数字化网络化智能技术：工业互联网平台与工业APP 课件 第1-4章 工业互联网概述- 工业互联网平台基础

第1章工业互联网概述教师：******CATALOGUE目录1.1工业互联网的起源1.1.1工业互联网的诞生1.1.2国外工业互联网的发展1.1.3国内工业互联网的发展1.2工业互联网的概念CATALOGUE目录1.2.1工业互联网的定义与特征1.2.2工业互联网的内涵与意义1.3工业互联网与智能制造1.3.1智能制造概述1.3.2工业互联网与智能制造间的关系011.1工业互联网的起源国内工业互联网的发展国内工业互联网发展以中国为主导，形成以工业互联网创新中心为代表的产业生态体系，推动工业互联网在中国的落地实施。工业互联网的诞生工业互联网起源于工业领域的信息化发展，旨在解决传统工业生产中的信息孤岛问题，实现设备、系统、数据之间的互联互通。国外工业互联网的发展国外工业互联网发展以美国为主导，形成以工业互联网联盟为代表的开放生态体系，推动工业互联网在全球的发展。1.1工业互联网的起源021.1.1工业互联网的诞生工业互联网起源于互联网技术的广泛应用，催生了工业领域的数字化、智能化发展。工业互联网的诞生工业互联网通过推动工业领域的数字化、智能化发展，提高了生产效率，降低了成本。工业互联网的推动作用随着技术的进步，工业互联网将进一步推动工业领域的发展，实现更高效的生产。工业互联网的发展前景1.1.1工业互联网的诞生010203031.1.2国外工业互联网的发展德国工业互联网发展德国是工业互联网的发源地，其工业互联网联盟（IIA）推动了工业互联网的发展。美国工业互联网发展美国在工业互联网领域的发展也十分迅速，其工业互联网联盟（IIA）成员包括思科、通用电气、IBM等。工业互联网联盟工业互联网联盟（IIA）是一个全球性的合作组织，旨在推动工业互联网的发展和普及。工业互联网推动力工业互联网的发展主要得益于传感器、嵌入式系统、工业网络和云计算等技术的进步。工业互联网的应用工业互联网应用于智能制造、智慧能源、智能交通等领域，提高生产效率，降低运营成本。工业互联网的价值工业互联网通过实现人、机、物的全面互联，促进信息交流和资源共享，创造新的价值空间。1.1.2国外工业互联网的发展010402050306041.1.3国内工业互联网的发展工业互联网与智能制造：我国工业互联网与智能制造深度融合，推动传统产业转型升级，加速新兴产业发展。工业互联网安全保障：我国高度重视工业互联网安全保障工作，采取有效措施防范和应对安全风险。工业互联网标准制定：我国在工业互联网标准制定方面取得积极进展，为产业发展提供有力支撑。工业互联网创新发展：我国工业互联网发展呈创新态势，形成以企业为主体、市场为导向的格局。工业互联网平台建设：我国工业互联网平台建设进展迅速，平台数量、用户规模、应用水平不断提升。1.1.3国内工业互联网的发展051.2工业互联网的概念1.2工业互联网的概念工业互联网的定义与特征工业互联网是实现人、机、物全面互联的新型工业生态，支撑跨行业、跨领域的信息物理融合应用。工业互联网的内涵与意义工业互联网具有自主感知、学习、分析、决策、通信和协调控制能力，是实现智能制造的关键基础。工业互联网的意义工业互联网通过人、机、物的全面互联，实现全要素、全产业链、全价值链的全面连接，正在全球范围内不断颠覆传统的制造模式、生产组织方式和产业形态，推动传统产业加快转型升级，以及新兴产业的加速发展壮大。1.2工业互联网的概念工业互联网与第四次工业革命工业互联网是实现第四次工业革命的重要基石，通过人、机、物的全面互联，推动形成全新的生产制造和服务体系。工业互联网对我国经济发展的意义工业互联网通过减少用工量、提高制造资源配置和使用效率、降低生产运营成本，增强竞争力，推动工业生产制造服务体系的智能化升级、产业链延伸和价值链拓展，促进产业向高端迈进。工业互联网的价值工业互联网通过与工业、能源、交通、农业等实体经济各领域的融合，为实体经济提供网络连接和计算处理平台等新型通用基础设施支撑。030201工业互联网的蓬勃发展为网络化协同、规模化定制、服务化延伸等新模式新业态的涌现提供了动力，推动先进制造业和现代服务业的深度融合，促进一二三产业、大中小企业开放融通发展。工业互联网的发展动力工业互联网通过提升我国制造企业全球产业生态能力，打造新的增长点，助力我国制造业实现高质量发展。工业互联网的目标1.2工业互联网的概念061.2.1工业互联网的定义与特征工业互联网的定义工业互联网是一种全新的工业生态，它通过人、机、物的全面互联，实现了全要素、全产业链、全价值链的全面连接。