【正文】 足未來用戶定制、柔性生產(chǎn)的需要。工廠 IT 網(wǎng)絡主要由 IP 網(wǎng)絡構成 ， 并通過網(wǎng)關設備實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)和工廠 OT 網(wǎng)絡的互聯(lián)和安全隔離。”兩層”是指“工廠OT 網(wǎng)絡”和“工廠IT 網(wǎng)絡。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析系統(tǒng)，用千實現(xiàn)對上述物體的解析，即通過將工業(yè)互 聯(lián)網(wǎng)標識翻譯為該物體的地址或其對應信息服務器的地址，從而找到該物體或其相關信息。工廠內部網(wǎng)絡用千連接在制品、智能機器、工業(yè)控制 系統(tǒng)、人等主體 ， 包含工廠 IT 網(wǎng)絡和工廠 OT (工業(yè)生產(chǎn)與控制）網(wǎng)絡。以上互聯(lián)需求的發(fā)展 ， 促使工廠網(wǎng)絡發(fā)生新的變革 ， 形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)整體網(wǎng)絡架構 ， 如圖 4所示。（一）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡體系框架隨著智能制造的發(fā)展，工廠內部數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化及其與外部數(shù)據(jù)交換需求逐步增加， 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)以三類企業(yè)主體、七類互聯(lián)主體、八種互聯(lián)類型 為特點 的互聯(lián)體系， 如圖 3 所示。“安全＇是網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)在工業(yè)中應用的安全保障，包括設備安全、網(wǎng)絡安全、控制安全、數(shù) 據(jù)安全、應用安全和綜合安全管理，表現(xiàn)為通過涵蓋整個工業(yè)系統(tǒng)的安全管理體系，避免網(wǎng)絡設施和系統(tǒng)軟件受到內部和外部攻擊，降低企業(yè)數(shù)據(jù)被未經(jīng)授權訪問的風險，確保數(shù)據(jù)傳輸與存儲的安全性 ， 實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)和商業(yè)系統(tǒng)的全方位保護。其業(yè)務需求包括基于互聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)的精準營銷、個性定制、智能服務、眾包眾創(chuàng)、協(xié)同設計、協(xié)同制造、 柔性制造等。（一）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需求工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務需求可從工業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)兩個視角分析 ， 如圖 1 所示。（二）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造的關系作為當前新—輪產(chǎn)業(yè)變革的核心驅動和戰(zhàn)略焦點，智能制造是基千物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、 云計算等新—代信息技術，貫穿千設計、生產(chǎn)、管理、服務等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執(zhí)行等功能的先進制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。二是網(wǎng)絡化協(xié)同，即形成眾包眾創(chuàng)、協(xié)同設計、協(xié)同制造、垂直電商等—系列新模式， 大幅降低新產(chǎn)品開發(fā)制造成本、縮短產(chǎn)品上市周期。其中，網(wǎng)絡是基礎， 即通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術實現(xiàn)工業(yè)全系統(tǒng)的互聯(lián)互通，促進工業(yè)數(shù)據(jù)的充分流動和無縫集成； 數(shù)據(jù)是核心，即通過工業(yè)數(shù)據(jù)全周期的感知、采集和集成應用，形成基于數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性智能，實 現(xiàn)機器彈性生產(chǎn)、運營管理優(yōu)化、生產(chǎn)協(xié)同組織與商業(yè)模式創(chuàng)新，推動工業(yè)智能化發(fā)展；安全是 保障，即通過構建涵蓋工業(yè)全系統(tǒng)的安全防護體系，保障工業(yè)智能化的實現(xiàn)。Ol。為此， 在工業(yè)和信息化部指導下， 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（以下簡稱 All ) 啟動了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構研究 ， 在總結國內外發(fā)展實踐的基礎上， 撰寫了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構報告 ( 版）， 提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內涵、目標、體系架構、關鍵要素和發(fā)展方。向報告旨在推動業(yè)界對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)達成廣泛共識， 以體系架構為牽引，為聯(lián)盟各項工作以及我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術創(chuàng)新、標準制定、試驗驗證、應用實踐 等提供參考和引導， 共同推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的健康快速發(fā)展。