2023第23届中国国际工业博览会信息技术与应用展浅析工业互联网

2023第23届中国国际工业博览会新一代信息技术与应用展/工业互联网展(ICTS/IIS)

时间：2023年9月19-23日

地点：国家会展中心（上海）

工博会总面积：280,000平米

主办：国家发改委、商务部、工信部、科技部、中科院、中国工程院、中国贸促会、上海市人民政府、联合国工业发展组织

协办：中国信息通信研究院、工业互联网产业联盟

承办：东浩兰生（集团）有限公司

参展：冯先生 13122552507

「科普」浅析工业互联网

工业互联网近一段时间被“新基建”带火的一个名词频频出现在我们视线里，随着中国智造2025的深入发展，工业互联网上升为我国的国家战略，工业互联网这个名词也被越来越多普通老百姓所熟悉。其中信息基础设施包括以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施，以人工智能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施，以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等。融合基础设施包括智能交通基础设施、智慧能源基础设施等。创新基础设施包括重大科技基础设施、科教基础设施、产业技术创新基础设施等。

一、什么是工业互联网

工业互联网常用的解释是链接工业全系统、全产业链、全价值链，支撑工业智能化发展的关键基础设施，是新一代信息技术与制造业深度融合所形成的新兴业态和应用模式。

所以工业互联网的三要素：人、数据、机器。

人：这里可以是工人、开发者、消费者用户、顾客等；

数据：是指工业生产、机器等所产生的的数据；（工业互联网的数据量远大于消费互联网）

机器：各种生产机器、加工设备、传感器等。

工业互联网的核心是基于全面互联而形成数据驱动的智慧，网络、数据、安全是工业和互联网两个视角的共性基础和支撑。工业互联网平台是工业互联网的核心，它也就是工业互联网的“操作系统”。微软通过PC时代操作系统，引领20多年的技术更新和财富，也像苹果iOS系统和谷歌安卓系统牢牢掌控了消费互联网一样，谁提供的工业互联网“操作系统”最好，用的人最多，谁就掌握了工业互联网发展的主动权。

从工业智慧化发展的角度出发，工业互联网将构建基于网络、数据、安全的三大优化闭环。

一是：面向机器设备运行优化的闭环。其核心是基于对机器操作数据、生产环境数据的实时感知和边缘计算，实现机器设备的动态优化调整，构建智能机器和柔性产线。

二是：面向生产运营优化的闭环。其核心是基于信息系统数据、制造执行系统数据、控制系统数据的集成处理和大数据建模分析，实现生产运营管理的动态优化调整，形成各种场景下的智慧生产模式。

三是：面向企业协同、用户交互与产品服务优化的闭环。其核心是基于供应链数据、用户需求数据、产品服务数据的综合集成与分析，实现企业资源组织和商业活动的创新，形成网络化协同、个性化定制、服务化延伸等新模式。曾经就有业内人士说，传统的消费物联网平台开发，分析需求、建立模型、编写代码这三步的工作比例，是2:3:5。而工业互联网平台恰好相反，是5:3:2。

工业互联网的本质，就是通过开放的、全球化的通信网络平台，把工厂、设备、生产线、供应链、经销商、员工、产品和客户紧密地连接起来，共享工业生产全流程的各种要素资源，使其网络化、自动化、智能化，最终实现整体数字化，从而实现成本降低和效率提升。

通俗的说，就是让工业生产全流程更加“智能自动化”，而达到这个就需要依赖一个平台去辅助，通过各种技术（5G、大数据、云计算、人工智能）来达到。

1、工业互联网平台四个基本功能

从工业互联网定义来看，工业互联网平台需要具备四个基本功能。

一是：需要具备并支撑海量工业数据处理的环境和流程；

二是：需要基于工业机理和数据科学实现海量数据的深度分析，并实现工业知识的沉淀和复用；

三是：需要实现将不同来源和不同结构的数据进行广泛采集、汇总；

四是：能够提供开发工具及环境，实现工业场景化APP的开发、测试、部署和应用。

因此，工业互联网平台体系架构必须能完全实现这四个功能，即涵盖边缘层、IaaS层、工业PaaS层、工业SaaS层以及贯穿上述各层级的安全防护。

其中，边缘层、平台层、应用层是工业互联网平台的三大核心层级。

2、工业互联网平台的四大特征

2017年工业互联网产业联盟发布的《工业互联网平台白皮书》中，将泛在连接、云化服务、知识积累、应用创新归结为工业互联网平台的四大特征。

(1)泛在连接。即具备对设备、软件、人员等各类生产要素数据的全面采集能力。

(2)云化服务。即实现基于云计算架构的海量数据存储、管理和计算。

(3)知识积累。即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。

(4)应用创新。能够调用平台功能及资源，提公开放的工业APP开发环境，实现工业APP创新应用。

二、工业互联网组成

工业互联网平台包括边缘、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。

通常由网络、平台、安全三个部分构成，其中网络是基础、平台是核心、安全是保障。

“网络”是实现各类工业生产要素泛在深度互联的基础，包括网络互联体系、标识解析体系和信息互通体系。通过建设低延时、高可靠、广覆盖的工业互联网网络基础设施，能够实现数据在工业各个环节的无缝传递，支撑形成实时感知、协同交互、智能反馈的生产模式。

