工业互联网技术标准研究报告

1、工业互联网技术标准研究报告工业互联网是满足工业智能化发展需求，具有低时延、高可靠、广覆盖特点的关键网络基础设施，是新一 代信息通信技术与先进制造业深度融合所形成的新兴业态与应用模式。设 计生 产销 售工业企业互联网在工业中的简单应用互联网工业互联网平台（工业数据采集、存储、分析计算、应用）互联网 升级智能化生产工业互联网网络化协同个性化定制服务化延伸工厂内网人员方法环境设备材料工业互联网内涵2工业互联网功能架构工业互联网的架构可以从多种角度进行描述，其中，从工业互联网功能部署的角度看，业界 公认的主要由边缘层、平台层、应用层三层构成。边缘层依托传感器、工业控制系统等物联 网技术面向设备、系统、

2、产品、软件等要素 数据进行深度采集；利用以智能网关为代表 的新型边缘计算设备实现智能传感器和设备 数据的汇聚处理、协议转换等。平台层将云计算、大数据技术与工业经验 知识相结合形成工业数据基础管理、服务； 构建应用开发环境，提供各类蕴含工艺知 识和行业经验的工业微服务、工业应用开 发工具以及针对应用开发运维的完善管理 手段，帮助用户快速构建定制化的智能应 用App并形成商业价值。3应用层基于开放环境部署面向工业各环节 场景应用，是工业互联网面向用户的最终 表现形式。从功能架构里提取三大核心要素，结合应用创新，我国工业互联网产业联盟（AII）提出工业 互联网体系架构：网络是基础、数据是核心、安全是

3、保障，三大智能化闭环，四大模式。三大要素数据：本质是数据智能在工业中的全周期应用，包括“采集交换-集成处理-建模分析-决策与控制”，形成优化闭环，驱动工业智能化。网络：本质是实现数据智能的网络基础，包括网络互联、标识解析、应 用支撑三大体系。安全：本质是工业/产业互联网各个领域和环节的安全保障，包括设备安全、控制安全、网络安全、应用安全等。三大智能化闭环：智能生产控制、智能运营决策优化、消费需求与生产制造精确对接四大应用模式：智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸工业互联网体系架构4网络体系是基础工业互联网三大核心要素到三大核心体系工业全系统全产业链全价值链的泛在深度互联平台体系是核心

4、工业智能化发展的核心载体安全体系是保障工业智能化的安全可信保障主要任务夯实网络基础打造平台体系强化安全保障加强产业支撑促进融合应用完善产业生态推动开放合作5（一）网络体系6网络体系网络体系是工业互联网的基础，将连接对象 延伸到工业全系统、全产业链、全价值链，可 实现人、物品、机器、车间、企业等全要素， 以及设计、研发、生产、管理、服务等各环节 的泛在深度互联，包括网络连接、标识解析、 边缘计算等关键技术。71.网络连接技术814工厂内网用于连接工厂内部用于生产的要素以及IT系统，现阶段，工厂内网呈现“两层三级”的结构，每层之间的网络配置和管理策略相互独立，存在大量“信息死角”，为适应智能化发展

5、需求，工厂内部网络呈现扁平化、IP化、灵活化的发展趋势。网络连接技术-概述工厂外网主要是指以支撑工业全生命周期各项活动为目的，用于连接企业上下游之间、企业与智能产品、 企业与用户之间的网络，工厂与公众网络的互联需求 不断增强和扩展，工厂外部网络需要具备更高速率、更高质量、更低时延、安全可靠、灵活组网等能力。关键技术架构联网网络设备定位管理互联互通网络连接技术-技术发展情况10工业自动化和自动控制技术的不断发展工业以太网技术占比逐步提高，与工业现场总线技术分别占据了40%以上的比例工业现场环境因素影响工业无线技术应用水平仍较低。工业企业仍以通过公众互联网实现商务应用为主缺乏面向工业企业的高可靠高

6、质量的网络以及相应的网络化应用。支持网络化的工业设备/产品较为缺乏工业网络设备的整体水平低于高速发展信息通信网络设备。数据互通技术不断探索部署OPC-UA、DDS等数据互通的相关技术正开始探索部署应用。网络连接技术-标准化现状 以太网国际上已完成了PROFINET、ETHERNET/IP、ETERCAT等传统工业 网络中的工业以太网标准的研制，形成了各自的系列标准。新型标准化的工业以太网技术TSN（时间敏感网络）的研发与产 业化正在成为工业网络未来演进的重要方向。 架构美国工业互联网产业联盟IIC发布连接架构白皮书、网络 白皮书，从工业互联网角度丰富了因特网七层模型。德国工业4.0将标准作为重

