1、工業互聯網發展狀況及關鍵問題當前以智能制造為代表的新一輪產業變革正迅猛發展，其核心是以數據為驅動，通過對制造體系各層級、制造產業各環節以及產品全生命周期海量工業數據的感知、集成與分析，形成智能化決策，帶動制造業質量效益等方面實現顯著提升。工業互聯網作為實現海量工業數據感知、傳輸、集成與分析的載體，是實現制造業智能化發展的關鍵基礎。當前全球主要工業化國家均積極圍繞工業互聯網開展戰略布局和實踐探索，以此確保其在未來全球制造業中的競爭優勢。一、工業互聯網的作用和意義工業互聯網的內涵與作用工業互聯網是互聯網和新一代信息技術與工業系統全方位深度融合所形成的產業和應用生態，是工業智能化發展的關鍵綜合信息基

2、礎設施。工業互聯網是網絡，實現機器、物品、控制系統、信息系統、人之間的泛在連接； 工業互聯網是平臺，通過工業云和工業大數據實現海量工業數據的集成、處理與分析；工業互聯網是新模式新業態，實現智能化生產、網絡化協同、個性化定制和服務化延伸。其中，智能化生產實現從單個機器到產線、車間乃至整個工廠的智能決策和動態優化，顯著提升企業資產利用效率和運營管理效率，提高產品質量、降低生產成本。網絡化協同形成眾包眾創、協同設計、協同制造、垂直電商等一系列新模式，大幅降低新產品開發制造成本、縮短產品上市周期。個性化定制基于互聯網獲取用戶個性化需求，通過靈活組織設計、制造資源和生產流程，實現低成本大規模定制。服務化

3、延伸通過對產品運行的實時監測，提供遠程維護、故障預測、性能優化等一系列服務，并反饋優化產品設計， 實現制造企業服務化轉型。工業互聯網驅動的制造業變革將一個長期過程，構建新的工業生產模式、資源組織方式也并非一蹴而就，將由局部到整體、由淺入深，最終實現信息通信技術在工業全領域、全產業鏈、全價值鏈的深度融合與集成應用。發展工業互聯網的重大意義第一，工業互聯網是發展智能制造，并進而推進制造業轉型升級的關鍵基礎。通過新一代信息通信技術與制造業融合，推動制造業向高端和智能發展，已成為當前全球主要工業強國的共識。德國工業 4.0 和美國先進制造戰略均將以工業互聯網驅動的智能制造作為其重要發展方向，通過先進嵌

4、入式系統、新型工業網絡、工業大數據平臺和數據科學，提升現有制造系統的數據采集、傳輸、計算處理與分析能力，實現制造業智能化發展。對我國而言， 發展工業互聯網是實現中國制造轉型升級、提質增效和高端發展的關鍵舉措。中國制造 2025 也明確提出，兩化深度融合是主線，智能制造是主攻方向，要加強工業互聯網基礎設施建設規劃與布局。第二，工業互聯網是發揮互聯網創新優勢，重塑制造業生產模式與商業模式的核心驅動。當前以工業互聯網為載體，互聯網在優化資源配置與消除信息不對稱方面的作用正由信息技術領域向制造業延伸，帶動制造業創新模式變革、加速創新迭代進程。利用工業互聯網，工業企業可以實現全球智力資源、制造能力的在線

5、實時匯聚，促進從封閉式創新轉向開放式創新，從單打獨斗轉向眾智眾力，充分釋放工業創新潛力；互聯網企業可發揮平臺優勢， 集聚專業化設計、供應、制造、銷售等企業和人員，培育發展生產性新模式新業態，積極提供產業互聯網服務。第三，工業互聯網是把握技術變革機遇，加快構建網絡強國的重要抓手。工業互聯網將網絡互聯和信息互通從“人與人”向“人與物”乃至“物與物” 延伸，是消費互聯網向產業互聯網演進的新階段，推動“網絡空間”由數字世界向物理世界擴展，激發新一輪網絡技術創新浪潮。當前全球工業互聯網整體處于發展初期，關鍵技術、支撐產業、基礎設施等尚未成熟，美國、德國等發達國家雖起步較早，但與我國相比尚未形成主導性優勢

6、。積極把握工業互聯網發展機遇，將我國工業轉型升級的巨大需求，轉化成網絡技術產業創新發展的新動能和新空間，對于引領做強技術、基礎、內容和人才，提升國際話語權具有重大意義。二、國外工業互聯網發展布局策略當前全球主要工業化國家都將發展工業互聯網作為其構建新形勢下制造業競爭優勢的關鍵舉措，并開展一系列戰略布局與實踐探索。德國德國明確提出將信息物理系統作為工業 4.0 戰略的核心，其內涵功能與工業互聯網基本一致。信息物理系統（CPS2）最早由美國科學院于 2005 年提出，其核心是通過信息系統與物理實體的交互，實現對物理世界的感知、互聯、優化與控制，內涵與工業互聯網基本一致。可以認為，工業互聯網等同于工

