工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)-互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)的一種范式PPT課件.pptx

1、,工 業(yè) 互 聯(lián) 網(wǎng),1,報告內(nèi)容,01,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵,平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式,結(jié)語,02,03,04,05,2,1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景,工業(yè) 互聯(lián)網(wǎng),第一個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提案美國GE“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”, 2012年末，美國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，用過對大數(shù)據(jù) 的利用與分析，升級航空、醫(yī)療裝備等工業(yè)領(lǐng)域的智能化，降低能耗，提升效率。,3,1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提出的背景, GE要為大量的工業(yè)、航空、醫(yī)療裝備提供運維服務(wù) 借助互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)

2、據(jù)的，可以顯著提高服務(wù)質(zhì)量，實現(xiàn)增值, 【傳統(tǒng)方式】數(shù)據(jù)獲取、計算分析和決策優(yōu)化分離，圍繞歷史數(shù)據(jù)分析的結(jié)果難以實時、精準作用到設(shè)備 運行過程 【工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)】設(shè)備、人和數(shù)據(jù)互聯(lián)，三個過程實時、并行開展，數(shù)據(jù)分析同步反映設(shè)備狀態(tài)，實時控制設(shè)備動作、精確優(yōu)化運行效率,由此帶來的“1%的威力”1%提效創(chuàng)造1萬億美元市場：, 中國，未來15年燃氣發(fā)電機組能耗降低1%，節(jié)約80億美元燃料； 油氣勘探開發(fā)的資本利用率提高1%，則能省下70億美元； 鐵路網(wǎng)絡(luò)的運輸行業(yè)運營效率提高1%，又能省下20億美元燃料成本。 全球，燃氣發(fā)電廠生產(chǎn)效率提高1%，將節(jié)約價值660億美元燃油； 石油天然氣勘探開發(fā)的資本利用率

3、提高1%，每年將減少近900億美元支出； 鐵路、航空、醫(yī)療、電力、石油天然氣行業(yè)提效1%，15年內(nèi)帶來2760億美元增長,4,1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景,傳統(tǒng)制造系統(tǒng)存在的問題,感知深度不足 傳統(tǒng)儀表自動化系統(tǒng)僅感知過程變量 信息維度低、難以反映物理過程深層次動態(tài)特性,互聯(lián)廣度不足 跨領(lǐng)域信息孤島難以互聯(lián)互通 無法準確描述領(lǐng)域間復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系，決策全局性差,分析的綜合預(yù)見性不足 對工業(yè)運行數(shù)據(jù)的挖掘深度不足 導(dǎo)致決策不準確、盲目,5,1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景,提升感知深度,視覺感知相比傳統(tǒng)溫度變送器： 從檢測“溫度點“ ，到感知 “溫度場” 感知信息具有更高的維度和更大的信息量 為實時，精準優(yōu)化制

4、氫過程提供可能,通過多路攝像頭感知對溫度場建模、分析與實時調(diào)節(jié),實例：美國“智能過程制造（SPM）”計劃，制氫工廠,6,1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景,提升互聯(lián)廣度,實例：德國“數(shù)字工廠”項目,數(shù)字工廠,7,1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景,提升分析預(yù)見性,實例：歐洲“Knowledge based Factory”項目,8,1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景,制造業(yè)的需求 以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)與制造系統(tǒng)深度融合,9,1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景,互聯(lián)網(wǎng)+第三產(chǎn)業(yè)釋放巨大活力，成為重要經(jīng)濟增長極,能否把“互聯(lián)網(wǎng)+”在服務(wù)業(yè)的技術(shù)體系，直接平移到工業(yè)領(lǐng)域？,10,報告內(nèi)容,01,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體