7、要战略，已发布两版工业4.0标准路线图，给出了工业4.0参考模型（RAMI4.0） 。网络关键技术、定位技术以及网络管理IEEE、IEC、IETF、3GPP等国际标准化组织尚处在研究起步阶段。我国在工厂外部网络信息通 信相关产业方面已经有较好的基 础，但我国一直以来在工控网络 技术方面都落后于欧、美等发达国家。 经过近几年的努力，在以太 网工厂自动化协议（EPA）、面向 工业过程自动化的工业无线网络 标准技术（WIA-PA）等方面有所 突破，自主知识产权技术已成为 国际标准。11网络连接技术-标准化需求网络连接标准将主要规范网络连接所涉及的架构、 关键技术、设备、组网及管理。原有技术难以突破情

8、 况下，现阶段侧重共性新型技术。工业互联网整体网络架构相关标准，完善网络框架顶层设计；重点制定工厂内网络的时间敏感网络、工业软 件定义网络（SDN）、确定性网络（DETNET）、 边缘计算、工业PON等新型网络技术和设备标准IPv6、5G、NB-IoT、SD-WAN等新网络技术在工业领域适配应用的标准新的网络定位技术、数据互通技术和管理标准。网络连接整 体 架 构设 工工备 厂厂/ 内外产 网网品 络络联网网网互络定络联其 设位管互他备理通122.标识解析技术13标识解析技术-概述标识解析技术相当于互联网领域的域名解析系统（DNS），能够根据标识编码查询目标对象网络 位置或者相关信息的系统装置

9、，是实现工业互联网快速发展的关键技术之一。DNS域名解析体系1）标识是指在一定范围内，唯一识别目标对象 的编码/符号/名字。2）解析是根据标识查询地址以及其它信息的准 备过程。14标识解析技术-标准化现状15从标准化情况来看，无论从国际还是国内，现有标识解析技术标 准并不完备，在数据互认、互操作很多标准方向仍处于空白状态； 现有标识解析技术标准并非反映工业互联网场景下的实际应用需 求，无法完全适用于工业互联网领域。急需从整体上构建一套体 系完整、兼容性强的工业互联网标识解析标准体系，针对处于空 白或缺失状态的标准加大研究力度，扩大研究视角，结合新兴信 息技术研制相关技术标准，增强标准先进性、实

10、用性。标识解析技术-标准化需求侧重从整体上构建一套体系完整、兼容性强的 工业互联网标识解析标准体系，针对处于空白或 缺失状态的标准加大研究力度，扩大研究视角， 注重实用性。研制工业互联网标识解析体系组网架构和分层模型；研制工业互联网标识的编码方案标准；研制设备间的通信协议及需采集的元数据标准；研制工业互联网标识解析的系统架构及通信协议；研制数据处理及标识解析服务设备接口；研制不同工业互联网标识解析服务之间的互联互通 和互操作的交互协议标准。标识解析整 体 架 构编 码 与 存 储采 集 与 处 理解 析数 据 与 交 互设 备 与 中 间 件异 构 标 识 互 操 作其 他163.边缘计算技术

11、17边缘计算是在靠近物或数据源头 的网络边缘侧构建的融合网络、计算、 存储、应用核心能力的分布式开放体 系和关键技术。通过边缘计算能够“就近”提供边缘智能服务，满足工 业在敏捷联接、实时业务、数据优化、 应用智能、安全与隐私保护等方面的 关键需求，边缘计算是支持工业互联 网发展的重要基础能力。18边缘计算技术-概述边缘计算技术-技术发展情况近两年新兴技术领域边缘侧设备在硬件架构、处理能力、通信方式上存在巨大的异构性， 需要通过技术解决在多终端、多场景下统一的架构和处理；网络边缘需要部署多种类型应用，而这些应用可能存在差异性，比如服务的优先级不同。边缘计算的处理框架要能够根据优先级灵活的调 配资

