五问工业互联网架构体系

王改静

新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起，工业互联网作为制造业与互联网深度融合的产物，不仅推动工业链、产业链、价值链的重塑再造，也成为新工业革命的关键支撑和智能制造的重要基石。可以肯定地说，工业互联网必将对未来工业发展产生全方位、深层次、革命性的变革，《通信产业报》（“工业互联网”公号）记者特别策划，开设工业互联网大讲堂，整合业界权威观点与资料，通过问答式，就业界关心工业互联网课题展开讨论，促进业界对工业互联网认知。

工业互联网业务需求是什么？

随着工业领域的不断发展，传统的工业技术及生产方式已经不能满足人类日益增长的生活需求，工业业务产生了需求，所以就出现了工业互联网的概念，将开发、全球化的网络，将人、数据和机器连接起来，目标就是升级那些关键的工业领域。

工业互联网的业务需求可从工业和互联网两个视角分析。

工业视角：工业互联网主要表现为从生产系统到商业系统的智能化，由内及外，生产系统自身通过采用信息通信技术，实现机器之间、机器与系统、企业上下游之间实时连接与智能交互，并带动商业活动优化。其业务需求包括面向工业体系各个层级的优化，如泛在感知、实时监测、精准控制、数据集成、运营优化、供应链协同、需求匹配、服增值等业务需求。

互联网视角：工业互联网主要表现为商业系统变革牵引生产系统的智能化，由外及内，从营销、服务、设计环节的互联网新模式新生态带动生产组织和制造模式的智能化变革。其业务需求包括基于互联网平台实现的精准营销、个性定制智能服务、众包众创、协同设计，柔性制造等。

工业互联网的体系架构是什么？

工业互联网的核心是基于全面互联而形成数据驱动的智能、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。而工业互联网整个体系包括三大体系，它们分别为：网络体系、平台体系和安全体系。

其中网络体系是基础：网络体系可以实现工业全系统全产业链全价值链的泛在深度互联。网络是工业系统互联和工业数据传输交换的支撑基础，包括网络互联体系、标识解析体系和应用支撑体系，表现为通过泛在互联的网络基础设施、健全适用的标识解析体系，集中通用的应用支撑体系，实现信息数据在生产系统各单元之间、生产系统与商业系统各主体之间的无缝传递。从而构建新型的机器通信、设备有线与无线连接方式，支撑形成实时感知，协同交互的生产模式。

平台体系是核心：平台体系是实现工业智能化发展的核心载体，包括数据采集交换、集成处理、建模分析、决策优化和反馈控制等功能模块，表现为通过海量数据的采集交换、异构数据的集成处理、机器数据的边缘计算、经验模型的固化迭代、基于云的大数据计算分析，实现对生产现场状况、协作企业信息、市场用户需求的精确计算和复杂分析。从而形成企业运营的管理决策以及机器运转的控制指令，驱动从机器设备、运营管理到商业活动的智能和优化。

安全体系是保障：安全体系是实现工业智能化的安全可信的保障，包括设备安全、网络安全、控制安全、数据安全、应用安全和综合安全管理。表现为通过涵盖整个工业系统的安全管理体系，避免网络设施和系统软件受到内部和外部攻击，降低企业数据被未经授权访问的风险，确保数据传输与存储的安全性，实现对工业生产系统和商业系统的全方位保护。

工业互联网三大体系之间是什么关系？

三者之间的关系是相辅相成的。基于工业互联网的网络、平台与安全，工业互联网将构建面向工业智能化发展的三大优化闭环。

一是面向机器设备运行优化的闭环，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，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，实现生产运营的动态优化调整，形成各种场景下的智能生产模式；

三是面向企业协同、用户交互与产品服务优化的闭环，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。

为什么平台体系是三大体系核心？

工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化和智能化需求，构建起海量数据采集、汇集、分析的体系，是支撑制造源泛在连接、弹性供给、高效配置的载体。如果把平台体系比作是人体的某个部分，它就是支配着人的一切生命活动的“大脑”。

工业互联网平台可以说是工业互联网的“操作系统”，因为工业互联网平台连接的人、机、物的数量将远远大于各种单个操作系统所连接的数量，其带来的价值也将远远超过这些操作系统。而且对于促进“互联网+先进制造业”的融合发展具有重要的作用。

美德日中四国工业互联网架构的发展情况

从工业4.0研究院跟踪全球工业互联网发展状况来看，美国、德国、日本和中国都相继建立了工业互联网相关的参考体系或标准体系，奠定了面向工业互联网发展的基础架构。

美国政府主导了先进制造计划和NNMI，但民营企业通用电气（GE）主导的工业互联网联盟（IIC）更体现美国的企业家精神，似乎有接力美国互联网之势，再次展现了美国开放式创新的雄风。可能有行业人士会提出看看官方的参考架构，美国NIST也发布了一些标准化文件，但那只是标准化文件，不是参考架构，这一点需要注意。美国IIC明确宣布不会做标准，但会根据联盟成员需要推荐一些标准。

与美国不同，德国工业4.0平台虽然原来是民间行业机构，但后来上升为德国BMWi和BMBF（德国部委单位）管理的机构了，也就是官方机构了。毫无疑问，上升为官方机构的德国工业4.0平台既要做标准，也要发布参考架构模型。

日本在2016年提出的工业价值链参考架构（IVRA），延續之前IMS国家研究创新计划的智能制造思想。虽然目前日本经济不够景气，但日本工业仍然是领先的，例如全球四大工业机器人公司的两个都在日本，日本汽车企业也比较厉害，看着德国和美国纷纷提出了面向未来的新工业计划，日本自然不甘寂寞，但这次非常小心翼翼，昔日高调推出IMS计划最后退出该计划的失败阴影历历在目。

由于众所周知的原因，中国目前至少有四个参考架构体系：一是中国信通院发布的《中国工业互联网体系架构》（1.0版本）；二是工信部赛迪智库关于工业互联网的相关研究与分析；三是工信部四院（中国电子技术标准化研究院）发布的《中国智能制造能力成熟度模型白皮书》（1.0版本）；四是工信部电子一所（中国两化融合服务联盟）发布的《两化融合管理体系评估审核要点》。

在工业4.0时代，美德日中四个国家想必会加大在智能制造等方面的投入，目前四国所做的工业互联网参考架构只是一个开始，它们争夺的工业互联网生态才是竞争的焦点。工业4.0研究院将持续关注四个主要工业国家的进展，观察其中蕴含的研究创新的机会，帮助中国制造企业转型升级获得成功。