1.2.1工业互联网的定义与特征工业互联网的意义工业互联网正在全球范围内不断颠覆传统的制造模式、生产组织方式和产业形态，推动传统产业加快转型升级，以及新兴产业的加速发展壮大。工业互联网的特征工业互联网具有自我组织、自我约束、自我学习和自我维护的能力，能够实时感知环境信息，判断和规划自身行为，监测周围环境和自身的作业状况，并进行信息处理。1.2.1工业互联网的定义与特征工业互联网的应用工业互联网在强调各子系统智能化的同时，更注重整个制造环境的智能集成，使各个子系统集成为一个整体，实现系统整体的智能化。工业互联网与智能制造的关系人机一体化突出了人在制造环境中的核心地位，同时在智能机器的配合下，更好地发挥了人的潜能，使人机之间表现出一种平等共事、相互理解的协作关系。虚拟与物理融合智能制造系统融合了两个世界，一个是由机器实体和人构成的物理世界，另一个是由数字模型、状态信息和控制信息构成的虚拟世界。071.2.2工业互联网的内涵与意义工业互联网的内涵从构成要素的角度看，工业互联网基于信息通信网络，实现机器、数据和人的融合。核心技术的角度产业应用的角度1.2.2工业互联网的内涵与意义工业互联网除了需要必要的信息通信网络、云计算等基础设施外，贯穿其始终的是工业大数据的综合运用。工业互联网构建了庞大复杂的产品生产制造和服务生态系统，为企业提供了全面的感知、移动的应用、云端的资源和大数据分析。01工业互联网的意义工业互联网作为全新的工业生态、关键基础设施和新型应用模式，不断颠覆传统的制造模式、生产组织方式和产业形态。工业互联网是实体经济数字化转型的关键支撑工业互联网通过与工业、能源、交通、农业等实体经济各领域的融合，为实体经济提供网络连接和计算处理平台等新型通用基础设施支撑。工业互联网是实现第四次工业革命的重要基石工业互联网为第四次工业革命提供了具体实现途径和推进抓手，推动形成全新的生产制造和服务体系，优化资源要素配置效率。1.2.2工业互联网的内涵与意义02031.2.2工业互联网的内涵与意义工业互联网对我国经济发展有着重要意义01通过部署工业互联网，企业能够减少用工量，促进制造资源配置和使用效率的提升，降低生产运营成本，增强竞争力。加快工业互联网应用的推广02有助于推动工业生产制造服务体系的智能化升级、产业链延伸和价值链拓展，进而带动产业向高端迈进。工业互联网的蓬勃发展03为网络化协同、规模化定制、服务化延伸等新模式新业态的涌现提供了动力，推动先进制造业和现代服务业的深度融合。促进一二三产业融合04大中小企业开放融通发展，提升我国制造企业全球产业生态能力，打造新的增长点。081.3工业互联网与智能制造智能制造概述智能制造的特征人机一体化虚拟与物理融合智能制造系统层次关系智能制造内涵智能制造作为我国制造业的发展方向，旨在解决人口红利消失和人工成本上升的问题。智能制造涵盖智能制造技术和系统，涉及产品全生命周期、物联网、大数据、云计算等新技术。智能制造系统层次关系清晰，包括产品制造资源、各种过程活动以及运行与管理模式。智能制造具有自组织能力、自律能力、自学习和自维护能力、制造环境智能集成、人机一体化、虚拟与物理融合六大特征。人机一体化以人为核心，智能机器为人所控制，两者相互协作，共同完成制造任务，实现人机一体化。智能制造系统融合了两个世界，即物理世界和虚拟世界，实现了虚拟与物理的融合。1.3工业互联网与智能制造091.3.1智能制造概述1.3.1智能制造概述制造业发展局限我国制造业作为国家的支柱产业，长期保持着良好的发展态势。技术革新随着我国人口红利的逐渐消失和人工成本的上升，传统制造业依靠人力的发展模式逐渐显露局限性。智能装备变革以工业机器人等智能装备为代表的技术革新，正为传统的装备制造和物流等相关行业的生产方式带来产业变革。101.3.2工业互联网与智能制造间的关系工业互联网与智能制造的本质工业互联网的应用智能制造的模式工业互联网与智能制造的融合工业互联网与制造业的融合工业互联网的目标工业互联网和智能制造的本质都是为了实现智能制造与智能服务，前者侧重于工业服务，后者侧重于工业制造。工业互联网的目标是通过促进物理系统和数字系统的融合，实现通信、控制和计算的融合。工业互联网与制造业的融合将带来商业模式的创新、生产模式的创新、企业运营模式的创新和智能决策。工业互联网是支撑智能制造的关键综合信息基础设施，是发挥工业装备、工艺和材料潜能的关键。智能制造是工业互联网的关键应用，是工业制造转型升级的重要模式。