工业互联网体系架构

产业网际网路架构明马写文章编制近年来，代表互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能等的下一代信息技术与传统产业的融合速度加快，全球范围内新的技术革命和产业变革活跃起来，出现了一系列新的生产方式、组织方式和业务模式部署成本。为此，在产业和信息部的指导下，产业网络产业联盟(以下All)开始了产业网络体系结构研究，并编写了基础产业网络体系结构报告(版本1.0)，概括了国内外开发实践，提出了产业网络的意义、目标、体系结构、核心要素和开发公司。该报告旨在引导业界对产业互联网的广泛协议，作为体系结构牵引，为同盟的各种工作和我国产业互联网的技术创新、标准开发、测试验证、应用实践等提供参考和指导，促进产业互联网健康快速发展。产业网络是一个长期发展和演化的过程，毫无疑问，我们现在对产业网络的认识仍然是初步的、阶段性的。联盟将根据国内外产业网络的发展状况及产业界的意见，在持续深入研究的基础上，及时修订和出版报告新版。Ol，即可从workspace页面中移除物件。(a)工业互联网的含义产业互联网的内涵阐述了产业互联网的类别和特性明确了产业互联网的总体目标是产业互联网研究的基础和出发点。我们认为，产业互联网是互联网与新-代信息技术和产业系统全面深度融合形成的产业和应用生态是产业智能发展的核心集成信息基础设施。其本质是基于机器、原材料、控制系统、信息系统、产品和人员之间的网络互连，实现对行业数据的全面深入识别、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析，从而实现智能控制、运营优化和生产组织方式的转变。产业互联网可以从“网络”、“数据”和“安全”三个方面重点理解。其中，internet通过基础(物联网、internet等技术)实现了整个行业的互操作性，从而促进了行业数据的无缝流动和无缝集成。数据是通过产业数据的整个周期识别、收集和集成来形成基于数据的系统智能、实际机器灵活生产、运营管理优化、生产协作组织和业务模型创新来促进产业智能发展的关键因素。安全是构建复盖整个产业系统的安全保护系统，确保产业智能实现的保障。产业互联网的发展反映了多种产业生态系统的融合，是构建工业生态系统，实现工业智能化发展的必由之路。产业互联网与制造业的融合将带来4种智能提高。第一，智能生产，即单台机器的实现生产线、工厂和工厂范围的智能决策和动态优化，提高整体工艺生产率、提高质量、降低成本。二是通过网络协作、联合设计、联合制造、垂直电力供应商等新模式，显着降低新产品开发和制造成本，缩短产品上市周期。第三，定制-小规模internet实现用户定制要求，通过灵活的组织设计、制造资源和生产流程实现低成本的大规模定制。第四，通过服务转换，即产品运行的实时监控，提供远程维护、故障预测、性能优化等多种服务，并提供产品设计优化的反馈，实现企业服务创新。产业网络主导的制造业变化不是新的产业生产模式、资源组织方式，而是一个长期的过程，从区域到整体、从浅到深，最终将成为产业的全要素、全领域、整个产业链、整个价值链的深度整合和集成应用程序的信息通信技术实现。(b)工业互联网与智能制造的关系智能制造是下一代产业变化的核心推进和战略重点，是在整个制造活动(如设计、生产、管理、服务)中具有信息深度自我识别、智能自我决策优化、精确控制自我执行等功能的高级制造流程、系统和模型的统称，是internet、大数据和云计算等新一代信息技术。以智能工厂为载体，以生产核心制造链接智能为核心，基于端到端数据流，基于端到端深度相互关系支持四个主要特征。智能制造与产业互联网有着密切的关系。智能制造的实现主要取决于先进设备、先进材料、高新技术等产业制造技术的两个基本功能，是决定制造边界和制造能力的基础。第二，产业互联网包括智能检测控制硬件和软件、新的产业网络、产业大数据平台等综合信息技术要素，是充分发挥产业设备、技术和材料潜力，提高生产力、优化资源分配效率、创建差别化产品和实现服务增值的关键。