（一）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內涵工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內涵用千界定工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的范疇和特征，明確工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)總體目標，是研究工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎和出發(fā)點，我們認為，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)和新—代信息技術與工業(yè)系統(tǒng)全方位 深度融合所形成的產(chǎn)業(yè)和應用生態(tài)，是工業(yè)智能化發(fā)展的關鍵綜合信息基礎設施。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展 體現(xiàn)了多個產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的融合，是構建工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、實現(xiàn)工業(yè)智能化發(fā)展的必由之路。三是個性化定制，即苤千互聯(lián)網(wǎng)獲取用戶個性化需求，通過靈活柔性組織設計、制造資源和生產(chǎn)流程，實現(xiàn)低成本大規(guī)模定制。具有以智能工廠為載體、以生產(chǎn)關鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎、以全面深度互聯(lián)為支撐四大特征。從工業(yè)視角看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)主要表現(xiàn)為從生產(chǎn)系統(tǒng)到商業(yè)系統(tǒng)的智能化，由內及外，生產(chǎn)系統(tǒng)自身通過采用信息通信技術，實現(xiàn)機器之間、機器與系統(tǒng)、企業(yè)上下游之間實時連接與智能交 互，并帶動商業(yè)活動優(yōu)化。圖 1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務視圖（二）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心是基于全面互聯(lián)而形成數(shù)據(jù)驅動的智能，網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)、安全是工業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)兩個視角的共性基礎和支撐。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構如圈 2 所示。圖 3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)示意三類企業(yè)主體包括工業(yè)制造企業(yè)、工業(yè)服務企業(yè)（圍繞設計、制造、供應、服務等環(huán)節(jié)提供服務的各類企業(yè)）和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，這三類企業(yè)的角色在不斷滲透、相互轉換。圖 4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)整體網(wǎng)絡體系目標框架 與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)包含互聯(lián)體系、DNS 體系、應用服務體系三個體系相類似， 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也包含三個重要體系。工廠外部網(wǎng)絡用于連接企業(yè)上下游、企業(yè)與智能產(chǎn)品、企業(yè)與用戶等主體。三是 應用支撐體系，即工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務應用交互和支撐能力，包含工業(yè)云平臺和工廠云平臺，及其提 供的各種資源的服務化表述、應用協(xié)議。 三級”是根據(jù)目前工廠管理層級的劃分，網(wǎng)絡也被分為“現(xiàn)場級”、 “車間級”、 “工廠級／企業(yè)級”三個層次，每層之間的網(wǎng)絡配置和管理策略相互獨立。( 2 ) 存在的問題目前工廠內部網(wǎng)絡“兩層三級”這種技術體系和網(wǎng)絡結構相互隔離的狀況使 IT 系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場之間的通信存在較多障礙。( 3 ) 發(fā)展趨勢為適應智能制造發(fā)展 ， 工廠內部網(wǎng)絡呈現(xiàn)扁平化、 IP 化、無線化及靈活組網(wǎng)的發(fā)展趨勢。工廠內網(wǎng)絡以 太網(wǎng) / IP 化趨勢。而為解決大量支持 IP 的裝備接入問題 ，1Pv6 技術將在工廠內廣泛應用。PA 、Wirele ssHA RT 及 ISA l l a 等技術已 在工廠內 獲得部分使 用。未來基千智能機器柔性生產(chǎn)將實現(xiàn)生產(chǎn)域根據(jù)需求進行靈活重構， 智能機器可在不同生產(chǎn)域間遷移和轉換，并在生產(chǎn)域內實現(xiàn)即插即用。二是工廠OT 網(wǎng)絡。智能機器、傳感器、在制品等生產(chǎn)現(xiàn)場設備、物品將實現(xiàn)到 IT 網(wǎng)絡的直達連接以實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)采集等功能。IT 網(wǎng)絡和 OT 網(wǎng)絡采用 SON 技術， 實現(xiàn)控制平面與轉發(fā)平面的分離 ， 通過 SO N 控制器與制造控制系統(tǒng) （如 M ES 等）協(xié)同進行網(wǎng)絡資源調度 ， 支撐柔性制造和生產(chǎn)自組織。從應用形式上看， 工廠與互聯(lián)網(wǎng)的結合主要是在產(chǎn)品銷售和供應鏈管理等環(huán)節(jié)，互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)全生命周期中的資源優(yōu)化配置作用仍未充分體現(xiàn)。