工业互联网与智能制造的融合将实现工业要素的自组织、建立平台应用生态以及实现工厂内部智能化运行。1.3.2工业互联网与智能制造间的关系THANKS感谢观看第2章工业互联网基础教师：******CATALOGUE目录2.1工业互联网体系架构2.1.1工业互联网体系构架1.02.1.2工业互联网体系构架2.02.2工业互联网标准体系2.2.1工业互联网标准体系结构2.2.2工业互联网标准体系框架CATALOGUE目录2.2.3工业互联网标准体系建设内容2.3工业互联网标识解析2.3.1标识解析体系2.3.2功能构架2.3.4标识解析应用012.1工业互联网体系架构实施框架的目的实施框架的主要目的是为企业提供具体的工业互联网落地方案，并进一步指导企业技术选型和系统搭建。实施框架的定义实施框架是企业中落地实施各项功能的层级结构、软硬件系统以及部署方式的描述。实施框架的组成实施框架结合当前制造系统与未来发展趋势，提出了由设备层、边缘层、企业层和产业层四个层级组成的实施框架层级划分。实施框架的内容实施框架明确了各层级的网络、标识、平台和安全的系统架构、部署方式，以及不同系统之间的关系。2.1工业互联网体系架构022.1.1工业互联网体系构架1.0搭建全要素、全系统、全产业链互联互通的新型基础设施。工业互联网网络建设目标设备层和边缘层构建生产控制网络，企业层建立企业与园区网络，产业层建设国家骨干网络。实施架构全面构建信息互操作体系，实现各层级网络之间的互联互通。信息互操作体系2.1.1工业互联网体系构架1.0032.1.2工业互联网体系构架2.0工业互联网标识解析实施架构贯穿设备、边缘、企业和产业四个层面，形成以设备层和边缘层为基础，企业层和产业层节点建设为核心的部署架构。标识解析架构图2-15工业互联网标识解析实施架构图应详细描述了工业互联网标识解析系统的架构，包括设备层、边缘层、企业层和产业层，并展示了各层次之间的相互关系。标识解析架构图2.1.2工业互联网体系构架2.0042.2工业互联网标准体系工业互联网平台工业互联网平台部署实施的总体目标是打造制造业数字化、网络化、智能化发展的载体和枢纽。实施架构实施架构贯穿设备、边缘、企业和产业四个层级，通过实现工业数据采集、开展边缘智能分析、构建企业平台和打造产业平台，形成交互协同的多层次、体系化建设方案。2.2工业互联网标准体系052.2.1工业互联网标准体系结构安全实施框架安全实施框架体现了工业互联网安全功能在“设备、边缘、企业、产业”的层层递进，包括边缘安全防护系统、企业安全防护系统和企业安全综合管理平台，以及省/行业级安全平台和国家级安全平台。工业互联网安全实施架构工业互联网安全实施架构如图2-17所示，层层递进，从设备到企业，从省到国家，形成了一个完整的安全体系。2.2.1工业互联网标准体系结构062.2.2工业互联网标准体系框架VS标准化工作是实现工业互联网的重要技术基础，没有标准化，工业互联网的发展将受到限制。标准体系的重要性标准体系被视为工业互联网的“法则”，没有完善的标准体系，工业互联网的发展将缺乏指导和约束。标准化工作的重要性2.2.2工业互联网标准体系框架072.2.3工业互联网标准体系建设内容2.2.3工业互联网标准体系建设内容包括基础共性、网络、边缘计算、平台、安全、应用等六大部分，如图2-18所示。工业互联网标准体系其他类标准的基础支撑，网络标准是工业互联网体系的基础，平台标准是工业互联网体系的中枢。面向行业的具体需求，是对其他部分标准的落地细化。基础共性标准工业互联网体系的保障，边缘计算标准是工业互联网网络和平台协同的重要支撑和关键枢纽。安全标准01020403应用标准082.3工业互联网标识解析工业互联网标准体系框架包括基础共性、网络、边缘计算、平台、安全、应用等六大类标准。工业互联网标准体系框架图如图2-19所示，清晰地展示了工业互联网标准体系框架的六大类标准。2.3工业互联网标识解析092.3.1标识解析体系2.3.1标识解析体系术语定义标准主要规范工业互联网相关概念，为其它各部分标准的制定提供支撑，包括工业互联网场景、技术、业务等主要概念的定义、分类、相近概念之间的关系等。通用要求标准主要规范工业互联网的通用能力要求，包括业务、功能、性能、安全、可靠性和管理等。基础共性标准包括术语定义、通用要求、架构、测试与评估、管理、产业链/供应链、人才等标准，见表2-1。