工业互联网产业发展和标准体系

工业互联网最新发展主要内容工业互联网内涵全球工业互联网标准进展工业互联网标准体系工业互联网产业发展我国工业互联网重点工业互联网内涵工业互联网网络体系—全球互联智能制造基础设施工业互联网终端—机器、物料、控制系统、信息系统、智能产品、人……工业互联网应用—智能制造模式、业态个性化定制网络化协同…服务化延伸工厂外网络/全球互联网络工厂内网络IT网络OT网络云计算/边缘计算云计算智能化生产端到端数据流动工业互联网是互联网和新一代信息技术与全球工业系统全方位深度融合集成所形成的产业和应用生态，是工业智能化发展的关键综合信息基础设施。—工业互联网是网络，实现机器、物品、控制系统、信息系统、人之间的泛在联接—工业互联网是平台，通过工业云和工业大数据实现海量工业数据的集成、处理与分析—工业互联网是新模式新业态，实现智能化生产、网络化协同、个性化定制和服务化延伸工业互联网的范畴先进材料3D打印元器件工艺与整机…生产设备本体传感终端工业网络制造管理平台（实时监测、系统控制）行业应用工业云平台+智能装备泛在感知终端智能网连汽车智能家居……个性化定制协同制造供应链协作…智能制造工业互联网核心是基于全面互联而形成数据驱动的智能智能控制资产优化虚拟仿真智能化生产服务化延伸设计协作供应协作制造协作智能服务全面互联端管云网络化协同个性化定制C2B定制数据采集数据连接与传输数据计算与处理数据智能产品良率预测性运维智能装备机器人智能产品……工厂/企业外互联工厂/企业内互联信息/生产系统互联……工厂/企业内专有云外部专有云/公有云……先进材料先进工艺其它基础…行业经验/知识/技能基于数据自决策自执行跨设备跨系统跨企业数据共享基于数据的建模与智能分析B2B定制……智能制造智能管理工业/产业基础我们理解的工业互联网总体架构三大智能化闭环：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智能化生产企业内网络化协同企业-企业个性化定制企业-用户服务化延伸企业-产品应用物理系统数据网络安全设备安全数据安全控制安全应用安全网络互联应用支撑标识解析产业视角互联网视角产业数据采集交换生产反馈控制数据集成处理产业建模、仿真与分析车间/工厂/企业运营决策优化网络安全数据：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。总体架构用户（消费者/企业用户）工业互联网成为主要发达国家重塑制造业竞争优势的关键举措工业互联网是实现制造业智能化的核心，目前全球主要国家正加快工业互联网战略布局，以抢占未来制造业竞争的制高点。美国：先进制造战略先进制造战略工业互联网/CPS：先进制造战略的重要创新方向和基础德国：工业4.0战略工业4.0战略工业互联网/CPS：工业4.0的核心基础无论美德使用何种名词，均将工业互联网作为变革工业和确立竞争新优势的技术基础，注重将顶层设计与优势企业主导相结合，突出数据在整个架构中的核心作用，加快相关领域标准化进程。德国重点是基于制造装备、工业自动化、工业软件等方面的领先地位，通过全工业体系的协同（研究机构、协会、大学等），强化“硬制造”优势，同时拓展“软服务”能力。美国是利用基础科学、工业、信息技术、互联网等领域的综合优势，构建全球性的生态体系组织，从大数据应用等“软服务”切入，带动工业全流程、全环节竞争力的整体提升。主要内容工业互联网内涵全球工业互联网标准进展工业互联网标准体系工业互联网产业发展我国工业互联网重点工作互联网涉及的主要标准化组织IECTC65（工业过程测量、控制和自动化）ISOTC184（自动化系统和集成）国标委TC124（工业过程测量和控制）国标委TC159（自动化系统与集成）工业标准化组织工业标准化协会和联盟中国工业标准化组织工业标准化组织ISO/IECJTC1、W3C、ITU-T、TMF、IEEE、IETF等ISA美国仪器协会HART通信基金会

