編寫說明

當前，以新一代信息技術為驅動的數字浪潮正深刻重塑經濟

社會的各個領域，移動互聯、物聯網、云計算、大數據、人工智

能等技術與各個產業深度融合，推動著生產方式、產品形態、商

業模式、產業組織和國際格局的深刻變革，并加快了第四次工業

革命的孕育與發展。而越來越清晰的是，工業互聯網是實現這一

數字化轉型的關鍵路徑，構筑了第四次工業革命的發展基石。

2016年，工業互聯網產業聯盟（AII）發布了《工業互聯網

體系架構（版本1.0）》，推動產業各界認識層面達成共識，為開

展工業互聯網實踐提供了參考依據。通過幾年來的理論和實踐探

索，工業互聯網已從概念形成普及進入到應用實踐推廣的新階段，

業界對工業互聯網的發展方向已有高度的共識。在這一過程中，

國內外均形成了大量的探索實踐，工業互聯網幾乎涵蓋了工業的

各個行業、大中小各類企業乃至實體經濟的各個領域，新一代信

息技術與制造、能源、交通、醫療、服務等技術的融合集成初步

顯現了其巨大的生命力和創造力，為進一步創造新的生產力和發

展動能奠定了基礎。

也因如此，豐富和多樣化的企業實踐和各類新技術的應用也

對工業互聯網的體系架構提出了新的需求：如何定義一個更加通

用化的架構體系以指引各個領域的系統性布局，如何打通數字化

轉型、業務體系、商業變革和工業互聯網技術架構的關系以更好

—I—

指導企業的發展實踐，如何充分考慮技術發展演進和落地實施部

署需求以更好定義工業互聯網的層次架構、功能劃分和接口關系，

從而為產業界提供科學、清晰和可操作的指南。基于此，工業互

聯網產業聯盟在工業和信息化部的指導下，凝聚產業界共識，研

究制定了《工業互聯網體系架構（版本2.0）》，在繼承版本1.0核

心理念、要素和功能體系的基礎上，從業務、功能、實施等三個

視圖重新定義了工業互聯網的參考體系架構，并逐一進行了展開，

希望作為當前階段的一個認識，為政府、企業、科研機構、投資

者等利益相關方提供引導和參考，共同推動工業互聯網的創新發

展。

本報告主要分為八個部分。第一部分介紹了工業互聯網的內

涵與意義。第二部分回顧了體系架構1.0版本，并介紹2.0版本

的定位與作用。第三部分明確工業互聯網體系架構2.0的設計方

法論，剖析工業互聯網體系架構2.0的整體視圖。第四部分深入

分析工業互聯網體系架構2.0的業務視圖，并給出產業、企業、

工廠等不同層面業務目標與應用方向。第五部分剖析工業互聯網

體系架構2.0的功能架構，探究網絡、平臺、安全三大體系的功

能視圖、現狀分析、存在的問題，并指出未來的發展趨勢。第六

部分著重分析工業互聯網體系架構2.0的實施框架，描述網絡、

標識、平臺、安全部分實施部署方式和關鍵要素。第七部分對工

業互聯網技術體系進行梳理。第八部分分析企業結合體系架構

2.0在垂直行業的應用實踐。

—II—

《工業互聯網體系架構（版本2.0）》編寫過程中也獲得了

眾多專家的指導與幫助。特別感謝工業和信息化部信息通信管理

局、信息技術發展司、網絡安全管理局等對報告的全面指導。報

告編制中，編寫組就體系架構2.0設計關鍵問題先后征詢了鄔賀

銓、方濱興、孫凝暉、于海斌、屈賢明、安筱鵬、呂衛鋒、王飛

躍、韓秀成、趙敏、張俊等院士及專家意見，并結合意見對體系

架構2.0進行了多次修改和完善。上海優也信息科技有限公司首

席技術戰略官林詩萬、上海寶信軟件股份有限公司首席技術官叢

力群、華為集團標準與產業部首席產業規劃專家史揚等專家為報

告提出了詳細的建設性指導意見，為體系架構2.0研究和本報告

撰寫提供了重要參考。此外，白皮書編寫過程中也得到了聯盟成

員及國內外眾多企業的大力支持，結合自身實踐經驗提供大量素

材，對白皮書中觀點的形成和完善提出了重要建議。

在此一并感謝所有參與本報告編寫，以及為報告提供指導和

建議的專家、企業和機構。

—III—

指導單位：工業和信息化部

組織單位：工業互聯網產業聯盟

牽頭編寫單位：中國信息通信研究院

參與編寫單位（排名不分先后）：華為技術有限公司、中國

航天科工集團有限公司、中國電信集團公司、海爾集團公司、中

國移動通信集團有限公司、中國聯合網絡通信集團有限公司、中

國大唐集團公司、中國電子信息產業集團、清華大學、北京航空

航天大學、華東理工大學、中國科學院沈陽自動化研究所、上海

優也信息科技有限公司、上海寶信軟件股份有限公司、三一集團

有限公司、北京東方國信科技股份有限公司、北京建誼投資發展

(集團)公司、上海威派格智慧水務股份有限公司、浪潮集團有限

公司、阿里巴巴網絡技術有限公司、深圳市騰訊計算機系統有限

公司、富士康工業互聯網股份有限公司、中興通訊股份有限公司、

奇安信科技集團股份有限公司、用友網絡科技股份有限公司、金

蝶國際軟件集團有限公司、太極計算機股份有限公司、萬向集團

公司、北京工業大數據創新中心有限公司、中船工業互聯網有限

公司、江蘇徐工信息技術有限公司、石化盈科信息技術有限責任

公司、北京索為系統技術股份有限公司、埃森哲（中國）有限公

司、參數技術（上海）軟件有限公司、ANSYS（中國）有限公司、

施耐德電氣（中國）有限公司

編寫組主要成員：

—IV—

中國信息通信研究院：余曉暉、劉默、蔣昕昊、楊希、劉棣

斐、曹薊光、張恒升、黃穎、李海花、劉陽、池程、田慧蓉、劉

曉曼、李藝、李錚、田洪川、譚小野、袁林、李亞寧、尹楊鵬、

陳綺瑤、肖榮美、王峰、王欣怡、羅松、杜加懂、魏凱

華為技術有限公司：張順茂、史揚

中國航天科工集團有限公司：柴旭東、紀豐偉

中國電信集團公司：張東

海爾集團公司：陳錄城、王曉鳳、趙榕、田浩、黃梓洋

三一集團有限公司：賀東東

清華大學：王建民、王晨

中國科學院沈陽自動化研究所：于海斌

阿里研究院：安筱鵬

上海寶信軟件股份有限公司：叢力群、王奕、楊海榮

上海優也信息科技有限公司：林詩萬

北京東方國信科技股份有限公司：鄧堯剛、金風明、李陽

北京建誼投資發展(集團)公司：張鳴、孫永升、王宇

上海威派格智慧水務股份有限公司：楊峰、丁凱、李美玲

參數技術（上海）軟件有限公司：劉強、郎燕

ANSYS（中國）有限公司：孫志偉

施耐德電氣（中國）有限公司：龐邢健

—V—

目錄

一、工業互聯網的內涵與意義..............................................................1

二、工業互聯網體系架構2.0：定位與作用.........................................2

（一）工業互聯網體系架構1.0的進展與成效....................................4

（二）從1.0到2.0：工業互聯網體系架構的演進..............................5

三、工業互聯網體系架構2.0：總體框架............................................7

（一）體系架構設計方法論..................................................................7

（二）工業互聯網體系架構2.0............................................................9

四、業務視圖.......................................................................................11

（一）工業互聯網的總體業務視圖....................................................11

（二）業務視圖-產業層......................................................................12

（三）業務視圖-商業層......................................................................14

（四）業務視圖-應用層......................................................................15

（五）業務視圖-能力層......................................................................17

五、功能架構.......................................................................................20

（一）工業互聯網核心功能原理........................................................20

（二）工業互聯網網絡功能視圖........................................................24

1.功能視圖............................................................................................24

2.現狀與問題........................................................................................28

—I—

3.發展趨勢............................................................................................31

（三）工業互聯網平臺功能視圖........................................................34