12、源；考虑面向超低时延、多任务场景下计算能力的提升，需要从硬件、软 件等多个角度探索；在车联网等应用场景下，要解决高速移动中，边缘计算能力的不断迁 移提供服务；计算能力应具备面向不同场景的可扩展性，特别是在面向智能化、复 杂场景时，需要通过边缘群体智能、边云协同的方式，扩展边缘计算 能力；计算任务本身应该能够在多个边缘设备之间实现灵活的分配和迁移；边缘设备上存在多个应用共用同一系统、共享相同数据的情况，要通 过技术手段解决单应用出现问题后，所有服务终止的风险；要通过轻量级的设备管理、诊断等技术进行设备替换和数据质量检测 等服务；业界主要从基础算法和机制、边缘计算专用硬件、 共性基础软件架构和功能

13、和面向行业的相关技术 等四个方面进行推进。19边缘计算技术-标准化现状国际电信联盟（ITU-T）SG20 边缘计算框架欧洲电信标准协会ETSI移动边缘网络开放雾计算联盟(open fog),推动雾计算和网络体系结构、测试平台开发以及互操作性和可组合 性交付成果汽车边缘计算联盟车联网 智能驾驶日本Edgecross联盟FA和IT开放式整合边缘计算开源Akraino Edge Stack中国通信标准化协会工业互联网特设组、我国工业互联网产业联盟（AII）正在开展工业互联 网边缘计算行业标准的制定工作。美国工业互联网产业联盟（IIC）、边缘计算产业联盟等正在积极开展边缘计算的技术标准研究和产业推广。

14、20边缘计算技术-标准化需求边缘计算作为支持工业互联网发展的重要基础能力， 目前正处于发展初期需要在一下方面加强标准制定。体系架构资源抽象和虚拟化分布式计算任务调配超低时延数据感知面向边缘计算的轻量级机器学习语义标注处理开放接口边云协同互通和互操作协议边缘计算整边边能体缘缘力其 架设智开他构备能放21（二）平台体系22平台体系平台体系是工业互联网的核心，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、高效配置的载体， 其中平台技术是核心，承载在平台之上的工业APP技术是关键。231.平台技术24平台技术-概述工业互联网

15、平台是在云计算、大数据、工业通信、工业软件等技术综合集成应 用基础上延伸出来的新型技术体系，支撑实现海量异构数据汇聚和建模分析、 工业经验知识转化复用、工业智能应用开发运行。数据来源：IOT Analysis工业互联网平台起步于2013年，2015年开始呈井喷式发 展，全球应用于工业领域平台数量超过150个单位：个25全球工业互联网平台数平台技术-技术发展情况26在平台技术中，设备数据采集、协议转换等数据接入类技术被广泛应用，借助智能网关、智能控制 器等硬件载体实现生产要素全面连接；平台自身则基于通用PaaS、容器等技术进行基础资源管理，保障运行的稳定可靠；并集成大数据、人工智能、工业建模分析

16、等技术，促进工业机理与数据科学深度融合，实现数据管理和服务；为了推动工业经验知识的沉淀复用和工业智能应用快速创新，工业微服务、低代码开发、图形化编程等应用开发与管理类技术也受到越来越多的关注和应用。平台技术-标准化现状27国际上尚未有针对工业互联网平台专门的标准，仅有合作伙伴组织OneM2M针 对通用的物联网平台进行了标准化，该平台可延伸至工业领域应用。我国工业互联网平台发展迅速，涌现出一批优秀平台产品和创新应用，并在中国通信标准化协会工业互联网特设任务组以及工业互联网产业联盟下积极开展 工业互联网平台标准的研制工作。但整体上看，当前国内平台发展还处于初级阶段，平台标准体系尚未形成，工 业设备

17、连接、数据接入、工业大数据应用、工业机理建模分析、工业微服务、 工业应用开发、平台间兼容等重点领域还急需加强标准化和产业推广布局。平台技术-标准化需求工业互联网平台重点建设标准应涉及总体类标准、技术 类标准和平台间互联互通标准。 平台整体框架，涉及接入层、IaaS层、PaaS层、应用层和 安全防护等方面；设备接入、协议解析、边缘数据处理等方面；网络、设备、存储等资源管理以及资源虚拟化等方面；数据接入、数据处理、数据存储等方面；微服务框架的建立、基础模型和算法建模、微服务组件的 开发和应用、工业应用开发工具的部署和使用等方面。异构消息的转换适配、面向服务的架构（SOA）、可移植 和互操作等方面。

