工业互联网发展背景与内涵.docx

工业互联网发展背景与内涵编写说明工业互联网平台作为工业全要素链接的枢纽与工业资源配置 的核心，在工业互联网体系架构中具有至关重要的地位。近期国 务院深化“互联附先进制造业”发展工业互联网的指导意见明 确将构建网络、平台、安全三大功能体系作为其重点任务。在工业和 信息化部信息化和软件服务业司的指导下，工业互联网平台白皮 书希望加强研究与交流，与业界共同推动工业互联网平台发展。白皮书主要分为五个部分。第一部分重点提出了工业互联网 平台的体系架构与关键要素，明确了工业互联网平台是什么，有哪 些功能和作用。第二部分提出了工业互联网平台的技术体系，并重 点对平台层、边缘层与应用层的主要技术创新趋势进行了探讨。第 三部分明确了工业互联网平台的产业体系，提出当前平台布局的四 种路径，以及平台与应用生态构建的主要模式。第四部分提出了工 业互联网平台的主要应用场景及案例。第五部分则重点面向平台企 业，提出了平台发展的相关建议。目录把握工业互联网平台发展的战略机遇4工业互联网平台的内涵3（一）工业互联网平台发展背景3（二）工业互联网平台体系架构5（三）工业互联网平台核心作用7一、把握工业互联网平台发展的战略机遇工业互联网是新一代信息通信技术与现代工业技术深度融合的 产物，是制造业数字化、网络化、智能化的重要载体，也是全 球新一轮产业竞争的制高点。党的十九大报告指出，“加快建 设制造强国，加快发展先进制造业，推动互联网、大数据、人 工智能和实体经济深度融合。”2017年10月30日，国务院 常务会审议通过深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网 的指导意见，促进实体经济振兴，加快转型升级。工业互联 网通过构建连接机器、物料、人、信息系统的基础网络，实现 工业数据的全面感知、动态传输、实时分析，形成科学决策与 智能控制，提高制造资源配置效率，正成为领军企业竞争的新 赛道、全球产业布局的新方向、制造大国竞争的新焦点。作为 工业互联网三大要素，工业互联网平台是工业全要素链接的枢 纽，是工业资源配置的核心，对于振兴我国实体经济、推动制 造业向中高端迈进具有重要意义。工业互联网平台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、高效配置的工业云平台。其本质是通 过构建精准、实时、高效的数据采集互联体系，建立面向工业 大数据存储、集成、访问、分析、管理的开发环境，实现工业 技术、经验、知识的模型化、标准化、软件化、复用化，不断 优化研发设计、生产制造、运营管理等资 源配置效率，形成资 源富集、多方参与、合作共赢、协同演 进的制造业新生态。关 于工业互联网平台有四个定位：第一，工业互联网平台是传统工业云平台的迭代升级。从工业云平台到工业互联网平台演进包括成本驱动导向、集 成应用导向、能力交易导向、创新引领导向、生态构建导向 五个阶段，工业互联网平台在传统工业云平台的软件工具共 享、业务系统集成基础上，叠加了制造能力开放、知识经验 复用与开发者集聚的功能，大幅提升工业知识生产、传播、 利用效率，形成海量开放APP应用与工业用户之间相互促进、 双向迭代的生态体系。第二，工业互联网平台是新工业体系的“操作系统"。工业互联网的兴起与发展将打破原有封闭、隔 离又固化的工业系统，扁平、灵活而高效的组织架构将成为 新工业体系的基本形态。工业互联网平台依托高效的设备集 成模块、强大的数据处理引擎、开放的开发环境工具、组件 化的工业知识微服务，向下对接海量工业装备、仪器、产 品，向上支撑工业智能化应用的快速开发与部署，发挥着类 似于微软Windows、谷歌Android系统和苹果iOS系统的重 要作用，支撑构建了基于软件定义的高度灵活与智能的工业体 系。