1.功能視圖............................................................................................34

2.現狀與問題........................................................................................37

3.發展趨勢............................................................................................39

（四）工業互聯網安全功能視圖........................................................41

1.功能視圖............................................................................................41

2.現狀與問題........................................................................................44

3.發展趨勢............................................................................................45

六、實施框架.......................................................................................47

（一）實施框架總圖............................................................................47

（二）網絡實施框架............................................................................49

1.生產控制網絡建設...........................................................................49

2.企業與園區網絡建設.......................................................................51

3.國家骨干網絡部署...........................................................................52

4.信息互通互操作體系部署.................................................................53

（三）標識實施框架............................................................................54

1、設備層系統部署.............................................................................54

2、邊緣層系統部署.............................................................................55

3、企業層系統部署.............................................................................56

4、產業層系統建設.............................................................................57

（四）平臺實施框架............................................................................58

—II—

1.設備層系統部署................................................................................59

2.邊緣層系統部署................................................................................60

3.企業層系統實施................................................................................61

4.產業層系統實施................................................................................62

（五）安全實施框架............................................................................64

1.邊緣安全防護系統實施.....................................................................65

2.企業安全防護系統實施.....................................................................68

3.企業安全綜合管理平臺實施.............................................................71

4.省/行業級安全平臺實施....................................................................72

5.國家級安全平臺實施.........................................................................73

七、技術體系.......................................................................................74

（一）工業互聯網技術體系總圖........................................................74

（二）重點技術發展概述....................................................................77

1.5G技術..............................................................................................77

2.工業人工智能技術.............................................................................78

3.邊緣計算技術....................................................................................79

4.區塊鏈技術........................................................................................80

5.數字孿生技術....................................................................................81

八、體系架構2.0在垂直行業的應用實踐..........................................81

（一）垂直行業體系架構2.0應用方法.............................................81

（二）船舶行業：產業鏈協同優化應用場景.....................................83

1.背景與目標........................................................................................83

—III—

2.功能架構............................................................................................86

3.實施部署............................................................................................89

（三）石化行業：智能工廠建設........................................................93

1.背景與目標........................................................................................93

2.功能架構............................................................................................96

3.實施部署............................................................................................99