7、業領域的信息物理系統。德國政府在 2010 年發布的德國 2020 高技術戰略中明確將信息物理2 信息物理系統，Cyber-Physical Systems系統作為發展重點。在 2012 年發布的信息物理系統議程中，將能源（智能電網）、移動（車聯網）、健康（遠程醫療）以及制造業作為信息物理系統的四大應用領域。在此背景下，德國政府于 2013 年正式發布了工業 4.0 戰略，明確提出以信息物理系統為核心推動智能生產和智能工廠，實現工業的智能化轉型。在 2014 年數字議程 20142017中，德國政府再次強調信息物理系統在工業 4.0 中的基礎性地位。德國圍繞信息物理系統內涵及應用領域開展大量研

8、究。在德國工業 4.0平臺于 2015 年發布的實施戰略中，首次提出了工業 4.0 的參考模型，其核心功能就是通過打造信息物理系統推動制造體系實現縱向、橫向和端到端三大集成。目前德國教育與研究部已經發布了 7 個支持工業 4.0 的研究領域，其中“工業生產中可靠的無線通信”、“5G 工業互聯網”等與信息物理系統密切相關。此外，德國經濟與能源部投資 5 千萬歐元用于支持“Its OWL”項目，如“CoCoS 即插即用-制造中的網絡”、“APPsist 智能生產中的移動支持系統和互聯網服務”等均涉及信息物理系統關鍵技術領域。德國產業界也積極圍繞信息物理系統開展應用試點。在德國正式推出“工業 4.0

9、 平臺地圖”中，共開展了 208 個項目，就信息物理系統在制造業的應用進行研發和測試工作，如慕尼黑工業大學進行的“信息物理系統下的智能軟件”、蒂森克虜伯進行的“凸輪軸生產信息物理系統”等。美國美國先進制造戰略將工業互聯網作為重要創新方向。金融危機后美國提出“再工業化”戰略，并于 2011 年、2012 年和 2014 年連續發布先進制造戰略報告。在 2014 年發布的加速美國先進制造戰略報告中，美國確定了三大技術創新方向，分別是先進傳感器、控制和制造平臺技術（ASCPM），可視化、信息化和數字化的制造技術（VIDM），先進材料制造（AMM），其中前兩大方向的目的是通過提升現有制造系統的數據采集

10、、傳輸、集成、分析和決策能力，實現智能制造，其內涵與本質與工業互聯網基本一致。美國政府研究機構圍繞工業互聯網關鍵問題開展系統研究。美國國家標準和技術研究院（NIST）對信息物理系統的概念、功能、技術和主要應用領域進行了系統研究，在其發布的信息物理系統愿景申明中提出，信息物理系統通過先進計算、分析、低成本傳感和可接入互聯網的泛在網絡，可促進全球工業系統的融合集聚和智能化發展，這即是“工業互聯網”。2015 年美國國家標準與技術研究院（NIST）進一步提出信息物理系統的功能架構、層級邏輯及共性能力，推動其從概念逐步走向應用實踐。美國產業界積極推動工業互聯網的應用實踐。通用電氣（GE）于 2012年

11、提出工業互聯網的發展理念和應用布局后，得到美國產業界的廣泛支持。2014 年 3 月，通用電氣、AT&T、思科、IBM 和 Intel 五家企業共同發起成立了工業互聯網聯盟（IIC）3，旨在構建涵蓋工業、信息通信技術和其他相關方的產業生態，打破技術孤島，促進工業互聯網發展和應用。目前工業互聯網聯盟已經聚集了來自 27 個國家和地區的超過 220 名成員，設立法律、市場、安全、技術、測試床、商業戰略和生命周期組等多個工作組，并正在加快建立德國、中國、日本、印度四個國家分部。當前工業互聯網聯盟正以參考架構設計為引領，推動工業互聯網從技術理念向應用實施全面轉變。一是開展參考架構的研究。繼 2015

12、年 6 月發布 1.0 版本參考架構之后，聯盟技術工作組正開展 2.0 版本參考架構的設計，并以此為引領系統謀劃工業互聯網的技術發展方向，預計相關成果 2016 年 3 月在聯盟內部投票通過后，將正式對外發布。二是加強與德國工業 4.0 平臺的合作。在博世、SAP、ABB、Steinbeis 等德國企業和研究機構與工業互聯網聯盟溝通對接后，目前聯盟已經在德國設立分部，由聯盟會員史太白技術轉移有限公司牽頭，聯合德國工業 4.0 平臺主要企業共同組成，將專注于工業互聯網應用試點、試驗驗證平臺構建、本土化營銷等工作，并與德國和歐洲標準化組織建立聯絡。三是高度重視測試床項目推進工作。借助工業互聯網聯盟

13、強大的市場宣傳能力，測3 工業互聯網聯盟，Industrial Internet Consortium試床成為相關成員推廣工業互聯網理念、產品和解決方案的重要途徑。四是加速推動技術成果宣傳、轉移及產業化。借助專門的市場工作組，聯盟通過不斷擴大會員規模、強化對垂直應用領域的跟蹤和研究、推動建設國家分部等形式提升其國際影響力，并快速聚集專家、研究成果、試驗環境等資源。中國“中國制造 2025”與“互聯網+”行動計劃均把工業互聯網作為實現智能制造的關鍵支撐。中國制造 2025 戰略明確提出將新一代信息技術與制造業深度融合作為其發展主線，以推進智能制造為主攻方向。而促進工業互聯網、云計算、大數據在企業

