工业互联网

工业互联网是什么

美国通用电气(General Electric Company，GE)于2011年发布了《工业互联网打破智慧与机器的边界》白皮书，最早提出了“工业互联网”的概念，工业互联网(Industrial Internet of Things)指的是将数据、机器、人三者互相连接，以传感器网络，大数据分析、互联网技术为基础，与已有的传统工业相融合，重构工业生产模式，最大程度地提高工业生产效率。其核心三要素包括智能设备、先进的数据分析工具、以及人与设备的交互接口。随后美国政府成立了工业互联网联盟(IIC)。与物联网类似，工业互联网包括海量智能设备的连入，借鉴了物联网的通信与网络技术，比如无线传感网络、各类数据通信协议，以适应工业生产中海量数据的产生、处理、存储、分析等交互需求。

中国工业互联网研究院在《中国工业互联网产业经济发展白皮书(2020年)》定义工业互联网是新一代信息技术与工业系统全方位深度融合所形成的产业和应用生态，是工业数字化、网络化、智能化发展的关键综合信息基础设施。其本质是以人、机、物之间的网络互联为基础，通过对工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析，实现智能控制、运营优化和生产组织方式变革。

为了贯穿落实《中国制造2025》，2016年在工业和信息化部的领导下成立了工业互联网产业联盟(AII)。按照中国工业互联网产业联盟的定义“工业互联网”是新一代信息技术与工业系统全方位深度融合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。其本质是以机器、原材料、控制系统、信息系统、产品以及人之间的网络互联为基础，通过对工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析，实现智能控制、运营优化和生产组织变革。网络，数据及安全构成了工业互联网三大体系，其中网络是基础，数据是核心，安全是保障。

从宏观层面看，工业互联网通过工业经济全要素、全产业链、全价值链的全面连接，支撑制造业数字化、网络化、智能化转型，不断催生新模式、新业态、新产业，重塑工业生产制造和服务体系，实现工业经济高质量发展。从技术层面看，工业互联网是新型网络、先进计算、大数据、人工智能等新一代信息通信技术与制造技术融合的新型工业数字化系统，它广泛连接人、机、物等各类生产要素，构建支撑海量工业数据管理、建模与分析的数字化平台，提供端到端的安全保障，以此驱动制造业的智能化发展，引发制造模式、服务模式与商业模式的创新变革。

工业互联网发展阶段

总体而言，全球工业互联网发展共经历了四个阶段

第一阶段60-80年代：见证了1983年PLC诞生和以太网标准化、1986年PLC连接到PC，1989年万维网发明等重大突破，实现了机器之间的互联；

第二阶段90年代：1992年，引入工业以太网和TCP/IP连接；1995年，MSWindows恒伟工业主流操作系统；1996年，OPC数据访问协议发布；1997年，无线M2M技术在工业普遍发展；1999年，物联网概念提出。全球工业互联网行业实现了工业网络协议和操作系统的发布，工业设备逐渐联网；

第三阶段00年代：迈入21世纪后，2002年云计算形成，2006年通信独立架构协议发布，工业互联网支撑体系逐步形成；

第四阶段：2010年至今，全球工业互联网雏形渐渐形成，2016年工业互联网雏形形成，但当前工业互联网仍处于发展初期阶段，未来有待进一步发展。

工业互联网要素

从产业链作用来看，工业设备是基础，工业网络是媒介，工业云平台是核心，工业软件是承上启下数据利用的关键，工业互联网应用是价值兑现的载体，工业安全是体系保障。

工业软件：指专门或主要用于工业领域，以提高工业企业研发、制造、管理水平和工业装备性能的软件。

工业云平台：是在传统云平台的基础上叠加物联网、大数据、人工智能等新兴技术，实现海量异构数据汇聚与建模分析、大数据经验知识软件与模块化、工业创新应用开发与运行，从而支撑生产智能决策、业务模式创新、資源优化配置

工业通信：工业互联网的网络层包括工厂外部网络通信和工厂内部网络通信，外部网络通信主要是利用传统互联网，内部网络通信包括工业互联网、工业PON、

工业互联网基础设施：包括生产制造环节的工业机器人、服务机器人、3D打印机、智能生产设备、智能机床等生产设施，数据采集传感器、RFID标签、控制芯片、数据监测器等硬件设备以及数据存储中心。

工业安全：工业互联网的安全体系分为三个层次，底层是安全模型与政策的选择，中间层是数据的安全防护，顶层的四个安全应用场景分别是安全配置与管理、安全监测与分析、通信与连接防护以及终端防护