因此，我们认为产业互联网是智能制造的核心基础，为其变化提供了必不可少的共同基础设施和能力，同时可以支持其他产业的智能发展，以千计。(a)工业互联网业务要求产业互联网的业务需求可以从产业和互联网两个角度进行分析，如图1所示。从产业角度来看，产业网络主要表现为从生产系统到商业系统的智能化，内部和外部，生产系统本身采用信息通信技术，实现机器间、机器和系统、企业上游和下游之间的实时连接，实现智能交互和业务活动优化。业务需求包括无处不在的感知、实时监控、精确控制、数据集成、运营优化、供应链协作、需求响应和服务增值等业务需求。从网络的角度来看，产业网络主要表现为商业系统变革牵引生产系统的智能，无论是外部还是内部，在营销、服务、设计方面，网络的新范式主导着生产组织和制造模式的智能变革。基于互联网平台的精密营销、定制、智能服务、众包、协同设计、联合制造、灵活制造等业务需求。图1工业互联网业务视图(b)工业互联网体系结构产业互联网的核心是在网络、数据、安全是产业和互联网两个观点的共同基础和支柱的综合互连的基础上，形成以数据为中心的智能。其中，“网络”是包括网络互连系统、识别分析系统和应用程序支持系统在内的产业系统互连和产业数据传输交换的支持基础，通过泛在网络基础设施、适当的识别分析系统、集中的公用应用程序支持系统，实现操作系统单元之间、操作系统和业务系统主体之间的信息数据无缝传输，从而支持实时识别、交互生产模式的新机器通信、设备有线和无线连接方式“数据”包括数据收集交换、集成处理、建模分析、决策优化和功能模块，包括批量数据收集和交换、异构数据集成处理、机器数据的边缘计算、经验模型的固化迭代、基本云的批量数据计算分析、生产现场状态、协作企业信息、对市场用户需求的精确计算和复杂分析，从而形成企业运营的管理决策和控制指导，从机器设备、运营管理到业务活动。“安全”表明，网络和数据包括设备安全、网络安全、控制安全、基于手记的安全、应用程序安全和集成安全管理，通过复盖整个行业系统的安全管理系统，防止网络设施和系统软件的内部和外部攻击，减轻未经授权访问企业数据的风险，确保数据传输和存储的安全，从而全面保护工业生产系统和商业系统。产业网际网路架构等于圆2。图2工业互联网体系结构产业互联网建立了三个闭环，为产业智能的发展而优化，以网络、数据和安全为基础。一、基于机械设备运行优化的闭环、核心机械运行数据、生产环境数据实时识别和边缘计算，建立机械设备动态优化调整、智能机械和灵活生产线；二是生产运营优化的闭环。关键是在信息系统数据、制造执行系统数据、控制系统数据的集成处理和大数据建模分析的基础上，实现生产运营管理的动态优化调整，在各种方案中形成智能生产模式。第三，企业协作、用户交互和产品服务优化的闭环，核心是基于供应链数据、用户需求数据、产品服务数据的集成和分析实现企业资源组织和业务活动的创新，构建网络协作、定制配置、服务扩展等新模式。(a)工业互联网网络系统框架随着智能制造的发展，工厂内部对数字化、网络化、智能化和与外部数据交换的需求逐渐增加，产业互联网显示出以三种类型的企业主体、七种类型的互联、八种类型的互联为特征的互联系统，如图3所示。图3工业互联网连接示意图三类企业包括工业制造企业、工业服务企业(以设计、制造、供应、服务等为中心提供服务的各类企业)和网络企业，这三类企业的作用不断渗透和相互转换。产品、智能机器、工厂控制系统、工厂云平台(和管理软件)、智能产品、行业internet应用程序等7个类别的互连进一步将行业internet从计算机的传统自动化控制扩展到产品生命周期的所有部分。8种互连类型包括7种互连，这是连接设计、生产力、业务能力和用户服务的复杂网络系统。如图4所示，随着这些连接要求的发展，工厂网络发生了新的变化，形成了工业互联网的整个网络体系结构如所示。图4工业互联网整体网络系统目标框架与现有internet包括互连系统、DNS系统和应用服务系统等三个系统一样，internet也包括三个重要的系统。一个是基于internet连接，即工厂网络IP转换的工业网络系统。包括工厂内部网络和工厂外部网络“两大网络”。