14、研發設計、生產制造、經營管理、銷售服務等全流程和全產業鏈的綜合集成應用，是實現智能制造的關鍵。“互聯網+”行動計劃則提出，加快推動云計算、物聯網、智能工業機器人、增材制造等技術在生產過程中的應用，推進生產裝備智能化升級、工藝流程改造和基礎數據共享，支撐制造業智能化轉型，構建開放、共享、協作的智能制造產業生態。積極開展工業互聯網整體架構研究與標準化工作。工業和信息化部貫徹落實國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見的行動計劃明確提出要推進工業互聯網發展部署，研究制定工業互聯網整體架構方案與關鍵技術路徑，并支持企業開展工業互聯網創新應用示范。智能制造綜合標準化體系建設指南中也提出，將開展工業互

15、聯網標準的研究制定，提出滿足智能制造需求，體現工業互聯、業務互聯、產業互聯的工業網絡體系架構以及關鍵技術標準。其他國家除美德兩國外，其他主要工業化國家也都紛紛圍繞工業互聯網開展戰略布局。新工業法國將物聯網和虛擬工廠等工業互聯網技術視為未來工業的基礎。為重塑法國競爭優勢，2013 年法國發布“新工業法國”戰略，2015年 5 月，法國做出重大調整，發布了新的“新工業法國”戰略，即新工業法國，該戰略以“一大工程”為核心抓手，以“五大支柱”為關鍵支撐， 以“九大領域”為突破重點，推動所有法國企業利用數字技術打造新型生產能力、實現商業模式轉型。戰略重點指出，以虛擬工廠和物聯網為代表的工業互聯網前沿技術

16、是未來工業的基礎，未來將通過強化技術研發、幫助中小企業發展、加強勞動力培訓、擴大宣傳推廣力度和加強國際合作等方式，全面部署和推動工業互聯網發展。英國強調物聯網技術在先進制造業發展中的關鍵作用。英國政府自 2008年起持續推進“高價值制造”戰略，2013 年發布制造的未來：英國的機遇和挑戰新時代，被譽為“英國工業 2050 戰略”。相關戰略強調了以物聯網為代表的新一代信息通信技術將持續對制造業產生深遠和重大的影響，強調政府在制定政策過程中，應高度重視創新升級，鼓勵高附加值設計與發明創造，搶占高端制造業制高點。為此，英國政府采取一系列措施，包括增加研發經費、促進國際交流、提供先進設備、加強人員培訓

17、等方式，強化本國先進技術的研發能力，并通過有效組織、靈活運用包括政府、企業、社會組織在內的跨機構協調機制，推動科技成果轉化，最大限度地刺激經濟增長、創造社會財富。韓國加快推動信息技術和制造業融合。韓國 2014 年 6 月正式推出了被譽為韓國版“工業 4.0”的制造業創新 3.0 戰略。2015 年 3 月，韓國政府又公布了經過進一步補充和完善后的制造業創新 3.0 戰略實施方案。韓國“制造業創新 3.0”在整體上參考了德國“工業 4.0”戰略的基本理念，戰略以促進制造業與信息技術（ICT）相融合，從而創造出新產業，提升韓國制造業的競爭力為目標。韓國政府還計劃在 2020 年之前打造 1000

18、0 個智能生產工廠，將韓國 20 人以上工廠總量中的 1/3 都改造為智能工廠。三、工業互聯網發展的關鍵問題體系架構設計是關鍵抓手工業互聯網體系架構是對工業互聯網的頂層設計，是對重大需求、核心功能、關鍵要素的明晰和界定，是對工業互聯網自上而下進行的前瞻性、系統性、戰略性謀劃，決定著工業互聯網全球治理格局、技術路徑選擇和產業布局方向。當前，發達國家均以構建體系架構作為推動工業互聯網發展的關鍵抓手。德國工業 4.0 平臺4于 2015 年 4 月發布了工業 4.0 實施戰略，其中一項重要內容是提出“工業 4.0 參考架構”（Reference Architecture Model Industry

19、 4.0, RAMI4.0），對工業 4.0 內涵與體系進行了直觀和具體的描述。工業 4.0 的總體視圖包含三個維度，分別是功能維度、價值鏈維度和工業系統維度（見圖 6-1）。其構建思路是，從工業角度出發，結合已有工業標準，將以“信息物理生產系統”為核心的智能化功能映射到產品全生命周期價值鏈和全層級工業系統，突出以數據為驅動的工業智能化圖景。4 由德國經濟部長加布里爾、教育和科研部長萬卡以及企業界、工會及科技界代表組成，是德國工業4.0 戰略的主要推動組織圖 6-1 工業 4.0 參考架構功能視角是工業 4.0 參考架構的關鍵，也是對信息物理生產系統（CPPS） 重要作用的詮釋。功能視角包括資

20、產層、集成層、通信層、信息層、功能層、商業層六個層級。其中，資產層的功能是代表各類物理實體，包括機器、設備、零部件及人等；集成層的功能是對物理實體進行數字轉換、信息呈現和計算機輔助控制；通信層的功能是對數據格式、通信方式的標準化，主要依托各類通信協議，實現工業數據由下至上的實時無縫傳輸；信息層的功能是對工業數據的處理與分析，具體包括異構數據的整合、結構化、建模等，是整個工業系統智能化的核心驅動；功能層是對企業運營管理（如 MES、ERP 等）的優化，其核心是構建各項活動的橫向集成化平臺，為信息層數據分析處理搭建運行環境，將優化決策應用到企業運營管理中；商業層是對企業上下游業務活動的整合，以及對