—IV—

一、工業互聯網的內涵與意義

當前全球經濟社會發展正面臨全新挑戰與機遇，一方面，

上一輪科技革命的傳統動能規律性減弱趨勢明顯，導致經濟

增長的內生動力不足。另一方面，以互聯網、大數據、人工

智能為代表的新一代信息技術發展日新月異，加速向實體經

濟領域滲透融合，深刻改變各行業的發展理念、生產工具與

生產方式，帶來生產力的又一次飛躍。在新一代信息技術與

制造技術深度融合的背景下，在工業數字化、網絡化、智能

化轉型需求的帶動下，以泛在互聯、全面感知、智能優化、

安全穩固為特征的工業互聯網應運而生。工業互聯網作為全

新工業生態、關鍵基礎設施和新型應用模式，通過人、機、

物的全面互聯，實現全要素、全產業鏈、全價值鏈的全面連

接，正在全球范圍內不斷顛覆傳統制造模式、生產組織方式

和產業形態，推動傳統產業加快轉型升級、新興產業加速發

展壯大。

工業互聯網是實體經濟數字化轉型的關鍵支撐。工業互

聯網通過與工業、能源、交通、農業等實體經濟各領域的融

合，為實體經濟提供了網絡連接和計算處理平臺等新型通用

基礎設施支撐；促進了各類資源要素優化和產業鏈協同，幫

助各實體行業創新研發模式、優化生產流程；正推動傳動工

業制造體系和服務體系再造，帶動共享經濟、平臺經濟、大

—1—

數據分析等以更快速度、在更大范圍、更深層次拓展，加速

實體經濟數字化轉型進程。

工業互聯網是實現第四次工業革命的重要基石。工業互

聯網為第四次工業革命提供了具體實現方式和推進抓手，通

過人、機、物的全面互聯，全要素、全產業鏈、全價值鏈的

全面連接，對各類數據進行采集、傳輸、分析并形成智能反

饋，正在推動形成全新的生產制造和服務體系，優化資源要

素配置效率，充分發揮制造裝備、工藝和材料的潛能，提高

企業生產效率，創造差異化的產品并提供增值服務，加速推

進第四次工業革命。

工業互聯網對我國經濟發展有著重要意義。一是化解綜

合成本上升、產業向外轉移風險。通過部署工業互聯網，能

夠幫助企業減少用工量，促進制造資源配置和使用效率提升，

降低企業生產運營成本，增強企業的競爭力。二是推動產業

高端化發展。加快工業互聯網應用推廣，有助于推動工業生

產制造服務體系的智能化升級、產業鏈延伸和價值鏈拓展，

進而帶動產業向高端邁進。三是推進創新創業。工業互聯網

的蓬勃發展，催生出網絡化協同、規模化定制、服務化延伸

等新模式新業態，推動先進制造業和現代服務業深度融合，

促進一二三產業、大中小企業開放融通發展，在提升我國制

造企業全球產業生態能力的同時，打造新的增長點。

二、工業互聯網體系架構2.0：定位與作用

—2—

面向第四次工業革命與新一輪數字化浪潮，全球領先國

家無不將制造業數字化作為強化本國未來產業競爭力的戰

略方向。主要國家在推進制造業數字化的過程中，不約而同

把參考架構設計作為重要抓手，如德國推出工業4.0參考架

構RAMI4.0、美國推出工業互聯網參考架構IIRA、日本推出

工業價值鏈參考架構IVRA，其核心目的是以參考架構來凝

聚產業共識與各方力量，指導技術創新和產品解決方案研發，

引導制造企業開展應用探索與實踐，并組織標準體系建設與

標準制定，從而推動一個創新型領域從概念走向落地。

我國為推進工業互聯網發展，由中國工業互聯網產業聯

盟于2016年8月發布了《工業互聯網體系架構（版本1.0）》

（以下簡稱“體系架構1.0”）。體系架構1.0提出工業互聯網

網絡、數據、安全三大體系，其中“網絡”是工業數據傳輸

交換和工業互聯網發展的支撐基礎，“數據”是工業智能化的

核心驅動，“安全”是網絡與數據在工業中應用的重要保障。

基于三大體系，工業互聯網重點構建三大優化閉環，即面向

機器設備運行優化的閉環，面向生產運營決策優化的閉環，

以及面向企業協同、用戶交互與產品服務優化的全產業鏈、

全價值鏈的閉環，并進一步形成智能化生產、網絡化協同、

個性化定制、服務化延伸等四大應用模式。

—3—

圖1工業互聯網體系架構1.0

（一）工業互聯網體系架構1.0的進展與成效

工業互聯網體系架構1.0自發布以來，在凝聚我國政產

學研用各界共識，指導技術研究、產品開發、實踐應用、產

業發展、生態打造、國際合作等諸多領域發揮了重要作用。

一是推動工業互聯網相關基礎研究。基于體系架構1.0，工業

互聯網產業聯盟組織編寫了56份研究報告，涵蓋網絡、數

據、平臺、安全、應用等各領域，基本形成了對工業互聯網

的體系化認識。二是促進工業互聯網技術創新與產品開發。

工業互聯網產業聯盟組織設立了55個測試床，重點開展了

5G、大數據、人工智能、區塊鏈、邊緣計算等技術在制造場

—4—

景的測試驗證，并結合體系架構1.0提出的網絡、數據、安

全等方向，輸出了數百項產品和解決方案。三是指導工業互

聯網標準體系建設。體系架構1.0為工業互聯網標準化工作

提供理論框架與方向指引，推動《工業互聯網綜合標準化體

系建設指南》的出臺，助力工業互聯網產業聯盟陸續建立起

工業互聯網標準體系1.0和2.0版本，并已成功立項平臺通

用要求、安全總體要求8項聯盟標準，形成對新興領域關鍵

技術、核心架構、測試評估、成果轉化等方面的規范和指引。

四是引導工業互聯網應用探索與實踐。工業互聯網產業聯盟

遴選出163個優秀示范案例，在鋼鐵、石化、汽車、家電、

信息電子、高端裝備等十余個行業和典型制造場景開展了網

絡、平臺、安全等方面的應用試點，以標桿試點強化應用推

廣，推進體系化應用探索與落地。五是推進國際對接與開放