0302012.3.1标识解析体系管理标准主要规范工业互联网项目/工程建设及运行相关责任主体以及关键要素的管理要求，包括工业互联网项目/工程建设、运行、维护、服务、交易、资源分配、绩效、组织流程等方面标准。测试与评估标准主要规范工业互联网技术、设备/产品和系统的测试要求，以及工业互联网、“5G+工业互联网”的应用领域（含工业园区、工业企业等）和应用项目的成熟度要求，包括测试方法、评估指标、评估方法、验收方法、度量、计价等。架构标准主要规范工业互联网体系架构以及各部分参考架构，用于明确和界定工业互联网的对象、边界、各部分的层级关系和内在联系等。2.3.1标识解析体系主要包括基于工业互联网的产业链协作平台上下游企业供需对接、产业链上下游协同运作、产业链协作平台等标准，以及供应链数据共享、供应链风险管理、供应链性能评估、供应商管理、供应链安全、供应链预警平台等标准。产业链/供应链标准主要包括工业互联网从业人员能力要求、能力培养和能力评价等标准。工业互联网从业人员能力要求包括综合能力、专业知识、技术技能、工程实践能力等。工业互联网人才能力培养包括培养形式、内容、教材、学时等。工业互联网人才能力评价包括评价内容和方法等。人才标准终端与网络标准包括工业设备/产品联网、工业互联网企业内网络、工业互联网企业外网络、工业园区网络、网络设备、网络资源和管理、互联互通互操作等标准，见表2-2。网络标准010203102.3.2功能构架数据采集与处理边缘数据采集与处理标准主要规范各类设备/产品的数据采集技术要求，包括协议解析、数据转换、数据边缘处理、数据存储、数据与应用接口、相关技术要求。2.3.2功能构架边缘设备标准边缘设备标准主要规范边缘计算设备的功能、性能、接口等技术要求，包括边缘服务器/一体机、边缘网关、边缘控制器、边缘计。边缘平台标准边缘平台标准主要规范边缘云、边缘计算平台等技术要求，包括计算、存储、网络资源管理、设备管理、应用管理、运维管理等标准。2.3.2功能构架边缘智能标准边缘智能标准主要规范实现边缘计算智能化处理技术，包括虚拟化和资源抽象技术、边缘端的智能算法接口、边缘设备智能化。边云协同标准算力网络标准边云协同标准主要规范边云协同架构等技术要求，包括资源协同、应用协同、服务协同、数据协同等接口、协议等标准。算力网络标准主要规范算力网络架构等技术要求，包括算力溯源、算力度量、算力可信等标准，以保障算力的可靠性和安全性。112.3.4标识解析应用标识采集标准规范工业互联网各类标识采集实体间的通信协议及接口要求等，确保标识信息的准确性和及时性。标识解析标准包括编码与存储、标识采集、解析、交互处理、设备与中间件、异构标识互操作、标识节点、标识应用等标准。编码与存储标准规范工业互联网的编码方案，包括编码规则、注册操作规程等，以及标识编码在被动标识载体上的实现方式。2.3.4标识解析应用规范工业互联网标识解析的分层模型、实现流程、解析查询数据报文格式、响应数据报文格式和通信协议、解析安全。解析标准规范标识数据建模方法和交互服务机制，包括数据模型、语义化描述、产品信息元数据，以及交互协议与接口、同步等。交互处理标准规范工业互联网标识采集设备、解析服务设备、数据交互中间件等所涉及的功能、性能、接口、协议等。设备与中间件标准2.3.4标识解析应用异构标识互操作标准规范工业互联网标识解析节点，包括根节点、国家顶级节点、二级节点、企业节点、递归节点，以及与区块链技术结合的方式。标识节点标准标识应用标准规范基于特定技术、特定场景的标识应用，如主动标识载体、区块链等，以及产品溯源、仓储物流、供应链金融等应用场景。规范不同工业互联网标识解析服务之间的互操作，包括实现方式、交互协议、数据互认等标准。2.3.4标识解析应用THANKS感谢观看第3章工业互联网技术教师：******CATALOGUE目录3.1工业互联网基础技术3.1.1工业智能感知3.1.2工业网络连接3.2工业互联网使能技术3.2.1工业大数据3.2.2云计算CATALOGUE目录3.2.3建模仿真3.2.4人工智能3.3工业互联网安全技术3.3.1工业互联网安全辨析3.3.2工业互联网安全风险3.3.3工业互联网安全框架013.1工业互联网基础技术工业互联网基础技术工业互联网基础技术主要包括边缘计算、云计算、建模仿真和人工智能等技术。边缘计算边缘计算是一种分布式计算模式，将计算任务分配到网络边缘的设备上，以降低延迟并节省带宽。云计算云计算是一种商业计算模式，通过将计算任务分配到由大量计算机组成的资源池中，以降低计算成本。建模仿真建模仿真技术是以系统技术、相似原理、信息技术、模型理论、建模与仿真应用领域为基础的技术。