21、企業內制訂商業計劃等。工業 4.0 參考架構的一項重要功能是指導智能制造的標準化工作。目前工業 4.0 參考架構已覆蓋有關工業網絡通信、信息數據、價值鏈、企業分層等領域的標準。對現有標準的采用將有助于提升參考架構的通用性，從而指導企業實踐。美國工業互聯網聯盟 2015 年 6 月發布了工業互聯網參考架構5，成為企業開發部署工業互聯網解決方案的指導框架（見圖 6-2）。工業互聯網參考架構包括商業視角、使用視角、功能視角和實現視角四個層級。其構建思路是， 從工業互聯網系統要實現的商業目標出發，明確工業互聯網系統運行和操作的主要任務，進而確定工業互聯網的核心功能、關鍵系統模塊及相互關系。圖 6-2

22、美國工業互聯網參考架構其中，功能視角是整個參考架構的核心，確定了工業互聯網系統所需具備的關鍵功能及其相互關系，具體包括五個功能域，分別是控制、運營、信息、應用和商業。其中，控制域是實現信息世界與物理世界交互的關鍵，其核心是通過傳感器、執行器等裝置實現對包括生產系統在內的各類物理世界信息的采集和反饋控制，實現機器控制和運營管理的優化，是實現信息系統與物理系統交互的“中介”。運營域是機器設備部署、監測及管理的單元，其核心是對機器設備等生產單元進行全生命周期的管理和優化，提升生產單元運轉效率，降低故障幾率。信息域是工業數據匯集處理、計算分析的載體， 其核心是對機器運轉數據、運營管理和商業活動數據進行

23、綜合集成分析，最5 工業互聯網參考架構，Industrial Internet Reference Architecture, IIRA終形成控制域、運營域和商業域的優化結果，是工業互聯網系統的“決策中樞”。應用域是反饋決策及對外連接的接口，其核心是將信息域分析結果反饋給其他模塊，實現基于工業數據分析的智能應用。商業域是企業各項管理活動的集成，其核心是基于信息域分析結果，促進企業資源組織、供應鏈管理、市場運營等業務的優化。德美提出的參考架構均強調數據在智能化過程中的核心作用，即通過數據感知、傳輸、集成、處理、分析、決策與反饋，形成設備和運營優化閉環， 而支撐這一閉環實現的關鍵是網絡、數據和安全

24、。最近美國工業互聯網聯盟和德國工業 4.0 平臺雙方還啟動了各自參考架構的對接協調工作，有可能形成合作協同態勢以共同主導全球工業互聯網體系架構乃至整個智能制造的發展方向。當前我國也積極布局工業互聯網體系架構設計，工信部貫徹落實國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見的行動計劃中提出要研究制定工業互聯網整體架構方案，國內研究機構和企業正積極開展相關研究，并以體系架構為引領，推動技術研發、標準化、應用部署和工業互聯網生態建設，力爭在全球工業互聯網體系的構建中掌握主動權。網絡是基礎網絡是工業生產要素間相互連接、傳輸交換數據的載體，是工業互聯網的基礎。工業互聯網的網絡包括互聯體系、應用支撐、標識解

25、析三個部分。其中：互聯體系重點實現各類工業設備、物料、信息系統以及人之間的連接。當前工業互聯網的互聯體系存在工廠內部網絡與工廠外部網絡兩部分。工廠內部網絡呈現“兩層三級”架構，不僅技術標準林立，相互之間難以兼容， 且各層級的網絡配置和管理策略相互獨立，難以有效支撐海量工業數據流通。工廠外部網絡主要采用公眾互聯網，實現工廠之間、工廠與互聯網應用之間的連接。未來，工廠內部網絡與工廠外部網絡在技術體系上將逐步走向融合。工廠內部網絡將廣泛采用以太網技術和 IP 技術，并實現扁平化，各類無線技術也將在工廠內部網絡中發揮更大的作用。工廠外部網絡將趨于滿足工業互聯網業務低時延、高帶寬、高可靠等要求，同時實現

26、生產過程與互聯網新業務之間的有效融合。應用支撐主要解決底層系統數據與 IT 系統和互聯網應用的融合問題， 屏蔽生產系統產生數據的多元性和差異性，轉換為 IT 系統可以直接讀取、利用的結構化數據。目前業界已經出現了一些數據集成協議和消息中間件產品。工廠內的數據集成以 OPC/OPC-UA 協議為主，工業設備、產品到云平臺之間則有 AMQP、MQTT、XMPP、OPC-UA、SOAP、DDS 等多種協議。未來應用支撐技術與協議逐步走向開放與標準化，企業內部以 OPC-UA 為代表的數據集成協議將得到更加廣泛的應用，成為連接生產設備和 IT 系統的“數據總線”；工業設備、產品到云平臺之間的數據集成協