合作。工業互聯網產業聯盟與美國IIC基于頂層架構的共性

開展了IIRA與體系架構1.0的對接和映射，也在積極與德國

對接開展體系架構互認并聯合發布實踐報告等成果，組建工

業互聯網專家工作組等多個執行對接組，為工業互聯網技術、

產業、標準等層面的國際合作與共識達成奠定基礎。

（二）從1.0到2.0：工業互聯網體系架構的演進

體系架構1.0發布三年多以來，工業互聯網的概念與內

涵已獲得各界廣泛認同，其發展也正由理念與技術驗證走向

—5—

規模化應用推廣。這一背景下，有必要對體系架構1.0進行

升級，特別是強化其在技術解決方案開發與行業應用推廣的

實操指導性，以更好支撐我國工業互聯網下一階段的發展。

具體來說，一是提供一套可供企業開展實踐的方法論。

重點是構建一套由“業務需求—功能定義—實施部署”構成

的方法論，使企業能夠結合自身業務特點，明確所需要的工

業互聯網核心功能，并進而指導相應軟硬件系統的設計、開

發與部署。二是從戰略層面為企業開展工業互聯網實踐指明

方向。重點是明確企業通過工業互聯網實現數字化轉型的核

心方向與路徑，結合企業基礎確立商業戰略與細分目標，充

分發揮工業互聯網實踐價值，構建企業轉型升級優勢。三是

結合規模化應用需求對功能架構進行升級和完善。重點是從

企業工程化應用視角，參考領先企業實踐經驗與最新技術發

展，對工業互聯網功能原理進行明確與完善，形成一套實操

性更強的網絡、平臺、安全功能體系。四是提出更易于企業

應用部署的實施框架。重點是強化與現有制造系統的結合，

明確各層級的工業互聯網部署策略、以及所對應的具體功能、

系統和部署方式，以便對企業實踐提供更強參考作用。基于

上述四方面考慮，工業互聯網產業聯盟組織研究提出了工業

互聯網體系架構2.0，旨在構建一套更全面、更系統、更具體

的總體指導性框架。

在發展和演進的同時，工業互聯網體系架構2.0也充分

—6—

繼承了體系架構1.0的核心思想。一是體系架構2.0仍突出

數據作為核心要素。業務視圖的數字化轉型方向、路徑與能

力實質由數據所驅動，功能架構的網絡、平臺、安全服務于

數據的采集、傳輸、集成、管理與分析，實施框架則核心回

答了如何通過部署工業互聯網，提升現有制造系統的數據利

用能力；二是體系架構2.0仍強調數據智能化閉環的核心驅

動及其在生產管理優化與組織模式變革方面的變革作用。基

于體系架構1.0提出的三大智能化閉環，體系架構2.0將其

歸納為共性的數據優化閉環，體現其在工業互聯網系統中無

處不在的特征。這一數據優化閉環既可以作用于企業現有生

產和管理，使之更加精準智能，也可以作用于資源配置優化

與生產方式重構，引發商業模式創新；三是體系架構2.0繼

承了三大功能體系。考慮到體系架構1.0中網絡、數據、安

全在數據功能上存在一定重疊，如網絡體系包含數據傳輸與

互通功能，安全體系中包含數據安全功能，因此在體系架構

2.0中以平臺替代數據，重點體現1.0中數據的集成、管理與

建模分析功能，形成網絡、平臺、安全三大體系，但功能內

涵與1.0基本一致。

三、工業互聯網體系架構2.0：總體框架

（一）體系架構設計方法論

工業互聯網是借助新一代信息通信技術實現工業數字

—7—

化轉型的復雜系統工程，融合了工業、通信、計算機軟件、

數據科學等諸多領域的最新技術與產業實踐，因此在體系架

構2.0的研究設計中，一方面充分參考了主流的架構設計方

法論，包括以ISO/IEC/IEEE42010為代表的系統與軟件工程

架構方法論，和以開放組體系結構框架（TOGAF）、美國國

防部體系架構框架（DODAF）為代表的企業架構方法論，以

提升架構設計的科學性和體系性；另一方面借鑒現有相關參

考架構的設計理念與關鍵要素，包括以工業互聯網參考架構

（IIRA）為代表的軟件架構，以工業4.0架構（RAMI4.0）

和工業價值鏈參考架構（IVRA）為代表的工業架構，和以物

聯網參考架構（ISO/IEC30141）為代表的通信架構。

在架構設計方法論層面，體系架構2.0以ISO/IEC/IEEE

42010系統與軟件工程標準為主要方法，重點參考該方法在

架構設計中，對視圖、需求、系統、環境、模型等各類架構

要素及相互關系的闡述，以此明確體系架構2.0研究設計的

基本框架、描述方式與關鍵要素。考慮到體系架構2.0將對

企業應用實踐發揮重要指導作用，因此在設計中也參考了

TOGAF、DODAF等企業架構設計方法，在業務視圖中突出

了企業商業愿景與業務需求，并借鑒從通用架構到行業架構、

企業架構過程中的應用推廣方法。

在架構設計內容和要素方面，體系架構2.0充分參考了

工業、軟件和通信等領域具有代表性的架構。考慮到體系架

—8—

構2.0將重點服務于工業領域，因此在架構設計中參考了

RAMI4.0等典型架構對于工業體系的理解，包括基于ISA-

95的由現場設備到經營管理系統的層級劃分，以及IEC

62890標準體現的從虛擬原型到實物制造的產品/資產全生命

周期理念。此外，考慮到數據在工業互聯網中的核心驅動要

素作用，體系架構2.0也參考了IIRA以數據為牽引，定義控

制、運營、信息、應用等功能域，描述信息流和決策流的功

能架構設計理念，以及ISO/IEC30141等通信典型架構對于

不同設備、系統之間互聯互通的設計理念。

（二）工業互聯網體系架構2.0

工業互聯網體系架構2.0包括業務視圖、功能架構、實

施框架三大板塊，形成以商業目標和業務需求為牽引，進而