人工智能人工智能与工业互联网的结合是必然的趋势，亦是工厂实现智能化的核心技术体现。典型人工智能技术传统机器学习、深度学习和联邦学习是典型的人工智能技术，它们在工业互联网中发挥着重要作用。3.1工业互联网基础技术010402050306023.1.1工业智能感知工业智能感知的发展趋势随着物联网、大数据等技术的发展，工业智能感知将实现更高效的设备监控和管理，为工业生产带来更多可能性。工业智能感知的定义工业智能感知是指利用各种传感器和执行器，通过互联网技术将工业设备与系统连接起来，实现智能化感知、监控和管理。工业智能感知的原理工业智能感知的原理是将传感器和执行器接入互联网，通过数据采集、传输、存储和分析，实现设备状态的实时监测和控制系统。工业智能感知的价值工业智能感知能够提高设备运行效率、降低维护成本、确保生产安全，是工业4.0时代的重要支撑技术之一。3.1.1工业智能感知033.1.2工业网络连接工业网络分类工业互联网的网络可分为工厂内网和工厂外网，内部网络满足工厂内部生产、办公、管理、安防等连接需求，外部网络支持工业全生命周期活动。工业网络需求工业互联网的发展对网络连接提出了更高的要求，包括多类型数据传输、多通信制式开放、多网络架构融合和多业务流程管理。工业互联网网络连接框架中国工业互联网产业联盟提出了包括网络互联和数据互通两个层次的连接框架，促进系统间的互联互通，解锁数据。3.1.2工业网络连接根据传输介质的不同，工厂内网和工厂外网可分为有线网络和无线网络，有线网络通信使用线缆作为数据传输载体，无线网络通信则通过无线方式传输数据。网络类型在有线网络通信系统中，常用的有线传输介质包括双绞线、同轴电缆和光纤线缆等，双绞线通过将两根线缆绞合在一起制成，同轴电缆由多层结构组成，抗干扰性更强。有线传输介质3.1.2工业网络连接043.2工业互联网使能技术工业大数据是对工业系统在赛博空间的映像，必须反映工业系统的系统化特征。工业大数据工业大数据涵盖了多种数据类型，包括结构化数据和非结构化数据。数据类型工业大数据的真实性和质量较低，需要提高数据的可靠性和准确性。数据质量3.2工业互联网使能技术0102033.2工业互联网使能技术新特征工业大数据作为对工业相关要素的数字化描述和在赛博空间的映像，具有多模态、强关联、高通量等新特征。技术架构价值实现方式工业大数据技术的架构包括数据采集与交换、数据集成与处理、数据建模与分析、决策与控制应用等核心组件。工业大数据的价值实现方式包括实现量的积累、分析创造获得实质的价值、数据治理改进数据质量和管理短板。云计算云计算是一种分布式计算模式，将巨大数据计算处理任务分解成多个小任务，通过网络“云”将任务分配给大量计算机组成的资源池。特点服务类型3.2工业互联网使能技术云计算的核心理念是通过提升“云”的处理能力来减轻用户终端的负担，最终将终端简化为一个输入输出设备。云服务类型包括基础设施即服务、平台即服务、软件即服务，每种类型提供不同的服务内容和适用场景。仿真系统组成仿真系统的一般组成包括仿真硬件、仿真软件、系统评估、校验验证与确认等部分，共同确保仿真的准确性和可靠性。3.2工业互联网使能技术建模仿真典型应用形态建模仿真技术在工业互联网环境下有多种典型应用形态，如工程建模仿真技术、虚拟样机建模仿真技术和数字孪生技术。人工智能人工智能与工业互联网的结合是必然趋势，也是工厂实现智能化的核心技术。3.2工业互联网使能技术典型人工智能技术典型人工智能技术包括传统机器学习、深度学习和联邦学习，每种技术都有其独特的应用场景和优势。工业人工智能工业人工智能技术是人工智能技术基于工业需求进行二次开发适配形成的融合性技术，旨在为工业企业提供更加智能化的解决方案。赋能作用工业人工智能技术的赋能作用体现在两大路径上，一是以专家系统、知识图谱为代表的人工智能技术应用，二是通过数据驱动的决策优化和执行。053.2.1工业大数据工业大数据特征工业大数据作为对工业相关要素的数字化描述和在赛博空间的映像，除了具备大数据的4V特征，还具备反映工业逻辑的新特征。强关联工业数据之间的关联是物理对象之间和过程的语义关联，包括产品部件之间的关联、生产过程的数据关联、产品生命周期中环节的数据之间的关联。多模态工业大数据是对工业系统在赛博空间的映像，必须反映工业系统的系统化特征和各方面要素，导致单体数据文件结构复杂。高通量智能互联产品嵌入传感器后，可实时感知并产生数据，物联网数据已成为工业大数据的主体，例如风机故障状态的数据采样频率为50Hz。