工厂内部网络包括工厂IT网络和工厂工业生产和控制(OT)网络，以及千连接WIP、智能机器、工业控制系统和其他实体。工厂外部网络用于连接企业上层、企业和智能产品、企业和用户等主体。二是地址和识别系统，即由网络地址资源、识别和分析系统组成的主要基本资源系统。识别产业internet标识、类似internet域名、产品、设备、原材料等，以千为单位。产业internet图志分析系统将产业相互网路图志转换为该物件的位址或该资讯伺服器的位址，以寻找物件或相关资讯的方式，以千为单位对这些物件执行分析。第三，提供应用程序支持系统，即产业互联网业务应用程序交互和支持能力、产业云平台和工厂云平台、服务表示、应用程序合同的多种资源。(b)工业互联网网络互连系统1、工厂内部网络(1)现状分析工厂内的网络是使用工厂内数千个生产要素与IT系统互连的网络。总体而言，工厂内部网络表示“第2层3”结构，如图5所示。“第二层”是“工厂OT网络”和“工厂IT网络”；“阶段3”根据当前的工厂管理级别进行划分，网络也分为三个级别：“现场级别”、“现场级别”和“工厂级别/企业级别”，各层之间的网络配置和管理策略相互独立。图5工厂网络连接状态其中，工厂OT网络主要使用连接到生产现场的控制器(如PLC、DCS、FCS等)，以及传感器、服务器和监控设备等部件。工厂OT网络的主要实现技术分为现场通用线和工业以太网两类。工厂IT网络主要由IP网络组成，通过网关设备与internet和工厂OT网络进行互连和安全隔离。(2)存在的问题当前，技术体系结构和网络结构(例如工厂内部网络“第2层第3层”)相互隔离的情况导致IT系统和生产现场之间的通信出现了很多障碍。产业控制网和工厂信息网的技术标准各不相同，难以融合和联系。第二，在工业生产全过程中，有很多“信息盲点”，要尽快实施整个网络范围。第三，工厂网络静态配置，稳定的组织难以满足未来的用户定制、灵活的生产需求。(3)发展趋势为了智能制造的发展，工厂内部网络呈现出展平、IP化、无线和灵活网络的发展趋势。工厂里的网络很平。-由于智能机器开发和智能分析的集中，工厂OT系统会慢慢地把车弄坏inter level、现场级别的分层网络模式，可实现智能系统之间的直接水平互连。第二是整个工厂管理控制系统的扁平化，包括IT系统和OT系统的部分功能融合(如HMI)，或通过工业云平台的实时控制功能沉到智能机器中，从而使IT和OT网络逐渐集成到同一完全互连网络中。工厂内的网络过于网络/IP趋势。随着工业网络技术的发展，现场总线逐渐被工业以太网取代。今后，产业内有线连接将由具有以太网物理接口的网络主导，同时，将逐步取代各种专用工业以太网，实现控制数据和信息数据的同步传输。随着以太网的广泛使用，工业网络的IP化趋势更加明显，IP技术从IP网络扩展到OT网络，最终实现了信息网络的IP，从而实现了IT和OT节点(机器)的直接连接。解决支持IP的设备访问问题。1Pv6技术在工厂中应用广泛。工厂内无线网络已成为有线网络的重要补充。无线技术逐渐渗透到产业领域，从信息收集到生产控制，从区域方案到整个网络方案，呈现出发展趋势。目前无线技术主要使用Wi-Fi、Zigb ee、2G/3G/LTE、用于工业流程自我控制的无线网络WIA等布信息收集、非实时控制和工厂内信息化PA、Wirele ssHA RT和ISA l 00.1 l a等技术在工厂中有些使用。NB-lo T将是低功耗、广域复盖、大连连接等行业信息收集和控制方案更好的技术选择。同时，无线技术逐渐渗透到工业实时控制领域，成为现有工业有线控制网络的有力补充或替代。例如，5G将工业控制明确为低延迟、高可靠性的重要应用领域，3GPP正在进行综合梳理应用方案、要求、核心技术等的相关研究工作，IEC正在制定工厂自动化无线网络WIA-FA技术标准。工厂内网络灵活网络。未来，本机千智能机器的灵活制作可以根据需要灵活地重新配置生产域，智能机器可以在不同的生产域之间迁移和转换，并且可以在生产域内即插即用。这需要工厂网络中的灵活网络，该网络实现了实施软件定义网络(SDN)的网络层资源编制功能。(4