“平台”是工业全要素链接的枢纽，下连设备，上连应用，通过海量数据汇聚、建模分析与应用开发，推动制造能力和工业知识的标准化、软件化、模块化与服务化，支撑工业生产方式、商业模式创新和资源高效配置。

“安全”是工业互联网健康发展的保障，涉及设备安全、控制安全、网络安全、应用安全、数据安全五个方面。通过建立工业互联网安全保障体系，能够有效识别和抵御各类安全威胁，化解多种安全风险，为工业智能化发展保驾护航。

工业互联网技术体系中得益于互联网的高速发展，通过将工厂智能机器之间的连接、机器与软件系统的连接、大数据分析等技术来重构全球工业，激发工厂的生产力。通过工业+互联网+人工智能+大数据来建立一个全新的生产模式，这种生产模式将会逐步淘汰机械式的流水线作业。工厂智能生产线将会根据订单系统的数据实时安排生产，根据大数据分析的结果，工厂可以根据产品的用户属性、季节属性、地理位置属性等维度来智能安排工厂提前生产商品。

三、工业互联网与工业物联网区别

工业互联网与工业物联网，一字之差，所涵盖的内容却大相径庭。

工业互联网不是工业的互联网，而是工业互联的网。它是把工业生产过程中的人、数据和机器连接起来，使工业生产流程数字化、自动化、智能化和网络化，实现数据的流通，提升生产效率、降低生产成本。

从技术架构层面看，工业互联网包含设备层、网络层、平台层、软件层、应用层以及整体的工业安全体系。与传统互联网相比，多了一个设备层。

图：工业互联网架构

设备层负责采集数据和初步计算，执行生产动作。

网络层负责信息的传输与转发。

平台层负责网络、存储、计算等基础设施的编排。

软件层负责工业生产过程的研发设计、生产控制和信息管理等软件的实施。

应用层负责工业互联网的价值体现，在不同的垂直领域、行业内形成解决方案和应用。

工业安全体系对各个工业生产的安全负责，范围涵盖设备的运维更换、网络层面的安全认证、平台软件层面的安全漏洞等。

工业物联网是工业互联网中的基建，它连接了设备层和网络层，为平台层、软件层和应用层奠定了坚实的基础。设备层又包含边缘层，总体上，工业物联网涵盖了云计算、网络、边缘计算和终端，自下而上打通工业互联网中的关键数据流。

工业物联网从架构上分为感知层、通信层、平台层和应用层。

感知层主要由传感器、视觉感知和可编程逻辑控制器（PLC）等器件组成，一方面收集振波、温度、湿度、红外、紫外、磁场、图像、声波流、视频流等数据，传送给网络层，到达上层管理系统，帮助其记录、分析和决策，另一方面收集从上层管理系统下发或已经编程好的指令，执行设备动作。

通信层主要由各种网络设备和线路组成，包括具备网络固线的光纤、xDSL，也包括通过无线电波通信的GPRS、3G、4G、5G、WiFi、超声波、ZigBee、蓝牙等通信方式，主要满足不同场景的通信需求。

平台层主要是将底层传输的数据关联和结构化解析之后，沉淀为平台数据，向下连接感知，向上提供统一的可编程接口和服务协议，降低了上层软件的设计复杂度，提高了整体架构的协调效率，特别是在平台层面，可以将沉淀的数据通过大数据分析和挖掘，对生产效率、设备检测等方面提供数据决策。

应用层主要根据不同行业、领域的需求，落地为垂直化的应用软件，通过整合平台层沉淀的数据和用户配置的控制指令，实现对终端设备的高效应用，最终提升生产效率。

感知层与通信层中间有一个网关，网关隔离了终端传感器和控制器与上层网络端口，一方面减少传感器与控制器的业务逻辑复杂度，另一方面减少上层应用对数据协议的解析成本。

图：工业物联网架构

总的来说，工业互联网涵盖了工业物联网。工业互联网是要实现人、机、物的全面互联，追求的是数字化；而工业物联网强调的是物与物的连接，追求的是自动化。工业物联网是物联网和互联网的交叉网络系统，同时也是自动化与信息化深度融合的突破口。

图：工业互联网与工业物联网的关系

在工业互联网体系内，工业软件是灵魂，是整体控制编排的中枢；工业物联网以数据为血液，为工业互联网提供各种有用的信息和养分。

四、机会和展望

未来，工业物联网会有哪些细分领域迎来风口呢？

工业网关

5G时代，工业网关将具备更高性能的网络，成为边缘计算的重要基础设施，图像识别，路径规划、模式识别等本地化的函数在网关层面就能解决。

工业物联网安全

网络安全是更高层级的网络需求，在工业物联网的网络层面，主要有互联互通、高性能网络和安全网络几大诉求。随着企业数字化转型，工业物联网的网络安全需求也将迎来爆发式增长。

工业智能机器人

我国工业机器人需求旺盛，目前采购量全球第一，但工业机器人的密度不足，工业机器人研发生产的自主能力不足，两个不足中蕴藏着巨大的发展空间。

网络模组

工业互联网和工业物联网普及之后，每个设备、每个传感器都需要相应的传输模组，因此网络模组的需求也将迎来爆发式增长。