FDI(现场设备集成)OPC基金会IIC美国NIST。。。德国工业4.0其他国家工业标准化组织ICT标准化组织德国工业4.0标准化工业4.0平台成立五个工作组对关键问题展开研究WG1：参考架构，标准与规范WG2：研究与创新WG3：互联系统安全WG4：法律框架WG5：用工以及工作岗位等1、发布工业4.0的参考架构模型2、2015.11，发布工业4.0标准化路标V2.0标准化需求参考模型应用案例基础非功能性特征研发和工程通讯增材制造工业4.0中的人标准化的过程中德加强标准合作，中德智能制造/工业4.0标准工作组于12月17日召开启动会，确定后续将加强机器人、智能制造安全保障、预防性维护、无线通信以及国际标准化合作德国工业4.0参考模型CPPS功能视角：“资产层-集成层-通信层-信息层-功能层-商业层”，是智能生产能力的解构。价值链视角：基于IEC62890，描述零部件、机器、工厂等单元从原型到实物的价值生成全过程工业系统视角：基于IEC62264和61512，将工业层级分为“现场设备-控制设备-工段-车间-企业”为基础，并拓展到“产品”和“世界”，构建完整工业系统。原型实物产品现场设备控制设备工段车间连接世界企业商业功能信息通信集成资产全生命周期价值链全层级工业系统123工业4.0参考模型功能映射功能映射CPPS功能图层纵向集成以零件、机器、工厂为代表端到端集成横向集成CPPS功能工业4.0的关键是将CPPS功能(维度1)映射到全生命周期价值链(维度2)和工业系统(维度3)中，实现三大集成。2015年4月，《德国工业4.0实施战略》提出参考模型RAMI4.0，其本质是从工业角度出发，结合已有工业标准，将以“CPPS（信息物理生产系统）”为核心的智能生产功能，映射到全生命周期价值链和全层级工业系统中，以简单直观的方式呈现数据驱动的工业智能化图景。工业互联网联盟（IIC）-总体情况2014年4月成立IIC由GE、IBM、Intel、AT&T、思科五家单位发起IIC由对象管理组织(ObjectManagementGroup,OMG)管理IIoT应用案例分析，参考架构和关键技术方向总体设计，提炼标准需求，推动安全框架设计，搭建测试床，提供系统解决展示平台和设计支撑，加速全球产业发展；IIC定位为产业推广组织IIC工作范畴IIC组织架构IIC指导委员会IIC工作人员市场组安全工作组技术工作组测试床工作组商业生命周期战略及解决方案组工业互联网联盟（IIC）--主要进展成果发布应用案例2015.7工业互联网术语2015.6工业互联网参考架构1.02016Q1工业互联网网络连接参考架构技术2016Q2工业互联网参考架构2.02016Q2动态组合和协同技术报告2016Q2产业分析框架文档2016Q2商业战略白皮书2016.6分布式数据管理和互操作参考架构目前IIC已通过的应用案例共22个，累计应用案例35个链接：/members/groups/testbed/index.htm通过测试床：20个待通过测试床：4个其中中国牵头测试床：2个城市智慧供水（威派格+新思维+信通院）生产质量管理（H为+海尔+中国电信+信通院）测试床美国IIC的工业互联网总体架构2015年6月，IIC提出工业互联网参考架构（1.7版本），重点面向“工业互联网系统”开发，以ISO/IEC/IEEE42010（软件系统“架构描述”）标准作为系统架构设计方法论，提出了包含四个视角的参考架构。商业视角使用视角功能视角实现视角确定利益相关者，及其对建立工业互联网系统的商业愿景、价值和目标。以具体任务为牵引，确定工业互联网系统使用过程中人或逻辑用户的活动序列确定实现功能要素的关键技术、通信方式和生命周期流程确定工业互联网系统的功能要素、相关关系、接口及交互方式。利益相关方决策者产品经理操作者系统工程师程序员或相关组织工业互联网的总体架构architecture美国工业互联网参考架构-功能视角数据信息流决策任务流工业互联网系统功能架构边缘实时优化全系统深度优化1.工业互联网系统功能包括五个方面，分别是控制、运营、信息、应用和商业。控制域是实现信息世界与物理世界交互的关键。信息域具备数据汇集、分析、分发功能，是其它模块优化的核心驱动。2.数据信息流与决策任务流3.实时闭环与深层优化闭环CPS架构中能够更好体现控制模块、运营模块、应用模块、商业模块的原始数据均会汇集到信息模块进行集中处理分析，形成相关优化信息反馈给各个模块；决策和任务由上至下传递，现有工业系统层级能够满足由上至下的决策控制。