工业互联网-互联网+制造业的一种范式PPT课件.pptx

1、,工 业 互 联 网,1,报告内容,01,工业互联网的发展背景,工业互联网体系架构与内涵,平台的核心关键技术,工业互联网的应用范式,结语,02,03,04,05,2,1.工业互联网的发展背景,工业 互联网,第一个工业互联网提案美国GE“工业互联网”, 2012年末，美国GE公司提出的关于产业设备与IT融合的概念 定义：基于开放、全球化的网络，将设备、人和数据分析（工业互联网三要素）连接起来，用过对大数据 的利用与分析，升级航空、医疗装备等工业领域的智能化，降低能耗，提升效率。,3,1.工业互联网的发展背景,工业互联网提出的背景, GE要为大量的工业、航空、医疗装备提供运维服务 借助互联网、大数

2、据的，可以显著提高服务质量，实现增值, 【传统方式】数据获取、计算分析和决策优化分离，围绕历史数据分析的结果难以实时、精准作用到设备 运行过程 【工业互联网】设备、人和数据互联，三个过程实时、并行开展，数据分析同步反映设备状态，实时控制设备动作、精确优化运行效率,由此带来的“1%的威力”1%提效创造1万亿美元市场：, 中国，未来15年燃气发电机组能耗降低1%，节约80亿美元燃料； 油气勘探开发的资本利用率提高1%，则能省下70亿美元； 铁路网络的运输行业运营效率提高1%，又能省下20亿美元燃料成本。 全球，燃气发电厂生产效率提高1%，将节约价值660亿美元燃油； 石油天然气勘探开发的资本利用率

3、提高1%，每年将减少近900亿美元支出； 铁路、航空、医疗、电力、石油天然气行业提效1%，15年内带来2760亿美元增长,4,1.工业互联网的发展背景,传统制造系统存在的问题,感知深度不足 传统仪表自动化系统仅感知过程变量 信息维度低、难以反映物理过程深层次动态特性,互联广度不足 跨领域信息孤岛难以互联互通 无法准确描述领域间复杂关联关系，决策全局性差,分析的综合预见性不足 对工业运行数据的挖掘深度不足 导致决策不准确、盲目,5,1.工业互联网的发展背景,提升感知深度,视觉感知相比传统温度变送器： 从检测“温度点“ ，到感知 “温度场” 感知信息具有更高的维度和更大的信息量 为实时，精准优化制

4、氢过程提供可能,通过多路摄像头感知对温度场建模、分析与实时调节,实例：美国“智能过程制造（SPM）”计划，制氢工厂,6,1.工业互联网的发展背景,提升互联广度,实例：德国“数字工厂”项目,数字工厂,7,1.工业互联网的发展背景,提升分析预见性,实例：欧洲“Knowledge based Factory”项目,8,1.工业互联网的发展背景,制造业的需求 以互联网为代表的新一代信息技术与制造系统深度融合,9,1.工业互联网的发展背景,互联网+第三产业释放巨大活力，成为重要经济增长极,能否把“互联网+”在服务业的技术体系，直接平移到工业领域？,10,报告内容,01,工业互联网的发展背景,工业互联网体

5、系架构与内涵,平台的核心关键技术,工业互联网的应用范式,结语,02,03,04,05,11,2.工业互联网体系架构与内涵,工业互联网平台功能架构,摘自工业互联网平台白皮书（2017），工业互联网产业联盟,12,2.工业互联网体系架构与内涵,工业互联网平台功能架构,摘自工业互联网平台白皮书（2017），工业互联网产业联盟,13,2.工业互联网体系架构与内涵,从信息网络维度，对平台的四个定位：,从信息网络视角看，工业互联网是计算机网络在工业的延伸 按照计算机、网络、软件定义的思路，解构传统工业系统 遵循灵活、开放、生态的原则，重新组织工业系统运行,一、工业互联网平台是传统工业云平台的迭代升级 大量

6、工业用户参与的软件生态 二、工业互联网平台是新工业体系的“操作系统” 扁平、灵活、软件定义的组织架构 三、工业互联网平台是资源集聚共享的有效载体 各方资源汇聚，社会化协同生产 四、工业互联网平台是打造制造企业竞争新优势的关键抓手 平台/生态成为企业垄断地位的标志,14,2.工业互联网体系架构与内涵,工业互联网本质内涵：“人-机-物”深度融合的智能网络空间,主要特征： 三元融合 人行为模型 工业过程模型 信息系统模型 时空关联 实时反映工业过程的时空变化 平行演进 信息空间与物理空间同步演进 智能涌现 实现工业过程的自感知、自分析、自优化、自执行,15,2.工业互联网体系架构与内涵,工业互联网本