明確系統功能定義與實施部署方式的設計思路，自上向下層

層細化和深入。

圖2工業互聯網體系架構2.0

—9—

業務視圖明確了企業應用工業互聯網實現數字化轉型

的目標、方向、業務場景及相應的數字化能力。業務視圖首

先提出了工業互聯網驅動的產業數字化轉型的總體目標和

方向，以及這一趨勢下企業應用工業互聯網構建數字化競爭

力的愿景、路徑和舉措。這在企業內部將會進一步細化為若

干具體業務的數字化轉型策略，以及企業實現數字化轉型所

需的一系列關鍵能力。業務視圖主要用于指導企業在商業層

面明確工業互聯網的定位和作用，提出的業務需求和數字化

能力需求對于后續功能架構設計是重要指引。

功能架構明確企業支撐業務實現所需的核心功能、基本

原理和關鍵要素。功能架構首先提出了以數據驅動的工業互

聯網功能原理總體視圖，形成物理實體與數字空間的全面聯

接、精準映射與協同優化，并明確這一機理作用于從設備到

產業等各層級，覆蓋制造、醫療等多行業領域的智能分析與

決策優化。進而細化分解為網絡、平臺、安全三大體系的子

功能視圖，描述構建三大體系所需的功能要素與關系。功能

架構主要用于指導企業構建工業互聯網的支撐能力與核心

功能，并為后續工業互聯網實施框架的制定提供參考。

實施框架描述各項功能在企業落地實施的層級結構、軟

硬件系統和部署方式。實施框架結合當前制造系統與未來發

展趨勢，提出了由設備層、邊緣層、企業層、產業層四層組

成的實施框架層級劃分，明確了各層級的網絡、標識、平臺、

—10—

安全的系統架構、部署方式以及不同系統之間關系。實施框

架主要為企業提供工業互聯網具體落地的統籌規劃與建設

方案，進一步可用于指導企業技術選型與系統搭建。

四、業務視圖

（一）工業互聯網的總體業務視圖

業務視圖包括產業層、商業層、應用層、能力層四個層

次，其中產業層主要定位于產業整體數字化轉型的宏觀視角，

商業層、應用層和能力層則定位于企業數字化轉型的微觀視

角。四個層次自上而下來看，實質是產業數字化轉型大趨勢

下，企業如何把握發展機遇，實現自身業務的數字化發展并

構建起關鍵數字化能力；自下而上來看，實際也反映了企業

不斷構建和強化的數字化能力將持續驅動其業務乃至整個

企業的轉型發展，并最終帶來整個產業的數字化轉型。工業

互聯網業務視圖如圖3所示。

—11—

圖3工業互聯網業務視圖

（二）業務視圖-產業層

“產業層”主要闡釋了工業互聯網在促進產業發展方面

的主要目標、實現路徑與支撐基礎。

從發展目標看，工業互聯網通過將自身的創新活力深刻

融入各行業、各領域，最終將有力推進工業數字化轉型與經

濟高質量發展。

為實現這一目標，構建全要素、全產業鏈、全價值鏈全

面連接的新基礎是關鍵，這也是工業數字化、網絡化、智能

化發展的核心。全面連接顯著提升了數據采集、集成管理與

建模分析的水平，使各類生產經營決策更加精準和智能，同

時也使各類商業和生產活動的網絡化組織成為可能，大幅提

高資源配置效率。

—12—

基于這一新基礎，一是一批以數據為核心，提供數據采

集、網絡傳輸、數據管理、建模分析、應用開發與安全保障

等相關產品和解決方案的企業快速成長興起，形成一個工業

數字技術的“新產業”，并成為各行業數字化轉型的關鍵支

撐；二是各行業紛紛探索運用工業互聯網提升現有業務，形

成智能化生產、網絡化協同、個性化定制、服務化延伸等一

系列數字化轉型的“新模式”，這之中既有數據智能對現有業

務的優化提升，也有基于網絡化組織帶來的模式創新與重構；

三是伴隨產業數字化轉型的深入，將在諸如網絡眾包眾創、

制造能力交易、產融結合等領域涌現一批服務企業，形成數

字化創新的“新業態”。

新產業、新模式、新業態共同構成了產業高質量發展的

新動能，同時也是工業互聯網價值創造的關鍵路徑。工業互

聯網業務視圖產業層架構如圖4所示。

圖4工業互聯網業務視圖產業層架構

—13—

（三）業務視圖-商業層

“商業層”主要明確了企業應用工業互聯網構建數字化

轉型競爭力的愿景理念、戰略方向和具體目標。商業層主要

面向CEO等企業高層決策者，用以明確在企業戰略層面，如

何通過工業互聯網保持和強化企業的長期競爭優勢。

從目標愿景來看，在數字化發展趨勢下，企業應加快依

托工業互聯網來構建數字化轉型的競爭優勢，形成以數據為

核心驅動的新型生產運營方式、資源組織方式與商業模式，

以支撐企業不斷成長壯大。

為實現上述目標愿景，企業可通過工業互聯網，從提升

價值、創新模式和降低成本三大戰略方向進行努力。例如，

在提升價值方面，工業互聯網可以幫助企業更好對接客戶，

通過產品創新實現更高附加價值；在創新模式方面，工業互

聯網可以推動企業由賣產品走向賣服務，創造新的業務模式

和收入來源，甚至進一步實現生產、服務與信貸、保險、物

流等其他領域的創新融合，進一步釋放數據價值紅利；在降

低成本方面，工業互聯網通過數據驅動的智能，可以幫助企

業在提高生產效率、減少停機與不良品、減少庫存等一系列

關鍵環節和場景發揮作用。

上述三大戰略方向可進一步分解和細化為若干戰術目

標，如商業模式、市場需求、產品質量、生產效率、運營管

理、資源調配和交付速度等，這是工業互聯網賦能于企業的

—14—

具體途徑。工業互聯網實現企業各層級要素全面互聯，對各

類數據進行采集、傳輸、分析并形成智能反饋，助力企業生

產效率、產品質量和運營管理提升，加快市場需求響應與交

付速度，優化資源要素配置，強化商業模式創新，實現各類