18、平台与数据整 体 架 构数 据 采 集资 源 管 理数 据 管 理 服 务工 业 微 服 务应 用 开 发 管 理平 台 间 兼 容 适 配其 他282.工业APP技术29工业APP技术-概述工业APP是面向工业生产过程 的各类特定场景需求，将工 业技术和知识经验封装为轻 量化、定制化、可复用的应 用软件。30工业APP技术-技术发展情况31工业APP涵盖了从设计开发、测试部署到应用改进的软件开发技术， 并涉及基础学科、行业知识和专业能力等工业技术。具体而言，一方 面，综合运用工业流程建模、高效代码封装、工业数据管理、开发接 口集成等关键技术支撑工业APP开发。另一方面，围绕工业APP部署运

19、营，采用应用分发、迁移部署、按需订阅等技术提升工业APP的灵活 性和便捷性。同时，也需要借助软件测试、应用测试相关技术保障工 业APP质量。工业APP技术-标准化现状32由于工业APP属于新兴领域，产业界尚无相关标准。我国在软件技术标准化方面有着多年经验和方法积累，相关标准为工业APP标准的研制奠定了坚实的基础。随着业内对工业APP的认识和了解程度不断加深，一批工业APP先行企业在实 践应用中积累沉淀丰富经验，推进工业APP标准化工作成为当前迫切需求，急 需围绕工业APP共性技术：架构、开发部署、运维管理、测试验证等关键领域 开展标准研制和产业化推广。工业APP技术-标准化需求工业APP标准重

20、点发展方向涉及 工业APP整体架构，定义及范围、通用参考架构、核心功能等方面； 工业APP开发部署标准，解决共性关键技术问题指导APP研发； 工业APP运维管理标准，聚焦工业APP运维管理、交易流通、服务等方面；工业APP测试认证标准；工业APP间集成互通等方面。工业APP整 体 架 构开 发 部 署运 维 管 理其 他33（三）安全体系34安全体系-概述安全体系是工业互联网的保障，通过构建涵盖工业全系统的安全防护体系，保障工业智能化的实现。，35工业互联网安全框架从防护对象、防 护措施及防护管理三个视角构建。针 对 不同的防护对象部署相应的安全防护措施，根据实时监测结果发现网络 中存在的 或

21、即将发生的安全问题并及 时做出响应。同时加强防护管理，明确基于安全目标 持续改进的管理方针 保障工业互联网的持续安全。安全体系-技术发展情况36针对工业互联网的安全防护，主要围绕对设备、控制系统、网络、平台、应 用程序、数据等的防护技术，以及覆盖上述对象的防护管理手段来实现，其 中防护技术手段主要包括软硬件安全加固、身份认证、访问控制、加密脱敏、 安全审计、分区隔离等，防护管理手段主要包括安全态势监测感知、安全事 件响应处置、安全风险分析评估等。平台技术-标准化现状37针对工业互联网安全相关的标准研究主要集中在对工业控制系统领域，其内容主要包括安全分级、安全要求、安全实施、安全测评等。在国际标

22、准方面，IEC联合ISA共同制定了工业过程测量与控制安全：网络与系统信息安全系 列标准（IEC 62443）框架，将工业控制系统信息安全标准分为基础通用安全标准、面向业主的 策略管理类安全标准、面向系统集成商的工控系统类安全标准以及面向设备提供商的组件与设 备类安全标准。我国在工业控制系统安全标准方面也开展了较多工作，发布了包括信息安全技术 工业控制系 统信息安全分级规范等在内的多项国家标准。纵观国内外标准，针对工业互联网其他防护对象的防护技术与管理相关标准基本处于空白状态。平台技术-标准化需求标准化的重点方向包括制定工业互联网安全术语、体系架构、风险评估 等总体类标准；工业互联网平台、网络及

23、边界、数据等安全防护类标准；工业互联网安全能力成熟度评估、安全服务 能力认定、安全监测与管理、态势感知、安 全事件应急响应、安全产品与密码算法检测 等安全管理与服务类标准；汽车、航空航天、石油化工、机械制造、轻 工家电、信息电子等重点垂直领域应用类安 全标准研制。安全设 备 安 全控 制 系 统 安 全网 络 安 全平 台 安 全应 用 程 序 安 全数 据 安 全安 全 运 营 管 理安 全 能 力 评 估安 全 产 品 检 测其他38（四）新业态新模式39新模式新业务-概述40新模式新业务-标准化现状41在智能化生产方面，已发布的标准主要针对自动化生产、工业软件等局部单点，包 括ISO T