7、质内涵：“人-机-物”深度融合的智能网络空间,主要特征： 三元融合 人行为模型 工业过程模型 信息系统模型 时空关联 实时反映工业过程的时空变化 平行演进 信息空间与物理空间同步演进 智能涌现 实现工业过程的自感知、自分析、自优化、自执行,16,2.工业互联网体系架构与内涵,背景与内涵,网络空间体系架构和演进 时延敏感网络新架构及网络行为特征 数据科学问题 多源异构、时空关联大数据分析 网络空间安全问题 信息与物理一体化安全,17,2.工业互联网体系架构与内涵,从智能制造维度，工业互联网不是一张网，是互联的工业系统,企业内部： 制造系统互联：各类制造设备互联 管理控制互联：业务系统与控制系统互

8、联 跨企业间： 产业链上下游企业互联，构成制造网络,互联工业系统的需求： 互联的最终目的是为智能决策提供支撑，进而实现工业过程的运行优化 亟需大量与工业过程相关机理、运行、优化知识的高效获取、融合、处理与应用,18,2.工业互联网体系架构与内涵,工业互联网发展的目标： 由“信息网络支撑的互联智能”向“知识驱动的自主智能”发展,-,2020,2025,2030,主导技术： 数字化,主导技术： AI,主导技术： 互联网 物联网,制造信息空间,制造物理空间,数字化深化应用 -全过程的数字化集成,当前状态,当前目标,互联智能 -企业内互联 -跨企业互联 -生命周期互联,未来目标,自主智能 -工况自感知

9、 -工艺自学习 -装备自执行 -系统自组织,当前,未来,19,2.工业互联网体系架构与内涵,“工业智脑”的构建（MI）,现有工业控制系统特征： 智能：依靠人的编程输入，无法演进 通信计算：分布式采集-集中式计算 感知：仅可感知、检测过程量,“工业智能”特征 1.系统自主学习自我优化能力 2.以连接为特征的分布式计算能力 3.跨媒体信息融合认知能力,人脑特征： 1.智能发育 2.神经网络 3.视听触觉,20,2.工业互联网体系架构与内涵,发展动力技术-模式双轮驱动 “技术”推动“模式”演进，二者共同作用，实现跨越式变革,现有工业互联网平台： 仅提供信息技术支撑架构（末梢感知+骨干神经）,技术,模

10、式,物联网、 大数据、 互联网、 云计算,个性化定制、 远程监控、 预测性维护、 云制造,21,报告内容,01,工业互联网的发展背景,工业互联网体系架构与内涵,平台的核心关键技术,工业互联网的应用范式,结语,02,03,04,05,22,3.平台的核心关键技术,工业互联网平台关键技术体系,摘自工业互联网平台白皮书（2017），工业互联网产业联盟,23,3.平台的核心关键技术,泛在化感知技术,设备、生产过程的泛在化感知： 实现传感器、控制器、执行器互联通信的WSN技术： 工业应用的挑战： 抗干扰 高实时 低功耗 工业应用的挑战： WirelessHART ISA100.11a WIA-PA WI

11、A-FA,24,3.平台的核心关键技术,泛在化感知的新技术方向 WIA-PA,面向流程工业泛在感知的低速、低功耗无线传感器网络技术。 在801.15.4物理层基础上，实现自适应跳频，多跳高实时传输技术、高精度同步技术，使得数据传输可靠性99%以上，网络功耗微安级。 2011年11月，IEC/TC65投票通过，成为IEC国际标准。,25,3.平台的核心关键技术,26,3.平台的核心关键技术,27,3.平台的核心关键技术,泛在化感知的新技术方向,28,3.平台的核心关键技术,全互联制造网络,基于Internet的TCP/IP架构实现对工厂管理网络、控制网络、传感网络进行全面互联，并与Interne

12、t集成，实现无缝信息传输 实现工厂全覆盖，管理和控制业务混流传输，并提供安全可靠保障的组网与传输技术 工业应用的挑战 异构网络互联、高安全、管理流控制流混合 传输、控制业务毫秒级时延,29,3.平台的核心关键技术,全互联制造网络新技术方向,IEEE 802.1 Time-Sensitive Networking 基于802.11无线网络实现管理业务与控制业务的混流传输，保障控制业务流的同步低时延通信； 在802.11的MAC机制进行改进，借鉴Profinet的全网调度方法，通过对传输任务载止期的精细化调度保障传输时延； 提出了802.1Qbu帧优先级和802.1Qbv传输调度两个标准补充，已经

