工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)和智慧工廠建設(shè)報(bào)告

——互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)的一種范式報(bào)告內(nèi)容01工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景02工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵03平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)04工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式05結(jié)語(yǔ)》》1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景●GE要為大量的工業(yè)、航空、醫(yī)療裝備提供運(yùn)維服務(wù)●借助互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的，可以顯著提高服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)增值—【傳統(tǒng)方式】數(shù)據(jù)獲取、計(jì)算分析和決策優(yōu)化分離，圍繞歷史數(shù)據(jù)分析的結(jié)果難以實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)作用到設(shè)備運(yùn)行過(guò)程—【工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)】設(shè)備、人和數(shù)據(jù)互聯(lián)，三個(gè)過(guò)程實(shí)時(shí)、并行開(kāi)展，數(shù)據(jù)分析同步反映設(shè)備狀態(tài)，實(shí)時(shí)控制設(shè)備動(dòng)作、精確優(yōu)化運(yùn)行效率由此帶來(lái)的“1%的威力”—1%提效創(chuàng)造1萬(wàn)億美元市場(chǎng)：》》1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景—2012年末，美國(guó)GE公司提出的關(guān)于產(chǎn)業(yè)設(shè)備與IT融合的概念—定義：基于開(kāi)放、全球化的網(wǎng)絡(luò)，將設(shè)備、人和數(shù)據(jù)分析（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)三要素）連接起來(lái)，用過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)的利用與分析，升級(jí)航空、醫(yī)療裝備等工業(yè)領(lǐng)域的智能化，降低能耗，提升效率。信息革命信息革命2.先進(jìn)分析機(jī)器人2.先進(jìn)分析機(jī)器人決策者、執(zhí)行者3.工作中3.工作中》》1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景③分析的綜合預(yù)見(jiàn)性不足③分析的綜合預(yù)見(jiàn)性不足■對(duì)工業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)的挖掘深度不足■導(dǎo)致決策不準(zhǔn)確、盲目②互聯(lián)廣度不足■跨領(lǐng)域信息孤島難以互聯(lián)互通■無(wú)法準(zhǔn)確描述領(lǐng)域間復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系，決策全局性差①感知深度不足■傳統(tǒng)儀表自動(dòng)化系統(tǒng)僅感知過(guò)程變量■信息維度低、難以反映物理過(guò)程深層次動(dòng)態(tài)特性》》1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景實(shí)例：美國(guó)“智能過(guò)程制造（SPM）”計(jì)劃，制氫工廠■通過(guò)多路攝像頭感知對(duì)溫度場(chǎng)建模、分析與實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)視覺(jué)感知相比傳統(tǒng)溫度變送器：■從檢測(cè)“溫度點(diǎn)“，到感知“溫度場(chǎng)”■感知信息具有更高的維度和更大的信息量■為實(shí)時(shí)，精準(zhǔn)優(yōu)化制氫過(guò)程提供可能》》1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景實(shí)例：德國(guó)“數(shù)字工廠”項(xiàng)目產(chǎn)品規(guī)劃產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)劃試制量產(chǎn)使用服務(wù)數(shù)字工廠》》1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景實(shí)例：歐洲“KnowledgebasedFactory”項(xiàng)目》》1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景》》1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景報(bào)告內(nèi)容01工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景02工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵03平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)04工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式05結(jié)語(yǔ)》》2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵——摘自《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)白皮書(shū)（2017）》，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟》》2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵——摘自《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)白皮書(shū)（2017）》，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟》》2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵——大量工業(yè)用戶參與的軟件生態(tài)二、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是新工業(yè)體系的“操作系統(tǒng)”——扁平、靈活、軟件定義的組織架構(gòu)——平臺(tái)/生態(tài)成為企業(yè)壟斷地位的標(biāo)志從信息網(wǎng)絡(luò)視角看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)的延伸■按照計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、軟件定義的思路，解構(gòu)傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)■遵循靈活、開(kāi)放、生態(tài)的原則，重新組織工業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行》》2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵主要特征：①三元融合■人行為模型■工業(yè)過(guò)程模型■信息系統(tǒng)模型②時(shí)空關(guān)聯(lián)■實(shí)時(shí)反映工業(yè)過(guò)程的時(shí)空變化③平行演進(jìn)■信息空間與物理空間同步演進(jìn)④智能涌現(xiàn)■實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程的自感知、自分》》2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵主要特征：①三元融合■人行為模型■工業(yè)過(guò)程模型■信息系統(tǒng)模型②時(shí)空關(guān)聯(lián)■實(shí)時(shí)反映工業(yè)過(guò)程的時(shí)空變化③平行演進(jìn)■信息空間與物理空間同步演進(jìn)④智能涌現(xiàn)■實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程的自感知、自分》》2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵網(wǎng)絡(luò)空間體系架構(gòu)和演進(jìn)——時(shí)延敏感網(wǎng)絡(luò)新架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)行為特征數(shù)據(jù)科學(xué)問(wèn)題——多源異構(gòu)、時(shí)空關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)分析網(wǎng)絡(luò)空間安全問(wèn)題——信息與物理一體化安全》》2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵企業(yè)內(nèi)部：■制造系統(tǒng)互聯(lián)：各類制造設(shè)備互聯(lián)■管理—控制互聯(lián)：業(yè)務(wù)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)互聯(lián)跨企業(yè)間：■產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)互聯(lián)，構(gòu)成制造網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)工業(yè)系統(tǒng)的需求：互聯(lián)工業(yè)系統(tǒng)的需求：■互聯(lián)的最終目的是為智能決策提供支撐，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程的運(yùn)行優(yōu)化■亟需大量與工業(yè)過(guò)程相關(guān)機(jī)理、運(yùn)行、優(yōu)化知識(shí)的高效獲取、融合、處理與應(yīng)用》》2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵未來(lái)目標(biāo)當(dāng)前目標(biāo)自主智能互聯(lián)智能-企業(yè)內(nèi)互聯(lián)互聯(lián)智能-企業(yè)內(nèi)互聯(lián)數(shù)字化深化應(yīng)用制造信息空間主導(dǎo)技術(shù)：主導(dǎo)技術(shù)：主導(dǎo)技術(shù)：數(shù)字化互聯(lián)網(wǎng)----》2020》2025》2030》制造物理空間》》2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵1.智能發(fā)育2.1.智能發(fā)育2.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)3.視聽(tīng)觸覺(jué)1.系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)自我優(yōu)化能力2.以連接為特征的分布式計(jì)算能力3.跨媒體信息融合認(rèn)知能力現(xiàn)有工業(yè)控制系統(tǒng)特征：①智能：依靠人的編程輸入，無(wú)法演進(jìn)②通信—計(jì)算：分布式采集-集中式計(jì)算③感知：僅可感知、檢測(cè)過(guò)程量》》2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵--物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、個(gè)性化定制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、現(xiàn)有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)：僅提供信息技術(shù)支撐架構(gòu)（末梢感知+骨干神經(jīng)）報(bào)告內(nèi)容01工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景02工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵03平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)04工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式05結(jié)語(yǔ)》》3.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)——摘自《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)白皮書(shū)（2017）》，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟》》3.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)泛在化感知技術(shù)★設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程的泛在化感知：★實(shí)現(xiàn)傳感器、控制器、執(zhí)行器互聯(lián)通信的WSN技術(shù)：★工業(yè)應(yīng)用的挑戰(zhàn)：■抗干擾■高實(shí)時(shí)■低功耗★工業(yè)應(yīng)用的挑戰(zhàn)：■WirelessHART■ISA100.11a■WIA-PA■WIA-FA》》3.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)工A-PA★面向流程工業(yè)泛在感知的低速、低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?！镌?01.15.4物理層基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)跳頻，多跳高實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)、高精度同步技術(shù)，使得數(shù)據(jù)傳輸可靠性99%以上，網(wǎng)絡(luò)功耗微安級(jí)。★2011年11月，IEC/TC65投票通過(guò)，成為IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)?！贰?.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)》》3.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)》》3.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)》》3.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)★基于Internet的TCP/IP架構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠管理網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)、傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面互聯(lián)，并與Internet集成，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫信息傳輸★實(shí)現(xiàn)工廠全覆蓋，管理和控制業(yè)務(wù)混流傳輸，并提供安全可靠保障的組網(wǎng)與傳輸技術(shù)★工業(yè)應(yīng)用的挑戰(zhàn)》》3.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)IEEE802.1Time-SensitiveNetworking★基于802.11無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)管理業(yè)務(wù)與控制業(yè)務(wù)的混流傳輸，保障控制業(yè)務(wù)流的同步低時(shí)延通信；★在802.11的MAC機(jī)制進(jìn)行改進(jìn)，借鑒Profinet的全網(wǎng)調(diào)度方法，通過(guò)對(duì)傳輸任務(wù)載止期的精細(xì)化調(diào)度保障傳輸時(shí)延；★提出了802.1Qbu幀優(yōu)先級(jí)和802.1Qbv傳輸調(diào)度兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充，已經(jīng)通過(guò)項(xiàng)目授權(quán)（PAR正在技術(shù)研究階段。》》