27、議則會形成以開放標準為主的協議集。工業互聯網的標識是識別和管理物品、信息、機器的關鍵資源，解析系統是在整個網絡范圍內實現互識別與互聯互通的關鍵基礎設施。目前國內外存在多種標識解析方案，并形成改良和變革兩大發展路徑。改良路徑仍基于互聯網 DNS 系統，在現有互聯網 DNS 解析系統并進行適當改進來實現標識解析，如美國 GS1/EPC global 組織針對 EPC 編碼提出的 ONS 解析系統，國際電聯 ITU 針對 OID 編碼提出的 ORS 解析系統等。變革路徑采用全新的標識解析體系，目前主要是數字對象名稱管理機構（DONA 基金會）提出的handle 方案，未來還可能出現新的技術方案。我國

28、企業在工業互聯網網絡方面已經取得一定進展，但在產業生態建設上仍遠遠落后于國際領先企業。國內許多企業已經進入工業網絡的國際標準化組織或產業組織，如 PI（PROFIBUS & PROFINET International）組織中中國成員已經達到 120 多家，但實際上這些企業在其中主要是進行標準的跟蹤，對標準和產業的主導能力十分有限。而浙大中控聯合國內企業、科研機構開發的 EPA（Ethernet for Plant Automation）工業以太網技術已經成為 IEC 標準，由沈陽自動化所開發的WIA-FA 工業無線技術也已經成為國際標準，但這些標準在產業界的影響力、市場占有率還非常有限。數據

29、是核心數據是工業互聯網中流淌的血液，是驅動制造業智能化發展的關鍵。通過對工業互聯網中的數據進行分析挖掘，能夠在智能化生產、協同化組織、個性化定制和服務化制造等各個場景中發揮巨大的催化作用。當前美國工業互聯網和德國工業 4.0 的架構都將數據放在核心位置，推進相關的技術研發、標準化和示范應用。中國是制造業大國，也是消費大國，擁有最為豐富的工業數據資源。深挖數據在工業互聯網中的潛力，培育數據驅動的新型工業體系，對建設制造強國和網絡強國戰略都具有十分重要的意義。然而目前我國工業生產各環節數據采集不充分，信息孤島嚴重，缺乏統一數據標準造成多源數據難以集成應用；工業數據的采集管理和建模技術還停留在初級水

30、平， 對海量、實時、異構工業數據的挖掘能力不足；大數據分析在工業各環節的尚未普及，還沒有形成能夠持續迭代的數據閉環。未來工業大數據應用的核心任務是構建覆蓋工業全流程、全環節和產品全生命周期的數據鏈，并在此基礎上形成基于數據分析的系統級工業智能。工業數據的應用發展，重點包括四個方面內容：一是以標準為抓手，加強工業數據采集與交換，打破數據孤島，實現數據跨層次、跨環節、跨系統的大整合；二是推進工業全鏈條的數字化建模，將各領域各環節的經驗、工藝參數和模型數字化，形成全生產流程、全生命周期的數字鏡像，并構造從經驗到模型的機器學習系統，以實現從數據到模型的自動建模；三是深化工業大數據分析，從報表、告警等簡

31、單的呈現事實型應用，逐步向更加復雜和智能的預測型分析轉變；四是促進數據分析向工業系統各環節廣泛滲透，形成貫穿數據采集、智能控制到智能決策的完整閉環，構造自我迭代和持續改進的智能化工業系統。安全是保障安全是工業互聯網創新發展的根本保障。隨著兩化深度融合的不斷推進，工業研發、生產、管理等各個環節與互聯網的聯結日益緊密，工廠封閉環境逐漸打破，病毒、木馬等互聯網安全威脅向工業領域擴散，工業互聯網安全問題日益凸顯。工業互聯網廣泛應用于工業、能源、交通以及市政等關系國計民生的重要行業和領域，已經成為國家關鍵基礎設施的重要組成部分，一旦受到網絡攻擊，將可能導致工業生產運行癱瘓，造成巨大經濟損失， 并可能帶來

32、環境災難和人員傷亡，危及公眾生活和國家安全。當前，我國對工業安全重視程度顯著提高，管理工作職責日趨明確，但現有主要依賴于隔離的工業安全防護措施難以有效應對工業互聯網發展帶來的新安全風險。為加強工業互聯網安全管理，保障工業網絡基礎設施、控制體系、業務應用等的可靠穩定運行，保護工業數據和個人隱私安全，業界從設備、網絡、控制、應用和數據積極開展安全研究，構建工業互聯網安全保障體系。未來工業互聯網安全呈現以下五大發展趨勢：一是生產裝備由機械化向高度智能化轉變，內嵌安全機制將成為未來設備安全保障的突破點，通過安全芯片、安全固件、可信計算等技術，提供內嵌的安全能力，防止設備被非授權控制；二是針對工廠內靈活

33、組網的安全防護需求，實現安全策略和安全域的動態調整；三是工廠控制環境由封閉到開放，未來工廠控制安全需綜合考慮功能安全和信息安全的需求，形成綜合安全保障能力；四是業務應用呈現多樣化，未來需要針對不同業務的安全需求提供靈活的安全服務能力；五是數據開放、流動、共享，數據的審計和流動追溯以及分類分級保護將成為數據安全的研究重點。四、工業互聯網主要應用場景和案例工廠內智能化生產虛擬化產品研發設計。企業傳統設計方式是采用專業設計軟件如 CAD等進行產品的離線設計，這種方式無法真正體現實際產品的應用效果。因此企業正逐步將虛擬現實引入到產品研發設計中。其代表是福特公司的虛擬現實汽車設計。福特使用虛擬現實技術去