生產經營活動目標的提升優化。工業互聯網業務視圖商業層

架構如圖5所示。

圖5工業互聯網業務視圖商業層架構

（四）業務視圖-應用層

“應用層”主要明確了工業互聯網賦能于企業業務轉型

的重點領域和具體場景。應用層主要面向企業CIO、CTO、CDO

等信息化主管與核心業務管理人員，幫助其在企業各項生產

經營業務中確定工業互聯網的作用與應用模式。

產品鏈、價值鏈、資產鏈是工業企業最為關注的三個核

心業務鏈條（包括這三者所交匯的生產環節），工業互聯網

賦能于三大鏈條的創新優化變革，推動企業業務層面數字化

發展。一是工業互聯網通過對產品全生命周期的連接與貫通，

—15—

強化產品設計、流程規劃到生產工程的數據集成與智能分析，

實現產品鏈的整體優化與深度協同。如通過工業互聯網網絡

互聯實現項目人員異地遠程在線協同，以及模型、機理等各

類數據遠程共享，企業可以低成本高效率得完成產品、工藝

的協同研發和優化。二是工業互聯網面向企業業務活動，一

方面支撐計劃、供應、生產、銷售、服務等全流程全業務的

互聯互通，另一方面面向單環節重點場景開展深度數據分析

優化，從而實現全價值鏈的效率提升與重點業務的價值挖掘，

例如，企業可通過工業互聯網實現生產過程數據實時采集與

連通，疊加機器學習、邊緣計算、工業大數據分析等技術，

實現產品質量提升、能耗降低，提升生產制造環節價值。三

是工業互聯網將孤立的設備資產單元轉化為整合互聯的資

產體系，支撐系統設計、建造、投產、運維、退役到報廢與

回收等設備全生命周期多個環節數據集成串聯，這為設備管

理難度大的企業，尤其是為重資產企業，提供輕便化、靈活

化、智能化的設備管理方式和產品后服務，實現資產鏈的全

面運維保障與高質量服務。例如，企業可以通過工業互聯網

構建面向邊緣設備的全面互聯和感知能力，優化設備維護周

期，預測關鍵設備的故障，并進行遠程的在線維護，從而提

高資產資源的可靠性和資產管理的經濟效益。工業互聯網業

務視圖應用層架構如圖6所示。

—16—

圖6工業互聯網業務視圖應用層架構

（五）業務視圖-能力層

“能力層”描述了企業通過工業互聯網實現業務發展目

標所需構建的核心數字化能力。能力層主要面向工程師等具

體技術人員，幫助其定義企業所需的關鍵能力并開展實踐。

按照上述工業互聯網發展愿景、推進方向與業務需求，

企業在數字化轉型過程中需構建泛在感知、智能決策、敏捷

響應、全局協同、動態優化五類工業互聯網核心能力，以支

撐企業在不同場景下的具體應用實踐。具體來說：

一是通過廣泛部署感知終端與數據采集設施，實現全要

素、全產業鏈、全價值鏈狀態信息的全面深度實時監測，打

造企業泛在感知能力；二是基于泛在感知形成的海量工業數

據，通過工業模型與數據科學的融合開展分析優化，并作用

于設備、產線、企業等各領域，形成企業智能決策能力；三

是基于實現信息數據的充分與高效集成，打通企業內、企業

—17—

間以及企業與客戶，提升企業對市場變化和需求的響應速度

和交付速度，形成企業敏捷響應的能力；四是基于泛在感知、

全面連接與深度集成，在企業內實現研發、生產、管理等不

同業務的協同，探索企業運行效率最優，在企業外實現各類

生產資源和社會資源的協同，探索產業配置效率最優，最終

建立全局協同的能力；五是通過對物理系統的精準描述與虛

實聯動，建立數字孿生，在監控物理系統同時，能夠在線實

時對物理系統的運行進行分析優化，使企業始終在最優狀態

運行，形成動態優化的能力。工業互聯網業務視圖能力層架

構如圖7所示。

圖7工業互聯網業務視圖能力層架構

通過以上整體論述可以看出，傳統的自動化和信息化是

工業互聯網的基礎，同時工業互聯網又是對傳統自動化和信

息化的升級拓展與變革創新。自動化和信息化本質是把生產

操作和管理流程通過軟硬件系統的方式予以固化，從而建立

了垂直制造體系，實現業務流程抽象和基礎數據積累，保證

—18—

企業在結構化的框架下準確高效運行，這些奠定了工業互聯

網作用的基礎環境。

同時，工業互聯網從兩個層面對傳統自動化和信息化進

行拓展創新：一是工業互聯網將管理知識、工藝機理等各種

隱性的經驗顯性化，形成數據驅動的智能。無論是設備資產、

生產過程、管理運營還是商業活動，都存在大量未被挖掘利

用、靠經驗積累的知識、工藝、技術等，工業互聯網將其轉

化為更精確的機理模型和數據模型，并通過平臺等載體沉淀

封裝形成可復用、可移植的微服務組件、工業APP等，結合

海量數據計算分析和決策優化，實現機理模型結合數據科學

的智能化，這個過程突破了原有知識邊界和封閉知識體系，

帶來新的知識。二是工業互聯網推動形成商業模式和生產

組織方式的變革甚至重構。工業互聯網打通企業生產、銷售、

運營、供應、管理等各個業務環節和流程，通過全產業鏈、

全價值鏈的資源要素連接，推動了跨領域資源靈活配置與內

外部協同能力提升，并基于此形成了產融結合、平臺經濟、

制造能力交易等商業模式的創新和生產組織方式的重構，驅

動制造體系和產業生態向扁平化、開放化演進，這是傳統自

動化和信息化所無法達到的，也正是工業互聯網發展的重要

意義所在。

—19—

五、功能架構

（一）工業互聯網核心功能原理

工業互聯網的核心功能原理是基于數據驅動的物理系

統與數字空間全面互聯與深度協同，以及在此過程中的智能

分析與決策優化。通過網絡、平臺、安全三大功能體系構建，

工業互聯網全面打通設備資產、生產系統、管理系統和供應