3.2.1工业大数据063.2.2云计算3.2.2云计算传统模式的挑战传统模式下，企业需购买CPU、硬盘等基础设施，购买软件许可，雇佣专业人员维护数据中心运行，且需不断升级软硬件设施以满足需求。云计算的优势云计算是一种分布式计算模式，通过将巨大数据计算处理任务分解为小任务，由多台服务器组成的系统进行处理和分析，最终返回结果给用户。云计算的诞生随着信息技术发展，数据量爆炸式增长，用户对计算和存储资源需求增加，企业建立数据中心，投入大量资源提升计算和存储能力。030201按需选择服务云计算的特点超级计算模式超大规模云计算是一种商业计算模式，通过将计算任务分配到资源池上，满足不同用户需求，用户可以根据自身需求选择服务，并按需付费。云计算核心理念是提升“云”处理能力，减轻用户终端负担，将大量网络连接的计算资源统一管理和调度，构建计算资源池，提供按需服务。云计算是基于互联网的超级计算模式，在远程数据中心，成千上万计算机、服务器、存储器连成一片电脑云，拥有极强的计算能力。云计算拥有相当庞大的规模，以便支持其超强的计算能力和高效的数据处理。这种超大规模的特点使得云计算能够应对各种复杂和大规模的任务。3.2.2云计算073.2.3建模仿真3.2.3建模仿真建模仿真技术建模仿真技术是一门多学科综合性、交叉性技术，涉及系统技术、相似原理、信息技术、模型理论、建模与仿真应用领域有关技术，在计算机系统、仿真工具、物理设备等支撑下，构建仿真目标模型，对产品全生命周期活动进行设想或者模拟。01建模的概念建模是对实际对象的一种抽象，旨在描述对象的本质、内在关系或特性，用以研究对象功能及其各部件间的作用规律。通过将对象的特点和内部关系抽象出来，构建对象的模型，从而进行对象的定量分析。02物理建模物理建模又称实体建模，是基于相似性原理进行对象的模拟，可以是按比例放大或缩小的实体，例如，原子结构的模型，建筑物模型，在飞机和舰船设计中进行的飞机在风洞中的飞行实验和船体在大型水池中的航行实验等。033.2.3建模仿真数学建模数学建模是用数学表达式描述对象动态特性，表示对象变化过程中各参数间的逻辑和数理关系。通过研究对象的数学模型，可以揭示对象的内在运动和系统的动态性能。虚拟建模随着计算机图形学的发展，虚拟现实建模应运而生。这种建模具有物理模型直观、易懂的特点，同时避免了成本高、实现困难的缺点。涌现了大量的虚拟样机仿真软件，如ADAMS、SMPACK等，还有虚拟仪器仿真软件，如LABVIEW等。仿真的概念计算机仿真是对真实事物的模拟，建立在计算机仿真理论、控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术等理论基础之上，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行动态研究的一门多学科综合性技术。083.2.4人工智能人工智能与工业互联网的结合人工智能与工业互联网的结合是必然的趋势，亦是工厂实现智能化的核心技术。人工智能的技术人工智能与工业互联网、大数据分析、云计算和信息物理系统的集成将使得工业以更加灵活、高效和节能的方式运作。机器学习机器学习（MachineLearning，ML）被视为人工智能的子集，是对通过经验自动改进的计算机算法的研究。3.2.4人工智能3.2.4人工智能监督学习算法通过使用包含输入和期望输出的训练数据集来建立数学模型，用于预测与新输入相关联的输出函数。监督学习无监督学习算法处理一组仅包含输入数据的情况，并从中发现结构，如数据点的聚类或分组。在2010年后的繁荣部分归因于深度学习技术的突破，深度学习技术是人工智能技术的一种。无监督学习强化学习关注程序如何在动态环境中采取行动以最大化回报，目前主要应用于自动驾驶车辆或者与人类进行比赛。强化学习01020403深度学习093.3工业互联网安全技术工业互联网的优势工业互联网实现人与人、人与机器、机器与机器之间的互联互通和信息交换，构建起万物互联、高效运转的智能社会的生产基础。工业互联网的安全挑战工业互联网的安全问题也面临着很多新的挑战，需要采取新的安全技术和措施来保障工业互联网的安全。3.3工业互联网安全技术103.3.1工业互联网安全辨析工业互联网安全工业互联网安全关注与计算相关的系统平台、软件代码和硬件设备以及计算设备间的通信，以及场景下物理设备的信息联通和监测控制。互联网安全互联网安全要求确保操作系统等软件、计算机实体、信息服务实体的安全性，而工业互联网的安全保护范围不仅涵盖了上述计算用设备、软件和平台，还需要保护大量的工业生产设备。