5、系架構(gòu)與內(nèi)涵,平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式,結(jié)語,02,03,04,05,11,2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺功能架構(gòu),摘自工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書（2017），工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,12,2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺功能架構(gòu),摘自工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書（2017），工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,13,2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵,從信息網(wǎng)絡(luò)維度，對平臺的四個定位：,從信息網(wǎng)絡(luò)視角看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是計算機網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)的延伸 按照計算機、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、開放、生態(tài)的原則，重新組織工業(yè)系統(tǒng)運行,一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是傳統(tǒng)工業(yè)云平臺的迭代升級 大量

6、工業(yè)用戶參與的軟件生態(tài) 二、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是新工業(yè)體系的“操作系統(tǒng)” 扁平、靈活、軟件定義的組織架構(gòu) 三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是資源集聚共享的有效載體 各方資源匯聚，社會化協(xié)同生產(chǎn) 四、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是打造制造企業(yè)競爭新優(yōu)勢的關(guān)鍵抓手 平臺/生態(tài)成為企業(yè)壟斷地位的標志,14,2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)內(nèi)涵：“人-機-物”深度融合的智能網(wǎng)絡(luò)空間,主要特征： 三元融合 人行為模型 工業(yè)過程模型 信息系統(tǒng)模型 時空關(guān)聯(lián) 實時反映工業(yè)過程的時空變化 平行演進 信息空間與物理空間同步演進 智能涌現(xiàn) 實現(xiàn)工業(yè)過程的自感知、自分析、自優(yōu)化、自執(zhí)行,15,2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)本

7、質(zhì)內(nèi)涵：“人-機-物”深度融合的智能網(wǎng)絡(luò)空間,主要特征： 三元融合 人行為模型 工業(yè)過程模型 信息系統(tǒng)模型 時空關(guān)聯(lián) 實時反映工業(yè)過程的時空變化 平行演進 信息空間與物理空間同步演進 智能涌現(xiàn) 實現(xiàn)工業(yè)過程的自感知、自分析、自優(yōu)化、自執(zhí)行,16,2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵,背景與內(nèi)涵,網(wǎng)絡(luò)空間體系架構(gòu)和演進 時延敏感網(wǎng)絡(luò)新架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)行為特征 數(shù)據(jù)科學(xué)問題 多源異構(gòu)、時空關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)分析 網(wǎng)絡(luò)空間安全問題 信息與物理一體化安全,17,2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵,從智能制造維度，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不是一張網(wǎng)，是互聯(lián)的工業(yè)系統(tǒng),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

8、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)的最終目的是為智能決策提供支撐，進而實現(xiàn)工業(yè)過程的運行優(yōu)化 亟需大量與工業(yè)過程相關(guān)機理、運行、優(yōu)化知識的高效獲取、融合、處理與應(yīng)用,18,2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目標： 由“信息網(wǎng)絡(luò)支撐的互聯(lián)智能”向“知識驅(qū)動的自主智能”發(fā)展,-,2020,2025,2030,主導(dǎo)技術(shù)： 數(shù)字化,主導(dǎo)技術(shù)： AI,主導(dǎo)技術(shù)： 互聯(lián)網(wǎng) 物聯(lián)網(wǎng),制造信息空間,制造物理空間,數(shù)字化深化應(yīng)用 -全過程的數(shù)字化集成,當(dāng)前狀態(tài),當(dāng)前目標,互聯(lián)智能 -企業(yè)內(nèi)互聯(lián) -跨企業(yè)互聯(lián) -生命周期互聯(lián),未來目標,自主智能 -工況自感知

9、 -工藝自學(xué)習(xí) -裝備自執(zhí)行 -系統(tǒng)自組織,當(dāng)前,未來,19,2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵,“工業(yè)智腦”的構(gòu)建（MI）,現(xiàn)有工業(yè)控制系統(tǒng)特征： 智能：依靠人的編程輸入，無法演進 通信計算：分布式采集-集中式計算 感知：僅可感知、檢測過程量,“工業(yè)智能”特征 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算能力 3.跨媒體信息融合認知能力,人腦特征： 1.智能發(fā)育 2.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 3.視聽觸覺,20,2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵,發(fā)展動力技術(shù)-模式雙輪驅(qū)動 “技術(shù)”推動“模式”演進，二者共同作用，實現(xiàn)跨越式變革,現(xiàn)有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺： 僅提供信息技術(shù)支撐架構(gòu)（末梢感知+骨干神經(jīng)）,技術(shù),模