34、檢查汽車的整個外觀和內飾設計，并查看特定細節，例如中控臺和內飾板。這一虛擬現實技術連接至福特的 CAD 系統。通過虛擬現實技術，開發人員可以觀察許多細節，例如燈光的位置、尺寸和亮度，以及其他設計元素的位置和形狀。僅僅去年，福特就使用這一技術檢查了 193 款虛擬汽車原型中的超過 13.5 萬個細節。個性化生產線。大規模個性化定制正成為基于工業互聯網實現的重要應用。其代表為海爾洗衣機個性化生產線。海爾工廠通過模塊化、互聯信息等實現個性化生產線。以模塊化為例，海爾鄭州空調互聯工廠將供應商變身模塊商，通過模塊化設計、制造等，使定制訂單相應速度加快。目前海爾鄭州工廠已擁有 200 多種用戶柔性定制方案

35、，可以滿足用戶多樣化的個性化定制需求。智能運維。傳統生產運維是通過人工定期檢查的方式進行，其無法獲取生產設備等實時狀況，只能進行事故后維修。在工業 4.0 時代，將實現智能化、預測式維修，降低因為維修不及時造成的生產停工等風險，提升生產效率。其代表為九江石化三維數字化工廠。九江石化通過三維人機界面和設備、安全、環保、質量等泛在感知數據，建立三維數字化工廠。九江石化通過在161 個主要設備 751 個工藝位號設置數據采集裝置，實時進行數據采集和閾值展示，并通過逆向建模等方式實現了 20 條工藝流程模擬展示，并通過 32 個監控攝像頭實現與現場情況進行互動。通過數字化工廠，九江石化可以及時了解生產

36、線設備的狀態信息，實現智能化巡檢和運維。工廠智能運營管理在傳統的企業運營過程中，由于生產要素分布廣、信息流通不暢、不確定因素比重大等問題，致使企業資源不能被充分利用，調度效率低下。通過互聯網和通信網絡可有效實現企業信息的互通和共享，提高企業運營和生產效率。其典型應用主要是運營環節一體化和企業調度能力優化。運行環節一體化是通過運營環節網絡設施一體化確保多方要素之間信息暢通，從而實現企業運行環節優化。美國德克薩斯州的啤酒派送公司 Del Papa 采用思科公司為其量身定制的網絡設施解決方案，將視頻監控、貨品管理、實時通信等系統進行了一體化的集成，通過虛擬服務器的形式進行統一管理。項目實施之后使 D

37、el Papa 公司每小時的派送能力提升了 6.4%，而網絡信息系統的能耗卻比原來降低了 9%。企業調度能力優化主要通過部署網絡信息系統實現相關信息的收集，從而完成調度的優化。諾福克南方鐵路公司通過 GE 的鐵路優化調度系統，實現鐵路物流管理系統、鐵路交通調度系統的整合，綜合了列車時刻表、列車當前位置與列車之間的相對速度等相關因素，然后通過云端對這些數據進行實時仿真，得出當前情況下最優化的調度方案。項目實施之后，該范圍內的鐵路運載速度提升了 10%20%。產品服務化工業 4.0 時代企業將由銷售產品向銷售服務方向轉型，消費者也不單單是產品的購買者和使用者，同時還是產品研發及生產的參與者和貢獻者

38、。產品銷售到用戶手中，企業將通過收集用戶體驗信息和產品的相關信息，優化產品的設計和服務，同時還可擴展企業新的商業模式，如后期產品的增值服務等。典型場景如 GE 的發動機遠程維護。GE 從 2000 年開始就為民航客戶提供遠程診斷的解決方案。當客機在萬米上高空飛行時，發動機的排氣溫度等實時運行數據講話被傳感器記錄，并將關鍵數據通過衛星傳回地面，GE 的工程師據此判斷其運行狀態是否正常， 并及時提醒航空公司對可能出現的故障進行診斷和維修，這將大大提升預測的準確度并降低維修成本。目前在國內，GE 已經和東航合作，對其旗下空客 A320 和波音 737 飛機所裝配的 500 多臺在役的 CFM56 發

39、動機開展遠程診斷服務。企業間網絡協同制造網絡化協同制造是指制造企業通過互聯網實現產業鏈各個環節緊密協同，實現生產、質量控制和運營管理系統的全面互聯，促進創新資源、生產能力、市場需求的集聚與對接，提高產業鏈資源整合能力。沈陽機床廠由傳統的機床銷售向“機床銷售+服務+平臺”方式方向轉變。以 i5 系統為基礎打造出 i 平臺，將設計、制造、服務、供應鏈、用戶集成到云平臺上，為中小企業解決銷售訂單問題，幫助中小企業的技術提升，為大型企業提供采購需求、個性化定制，還可以滿足專業人士、3D 打印的產品需求。i 平臺實現企業間的研發協同、采購協同、生產協同、營銷協同、服務協同等，打通整個產業鏈，優化產業價值