13、通过项目授权（PAR），正在技术研究阶段。,30,3.平台的核心关键技术,全互联制造网络新技术方向 ISA100.15 Wireless Backhaul Network,基于远距离宽带无线技术实现现场传感网与工厂骨干控制网的互联，支撑现场感知数据回传到控制中心； 设计了回程网络的标准接口和管理架构，研发了多种无线网络共享频谱下的共存技术； 2013年8月巴西油田RIO de Janeiro开展了面向油井远程测量的回程网络现场验证，70余家企业参与。,31,3.平台的核心关键技术,全互联制造网络新技术方向 工业软件定义网络（SDN）技术,基于SDN技术实现工厂管理业务与控制业务的混流传输； 针

14、对工厂管理业务和控制业务特征，设计了基于流交换的处理核心和基于SDN的协同调度机制，形成了混流传输模式下的确定性传输保障技术体系； 已研制出工业SDN交换机原型。,32,3.平台的核心关键技术,提出了SDN协议扩充 提出了Openflow的工业SDN协议扩充,当前的Openflow协议的meter表是用于限流的简单协议，缺少对工业级实时保障的支撑； 对Openflow协议提出修正草案，对meter表进行扩充，支持对每个流的优先级、带宽预留、截止期优化等QoS策略； 与华为、信通院合作，在ONF基金会成立Openflow in Industry 工作组，讨论在下一版本中增加面向工业的协议修正。,

15、33,3.平台的核心关键技术,智能制造云服务,以模块化、服务化的模式，实现制造应用的动态自组织； 提供数据管理、建模等基础服务，数据分析、仿真、优化等核心服务，支撑制造应用开发； 工业应用的挑战。,嵌入式设备资源受限、服务高并发性服务及时处理、动态服务组织。,34,3.平台的核心关键技术,智能制造云服务的新技术方向,基于Web Service框架实现自动化设备数据与操作的封装，提供开放服务； 以统一的Web Service 描述，兼容了工业领域原有的数据存储、报警事件、安全约束、历史访问等多种数据交换标准，实现了跨平台、跨应用的不同厂商设备的互操作； OPC UA标准受到了众多工业设备制造商支

16、持，西门子、Matrikon、Softing等多家厂商提出了软件解决方案，并正在研发硬件连接网关产品。,基于OPC-UA的制造资源服务化接入,35,3.平台的核心关键技术,智能制造云服务的新技术方向,平台使能技术：具有容灾特性的服务总线,在优化利用有限网络带宽的同时充分考虑移动设备能量受限的特点，研究高效节能的数据压缩传输算法。,复杂的加密算法会造成移动终端能耗加大，研究支持低能耗、高加密强度的算法是要解决的难题之一。,36,3.平台的核心关键技术,智能制造云服务的新技术方向,支持实时增量数据的组织 高速集成接口及增量存储规范； 数据业务关联关系模型； 数据集成安全规范。,数据管理技术：实时增

17、量工业大数据处理技术,工业大数据处理技术 轻量级大规模数据索引技术； 基于内存的高速实时流数据处理方法； 工业流数据过滤及回归算。,37,3.平台的核心关键技术,智能制造云服务的新技术方向,面向工厂/车间规划设计 布局优化计算模型、工位平衡分析模型、物流路径重构优化模型,工业数据建模和分析技术：数字工厂建模与仿真分析,面向生产过程精益管控 产品模型、工艺模型、设备模型、业务模型等生产模型,面向虚实融合与数据驱动应用 虚实融合数据总线、模型驱动引擎、虚拟传感器建模、多模态数据集成 VR、AR等技术应用于实操培训、生产监控、维修指导、智能仓储等。,38,报告内容,01,工业互联网的发展背景,工业互

18、联网体系架构与内涵,平台的核心关键技术,工业互联网的应用范式,结语,02,03,04,05,39,4.工业互联网的应用范式,以互联制造为特征的工业互联网应用模式,工业互联网推动智能制造三大集成、引领“互联制造”新模式,40,4.工业互联网的应用范式,模式一：互联设计,开展联合研发降低研发成本 通过高端专业软件共享，降低企业研发资金投入 通过仿真分析，缩短研制周期，降低研发成本 参与研发范围更为广泛，利于问题的解决 对企业数据资产数据分析，为产品改进提供依据,41,4.工业互联网的应用范式,模式二：互联产品,通过设备租赁服实现由卖设备到卖服务的转变 通过将备件与主机绑定的方式增加来自备件销售的利润 通过提供增值运维服务，提