10、式,物聯(lián)網(wǎng)、 大數(shù)據(jù)、 互聯(lián)網(wǎng)、 云計算,個性化定制、 遠程監(jiān)控、 預(yù)測性維護、 云制造,21,報告內(nèi)容,01,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵,平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式,結(jié)語,02,03,04,05,22,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺關(guān)鍵技術(shù)體系,摘自工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書（2017），工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,23,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),泛在化感知技術(shù),設(shè)備、生產(chǎn)過程的泛在化感知： 實現(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 高實時 低功耗 工業(yè)應(yīng)用的挑戰(zhàn)： WirelessHART ISA100.11a WIA-PA WI

11、A-FA,24,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),泛在化感知的新技術(shù)方向 WIA-PA,面向流程工業(yè)泛在感知的低速、低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 在801.15.4物理層基礎(chǔ)上，實現(xiàn)自適應(yīng)跳頻，多跳高實時傳輸技術(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。 2011年11月，IEC/TC65投票通過，成為IEC國際標準。,25,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),26,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),27,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),泛在化感知的新技術(shù)方向,28,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),全互聯(lián)制造網(wǎng)絡(luò),基于Internet的TCP/IP架構(gòu)實現(xiàn)對工廠管理網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)、傳感網(wǎng)絡(luò)進行全面互聯(lián)，并與Interne

12、t集成，實現(xiàn)無縫信息傳輸 實現(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) 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、高安全、管理流控制流混合 傳輸、控制業(yè)務(wù)毫秒級時延,29,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),全互聯(lián)制造網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)方向,IEEE 802.1 Time-Sensitive Networking 基于802.11無線網(wǎng)絡(luò)實現(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)流的同步低時延通信； 在802.11的MAC機制進行改進，借鑒Profinet的全網(wǎng)調(diào)度方法，通過對傳輸任務(wù)載止期的精細化調(diào)度保障傳輸時延； 提出了802.1Qbu幀優(yōu)先級和802.1Qbv傳輸調(diào)度兩個標準補充，已經(jīng)

13、通過項目授權(quán)（PAR），正在技術(shù)研究階段。,30,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),全互聯(lián)制造網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)方向 ISA100.15 Wireless Backhaul Network,基于遠距離寬帶無線技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場傳感網(wǎng)與工廠骨干控制網(wǎng)的互聯(lián)，支撐現(xiàn)場感知數(shù)據(jù)回傳到控制中心； 設(shè)計了回程網(wǎng)絡(luò)的標準接口和管理架構(gòu)，研發(fā)了多種無線網(wǎng)絡(luò)共享頻譜下的共存技術(shù)； 2013年8月巴西油田RIO de Janeiro開展了面向油井遠程測量的回程網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場驗證，70余家企業(yè)參與。,31,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),全互聯(lián)制造網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)方向 工業(yè)軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù),基于SDN技術(shù)實現(xiàn)工廠管理業(yè)務(wù)與控制業(yè)務(wù)的混流傳輸； 針

14、對工廠管理業(yè)務(wù)和控制業(yè)務(wù)特征，設(shè)計了基于流交換的處理核心和基于SDN的協(xié)同調(diào)度機制，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交換機原型。,32,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),提出了SDN協(xié)議擴充 提出了Openflow的工業(yè)SDN協(xié)議擴充,當(dāng)前的Openflow協(xié)議的meter表是用于限流的簡單協(xié)議，缺少對工業(yè)級實時保障的支撐； 對Openflow協(xié)議提出修正草案，對meter表進行擴充，支持對每個流的優(yōu)先級、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基金會成立Openflow in Industry 工作組，討論在下一版本中增加面向工業(yè)的協(xié)議修正。,