第三，工业互联网平台是资源集聚共享的有效载体。工 业互联网平台将信息流、资金流、人才创意、制造工具和 制造能力在云端汇聚，将工业企业、信息通信企业、互联网 企业、第三方开发者等主体在云端集聚，将数据科学、工业 科学、管理科学、信息科学、计算机科学在云端融合，推资 源、主体、知识集聚共享，形成社会化的协同生产方式和组 织模式。第四，工业互联网平台是打造制造企业竞争新优势 的关键抓手。当前，GE、西门子等国际领军企业围绕“智能 机器+云平台+工业APP”功能架构，整合“平台提供都应用 开发者+海量用户”等生态资源，抢占工业数据入口主导权、 培育海量开发者、提升用户粘性，不断建立、巩固和化以平 台为载体、以数据为驱动的工业智能化新优势，抢占新工业 革命的制高点。说得形象一点，工业互联网平台是两化融合的“三明治” 版。第一，底层是由信息技术企业主导建设的云基础设施aS 层，在这一领域，我国与发达国家处在同一起跑线，阿里、腾 讯、华为等云计算基础设施已达到国际先进水平。第二，中间层是由工业企业主导建设的工业PaaS层，其 核心是将工业技术、知识、经验、模型等工业原理封装成微服 务功能模块，供工业APP开发者调用，因此工业PaaS的建设 者多为了解行业本身的工业企业，如GE、西门子、PTC以及我 国的航天科工、三一重工、海尔集团均是基于通用aaS进行 二次开发，支持容器技术、新型API技术、大数据及机器学习 技术，构建了灵活开放与高性能分析的工iPaaS产品。第三，最上层是由互联网企业、工业企业、众多开发者等 多方主体参与应用开发的工业APP层，其核心是面向特定行 业、特定场景开发在线监测、运营优化和预测性维护等具体应 用服务。对于工业互联网平台，可以用三句话来概括：第一句，数据采集是基础。其本质是利用泛在感知技术 对多源设备、异构系统、运营环境、人等要素信息进行实时 高效采集和云端汇聚。当前数据采集面临的突出问题是，受 制于传感器部署不足、装备智能化水平低，工业现场存在数据 采集数量不足、类型较少、精度不高等问题，无法支撑实时分 析、智能优化和科学决策。无论是跨国公司，还是国内平台 企业，都把数据采集体系建设和解决方案能力建设作为工业互 联网平台建设的基础：一方面通过构建一套能够兼容、转换多 种协议的技术产品体系，实现工业数据互联互通互操作，另一 方面通过部署边缘计算模块，实现数据在生产现场的轻量级 运算和实时分析，缓解数据向云端传输、存储和计算压力。第二句，工业PaaS是核心。其本质是在现有成熟的IaaS （基础设施即服务）平台上构建一个可扩展的操作系统， 为工业应用软件开发提供一个基础平台。工业PaaS面临的突 出问题是开发工具不足、行业算法和模型库缺失、模块化组 件化能力较弱，现有通用PaaS平台尚不能完全满足工业级应 用需要。当前，工业PaaS建设的总体思路是，通过对通用 PaaS平台的深度改造，构造满足工业实时、可靠、安全需求 的云平台，将大量工业技术原理、行业知识、基础模型规则 化、软件化、模块化，并封装为可重复使用和灵活调用的微服 务，降低应用程序开发门槛和开发成本，提高开发、测试、部 署效率，为海量开发者汇聚、开放社区建设提供支撑和保障。 工业PaaS是当前领军企业布局的重点，是平台核心能力的集 中体现，也是当前生态竞争的焦点。第三句，工业APP是关键。主要表现为面向特定工业应 用场景，激发全社会资源推动工业技术、经验、知识和最佳 实践的模型化、软件化、再封装（即工业APP），用户通过对 工业APP的调用实现对特定制造资源的优化配置。工业APP 面临的突出问题是，传统的生产管理软件云化步伐缓慢，专 业的工业APP应用较少，应用开发者数量有限，商业模式尚 未形成。