TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的簡寫，中譯名為傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，又名網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，是Internet最基本的協(xié)議、Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，由網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成。OSI/RM參考模型TCP/IP模型應(yīng)用層應(yīng)用層表示層會話層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)際互聯(lián)層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)接口層物理層網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)是指在兩個通信設(shè)備之間實現(xiàn)的物理連接部分，它能將信號從一方傳輸?shù)搅硪环?，有線傳輸介質(zhì)主要有雙絞線、同軸電纜和光纖。雙絞線和同軸電纜傳輸電信號，光纖傳輸光信號。無線傳輸介質(zhì)指我們周圍的自由空間。我們利用無線電波在自由空間的傳播可以實現(xiàn)多種無線通信。在自由空間傳輸?shù)碾姶挪ǜ鶕?jù)頻譜可將其分為無線電波、微波、紅外線、激光等，信息被加載在電磁波上進(jìn)行傳輸。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)常見交換設(shè)備網(wǎng)卡網(wǎng)卡是網(wǎng)絡(luò)接口卡的簡稱(NetworkInterfaceCard，簡稱NIC)，是計算機局域網(wǎng)中最重要的連接設(shè)備之一，計算機通過網(wǎng)卡接入網(wǎng)絡(luò)集線器集線器的英文稱為“Hub”，“Hub”是“中心”的意思，它和雙絞線等傳輸介質(zhì)一樣，屬于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)備交換機交換機（Switch）意為“開關(guān)”，是一種基于MAC（網(wǎng)卡的硬件地址）識別，交換機可以“學(xué)習(xí)”MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)當(dāng)前，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)主要在各個工業(yè)企業(yè)內(nèi)部?？傮w來說，工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)“兩層三級”的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工廠OT層網(wǎng)絡(luò)主要是用于把現(xiàn)場的控制器（PLC、DCS、FCS等）、傳感器、服務(wù)器、監(jiān)控器等連接起來OT層的網(wǎng)絡(luò)工廠IT層網(wǎng)絡(luò)則負(fù)責(zé)連接信息系統(tǒng)與終端的數(shù)據(jù)通信。在不斷發(fā)展的工業(yè)自動化世界中，數(shù)據(jù)在智能、高效和快速的系統(tǒng)和軟件應(yīng)用中愈發(fā)重要。對制造業(yè)企業(yè)而言，其擁有最精確、最大價值的信息源來自O(shè)T層的數(shù)據(jù)。工廠IT層網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線技術(shù)

現(xiàn)場總線的概念于1984年正式提出?，F(xiàn)場總線的出現(xiàn)不僅簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，還使得整個控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、投運、檢修維護(hù)都大大簡化現(xiàn)場總線的種類主要有：基金會現(xiàn)場總線FF、ProfiBus、WorldFIP、ControlNet/DeviveNet以及CAN等

基金會現(xiàn)場總線FF?；饡F(xiàn)場總線FF(FieldbusFoundation)是針對過程自動化而設(shè)計的，是通過數(shù)字、串行、雙向的通信方法來連接現(xiàn)場裝置的。

ProfiBus自1984年開始研制現(xiàn)場總線產(chǎn)品，現(xiàn)已成為歐洲首屈一指的開放式現(xiàn)場總線系統(tǒng)，歐洲市場占有率大于40%，廣泛應(yīng)用于加工自動化、樓宇自動化、過程自動化、發(fā)電與輸配電等領(lǐng)域。WorldFip現(xiàn)場總線組織成立于1987年。目前已有一百多個成員，其中許多是工控領(lǐng)域的世界著名大公司，如Honeywell、西技來克（Cegelec）、阿爾斯通（Alstom）、施耐德（Schneider）等ControlNet的基礎(chǔ)技術(shù)是在RockwellAutomation企業(yè)于1995年10月公布。1997年7月成立了ControlNetInternational組織，Rockwell轉(zhuǎn)讓此項技術(shù)給該組織CAN(ControllerAreaNetwork)稱為控制局域網(wǎng)，屬于總線式通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線規(guī)范了任意兩個CAN節(jié)點之間的兼容性，包括電氣特性及數(shù)據(jù)解釋協(xié)議，CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層工業(yè)以太網(wǎng)

以太網(wǎng)（ETHERNET）技術(shù)世界上應(yīng)用最廣泛、最為常見的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于世界各地的局域網(wǎng)和企業(yè)骨干網(wǎng)，由Xerox公司于1973年提出并實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)顧名思義，就是封裝在以太網(wǎng)協(xié)議中的特殊工業(yè)協(xié)議，以確保在需要執(zhí)行特定操作的時間和位置發(fā)送和接收正確信息，達(dá)到工業(yè)環(huán)境使用需求。具體地來說，工業(yè)以太網(wǎng)是建立在IEEE802.3系列標(biāo)準(zhǔn)和TCP/IP上的分布式實時控制通信網(wǎng)絡(luò)，適用于數(shù)據(jù)量傳輸量大，傳輸速度要求較高的場合工業(yè)以太網(wǎng)交換機工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議

Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備之間可以通信德國倍福公司發(fā)明的以太網(wǎng)控制自動化技術(shù)（EtherCAT），自2003年以來一直在EtherCAT技術(shù)集團(tuán)旗下公司發(fā)展壯大。EtherCAT屬于開放的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，為自動化的總線項目提供實時通信，目前最高速率可提升至千兆級與EtherCAT不同的是，Profinet（過程現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)）是由西門子公司在1987年聯(lián)合十四家機構(gòu)五個研究所推出的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，其目的即是推動一種串列的現(xiàn)場總線，能夠滿足現(xiàn)場設(shè)備接口最基本的連接需求Ethernet/IP是適合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的協(xié)議體系，最初于2000年推出，是一種主要由羅克韋爾自動化公司提供的應(yīng)用層工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，由開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商協(xié)會(ODVA)提供支持Powerlink由貝加萊B&R公司開發(fā)，并由EthernetPowerlink標(biāo)準(zhǔn)化組(EthernetPowerlinkStandardisationGroup，EPSG)支持。

Powerlink協(xié)議對第三、四層的TCP(UDP)/IP棧進(jìn)行了擴展標(biāo)識解析體系

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識是指能夠唯一識別機器、產(chǎn)品、算法、工序等制造業(yè)物理資源和虛擬資源的身份符號。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析是指能夠根據(jù)標(biāo)識編碼查詢目標(biāo)對象網(wǎng)絡(luò)位置或者相關(guān)信息的系統(tǒng)裝置。概述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系主要由標(biāo)識編碼和標(biāo)識解析兩部分構(gòu)成，標(biāo)識編碼指為人、機、物等實體對象和算法、工藝等虛擬對象賦予全球唯一的身份標(biāo)識，類似于互聯(lián)網(wǎng)中的名字服務(wù)解析體系主流的標(biāo)識解析體系Handle系統(tǒng)是一套由國際DONA基金會組織運行和管理的全球分布式管理系統(tǒng)對象標(biāo)識符（ObjectIdentifier，OID）是由ISO/IEC、ITU共同提出的標(biāo)識機制，用于對任何類型的對象、概念或事物進(jìn)行全球統(tǒng)一命名，一旦命名，該名稱終生有效GS1（GlobalStandard1）是由國際物品編碼協(xié)會建立的一種標(biāo)識體系。GS1由三大體系構(gòu)成，包括編碼體系、載體體系、數(shù)據(jù)交換體系，可以對物品供應(yīng)鏈全生命周期的各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行標(biāo)識我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析系統(tǒng)的整體架構(gòu)采用分層、分級模式構(gòu)建，面向各行業(yè)、各類工業(yè)企業(yè)提供標(biāo)識解析公共服務(wù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)背景下標(biāo)識解析體系發(fā)展趨勢工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析本質(zhì)是將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識翻譯為物體或相關(guān)信息服務(wù)器地址，并在此基礎(chǔ)上增加查詢物品屬性數(shù)據(jù)的過程，從而支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)中的域名標(biāo)識編碼主要是以“面向人為主”，方便人來識讀主機、電腦、網(wǎng)站等；而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識編碼，則擴展到“面向人、機、物”的三元世界，方便計算機自動讀取機器、產(chǎn)品、原材料等物品及其所關(guān)聯(lián)的各種數(shù)據(jù)5G技術(shù)

5G是第五代移動通信技術(shù)（5thGenerationWirelessSystems）的簡稱，是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)。5G最大的應(yīng)用之一是大規(guī)模設(shè)備通信，例如自動駕駛汽車、元宇宙硬件、游戲虛擬現(xiàn)實(VR)和智能工廠。與4G相比，5G網(wǎng)絡(luò)是高度集成的，是一種范式的轉(zhuǎn)換，5G網(wǎng)絡(luò)的新范式包括具有海量帶寬的極高載波頻率、頂級基站、高密度設(shè)備，以及前所未有的天線數(shù)量5G的目標(biāo)場景為增強移動寬帶（eMBB）、超高可靠、超低時延通信（uRLLC）、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（mMTC），其中包括移動互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和汽車互聯(lián)網(wǎng)以及其他具體場景。（1）eMBB。以人為中心的應(yīng)用場景，集中表現(xiàn)為超高的傳輸數(shù)據(jù)速率，廣覆蓋下的移動性保證等，可以最直觀改善移動網(wǎng)速。（2）uRLLC。超高可靠超低時延通信，在此場景下，連接時延要達(dá)到1ms級別，而且要支持高速移動（500KM/H）情況下的高可靠性（99.999%）連接。（3）mMTC。5G強大的連接能力可以快速促進(jìn)各垂直行業(yè)（智慧城市、智能家居、環(huán)境監(jiān)測等）的深度融合。5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

5G的出現(xiàn)極大地推動了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，5G將構(gòu)建全新生態(tài)。UPF（UserPlaneFunction）是5G核心網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)5G核