依托边缘计算分析，形成的实时控制闭环依托高性能的综合数据分析处理，形成的更深层次的工业系统优化闭环物理实体IIC加速全球化布局与德国开展参考架构对接美国（IIC总部）中国日本印度德国推动成立国家分部组织ISWC，打造工业互联网领域的“巴展”IIC于2015.9月在巴塞罗那举办首届IoTSolution峰会ISWC（IoTSolutionWorldCongress），埃森哲、GE、IBM、微软、Vodafone作为钻石赞助商，吸引超过4500人参加，120多名嘉宾发表演讲，89家厂商参展，召开83个session，11个测试床项目集中展示已成立IEC：工业网络及工控安全标准化为主工业通信网络通信协议IEC61158-X工业无线通信网络IEC62591(WirelessHart)IEC62601(WIA-PA)IEC62734(ISA100.11a)功能安全IEC61508过程工业功能安全IEC61511设备行规IEC61784-1IEC61784-2功能安全行规IEC61784-3网络信息安全IEC61784-4安装规范IEC61784-5高可用性IEC62439网络与系统安全IEC62443工业控制系统通信网络安装IEC61918无线共存IEC62657IEC的工业互联网标准化基础已有主要标准示意图1、传统工业现场网络通信标准2、三大工业无线网络标准3、传统工控系统安全标准ISO：工业自动化系统集成标准为主ISOTC184物理设备控制分技术委员会（SC1）机器人与机器人装备分技术委员会（SC2）工业数据分技术委员会（SC4）体系结构、通信和集成框架分技术委员会（SC5）ISO下属第184技术委员会（即TC184），主要从事工业自动化系统和集成技术标准化工作，目前工作主要集中于工业自动化领域从工业互联网视角出发，SG2/WG10服务机器人的模块化软硬件标准(正在编制)SG4/WG8&13&22&2在产品数据表达和交换、零件库结构和制造管理数据等标准SC5/WG5&6&7&9在开放系统集成框架，应用服务接口、诊断与应用维护、运行管理等标准ISO的工业互联网标准化基础1、传统工业数据标准2、开放系统集成标准3、智能机器人软件标准小结美德等都非常重视标准化工作，也非常重视发挥产业力量德国标准化学会（DIN）和德国电气电工信息技术委员会（DKE）工业4.0协调组、德国工业4.0理事会美国产业驱动成立工业互联网联盟IIC主要标准化方向涉及总体标准（需求、参考架构、业务用例、安全等）智能装备/产品标准。IEC/TC65、ISO/TC184等推动工业用传感器、测量仪表、服务机器人等标准，云管端模式发展，装备标准需统筹考虑工业软件（包括嵌入式终端操作系统等）标准网络互联标准。传统工业现场总线和工业以太网标准并存，未来面向无线化、IP化的网络互联技术和产品标准将成为重点数据标准：数据描述、数据集成协议（语法、语义）、数据平台等相关标准安全标准。安全体系以及设备、网络、数据、服务等安全相关标准主要内容工业互联网内涵全球工业互联网标准进展工业互联网标准体系工业互联网产业发展我国工业互联网重点工业互联网标准体系（草案）1、设备/产品集成接入生产装备传感器执行器PLC生产线传感器执行器PLC网关/智能设备/大型控制设备生产装备生产线传感器执行器嵌控传感器执行器嵌控智能部件智能部件工厂管理系统网络部件网络部件网络部件网络部件传统生产设备/设施叠加传感器/执行器等智能部件，并通过网络实现信息采集和反向控制工业设备/装备装载/仪器仪表嵌入式工控系统，向智能化转型仪器仪表传感器执行器嵌控智能部件网络部件仪器仪表设备/产品模型与描述：如机床类型、加工能力等，侧重静态数据。是什么设备/产品采集信息分类与描述：如机床运营状态、采集的温湿度环境信息等，侧重动态数据。传什么设备/产品接口标准：如接口硬件、传送协议等。怎么传设备/产品智能化导则。设备的改造及标准的实施。