攻击结果互联网安全受到破坏，可能导致敏感信息泄露、数据篡改、网页挂马、服务器中断等问题，主要危及数据安全，扰乱信息系统的正常运行。3.3.1工业互联网安全辨析工业互联网涉及到重要行业，一旦遭受攻击，可能直接导致实际损害，引发严重的安全事故，造成人员伤亡，甚至影响国家战略布局。工业互联网安全传统工控系统在工厂外使用公共联网，不同产业或工厂间网络互联但信息不互通，工业互联网安全与传统工控安全存在密切联系。传统工控安全3.3.1工业互联网安全辨析113.3.2工业互联网安全风险工业互联网新特点工业互联网具有开放、互联、跨域、融合等新特点，打通了原本相互孤立的工业设备系统之间的壁垒，提高了生产效率。面临的安全风险在工业互联网发展过程中，主要面临设备、控制、网络、应用以及数据等五个方面的安全风险问题。设备安全风险设备安全风险主要来自工业装备仪器、智能终端等生产设备，以及办公主机、服务器等办公设备。芯片安全风险芯片安全风险指核心元器件的潜在威胁，如CPU、内存等器件可能存在深层次的潜在漏洞，难以修复。固件安全风险固件作为工业设备的重要组成部分，存在巨大的安全挑战，如被攻击者提取、逆向编译、修改或插入恶意代码。3.3.2工业互联网安全风险0102030405123.3.3工业互联网安全框架3.3.3工业互联网安全框架静态安全防护传统网络安全框架OSI安全体系架构、IATF以及IEC62443均仅实现工业系统的静态安全防护机制，未能部署动态持续的安全防护措施，无法有效应对工业互联网中不断变化的内外部安全威胁，也无法满足日益复杂全面的信息保障需求。工业互联网安全框架针对网络安全问题，策略、防护、检测、响应虽然从技术层面进行了考虑，但忽视了管理对安全防护的重要性。为此，中国工业互联网产业联盟发布了《工业互联网安全框架》白皮书，构建了工业互联网安全框架。防护对象视角包括设备、控制、网络、应用和数据五大安全重点。针对五大防护对象部署主动和被动的安全防护措施，通过信息共享、监测预警、应急响应等机制增强动态安全防护能力。3.3.3工业互联网安全框架01包含威胁防护、监测感知和处置恢复三大环节。每一类防护措施都有其适用的防护对象，并在具体的防护管理流程指导下发挥作用。根据工业互联网的安全目标对面临的风险进行评估，并选择适当的安全策略来指导防护措施的有效部署。三个防护视角虽然相对独立，但彼此之间又相互关联。工业互联网安全框架的三个防护视角相辅相成、互为补充，形成一个完整、动态、持续的防护体系。0203防护措施视角防护管理视角三个防护视角的关系THANKS感谢观看第4章工业互联网平台基础教师：******CATALOGUE目录4.1工业互联网平台概述4.1.1工业互联网平台的定义与特征4.1.2工业互联网平台的定位与作用4.1.3工业互联网平台的价值4.2工业互联网平台功能架构4.2.1总体功能架构4.2.2边缘层CATALOGUE目录4.2.3基础设施层4.2.4平台层4.2.4应用层4.3国内外工业互联网平台4.3.1国外典型工业互联网平台4.3.2国内典型工业互联网平台4.4实验:工业互联网平台系统操作014.1工业互联网平台概述工业互联网平台价值工业互联网平台能够提高生产效率、降低运营成本，并推动工业应用的创新，为企业的可持续发展提供动力。工业互联网平台定义工业互联网平台是一种新型的网络基础设施，旨在实现人、机、物的全面连接，支撑工业应用的创新发展。工业互联网平台功能工业互联网平台具备数据采集、传输、处理、分析和应用等功能，通过智能感知技术连接生产线上的各种设备、传感器和控制系统。4.1工业互联网平台概述024.1.1工业互联网平台的定义与特征工业互联网平台定义工业互联网平台是一种新型工业化生产方式，通过互联网、大数据、人工智能等技术支持，实现人、机、物的全面连接。工业互联网平台特征工业互联网平台具有数据驱动、服务导向、智能决策等特征，能够帮助企业实现研发、生产、经营等环节的优化升级。4.1.1工业互联网平台的定义与特征034.1.2工业互联网平台的定位与作用工业互联网平台是工业互联网创新发展的核心载体，也是我国互联网行业提质增效、持续发展的关键支撑。工业互联网平台的定位工业互联网平台通过提供数据驱动的智能服务，连接人、机、物，促进设备制造商、软件开发商和系统集成商的交流合作。工业互联网平台的作用工业互联网平台具有数据资源丰富、模型算法优越、应用服务灵活等优势，可降低企业研发成本，提高运营效率。