五問工業互聯網架構體系

王改靜

新一輪科技革命和產業變革蓬勃興起，工業互聯網作為制造業與互聯網深度融合的產物，不僅推動工業鏈、產業鏈、價值鏈的重塑再造，也成為新工業革命的關鍵支撐和智能制造的重要基石。可以肯定地說，工業互聯網必將對未來工業發展產生全方位、深層次、革命性的變革，《通信產業報》（“工業互聯網”公號）記者特別策劃，開設工業互聯網大講堂，整合業界權威觀點與資料，通過問答式，就業界關心工業互聯網課題展開討論，促進業界對工業互聯網認知。

工業互聯網業務需求是什么？

隨著工業領域的不斷發展，傳統的工業技術及生產方式已經不能滿足人類日益增長的生活需求，工業業務產生了需求，所以就出現了工業互聯網的概念，將開發、全球化的網絡，將人、數據和機器連接起來，目標就是升級那些關鍵的工業領域。

工業互聯網的業務需求可從工業和互聯網兩個視角分析。

工業視角：工業互聯網主要表現為從生產系統到商業系統的智能化，由內及外，生產系統自身通過采用信息通信技術，實現機器之間、機器與系統、企業上下游之間實時連接與智能交互，并帶動商業活動優化。其業務需求包括面向工業體系各個層級的優化，如泛在感知、實時監測、精準控制、數據集成、運營優化、供應鏈協同、需求匹配、服增值等業務需求。

互聯網視角：工業互聯網主要表現為商業系統變革牽引生產系統的智能化，由外及內，從營銷、服務、設計環節的互聯網新模式新生態帶動生產組織和制造模式的智能化變革。其業務需求包括基于互聯網平臺實現的精準營銷、個性定制智能服務、眾包眾創、協同設計，柔性制造等。

工業互聯網的體系架構是什么？

工業互聯網的核心是基于全面互聯而形成數據驅動的智能、網絡、數據、安全，是工業和互聯網兩個視角的共性基礎和支撐。而工業互聯網整個體系包括三大體系，它們分別為：網絡體系、平臺體系和安全體系。

其中網絡體系是基礎：網絡體系可以實現工業全系統全產業鏈全價值鏈的泛在深度互聯。網絡是工業系統互聯和工業數據傳輸交換的支撐基礎，包括網絡互聯體系、標識解析體系和應用支撐體系，表現為通過泛在互聯的網絡基礎設施、健全適用的標識解析體系，集中通用的應用支撐體系，實現信息數據在生產系統各單元之間、生產系統與商業系統各主體之間的無縫傳遞。從而構建新型的機器通信、設備有線與無線連接方式，支撐形成實時感知，協同交互的生產模式。

平臺體系是核心：平臺體系是實現工業智能化發展的核心載體，包括數據采集交換、集成處理、建模分析、決策優化和反饋控制等功能模塊，表現為通過海量數據的采集交換、異構數據的集成處理、機器數據的邊緣計算、經驗模型的固化迭代、基于云的大數據計算分析，實現對生產現場狀況、協作企業信息、市場用戶需求的精確計算和復雜分析。從而形成企業運營的管理決策以及機器運轉的控制指令，驅動從機器設備、運營管理到商業活動的智能和優化。

安全體系是保障：安全體系是實現工業智能化的安全可信的保障，包括設備安全、網絡安全、控制安全、數據安全、應用安全和綜合安全管理。表現為通過涵蓋整個工業系統的安全管理體系，避免網絡設施和系統軟件受到內部和外部攻擊，降低企業數據被未經授權訪問的風險，確保數據傳輸與存儲的安全性，實現對工業生產系統和商業系統的全方位保護。

工業互聯網三大體系之間是什么關系？

三者之間的關系是相輔相成的。基于工業互聯網的網絡、平臺與安全，工業互聯網將構建面向工業智能化發展的三大優化閉環。

一是面向機器設備運行優化的閉環，核心是基于對機器操作數據、生產環境數據的實時感知和邊緣計算。實現機器設備的動態優化調整，構建智能機器和柔性產線；

二是面向生產運營優化的閉環，核心是基于信息系統數據、制造執行系統數據、控制系統數據的集成處理和大數據建模分析，實現生產運營的動態優化調整，形成各種場景下的智能生產模式；

三是面向企業協同、用戶交互與產品服務優化的閉環，核心是基于供應鏈數據、用戶需求數據、產品服務數據的綜合集成與分析，實現企業資源組織和商業活動的創新，形成網絡化協同、個性化定制，服務化延伸等新模式。

為什么平臺體系是三大體系核心？

工業互聯網平臺是面向制造業數字化、網絡化和智能化需求，構建起海量數據采集、匯集、分析的體系，是支撐制造源泛在連接、彈性供給、高效配置的載體。如果把平臺體系比作是人體的某個部分，它就是支配著人的一切生命活動的“大腦”。

工業互聯網平臺可以說是工業互聯網的“操作系統”，因為工業互聯網平臺連接的人、機、物的數量將遠遠大于各種單個操作系統所連接的數量，其帶來的價值也將遠遠超過這些操作系統。而且對于促進“互聯網+先進制造業”的融合發展具有重要的作用。

美德日中四國工業互聯網架構的發展情況

從工業4.0研究院跟蹤全球工業互聯網發展狀況來看，美國、德國、日本和中國都相繼建立了工業互聯網相關的參考體系或標準體系，奠定了面向工業互聯網發展的基礎架構。

美國政府主導了先進制造計劃和NNMI，但民營企業通用電氣（GE）主導的工業互聯網聯盟（IIC）更體現美國的企業家精神，似乎有接力美國互聯網之勢，再次展現了美國開放式創新的雄風。可能有行業人士會提出看看官方的參考架構，美國NIST也發布了一些標準化文件，但那只是標準化文件，不是參考架構，這一點需要注意。美國IIC明確宣布不會做標準，但會根據聯盟成員需要推薦一些標準。

與美國不同，德國工業4.0平臺雖然原來是民間行業機構，但后來上升為德國BMWi和BMBF（德國部委單位）管理的機構了，也就是官方機構了。毫無疑問，上升為官方機構的德國工業4.0平臺既要做標準，也要發布參考架構模型。

日本在2016年提出的工業價值鏈參考架構（IVRA），延續之前IMS國家研究創新計劃的智能制造思想。雖然目前日本經濟不夠景氣，但日本工業仍然是領先的，例如全球四大工業機器人公司的兩個都在日本，日本汽車企業也比較厲害，看著德國和美國紛紛提出了面向未來的新工業計劃，日本自然不甘寂寞，但這次非常小心翼翼，昔日高調推出IMS計劃最后退出該計劃的失敗陰影歷歷在目。

由于眾所周知的原因，中國目前至少有四個參考架構體系：一是中國信通院發布的《中國工業互聯網體系架構》（1.0版本）；二是工信部賽迪智庫關于工業互聯網的相關研究與分析；三是工信部四院（中國電子技術標準化研究院）發布的《中國智能制造能力成熟度模型白皮書》（1.0版本）；四是工信部電子一所（中國兩化融合服務聯盟）發布的《兩化融合管理體系評估審核要點》。

在工業4.0時代，美德日中四個國家想必會加大在智能制造等方面的投入，目前四國所做的工業互聯網參考架構只是一個開始，它們爭奪的工業互聯網生態才是競爭的焦點。工業4.0研究院將持續關注四個主要工業國家的進展，觀察其中蘊含的研究創新的機會，幫助中國制造企業轉型升級獲得成功。