40、鏈。五、產業界加快工業互聯網布局和實踐對工業互聯網網絡的產業布局推進工業以太網技術替代現場總線，增強工業數據傳輸能力。隨著工業生產過程中信息化水平的不斷提高，現場總線正在向能夠兼容互聯網通信技術的工業以太網演進。目前工業以太網雖然都是基于標準的以太網（IEEE802.3）技術，但其技術體系也呈現“各自獨立”的局面，主要有西門子的 PROFINET，羅克韋爾/思科的 Ethernet/IP，倍福（Beckhoff）的 EtherCAT 等標準。總體上看，在工業控制領域中工業以太網的市場份額（2015 年為34%）仍然低于現場總線，但近年來一直呈現緩慢上升的趨勢，預計到 2017 年其市場份額將達

41、到 38%。促進無線網絡技術在工業領域的應用深化。無線技術逐步向工業領域滲透，呈現從信息采集到生產控制，從局部方案到全網方案的發展趨勢。目前無線技術主要用于設備及產品信息的采集、非實時控制和實現工廠內部信息化等，Wi-Fi、Zigbee、2G/3G/LTE、面向工業過程自動化的工業無線網絡WIA-PA、WirelessHART 及ISA100.11a 等技術已在工廠內獲得部分使用。西門子、愛默生、ABB、霍尼韋爾、通用、橫河電機等均推出了基于無線技術的整機設備和成套系統。由于工業現場控制對時延、可靠性要求較高，因此需要研發新型無線技術或對現有的無線技術進行優化，目前國際國內都在此領域進行積極的

42、探索，如沈陽自動化所的工廠自動化無線網絡技術 WIA-FA 技術。工業與外部網絡的進一步融合，將推動個性化定制、遠程監控、智能產品服務等全新的制造和服務模式。為此，工廠外部網絡需要具備更高速率、更高質量、更低時延、安全可靠、靈活組網等能力，這些需求在目前的互聯網上還無法滿足，需采用 5G、軟件定義網絡（SDN）、網絡功能虛擬化（NFV）等一系列新的網絡技術研究和部署來支撐工業互聯網發展。華為今年發布全球首個基于 SDN 架構解決方案，包括物聯網操作系統 LiteOS、工業交換機、工業路由器、ICT 融合網關，以及敏捷物聯控制器等產品。對新型工業數據平臺的產業布局為實現工業系統各層級海量數據的有

43、效傳輸與集成，新型工業數據平臺當前正成為各方積極布局的新領域。工業數據平臺重點實現三方面功能：一是設備數據的聚合能力，即通過嵌入式操作系統、軟件等實現不同機械設備、工控系統、傳感器數據的打通與集成。二是數據管理能力，即基于海量數據存儲、數據清洗、數據分析發掘、數據可視化等技術對數據進行管理與計算處理，形成數據價值。三是應用開發能力，即通過向第三方企業提供應用程序接口（API）及軟件開發工具包（SDK），打造開放化平臺開發環境，支持工業應用開發。當前 GE、IBM、SAP 等企業均已開始積極布局新型工業數據平臺并實現初步應用。如 GE 和 IBM 分別推出 Predix 平臺和 Bluemix

44、平臺，二者都是基于多種云架構的 PaaS 平臺，均可以通過集成大數據處理模塊實現海量工業數據的管理與計算處理，區別是二者選擇的應用支撐協議不同，如 IBM 的Bluemix 采用 MQTT 協議，GE 的 Predix 則采用 SOAP 和 OPC-UA 協議。此外，SAP、Oracle 等工業軟件企業也推出類似平臺，除利用各類應用支撐協議實現數據集成外，還提供基于內存計算的大數據處理功能。我國目前在工業數據平臺發展方面面臨兩大問題。一是缺乏產業龍頭企業，工業數據平臺向下整合不同裝備與控制系統數據，向上承載海量工業應用開發，必須由具有較強影響力的龍頭企業主導才能成功。國內華為、和利時等企業雖也

45、開始探索，但在產業資源整合上面臨較大困難。二是工業基礎技術薄弱，我國在工控系統、工業軟件等方面仍與國外存在較大差距，制約了工業數據平臺的發展，需要制定相應的策略支撐。新型工業軟件工業軟件主要承擔工業互聯網的計算與分析功能，其產業體系較為成熟，未來新型工業軟件將向仿真化、大數據化、集成化和云化的方向發展。仿真軟件將成為新型工業軟件未來發展重點，復雜系統仿真成為重要方向。得益于計算處理、數據支持、圖形化等基礎支撐技術的持續提升，面向多相多態介質、多物理場、多尺度等復雜耦合仿真的新型工業軟件日漸豐富，其實現形式主要有兩種：一是通過開放的數據接口標準進行多仿真系統耦合的聯合仿真，如達索系統公司推出 D

46、ymola，基于 FMI/FMU 接口聯合AMESim、PROOSIS、Simulink 等十幾種不同建模工具和機電分系統進行仿真；二是通過增加仿真模塊，單系統實現多領域仿真。新型工業軟件引入大數據等先進技術應用，加強分析與計算能力。企業管理和生產管理等傳統工業軟件與大數據技術結合，通過對設備、用戶、市場等數據的分析，提升場景可視化能力，實現對用戶行為和市場需求的預測和判斷；大數據與工業具體需求結合產生新型工業數據分析軟件，實現了產品良率監測、設備預測性維護管理、產線動態排產等多種工業智能化場景應用。工業互聯網的工業軟件系統以 PLM 等關鍵軟件為中心集成化，推動工廠內“信息孤島”聚合為“信息