工业互联网平台的优势4.1.2工业互联网平台的定位与作用044.1.3工业互联网平台的价值设备预测性维护个性化定制服务工业APP创新商业模式探索制造协同与资源生产工艺优化通过数据分析，实现设备预测性维护，提高运行效率和可靠性。优化生产工艺，降低生产成本，提高产品品质，增强市场竞争力。实现制造协同和资源共享，降低管理成本，促进业务发展。满足客户个性化需求，提供定制服务，拓宽市场渠道。开发者基于平台数据和微服务功能实现应用创新，丰富应用生态。平台通过创造新的商业模式，汇聚应用开发者、软件开发商、服务集成商和工业用户，推动平台发展。4.1.3工业互联网平台的价值054.2工业互联网平台功能架构数据采集与接入层数据存储与计算层提供直观的用户界面，使用户能够方便地查看和管理数据，与平台进行交互。用户界面与交互层提供丰富的平台服务，如设备管理、安全管理、运维管理等，确保平台的稳定运行和高效操作。平台服务与管理层负责对存储的数据进行深入分析，提取有价值的信息，为决策提供支持，并实现自动化操作。数据分析与应用层负责从各类设备中采集和接入数据，将生产线上的各种设备、传感器和控制系统连接起来。负责存储和管理采集到的数据，利用大数据技术进行高效的数据建模、存储和计算。4.2工业互联网平台功能架构064.2.1总体功能架构4.2.1总体功能架构平台层的功能平台层在通用PaaS的基础上，叠加了大数据处理、工业数据分析、工业微服务等创新功能，构建可扩展的开放式云操作系统。平台层的作用工业数据服务链平台层能够接入、控制和管理软硬件资源及开发工具，为应用开发提供必要接口以及存储、计算和工具资源等支持。平台层提供工业数据管理能力，结合数据科学与工业机理，构建完整工业数据服务链，帮助制造企业提升工业数据分析能力。快速构建定制化工业APP借助微服务组件和工业应用开发工具，平台层帮助用户快速构建定制化的工业APP，并将其转化为商业价值。工业建模技术工业建模技术主要包括机理建模技术和测试法建模技术，可用于定义和分析数据要求及其需要相应支持信息系统。数据建模与分析技术利用数学统计、机器学习以及人工智能算法，对历史、实时和时序数据进行聚类、关联和预测分析，提供论断建议或支持决策。工业微服务组件库平台层将技术、知识、经验等资源固化为可移植、可复用的工业微服务组件库，供开发者调用。4.2.1总体功能架构074.2.2边缘层边缘层支持多种主流协议接入，实现多源异构数据实时接入与处理。数据源接入边缘层支持多种协议兼容，确保数据传输的可靠性和稳定性。协议兼容边缘层具备数据清洗、缓存和实时分析功能，提高数据质量和处理效率。数据处理4.2.2边缘层010203084.2.3基础设施层基础设施层功能基础设施层提供计算、存储和网络安全等基础服务，支撑上层应用。边缘计算节点边缘计算节点部署在靠近设备端的位置，进行数据的预处理和过滤。云计算中心云计算中心作为核心计算节点，负责处理和分析来自边缘计算节点的数据。网络安全策略网络安全策略确保数据传输的安全，防止未经授权的访问和攻击。4.2.3基础设施层094.2.4平台层数据建模与分析技术微服务架构技术动态调度技术平台安全技术Docker容器技术工业建模技术利用数学统计、机器学习及人工智能算法，对历史、实时和时序数据进行聚类、关联和预测分析。包括机理建模和测试法建模，机理建模技术结合领域专业知识与生产实践经验，建立丰富模型。传统软件架构特点包括单体应用、开发周期长、调用众多公共库、组件之间紧耦合且版本复杂。是一项在云环境中部署应用和服务的技术，亚马逊、eBay、Netflix等公司采用了微服务架构范式。能够根据应用的CPU和内存负荷、时间段以及应用系统的优先级等多种因素，对计算单元进行动态创建、分配和挂接。旨在防止未经授权的实体对平台进行识别、跟踪和访问，提供非集中式的认证和信任模型，能够高效地执行加密和数据保护。4.2.4平台层104.2.4应用层4.2.4应用层010203应用层提供价值应用层基于开放环境部署应用，提供工业SaaS和工业APP，实现工业互联网平台价值。面向智能制造场景应用层面向智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸等场景，提供定制开发的智能化工业应用和解决方案。工业APP架构描述典型的工业APP架构从工业维、技术维和软件维三个维度来描述。应用层主要作用提供设计、生产、管理、服务等一系列创新性业务应用，帮助企业用户提升资产管理水平，实现社会生产资源的共享配置，满足消费者个性化需求，推动传统制造企业服务化