15、33,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),智能制造云服務(wù),以模塊化、服務(wù)化的模式，實現(xiàn)制造應(yīng)用的動態(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)及時處理、動態(tài)服務(wù)組織。,34,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),智能制造云服務(wù)的新技術(shù)方向,基于Web Service框架實現(xiàn)自動化設(shè)備數(shù)據(jù)與操作的封裝，提供開放服務(wù)； 以統(tǒng)一的Web Service 描述，兼容了工業(yè)領(lǐng)域原有的數(shù)據(jù)存儲、報警事件、安全約束、歷史訪問等多種數(shù)據(jù)交換標準，實現(xiàn)了跨平臺、跨應(yīng)用的不同廠商設(shè)備的互操作； OPC UA標準受到了眾多工業(yè)設(shè)備制造商支

16、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。,基于OPC-UA的制造資源服務(wù)化接入,35,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),智能制造云服務(wù)的新技術(shù)方向,平臺使能技術(shù)：具有容災(zāi)特性的服務(wù)總線,在優(yōu)化利用有限網(wǎng)絡(luò)帶寬的同時充分考慮移動設(shè)備能量受限的特點，研究高效節(jié)能的數(shù)據(jù)壓縮傳輸算法。,復(fù)雜的加密算法會造成移動終端能耗加大，研究支持低能耗、高加密強度的算法是要解決的難題之一。,36,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),智能制造云服務(wù)的新技術(shù)方向,支持實時增量數(shù)據(jù)的組織 高速集成接口及增量存儲規(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。,數(shù)據(jù)管理技術(shù)：實時增

17、量工業(yè)大數(shù)據(jù)處理技術(shù),工業(yè)大數(shù)據(jù)處理技術(shù) 輕量級大規(guī)模數(shù)據(jù)索引技術(shù)； 基于內(nèi)存的高速實時流數(shù)據(jù)處理方法； 工業(yè)流數(shù)據(jù)過濾及回歸算。,37,3.平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),智能制造云服務(wù)的新技術(shù)方向,面向工廠/車間規(guī)劃設(shè)計 布局優(yōu)化計算模型、工位平衡分析模型、物流路徑重構(gòu)優(yōu)化模型,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,面向生產(chǎn)過程精益管控 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,面向虛實融合與數(shù)據(jù)驅(qū)動應(yīng)用 虛實融合數(shù)據(jù)總線、模型驅(qū)動引擎、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)用于實操培訓(xùn)、生產(chǎn)監(jiān)控、維修指導(dǎo)、智能倉儲等。,38,報告內(nèi)容,01,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景,工業(yè)互

18、聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與內(nèi)涵,平臺的核心關(guān)鍵技術(shù),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式,結(jié)語,02,03,04,05,39,4.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式,以互聯(lián)制造為特征的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推動智能制造三大集成、引領(lǐng)“互聯(lián)制造”新模式,40,4.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式,模式一：互聯(lián)設(shè)計,開展聯(lián)合研發(fā)降低研發(fā)成本 通過高端專業(yè)軟件共享，降低企業(yè)研發(fā)資金投入 通過仿真分析，縮短研制周期，降低研發(fā)成本 參與研發(fā)范圍更為廣泛，利于問題的解決 對企業(yè)數(shù)據(jù)資產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，為產(chǎn)品改進提供依據(jù),41,4.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范式,模式二：互聯(lián)產(chǎn)品,通過設(shè)備租賃服實現(xiàn)由賣設(shè)備到賣服務(wù)的轉(zhuǎn)變 通過將備件與主機綁定的方式增加來自備件銷售的利潤 通過提供增值運維服務(wù)，提