如何实施2、网络互联—网络发展趋势PLC（可编程控制器）DCS/FCS（过程控制系统/分散控制系统）现场总线/实时以太网/无线网络现场级车间级工厂级HMI（人机界面接口）SCADA（数据采集与监视控制）机器2公众互联网/专线机器1机器3工厂内IT网络现场总线/工业以太网/无线网络网关ERPCRMMESSCM三级两层网络架构：相互隔离、封闭、标准林立（IEC标准有20多种，使用超过40种），无法实现IT与OT的充分数据流动和共享OT网络①IP化②扁平化③无线化④灵活组网方向基于TCP/IP的互联网技术体系在较长时间内将是具有产业化共识的演进路径某些环节的技术创新存在需求和可能SDN+网络虚拟化有可能成为工业互联网网络技术发展的重要方向5G网络将成为工业互联网接入层关键组成部分技术改造提升网络能力（时延、带宽、资源定制、等）方向工厂外2、网络互联—标识解析设计企业CAx图纸BOM物料清单工艺数据制造企业生产管控系统（ERP、MES等）工序-1工序-N。。。国际物流企业国内物流企业物流平台物流平台国际销售企业销售信息系统国内销售企业销售信息系统智能产品智能产品产品信息查询产品溯源产品运维产品防伪。。。标识解析类应用标识解析系统互联网原材料供应企业供应系统场景描述：产品在整个生命周期过程中，不同环节都会产生信息，这些信息可能分部在企业不同环节、不同企业，甚至随着产品流通，分散在全球某类标识应用需要获取产品在多个环节的信息并进行关联分析，特别是可能需要从上千万家设计、制造、物流销售企业中需求：建立唯一和全局性的标识是实现跨企业甚至全球范围内信息关联索引的重要手段，而标识解析系统是通过标识定位信息服务器地址/产品地址的重要支撑平台，而且需要全球化互联全局唯一标识<--->设计/原材料/制造/物流/销售/产品运行信息2、网络互联—IPv6IPv6化是工业互联网发展必然趋势工厂外网所基于的互联网正在向IPv6演进；IPv6能满足工业互联网发展的海量地址需求。2015年，部长办公会确定了适用于工业互联网的IPv6地址编码规划方案。方案遵照了的现行地址结构，主要针对提供工业企业互联网接入服务的运营商；在运营商各自已的IPv6地址编码规划上，在地址前缀的业务/网络分类字段中嵌入标识码管理2、网络互联—标准整体网络架构工厂网络：工厂网络架构、网络组网技术【有线无线混合组网、SDN等】、工业有线【工业以太网、工业PON、有线IPv6】、工业无线网【工业4G、工业5G、工业WiFi、无线IPv6】、工厂外部网络：工厂外部网络架构、工业VPN等网络设备：工业网关、工业交换机、工业芯片及通信模块、其他标识解析：编码类、解析类、数据类、管理类、应用类资源管理：IPv6地址、频谱。3、信息集成工厂内不同系统间的数据集成产品/设备到云平台的数据集成PLCDCSFCS现场系统应用支撑/数据集成协议IT系统MESERPCRMPLM传感器I/O仪表伺服生产现场系统数据接口各异，应用支撑协议是工厂内各现场系统向IT系统实现数据集成的统一“数据总线”数据分析服务平台服务1服务2服务3智能机器企业IT智能产品通过互联网，应用支撑协议、网关等实现智能机器、产品、终端等的数据向云端的集成传感器I/O互联网网关……应用支撑体系包括实现IT系统与生产系统间数据集成的服务器、网关设备、中间件软件、数据集成协议等3、信息集成工厂内不同系统间的数据集成消息总线集成协议语义集成，含数据字典，多种场景MES、ERP、PLM、DNC、SCADA等主要系统，包括：同种系统之间信息集成MES-MES不同系统之间信息集成：MES与ERP之间工厂外部基于云平台的数据集成集成协议语义集成，含数据字典。多种场景：设计、物流、工厂信息控制系统等与云平台对接4、工业互联网数据平台和云平台工业数据平台智能装备传感器控制系统工业软件大数据处理工业APP软件定义机器/智能机器工业应用大量第三方工业应用开发商不同装备、传感和工控自动化厂商4、工业互联网数据平台和云平台-标准数据数据预处理要求：数据命名、加密等数据存储要求：不同所属用户的数据隔离数据管理要求：如用户账户信息加密等云平台云平台系统架构云平台功能和性能云操作系统云上业务和数据迁移基于云的工业互联网服务导则：角色定义，要求协同管理5、工业互联网安全关注重点工厂外网智能工厂SCADA工程师站/操作员站HMIERPSCMCRMMES工业云平台定制业务产品服务协同业务···工业云平台协作企业工业机器人工业机器人智能传感器…···工厂内网应用安全网络化协同、个性化定制等业务应用的多样化对公共互联网的安全能力提出了更高要求数据安全数据的开放、流动和共享使数据和隐私保护面临前所未有的挑战设备安全网络IP化、无线化以及组网灵活化给工厂网络带来更大安全风险网络安全控制安全控制环境开放化使外部互联网威胁渗透到工厂控制环境设备智能化使生产装备和产品直接暴露在网络攻击之下工业互联网安全保障应从上到下建立体系化的顶层设计，未来需要关注的五大安全重点包括设备安全、网络安全、控制安全、应用安全和数据安全。