24、C184发布的工业自动化系统与集成系列等国际标准以及企业资源计划 等国家标准，数字化车间、智能工厂相关的国家标准仍在制定中。在网络化协同方面，存在网络化制造、供应链管理相关的若干国家标准，但涉及协同设计、供应链协同优化等新模式新应用的标准仍然缺失。在个性化定制方面，两项国家标准个性化定制 分类指南、个性化定制 成熟 度模型及评价指标正处在制定阶段，其余相关标准尚属空白。在服务化延伸方面，仅有个别几项国家标准处在制定阶段，如信息技术 远程运维 技术参考模型、产品生命周期管理规范，企业探索形成的新型服务模式的标 准化工作仍需持续推进。新模式新业务-标准化需求围绕智能化生产、网络化协同、个性化定制和

25、服务化延伸四大模式，针对业务 流程、技术和产品、安全要求、应用水 平评估等方面，推动标准研制。另一方 面，面向垂直行业，重点突破应用需求、 实施架构、实施要素与路径、关键软件 硬件和服务等方面的标准化工作。应用智 能 化 生 产网 络 化 协 同个 性 化 定 制服 务 化 延 伸垂 直 行 业 应 用其 他42国内外标准化组织情况43工业互联网标准化相关组织概览标准化研制组织ICT标准OT标准OT/ICT融合PIODVAFIELDCOMM GROUPIEC/TC65IEEE3GPPW3CIETF美国IICAII联盟日本IVI开源组织Eclipse for IoT Project44Ardui

26、noKinomaCloudFoundry 标准化需求组织德国工业4.0平台标准化需求是目前研究重点方向随着OT/IT融合，OT和传统ICT标准化组织 相互渗透开源组织随着物联网、云等技术在工业互 联网中的应用，成为重要推进方式ISO/IEC JTC1ISO/TC184ISAOPC FoundationITU-T OneM2MeclssOSGiOpenFog美国工业互联网发展以工业互联网联盟（IIC）为主导2014年4月由GE、IBM、Intel、AT&T、思科五家单位发起成立挂靠在对象管理组织(Object Management Group, OMG)之下，由OMG管理IIC组织架构副主席：R

27、TI，STAN中国：华为，王学明中国：秘书，华为Wael工作组联络函：华为，Wael技术工作组：华为，Wael任务组边缘计算任务组：华为Mitch工业人工智能任务组：华为Wael创新任务组：华为Mitch网络任务组：华为louzhe促进组AII促进组：信通院，李海花lEC注册会员促进组：华为开源促进组：华为标准促进组：华为，周亚灵工业区块链促进组：华为MikeIIC中国会员（17家）信通院、电子四院、 沈自所、中国电信、 华为、海尔、上海宽 带技术及应用工程研 究中心、东土科技、GE中国研发中心、上 海威派格、北京普奥 云、北京工业大学、 中国移动、北京中盈 安信、浩亭公司、中 国万向集团、中

28、兴中国任职情况（华为力度最大，其他以跟踪为主）指导委员会，共11个席位主席：博世，Dirk德国构建工业4.0平台（生态系统），以制造业为核心与LNI4.0紧密协作以参考模型为指导与国内国际标准 化组织对接，推 进标准研制6大组织 联合推动经济能源部长加布里尔教育研究部长万卡 经济界、政界、科学界和工会代表技术研发与决策战略制定与实施产业化与应用推广技术指导委员会制定策略，技术协 调，决策与实施重点领域工作组AG1：参考模型 AG2：研究创新 AG3：安全 AG4：法律框架 AG5：教育培训科技顾问委员会制造、自动化、信 息技术领域专家行动联盟与行动组市场推进、测试 床、应用案例国际标准化工作组

29、联合体、标准化组织、DKE等日常办事处工业4.0平台架构工业4.0标准委员会战略指导委员会设置议程， 政策指 导等51日本IVI，推动智能制造协作IoT推进组织主要关注全部物联网领域包括各个产业及社会生活的方方面面，机器人革命倡议协议会主要关注机器人的技术创新及机器人的推广应用，产业 价值链计划（以下简称IVI）主要关注智能制造协作。日本物联网&制造业领域相关组织与IIC签署了MOU与IIC签署了MOUIVI已经运行了20个项目，涵盖四个领域:对于全球和本地互联工厂的反应应用于生产线管理的新型IoT技术连接设计与制造的平台IoT驱动的人为中心的制造新时代2016年8月，IVI发布了参考架构，分别从多种 视 角 给 出 了 智 能 制 造 单 元 （Smart Manufacturing Unit (SMU)）、通用制造功能