鏈條，基于數據整合與分析實現IT與OT的融合和三大體系

的貫通。工業互聯網以數據為核心，數據功能體系主要包含

感知控制、數字模型、決策優化三個基本層次，以及一個由

自下而上的信息流和自上而下的決策流構成的工業數字化

應用優化閉環。如圖8所示。

核心功能平臺

應用層

PaaS層產

標業

邊緣層識企

解

可業

數析系

用決策優化據

完性決策流統

整描述診斷預測指導互

通設

保性

密數字模型備

性

工業模型數據模型

數據流感知控制

信息采集指令執行

物理資產

圖8工業互聯網功能原理

—20—

在工業互聯網的數據功能實現中，數字孿生已經成為關

鍵支撐，通過資產的數據采集、集成、分析和優化來滿足業

務需求，形成物理世界資產對象與數字空間業務應用的虛實

映射，最終支撐各類業務應用的開發與實現。工業互聯網的

詳細數據功能原理如圖9所示：

圖9工業互聯網的數據功能原理

在數據功能原理中，感知控制層構建工業數字化應用的

底層“輸入-輸出”接口，包含感知、識別和控制、執行四類功

能。感知是利用各類軟硬件方法采集蘊含了資產屬性、狀態

及行為等特征的數據，例如用溫度傳感器采集電機運行中的

溫度變化數據。識別是在數據與資產之間建立對應關系，明

確數據所代表的對象，例如需要明確定義哪一個傳感器所采

集的數據代表了特定電機的溫度信息。控制是將預期目標轉

化為具體控制信號和指令，例如將工業機器人末端運動轉化

—21—

各個關節處電機的轉動角度指令信號。執行則是按照控制信

號和指令來改變物理世界中的資產狀態，既包括工業設備機

械、電氣狀態的改變，也包括人員、供應鏈等操作流程和組

織形式的改變。

數字模型層強化數據、知識、資產等的虛擬映射與管理

組織，提供支撐工業數字化應用的基礎資源與關鍵工具，包

含數據集成與管理、數據模型和工業模型構建、信息交互三

類功能。數據集成與管理將原來分散、雜亂的海量多源異構

數據整合成統一、有序的新數據源，為后續分析優化提供高

質量數據資源，涉及到數據庫、數據湖、數據清洗、元數據

等技術產品應用。數據模型和工業模型構建是綜合利用大數

據、人工智能等數據方法和物理、化學、材料等各類工業經

驗知識，對資產行為特征和因果關系進行抽象化描述，形成

各類模型庫和算法庫。信息交互是通過不同資產之間數據的

互聯互通和模型的交互協同，構建出覆蓋范圍更廣、智能化

程度更高的“系統之系統”。

決策優化層聚焦數據挖掘分析與價值轉化，形成工業數

字化應用核心功能，主要包括分析、描述、診斷、預測、指

導及應用開發。分析功能借助各類模型和算法的支持將數據

背后隱藏的規律顯性化，為診斷、預測和優化功能的實現提

供支撐，常用的數據分析方法包括統計數學、大數據、人工

智能等。描述功能通過數據分析和對比形成對當前現狀、存

—22—

在問題等狀態的基本展示，例如在數據異常的情況下向現場

工作人員傳遞信息，幫助工作人員迅速了解問題類型和內容。

診斷功能主要是基于數據的分析對資產當前狀態進行評估，

及時發現問題并提供解決建議，例如能夠在數控機床發生故

障的第一時間就進行報警，并提示運維人員進行維修。預測

功能是在數據分析的基礎上預測資產未來的狀態，在問題還

未發生的時候就提前介入，例如預測風機核心零部件壽命，

避免因為零部件老化導致的停機故障。指導功能則是利用數

據分析來發現并幫助改進資產運行中存在的不合理、低效率

問題，例如分析高功耗設備運行數據，合理設置啟停時間，

降低能源消耗。同時，應用開發功能將基于數據分析的決策

優化能力和企業業務需求進行結合，支撐構建工業軟件、工

業APP等形式的各類智能化應用服務。

自下而上的信息流和自上而下的決策流形成了工業數

字化應用的優化閉環。其中，信息流是從數據感知出發，通

過數據的集成和建模分析，將物理空間中的資產信息和狀態

向上傳遞到虛擬空間，為決策優化提供依據。決策流則是將

虛擬空間中決策優化后所形成的指令信息向下反饋到控制

與執行環節，用于改進和提升物理空間中資產的功能和性能。

優化閉環就是在信息流與決策流的雙向作用下，連接底層資

產與上層業務，以數據分析決策為核心，形成面向不同工業

—23—

場景的智能化生產、網絡化協同、個性化定制和服務化延伸

等智能應用解決方案。

工業互聯網功能體系是以ISA-95為代表的傳統制造系

統功能體系的升級和變革，其更加關注數據與模型在業務功

能實現的分層演進。一方面，工業互聯網強調以數據為主線

簡化制造層次結構，對功能層級進行了重新劃分，垂直化的

制造層級在數據作用下逐步走向扁平化，并以數據閉環貫穿

始終；另一方面，工業互聯網強調數字模型在制造體系中的

作用，相比傳統制造體系，通過工業模型、數據模型與數據

管理、服務管理的融合作用，對下支撐更廣泛的感知控制，

對上支撐更靈活深度的決策優化。

（二）工業互聯網網絡功能視圖

1.功能視圖

網絡體系由網絡互聯、數據互通和標識解析三部分組成。

網絡互聯實現要素之間的數據傳輸，數據互通實現要素之間

傳輸信息的相互理解，標識解析實現要素的標記、管理和定

位。

—24—

圖9工業互聯網功能視圖網絡體系框架

（1）網絡互聯

網絡互聯，即通過有線、無線方式，將工業互聯網體系

相關的人機物料法環以及企業上下游、智能產品、用戶等全

要素連接，支撐業務發展的多要求數據轉發，實現端到端數

據傳輸。網絡互聯根據協議層次有底向上可以分為多方式接

入、網絡層轉發和傳輸層傳送。多方式接入包括有線接入和