①②③④⑤主要内容工业互联网内涵全球工业互联网标准进展工业互联网标准体系工业互联网产业发展我国工业互联网重点工业互联网引发制造产业各环节的创新变革工业互联网的核心是“数据”更强数据采集能力更大范围网络连接更深层次的数据链打通更复杂的数据分析和决策1、出现新的产业环节2、现有环节创新变革智能传感器新型工业软件智能工控系统……工业互联网/智能制造的关键产业工业传感/控制器工业网络工厂：三化一柔性工厂外部：SDN、5G……工业控制系统(软件+芯片)工业数据平台工业软件（传统软件+工业APP）工业仿真软件大数据与工业软件的集成工业软件的云化智能工控系统及相应的软硬件智能化传感器MEMS传感器在智能工厂内构建从研发设计、订单管理、资源计划、制造执行到设备监测的完整工业互联生产体系在智能工厂外构建以工业互联云为基础的产品数据集成分析平台，实现供水设备生产过程的智能化以及运维服务的智能化威派格工业互联网架构图体系架构受关注，但不同企业视角和侧重点不同工厂外网技术加速向工厂内网渗透部署PON+LTE专网于生产端，实时采集设备运行状态、控制指令等全程数据对生产节能组件布设采集设备和控制单元，采集并交互控制电表、水表和阀门等采集生产管理应用如MES和PDM等关键数据工厂网络化中国电信潍柴工业互联网项目工厂内定制化连接支撑产品全生命周期服务，构建涵盖窄带物联网、4G中档连接服务以及5G高档连接服务一揽子工业无线解决方案利用4G/5G替换原有工业以太网、短距离通信，打通工厂内、外部端到端信息链中国移动定位工厂网络的产业突破方向:现场控制网络装备型企业主导52%使用企业主导11%行业协会主导16%工控网络产业份额及主导者类型工控网络产业主导者以装备型企业为主。装备型企业通过将工控网络产品与制造装备捆绑销售，形成事实上的标准/市场垄断，长期以来OT系统呈现封闭化状态。国内通信制造企业需利用自身在以太网、IP产品、技术方面的优势，与工业装备供应商合作推动开放的工厂控制网络标准，打破垄断局面产业生态是现场控制网络技术推广的关键现场控制网络与工业控制系统有着紧密的联系，因此现场控制网络也成为国际巨头强占技术优势的关注重点。现场控制网络标准众多是存在多年的现实，要成功推动一项现场控制网络技术发展壮大，最重要是建立完整的产业生态。PI组织是目前工业领域最成功的产业组织，从推广PROFIBUS到推出PROFINET，PI建立了一个组成完整、规模庞大、服务全面的产业生态环境。芯片工控工厂芯片企业：Freescale、TI、HMS、……工控企业（PLC、机器人、工控系统）：西门子、施耐德、艾默生、FANUC、Yaskawa、日立、ABB、霍尼韦尔、……生产企业：通用汽车、宝马、拜耳医疗、松下电器、波音、……PROFIBUSandPROFINETInternational(PI)1400多个企业会员、27个地区PI协会、51个技术中心、28个培训中心、10个测试实验室技术白皮书专家指导产品认证国际标准我国在工厂内网络技术方面取得了一定进展工业以太网浙大中控等提出的EPA（工厂控制以太网）工业无线控制沈阳自动化所等提出的WIA-PA工业蜂窝无线H为提出LTE-M工业现场采集解决方案在2007年发布现场总线国际标准IEC61158（第四版）中，EPA技术成为20种技术之一的Type14WirelessHART是IEC国际标准，是工业有线HART的扩展，应用广泛美国仪器仪表协会（ISA）推动，应用比较广泛—H为在3GPP成立适用于CIoT（CellularIoT）项目组，推动低功耗广域覆盖网络技术LTE-M(LTE-MachinetoMachine)标准化，预计2016年完成—2015年，开通全球首个LTE-M技术试点全球产业加速布局和渗透，新体系雏形初现利用平台聚集产业构建生态—三一重工设备大数据发动机负荷GPS位置工作时长设备利用率支架姿态发动机转速燃油油位发动机温度油耗行驶状态油温