3.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)★基于遠(yuǎn)距離寬帶無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)傳感網(wǎng)與工廠骨干控制網(wǎng)的互聯(lián)，支撐現(xiàn)場(chǎng)感知數(shù)據(jù)回傳到控制中心；★設(shè)計(jì)了回程網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)接口和管理架構(gòu)，研發(fā)了多種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)共享頻譜下的共存技術(shù)；★2013年8月巴西油田RIOdeJaneiro開(kāi)展了面向油井遠(yuǎn)程測(cè)量的回程網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，70余家企業(yè)參與。3.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)TAIYUANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY★基于SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠管理業(yè)務(wù)與控制業(yè)務(wù)的混流傳輸；★針對(duì)工廠管理業(yè)務(wù)和控制業(yè)務(wù)特征，設(shè)計(jì)了基于流交換的處理核心和基于SDN的協(xié)同調(diào)度機(jī)制，形成了混流傳輸模式下的確定性傳輸保障技術(shù)體系；★已研制出工業(yè)SDN交換機(jī)原型。》》3.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)★當(dāng)前的Openflow協(xié)議的meter表是用于限流的簡(jiǎn)單協(xié)議，缺少對(duì)工業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)保障的支撐；★對(duì)Openflow協(xié)議提出修正草案，對(duì)meter表進(jìn)行擴(kuò)充，支持對(duì)每個(gè)流的優(yōu)先級(jí)、帶寬預(yù)留、截止期優(yōu)化等QoS策略；★與華為、信通院合作，在ONF基金會(huì)成立OpenflowinIndustry工作組，討論在下一版本中增加面向工業(yè)的協(xié)議修正。》》3.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)★以模塊化、服務(wù)化的模式，實(shí)現(xiàn)制造應(yīng)用的動(dòng)態(tài)自組織；★提供數(shù)據(jù)管理、建模等基礎(chǔ)服務(wù)，數(shù)據(jù)分析、仿真、優(yōu)化等核心服務(wù)，支撐制造應(yīng)用開(kāi)發(fā)；★工業(yè)應(yīng)用的挑戰(zhàn)。嵌入式設(shè)備資源受限、服務(wù)高并發(fā)性服務(wù)及時(shí)處理、動(dòng)態(tài)服務(wù)組織?！贰?.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)★基于WebService框架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)備數(shù)據(jù)與操作的封裝，提供開(kāi)放服務(wù)；★以統(tǒng)一的WebService描述，兼容了工業(yè)領(lǐng)域原有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警事件、安全約束、歷史訪問(wèn)等多種數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)、跨應(yīng)用的不同廠商設(shè)備的互操作；★OPCUA標(biāo)準(zhǔn)受到了眾多工業(yè)設(shè)備制造商支持，西門子、Matrikon、Softing等多家廠商提出了軟件解決方案，并正在研發(fā)硬件連接網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品?！贰?.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)容災(zāi)特性?面向互聯(lián)網(wǎng)的不制高效壓縮傳輸高效壓縮傳輸方法?在優(yōu)化利用有限輕量級(jí)高強(qiáng)度輕量級(jí)高強(qiáng)度加密機(jī)制?復(fù)雜的加密算法》》3.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)管理技術(shù)：實(shí)時(shí)增量工業(yè)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)支持實(shí)時(shí)增量數(shù)據(jù)的組織★高速集成接口及增量存儲(chǔ)規(guī)范；★數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)關(guān)系模型；★數(shù)據(jù)集成安全規(guī)范。工業(yè)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)★輕量級(jí)大規(guī)模數(shù)據(jù)索引技術(shù)；★基于內(nèi)存的高速實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)處理方法；★工業(yè)流數(shù)據(jù)過(guò)濾及回歸算?！贰?.平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)工業(yè)數(shù)據(jù)建模和分析技術(shù)：數(shù)字工廠建模與仿真分析面向工廠/車間規(guī)劃設(shè)計(jì)★布局優(yōu)化計(jì)算模型、工位平衡分析模型、物流路徑重構(gòu)優(yōu)化模型面向生產(chǎn)過(guò)程精益管控★產(chǎn)品模型、工藝模型、設(shè)備模型、業(yè)務(wù)模型等生產(chǎn)模型面向虛實(shí)融合與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用★虛實(shí)融合數(shù)據(jù)總線、模型驅(qū)動(dòng)引擎、虛擬傳感器建模、多模態(tài)數(shù)據(jù)集成★VR、AR等技術(shù)應(yīng)用于實(shí)操培訓(xùn)、生產(chǎn)監(jiān)控、維修指導(dǎo)、智能倉(cāng)儲(chǔ)等。報(bào)告內(nèi)容01工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景02工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵03平臺(tái)的核心關(guān)鍵技術(shù)04工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式05結(jié)語(yǔ)》》4.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)智能制造三大集成、引領(lǐng)“互聯(lián)制造”新模式》》4.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式開(kāi)展聯(lián)合研發(fā)降低研發(fā)成本■通過(guò)高端專業(yè)軟件共享，降低企業(yè)研發(fā)資金投入■通過(guò)仿真分析，縮短研制周期，降低研發(fā)成本■參與研發(fā)范圍更為廣泛，利于問(wèn)題的解決■對(duì)企業(yè)數(shù)據(jù)資產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，為產(chǎn)品改進(jìn)提供依據(jù)》》4.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式■通過(guò)設(shè)備租賃服實(shí)現(xiàn)由賣設(shè)備到賣服務(wù)的轉(zhuǎn)變■通過(guò)將備件與主機(jī)綁定的方式增加來(lái)自備件銷售的利潤(rùn)■通過(guò)提供增值運(yùn)維服務(wù)，提升產(chǎn)品的利潤(rùn)率■通過(guò)眾包眾維服務(wù)，可大幅節(jié)省裝備企業(yè)建立維修站的成本?！贰?.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式■通過(guò)富裕生產(chǎn)資源的