工业APP发展的总体思路是，一方面，传统的Ax、ERP、MES等研发设计工具和运营管理软件加快云化改造，基于 工业PaaS实现了云端部署、集成与应用，满足企业分布式管 理和远程协作的需要；另一方面，围绕多行业、多领域、多 场景的云应用需求，大量开发者通过对工业PaaS层微服务 的调用、组合、封装和二次开发，开发形成面向特定行业特 定场景的工业APP。从全球工业互联网平台发展的总体情况来看，技术体系 初步形成，产业生态逐渐成熟，应用场景日趋丰富。在技术 体系方面，数据集成和边缘处理技术、IaaS技术、平台通用 使能技术、工业数据建模和分析技术、工业大数据计算技应用 开发和微服务技术、平台安全技术共同构成了工业互网平台 的技术体系，边缘数据集成处理、通用平台二次开发业机理 与大数据融合、微服务组件调用是当前工业互联网平台构建的 主要方式。在产业生态方面，五大支撑、四大主体、两类用 户共同构成了工业互联网平台的产业体系，工业企业、信息 技术企业、垂直领域企业、软件企业、互联网企业结合自身 优势从不同路径开展平台产业布局，基于平台提供开发环境、 工业知识积累、微服务组件、大数据分析引擎成为跨界企业 与第三方开发者共同构建平台产业生态的关键支撑。在应 用场景方面，工业现场的生产过程优化、企业管理的运营决 策优化、企业间协同的资源配置优化、产品全生命周期的管 理服务优化是工业互联网平台的四大典型应用，平台的应用 领域正从单个设备、单个工艺、单个企业向全要素、全产业 链、全生命周期领域拓展，带动传统产业实现智能化转变。当前，全球领先企业工业互联网平台正处于规模化扩张 的关键期，而我国工业互联网建设仍处于起步阶段，发展基 础和能力薄弱，跨行业、跨领域的综合性平台尚未形成，面 向特定行业特定领域的企业级平台影响力不强，亟需加强统 筹协调，充分发挥政府、企业、研究机构等各方合力，把握 全球工业互联网平台市场格局、技术标准未定的战略窗口期， 抢占基于工业互联网平台的制造业生态发展主动权和话语 权，打造新型工业体系，加快形成培育经济增长新动能。下 一步，要从“供给侧”和“需求侧”两端发力，坚持“建平 台”与“用平台”双轮驱动，培育一批跨行业、跨领域的综 合能力平台和解决企业数字化、网络化、智能化发展需求的 企业级平台，开展工业互联网平台技术验证与测试评估，组织 实施百万工业企业上云和百万工业APP培育工程。要坚持“补短板”与“建生态”相互协调，实施工业技术软件化工 程，促进软件技术与工业技术深度融合，构建工业互联网的 产业支撑体系。要坚持“保安全”与“促发展”相互促进， 加快形成发展工业互联网的安全保障体系。工业互联网平台是推动制造业与互联网融合发展的重 要抓手，基于工业互联网平台的制造业生态正成为产业竞争 的“风口”，发展的机遇稍纵即逝，需要在技术研发、标准研制 和产业应用等方面尽早部署。为此，编撰形成了工业互联网 平台白皮书（2017）。本白皮书在编写过程中集众人之智、采 众家之长，是对新形势下工业互联网平台技术演进、产业发展 和应用模式的阶段性提炼和总结。下一步，要围绕工业互联网 平台培育、测试验证、能力评估及标准体系建设等方面，统筹 开展工作。希望能够通过白皮书为相关人员提供参考，通过 社会各界共同努力，为我国工业互联网平台的发展贡献一份 力量，共同推动我国工业互联网平台产业进步、应用繁荣。二、工业互联网平台的内涵（一）工业互联网平台发展背景1. 制造业变革与数字经济发展实现历史性交汇金融危机后，全球新一轮产业变革蓬勃兴起，制造业重新成 为全球经济发展的焦点。世界主要发达国家采取了一系列重大举 措推动制造业转型升级，德国依托雄厚的自动化基础，推进工业 4.0。美国在实施先进制造战略的同时，大力发展工业互联网。