47、大陸”。傳統工業軟件以 ERP 為中心進行數據打通，未來新型工業軟件將基于全生命周期管理軟件 PLM 進行系統性集成，如西門子打造了基于 PLM 架構的全集成數字能力解決方案，其 PLM產品可實現外部設計工具、分散研發團隊、MES 與控制系統、第三方管理軟件等多系統的集成，實現工廠從底層到上層的信息貫通。基于 SaaS 模式的工業軟件成為重要趨勢，但主要面向中低端產品。當前向云平臺遷移的工業軟件主要為 CRM 和 SCM 兩種，未來企業管理軟件與設計仿真軟件將加速向云遷移，其中 ERP 由于包含大量敏感本地數據將以混合云為主要形式，CAD/CAE/CAM/CAPP 將率先探索中低端 SaaS

48、云服務市場，MES 云化方案尚處在起步探索階段。我國國產軟件企業在研發設計、業務管理和生產調度/過程控制三類軟件中均有一定市場份額，但尚未占據優勢地位，屬于行業末端跟隨者的角色。同時，部分國內軟件企業已經開始著手布局工業軟件，重點面向特色行業和云端應用，打造核心產品。如北京數碼大方（CAXA）依托工業云，重點面向裝備、汽車、電子和航天航空，提供全系列的 CAD 和 PLM 解決方案，目前已成為國產第一大 CAD/PLM 供應商；和利時作為最大國產生產過程控制軟件廠商，推出 HOLLiAS 工業控制云應用，提供資產管理和運營優化類解決方案，推動其工業軟件產品在能源、電力、化工領域繼續實現快速增長

49、。安全產業發達國家政府和產業界積極布局工業互聯網安全，初步形成了關鍵技術、安全產品、試驗驗證平臺等一系列安全支撐能力。我國力控華康、匡恩網絡等工控安全企業以及綠盟、啟明星辰等傳統 IT 安全企業積極開展技術研究和產品推廣，已經形成了工業防火墻、監控審計等產品，提供工控系統安全防護能力。從全球來看，當前安全產業重點推進的方向主要涉及內嵌安全設備、模擬測試平臺等方面。工業巨頭積極推出內嵌安全的設備產品。為降低產品本身缺陷，實現安全第一的產品制造，內嵌安全的設備產品成為安全產業的發力點。以安全PLC 為例，羅克韋爾自動化、ABB 等巨頭紛紛采取系列措施，推出自己的安全 PLC 產品。早在十多年前，羅

50、克韋爾自動化便通過系列兼并收購，將歐美一些安全產品廠家納入旗下，不斷強化安全優勢。2005 年 11 月，羅克韋爾自動化曾在年度 Automation Fair 展覽會上設立安全產品線獨立展區，產品線覆蓋安全 PLC、安全網絡等各個環節，以此提高自身產品系統的安全性。2013 年 11 月，全球領先的電力和自動化技術集團 ABB 在中國發布了新型安全PLC，提供靈活強大的編程工具，從而加速并簡化了復雜控制應用中的安全控制解決方案的開發過程。模擬測試平臺成為各國開展工業安全研究的重要手段。美國國土安全部早在 2009 年就啟動控制系統安全計劃，依托工業控制系統模擬仿真平臺， 綜合采用現場檢查測評

51、與實驗室測評相結合的測評方法，實施針對工業控制系統產品的脆弱性分析與驗證工作。2013 年歐盟建設了 Scada Lab 實驗室， 建立了若干工業控制系統信息安全測試床，為各成員國提供測試評估等技術支撐。2012 年日本經濟產業省成立控制系統安全中心（CSSC）,作為政府和行業共同推動工業控制系統信息安全研發和支撐的重要單位，到 2013 年 5 月，CSSC 建立了污水處理、化工過程控制、電力、輸氣管道等 7 個工業控制系統信息安全測試床。六、我國加快發展工業互聯網的初步建議以體系架構研究為牽引，形成我國工業互聯網發展的總體布局以高校、科研院所、產業聯盟和企業為主體，深化推進工業互聯網的體系

52、架構研究，通過體系架構引領工業互聯網技術研發、測試驗證、標準制定及應用推廣等相關工作。一是推進工業互聯網體系架構研究，充分考慮我國工業轉型升級的內生需求和互聯網技術融合滲透的外生動力，構建工業互聯網整體功能架構、通用系統架構，引導細分行業、具體場景中網絡、數據、安全關鍵技術方案的設計和選擇。二是以工業互聯網體系架構為牽引，搭建工業互聯網試驗驗證平臺和試驗網，模擬仿真工業互聯網實際應用環境，測試驗證工業互聯網關鍵技術應用的可靠性、穩定性和安全性，推動關鍵技術研發和產業化，形成相關重大戰略領域的自主可控能力。三是基于工業互聯網體系架構，判斷具體應用場景下的標準化需求，以互聯互通互操作為目標， 構建涵蓋工業互聯網軟硬件的綜合標準化體系。四是推動工業互聯網關鍵技術的行業應用，在有條件的行業打造以互聯工廠、智慧園區為代表的工業互聯網應用試點，逐步構建面向全