工业互联网与产业互联网的区别

在英文中，产业互联网和工业互联网同根同源，在英文中两者是同一个“industry”。相应地，不管是工业互联网还是产业互联网，英文均是“Industrial Internet”在实践中，工业互联网比较官方，产业互联网更市场化。2015年政府工作报告中首次提出“工业互联网”，2017年11月，国务院《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》发布，意味着工业互联网正式成为政府的主要工作。产业互联网则比较市场化。由于企业的服务对象往往不会局限于工业一个门类，服务业、建筑业和农业甚至具有更广阔的市场空间。因此除专注于工业领域的少数企业外(如海尔、航天云网等)，其它企业更倾向于采用产业互联网的提法，腾讯、慧聪、找钢网、亚信、用友、金蝶等公司都将产业互联网作为发展战略。

另外，工业互联网与产业互联网的区别还有一是主导者不同：产业互联网是龙头企业主导；工业互联网是政府主导。二是政策导向不同。产业互联网是大众创业、万众创新(互联网相关)，工业互联网是智能制造、工业发展规划(工业相关)。三是技术不同。产业互联网是中间件整合技术、云上服务、互联网+技术、大数据技术、AI智能等。工业互联网是数据采集、交换、快速计算处理、数据分析、全面深度感知、设备连接为重点。四是应用领域不同。产业互联网是不明确限定行业，零售业、金融业、地产业、医疗业、通信业、物流业、交通业、服务业等均可使用，每个行业模式不同；工业互联网是以工业制造业为主。五是对象不同。产业互联网解决经营管理与生产管理之间的协调，将整体产业链中大量不同体量及分散的上、下游厂商资源整合；工业互联网是解决设备、人、技术之间的通信，偏向技术业务体系。

工业互联网架构

根据《工业互联网体系架构》中的结构划分，可以将工业互联划分为5C模型。自上而下5C模型分别指的是配置层，认知层，计算网络层，数据信息转换层以及智能连接层

(1)连接层

连接层主要是实现工业生产过程中的精确的数据采集和传输，该层的主要由工业传感器、采集器、工业摄像头等数据采集和传输设备组成工业生产数据可分为两大类：一种是设备传感器直接采集到的工业数据，另一种是工业控制系统和企业操作系统产生的数据，比如ERP，MES以及CMM不同工业系统中采用不同设备商提供的设备，不同的硬件和软件使得设备之间的互通性成为了一个显著的问题。因此连接层必须保证不同工业设备之间的数据通信和交互，保证数据通信的可靠性，异构多种类设备之间的数据通信问题现有两种解决思路：一种是协议互通/转换的方法，该方法可以实现不同通信协议之间的交互，但是协议转换需要付出算力等高昂成本，同时也会带来时延增加的问题，不符合工业互联网对时延和可靠性的新需求。

(2)数据转换层

在工业互联网中，工业数据包含工业生产的信息，工业原始数据需要经过处理，提取出其中的信息。数据转换层负责完成这一过程，之后再将处理过的数据集的传感器设备，为自己进行健康诊断，使用寿命估计等行为，服务机器智能。此外，还可以将提取的数据信息进行推送转发，以便后续的工业数据分析。

(3)网络计算层

网络计算层负责数据的网络连接以及数据的处理。在网络层，一般来说将会获得整个工厂或整个厂区设别机器组成的网络，由数据信息转换层将数据与机器融合后，再由网络计算层将标记数据机型组网。通过与其他机器之间的比较，进一步地提供生产操作信息。本层的技术主要涉及到云计算平台，主要负责实现数据的计算功能，提供工厂的生产计算能力，保证数据任务处理的实时性等。

(4)认知层

认知层主要负责提取网络中的集成信息，它为整个系统提供全方位的知识^认知层对数据信息进行分析和理解，比如通过大数据分析等技术，对优先任务调度或系统优化进行智能决策，此外还需要针对用户的实际需求，对知识进行结构化和定制化的理解和处理，以供用户理解和利用。

(5)配置层

配置层根据用户的直接反馈或者认知层的决策对物理设备进行配置和管理，该层通过智能的决策提供对网络和设备的智能自适应控制。配置层将网络和物理空间结合，实际作为控制系统为工业互联网提供配置和自适应能力。