無線接入，通過現場總線、工業以太網、工業PON、TSN等

有線方式，以及5G/4G、WiFi/WiFi6、WIA、WirelessHART、

ISA100.11a等無線方式，將工廠內的各種要素接入工廠內網，

包括人員（如生產人員、設計人員、外部人員）、機器（如

—25—

裝備、辦公設備）、材料（如原材料、在制品、制成品）、

環境（如儀表、監測設備）等；將工廠外的各要素接入工廠

外網，包括用戶、協作企業、智能產品、智能工廠以及公共

基礎支撐的工業互聯網平臺、安全系統、標識系統等。

網絡層轉發實現工業非實時數據轉發、工業實時數據轉

發、網絡控制、網絡管理等功能。工業非實時數據轉發功能

主要完成無時延同步要求的采集信息數據和管理數據的傳

輸。工業實時數據轉發功能主要傳輸生產控制過程中有實時

性要求的控制信息和需要實時處理的采集信息。網絡控制主

要完成路由表/流表生成、路徑選擇、路由協議互通、ACL配

置、QoS配置等功能。網絡管理功能包括層次化的QoS、拓

撲管理、接入管理、資源管理等功能。

傳輸層的端到端數據傳輸功能實現基于TCP、UDP等實

現設備到系統的數據傳輸。管理功能實現傳輸層的端口管理、

端到端連接管理、安全管理等。

（2）數據互通

數據互通，實現數據和信息在各要素間、各系統間的無

縫傳遞，使得異構系統在數據層面能相互“理解”，從而實

現數據互操作與信息集成。數據互通使得異構系統在數據層

面能相互“理解”，從而實現數據互操作與信息集成。數據

互通包括應用層通信、信息模型和語義互操作等功能。應用

層通信通過OPCUA、MQTT、HTTP等協議，實現數據信息

—26—

傳輸安全通道的建立、維持、關閉，以及對支持工業數據資

源模型的裝備、傳感器、遠程終端單元、服務器等設備節點

進行管理。信息模型是通過OPCUA、MTConnect、YANG等

協議，提供完備、統一的數據對象表達、描述和操作模型。

語義互操作通過OPCUA、PLCopen、AutoML等協議，實現

工業數據信息的發現、采集、查詢、存儲、交互等功能，以

及對工業數據信息的請求、相應、發布、訂閱等功能。

（3）標識解析

圖10工業互聯網功能視圖網絡體系框架

標識解析提供標識數據采集、標簽管理、標識注冊、標

識解析、數據處理和標識數據建模功能。標識數據采集，主

—27—

要定義了標識數據的采集和處理手段，包含標識讀寫和數據

傳輸兩個功能，負責標識的識讀和數據預處理。標簽管理主

要定義了標識的載體形式和標識編碼的存儲形式，負責完成

載體數據信息的存儲、管理和控制，針對不同行業、企業需

要，提供符合要求的標識編碼形式。標識注冊是在信息系統

中創建對象的標識注冊數據，包括標識責任主體信息、解析

服務尋址信息、對象應用數據信息等，并存儲、管理、維護

該注冊數據。標識解析能夠根據標識編碼查詢目標對象網絡

位置或者相關信息的系統裝置，對機器和物品進行唯一性的

定位和信息查詢，是實現全球供應鏈系統和企業生產系統的

精準對接、產品全生命周期管理和智能化服務的前提和基礎。

標識數據處理定義了對采集后的數據進行清洗、存儲、檢索、

加工、變換和傳輸的過程，根據不同業務場景，依托數據模

型來實現不同的數據處理過程。標識數據建模構建特定領域

應用的標識數據服務模型，建立標識應用數據字典、知識圖

譜等，基于統一標識建立對象在不同信息系統之間的關聯關

系，提供對象信息服務。

2.現狀與問題

（1）網絡互聯

從功能現狀來看，傳統工廠內網絡在接入方式上主要以

有線網絡接入為主，只有少量的無線技術被用于儀表數據的

采集；在數據轉發方面，主要采用帶寬較小的總線或

—28—

10/100Mbps的以太網，通過單獨布線或專用信道來保障高可

靠控制數據轉發，大量的網絡配置、管理、控制都靠人工完

成，網絡一旦建成，調整、重組、改造的難度和成本都較高。

其中，用于連接現場傳感器、執行器、控制器及監控系統的

工業控制網絡主要使用各種工業總線、工業以太網進行連接，

涉及的技術標準眾多，彼此互聯性和兼容性差，限制大規模

網絡互聯。連接各辦公、管理、運營和應用系統企業網主要

采用高速以太網和TCP/IP進行網絡互聯，但目前還難以滿

足一些應用系統對現場級數據的高實時、高可靠的直接采集。

工廠外網絡目前仍基于互聯網建設為主，有著多種接入

方式，但網絡轉發仍以“盡力而為”的方式為主，無法向大

量客戶提供低時延、高可靠、高靈活的轉發服務。同時，由

于工業不同行業和領域信息化發展水平不一，工業企業對工

廠外網絡的利用和業務開發程度也不盡相同，部分工業企業

僅申請了普通的互聯網接入，部分工業企業的不同區域之間

仍存在信息孤島的現象。

當前工業網絡是圍繞工業控制通信需求，隨著自動化、

信息化、數字化發展逐漸構成的。由于在設計建設之初并未

考慮到整個體系的網絡互聯和數據互通，因此各層級網絡的

功能割裂難互通，網絡能力單一難兼容，無法滿足工業互聯

網業務發展的要求。主要體現在工業控制網絡能力不強，無

法支撐工業智能化發展所需的海量數據采集和生產環境無

—29—

死角覆蓋，大量的生產數據沉淀或消失在工業控制網絡中；

企業信息網絡難以延伸到生產系統，限制了信息系統能力發

揮；互聯網未能充分發揮作用，僅用于基本商業信息交互，

難以支持高質量的網絡化協同和服務。

（2）數據互通

據不完全統計，目前國際上現存的現場總線通信協議數

量高達40余種，還存在一些自動化控制企業，直接