法、日、韩、瑞典等国也纷纷推出制造业振兴计划。各国新型制造 战略的核心都是通过构建新型生产方式与发展模式，推动传统制造 业转型升级，重塑制造强国新优势。与此同时数字经济浪潮席卷 全球，驱动传统产业加速变革。特别是以互联网为代表的信息通 信技术的发展极大地改变了人们的生活方式，构筑了新的产业体 系，并通过技术和模式创新不断渗透影响实体经济领域，为传统 产业变革带来巨大机遇。伴随制造业变革与数字经济浪潮交汇融 合，云计算、物联网、大数据等信息技术与制造技术、工业知识的 集成创新不断加剧，工业互联网平台应运而生。2. 制造业智能化对平台工具提出新需求当前制造业正处在由数字化、网络化向智能化发展的重要阶 段，其核心是基于海量工业数据的全面感知，通过端到端的数据 深度集成与建模分析，实现智能化的决策与控制指令，形成智能 化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸等新型制造模慈 一背景下，传统数字化工具已经无法满足需求。一工业数据的爆 发式增长需要新的数据管理工具。随着工业系统由物理空间向信 息空间、从可见世界向不可见世界延伸，工业数据采集范围不断扩 大，数据的类型和规模都呈指数级增长，需要一个全新数g管理工 具，实现海量数据低成本、高可靠的存储和管理。二;企业智能化 决策需要新的应用创新载体数据的丰富为制造企业开展更加精细 化和精准化管理创造了前提，但工业场景高度复杂，行业知识千差 万别，传统由少数大型企业驱动的应用创新模式襁满足不同企业 的差异化需求，迫切需要一个开放的应用创新体，通过工业数 据、工业知识与平台功能的开放调用，降低应用创新门槛，实现智 能化应用的爆发式增长。三是斤型制造模式需要新的业务交互手 段。为快速响应市场变化，制造企业间在设计、生产等领域的并行组 织与资源协同日益频繁，要求企业设计、产和管理系统都要更好支 持与其他企业的业务交互，这就需要个新的交互工具，实现不同主 体、不同系统间的高效集成海量 数据管理、工业应用创新与深度 业务协同，是工业互联网平台快速发展的主要驱动力量。3. 信息技术加速渗透并深刻影响制造业发展模式新型信息技术重塑制造业数字化基础。云计算为制造企业带来更灵活、更经济、更可靠的数据存储和软件运行环境，物联网帮助制造企业有效收集设备、产线和生产现场成千上万种不同类 型的数据，人工智能强化了制造企业的数据洞察能力，实现智能化 的管理和控制，这些都是推动制造企业数字化转型的新基础开放 互联网理念变革传统制造模式。通过网络化平台组织生产经营活 动，制造企业能够实现资源快速整合利用，低成本快速响应市场需 求，催生个性化定制、网络化协同等新模式新业态平台经济不断 创新商业模式。信息技术与制造技术的融合带动信息经济、知识 经济、分享经济等新经济模式加速向工业领域渗透，培育增长新动 能。互联网技术、理念和商业模式成为构建工业互联网平台的重 要方式。（二）工业互联网平台体系架构工业互联网平台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、高效配置的工业云平台，包括边缘、平台 （工业PaaS）、应用三大核心层级。可以认为，工业互联网平台 是工业云平台的延伸发展，其本质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，构建更精准、实时、高 效的数据采集体系，建设包括存储、集成、访问、分析、管理功 能的使能平台，实现工业技术、经验、知识模型化、软件化、复 用化，以工业APP的形式为制造企业各类创新应用，最终形成资 源富集、多方参与、合作共赢、协同演进的制造业生态。晚企业' I开发者- -'消拗者供应铸成用开发（开匿工R.