工业互联网产业

工业互联网涵盖的产业有直接产业和渗透产业两大类。

直接产业包括网络(工业互联网技术体系网络)、平台、安全三大产业。“网络”涵盖网络互联、数据互通和标识解析体系，目的是建设低延时、高可靠、广覆盖的工业互联网网络基础设施，实现数据在工业各个环节的无缝传递；“平台”包括工业软件、数据建模、工业大数据、设备资源管理、云基础设施等，下连设备，上接应用，能够利用海量数据汇聚、建模分析与应用开发支撑工业生产方式、商业模式创新和资源高效配置；“安全”涉及设备安全、控制安全、网络安全、数据安全、平台安全、应用程序安全六大方面，通过建设工业互联网安全防护体系有效识别和抵御各类安全威胁，化解多种安全风险，促进工业智能化发展。

渗透产业指的是通过直接产业赋能来实现生产效率提高的产业。工业互联网可以连接生产信息与需求信息，最大程度实现资源高效配置，打造产业生态协同发展。渗透产业类型有农林牧渔业、采矿业、制造业、建筑业、批发和零售业、金融业、房地产业、教育业等。举个例子来说，在电力行业，通过工业互联网平台接入源、网、荷实时数据，利用大数据分析建模，可以有效解决电力设备远程维护、新能源并网消纳等问题。

工业互联网

工业互联网产业链及其细分领域

工业互联网产业链主要由网络层、边缘层、IaaS层、平台层(工业PaaS)、应用层(工业SaaS)以及下游应用企业组成，分别处于产业链的上、中、下游，也构成了工业互联网的网络、平台、安全三大体系。

边缘采集：美德制造企业数字化、网络化水平较高；垄断了全球的工控设备和通信协议；拥有强大的数据采集、云端迁移、边缘计算能力。95%中高端PLC市场、50%以上的DCS市场被跨国公司垄断；设备数字化率44.8%、联网率39%

工业IaaS：美国主导全球IaaS生态演进、拥有亚马逊、微软、谷歌、IBM等领导厂商；德国SAP阿里、华为、腾讯

工业PaaS：美、德在机械、汽车、航空、船舶等行业拥有数百年的工业知识、经验、方法的积淀(工业机理+数据科学)；具备将核心经验知识固化封装为微服务能力以及平台资源整合能力；工业技术知识薄弱、工业机理、工艺流程、模型方法等积累不足；算法库、模型库、知识库等微服务提供能力不足

工业SaaS：美、德等垄断了传统的工业软件市场：拥有GE、Oracle、西门子、SAP等工业软件巨头；形成了完整的开发者社区和海量开发者；正在涌现一批新型的工业APP企业；高端工业软件主要依赖进口；开发了少量工业APP，在数据科学研究领域有一定基础；缺乏工业APP

工业安全：全球主要国家产业政策利好，产业结构逐步完善，竞争格局逐渐形成，企业及国家资源加速产业整合；我国安全产业政策充分利好，安全标准体系逐步形成，但是关键技术攻关及产业化应用不成熟

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工业互联网应用领域

工业互联网的具体应用领域包括：制造业、建筑业、交通业、能源业、家居业、医疗业、农业、零售业等。依托于工业互联网技术的背景下，这些领域的应用主要体现在智能化与数字化技术的应用，实时挖掘各个设备与系统之间的数据，提高彼此之间的协同能力、互通能力，从而进行人机互动、远程控制、风险预测等操作。

传统制造型行业：机械、电子、交通设备制造等行业工业互联网应用案例占比较高，率先引领工业互联网平台的创新应用；此类行业升级改造难度低，更具备应用平台的成本；此类行业能有效融合应用工业互联网平台新技术

同业竞争激烈型行业：为机械、服装、家电等同业竞争激烈的行业提供“产品+服务”助力其转型升级；通过工业互联网平台，提供在线监测、故障诊断、过程运维等增值服务，提升企业成本管控竞争力；基于用户使用数据，为企业提供创新服务

流程型行业：钢铁、石化等流程行业率先布局基于工业互联网平台的安全环保综合管控能力建设；通过工业互联网平台，为钢铁、石化等行业提供新型能源、环保解决方案

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工业互联网发展成果

我国工业互联网的发展成果主要体现在 “一大联盟”、“两大阵营”、“三大路径”、“四大模式”上。截至2022年2月，工业互联网产业联盟（AII）一共拥有2190家会员单位，主要包括信息安全技术企业、通信企业、工业企业及科研单位等，并且在重庆、上海、江苏、广东、贵州和湖北等地成立了分区联盟，推动各个地区工业互联网平台的建设。同时，工业互联网联盟相继发布了平台架构、标准体系、参考方案、技术标准等研究成果，为发展工业互联网提供了理论支持

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