燧服扮段工微SE骑蛆做库丁业卸识蛆件、MjESft、原理骚型组件平台层.（工业PaaS ）地敌据建祺和分析（机51%、机器学习.可辿的nt大歆据系箜；工瞰幅陈 管电 分析.可变化皆）通用而a §平台窗源部署和管理丁业安全防护la拓履牡新卅设施i服将裕、伊溢网练成按化）设寄管理运维官理图1：工业互联网平台功能架构图第一层是边缘，通过大范围、深层次的数据采集，以及异构数 据的协议转换与边缘处理，构建工业互联网平台的数据基础一是 通过各类通信手段接入不同设备、系统和产品，采集海量数据；二 是依托协议转换技术实现多源异构数据的归一化和边缘集成；三是利用边缘计算设备实现底层数据的汇聚处理，并实现数 据向云端平台的集成。第二层是平台，基于通用PaaS叠加大数据处理、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-。 是提供工业数据管理能力，将数据科学与工业机理结合，帮助制造企 业构建工业数据分析能力，实现数据价值挖掘；二是把技术、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；三是构建应用开发环境，借助微服务组件和工业应用开发工具，帮助用户快速构建定制化的工业APP。第三层是应用，形成满足不同行业、不同场景的工SJlaS 和工 业APP,形成工业互联网平台的最终价值。一是提供了设计、生 产、管理、服务等一系列创新性业务应用。二是构建了良好的工业 APP创新环境，使开发者基于平台数据及微服务功能实现应用创 新。除此之外，工业互联网平台还包括IaaS基础设施，以及涵 盖整个工业系统的安全管理体系，这些构成了工业互联网平台的基 础支撑和重要保障。泛在连接、云化服务、知识积累、应用创新是辨识工业互联 网平台的四大特征。一是泛在连接，具备对设备、软件、人员等 各类生产要素数据的全面采集能力。二是云化服务，实现基于云 计算架构的海量数据存储、管理和计算。三是知识积累，能够提 供基于工业知识机理的数据分析能力，并实现知识的固化、积累和 复用。四是应用创新，能够调用平台功能及资源，提供开放的工 业APP开发环境，实现工业APP创新应用。（三）工业互联网平台核心作用工业互联网平台能够有效集成海量工业设备与系统数据，实 现业务与资源的智能管理，促进知识和经验的积累和传承，驱动 应用和服务的开放创新。可以认为，工业互联网平台是新型制造 系统的数字化神经中枢，在制造企业转型中发挥核心支撑作用。当前来看，工业互联网平台已成为企业智能化转型重要抓手。一是帮助企业实现智能化生产和管理。通过对生产现场“人机料 法环”各类数据的全面采集和深度分析，能够发现导致生产瓶颈 与产品缺陷的深层次原因，不断提高生产效率及产品质量。基于现 场数据与企业计划资源、运营管理等数据的综合分析，能够实现更 精准的供应链管理和财务管理，降低企业运营成本二是帮助企业 实现生产方式和商业模式创新。企业通过平台可以实现对产品售 后使用环节的数据打通，提供设备健康管理、产品增值服务等新 型业务模式，实现从卖产品到卖服务的转变，实现价值提升。基 于平台还可以与用户进行更加充分的交互，了解用户个性化需求， 并有效组织生产资源，依靠个性化产品实现更高利润水平。此外， 不同企业还可以基于平台开展信息交互，实现跨企业、跨区域、跨 行业的资源和能力集聚，打造更高效的协同设计、协同制造，协同 服务体系。未来，工业互联网平台可能催生新的产业体系。如同移动互 联网平台创造了应用开发、应用分发、线上线下等一系列新的产 业环节和价值，当前工业互联网平台在应用创新、产融结合等福 已显现出类似端倪，未来也有望发展成为一个全新的产业体系促 进形成大众创业、万众创新的多层次发展环境，真正实现“联网+ 先进制造业”。