目前的公 眾互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務承載和隔離能 力較弱 ， 在 VPN 專網(wǎng)上能夠承載的 VPN 數(shù)量也有限 ， 難以滿足大量工業(yè)企業(yè)專線互連的要求。目前以 1Pv 4 為基礎的公眾互聯(lián)網(wǎng)自身面臨地址枯竭的局面，難以承載工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)以百億終端接入的要求。OT 系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同從網(wǎng)絡層面看是部分 OT 系統(tǒng)網(wǎng)絡向外網(wǎng)的延伸。這類業(yè)務場景需要提供獨立的網(wǎng)絡資源控制能力，開放的網(wǎng)絡可編程能力， 以及定制化的網(wǎng)絡資源（如帶寬、服務質量等）。這類業(yè)務的基礎是對海量產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測，需要通過無線等技術實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品的泛在接入。四是提供全程服務質量保證， 滿足不同工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用端到端的網(wǎng)絡質量可靠性要求。為此，工廠外部網(wǎng)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(wǎng)等能力， 這些需求在目前的互聯(lián)網(wǎng)上還無法滿足 ， 需采用5G、軟件定義網(wǎng)絡 (SDN) 、網(wǎng)絡功能虛擬化 (N FV) 等一系列新的網(wǎng)絡技術研究和部署來支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。對一些網(wǎng)絡質量要求較高， 或比較關鍵的 業(yè)務 ， 需要用專網(wǎng)或VPN 的方式來承載。四是支持工業(yè)云平臺的接入和數(shù)據(jù)采集。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的標識解析系統(tǒng)，就類似互聯(lián)網(wǎng)中的域名解析系統(tǒng)，是整個網(wǎng)絡實現(xiàn)互聯(lián)互通的關 鍵基礎設施。以是否基千 DNS 區(qū)分， 標識解析體系發(fā)展存在兩條路徑 （改良路徑和變革路徑 ）。國內單 位通過在我國 家頂級域 .C N 下注冊二級域名，形成境內標識解析系統(tǒng)。電子—所負責運營中國根。二是性能方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標識數(shù)據(jù)將大大超過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)標識數(shù)據(jù)，需要工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析系統(tǒng)具有高效性和可靠性，針對工廠內柔性制造等特定場景還需要保障較低的解析時延。( 3 ) 發(fā)展趨勢閉環(huán)的私有標識及解析系統(tǒng)正在逐步向開環(huán)的公共標識及解析系統(tǒng)演進。多種標識解析體系在—定時期內共存。公平對等是標識 解析的 重要發(fā) 展方向。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需 要支撐海量智能機器、智能 產(chǎn)品的接入， 而目前已趨千枯竭的 1Pv 4 地址難以滿足未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)展的海量地址空間需求。1Pv6 雖然已經(jīng)研究了多年， 但工業(yè)應用有其特殊性，尤其是工廠內網(wǎng)在安全性、可靠性、網(wǎng)絡性能等方面都有較高的要求，因此1Pv 6 與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)結合的技術需要進—步深入研 究。與互聯(lián)網(wǎng)中的 HTM L 等協(xié)議類似， 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應用使能技術的主要作用是在異構系統(tǒng)（不同的操作系統(tǒng)、不同的硬件架構等）之間 實現(xiàn)數(shù)據(jù)層面的相互“理解” ， 實現(xiàn)信息集成與互操作?！峭ㄟ^在線的集成設計云服務可以為工業(yè)企業(yè)提供設計資源和工具服務。在此基礎上， 向工廠／車間下沉的 M ES 或者 SC ADA 系統(tǒng)基本停留在業(yè)務 邏輯預置開發(fā)、數(shù)據(jù)庫 為中心的交互模式 ， 而底層設備、物料等生 產(chǎn)資源仍無法實現(xiàn) SO A 化的服務資源調度。目前 OPC 在工廠內部獲得了較廣泛的應用， 在一定程度上解決了設備與系統(tǒng)信息 交互與集成問題 ， 但是 OPC 僅規(guī)范了讀寫格式，對于設備與系統(tǒng)缺乏結構化、模型化的規(guī)范化表示，因此對上層應用系統(tǒng)來說仍然是獨立的 1/0 變量或功能 ， 系統(tǒng)集成和業(yè)務邏輯復雜。( 3 ) 發(fā)展趨勢云計算逐步引 入到工廠內 部和工廠外部。二是以 Pa aS 平臺構建工業(yè)應用新模式。目前已經(jīng)有廠商針對企業(yè)管理、協(xié)同研發(fā)等領域提供 Sa a s 服務，隨 著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展 ， 面向工業(yè)領域的 Sa a s 服務將逐步豐富 ， 形成覆蓋研發(fā)設計、協(xié)同制造、企業(yè)管理、產(chǎn)品服務等全流程的 應用產(chǎn)品。工廠內部以OPCUA 為代表 的數(shù)據(jù)集成協(xié)議將得到更加廣泛的 應用 ， 成為連接生產(chǎn) 設備和 IT 系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)總線＇ ，以 解決由千制造控制系統(tǒng)、 IT 系統(tǒng)類型眾多、廠商各異 ， 數(shù)據(jù)格式、模型不同 ， 無法被 其他系統(tǒng)所”理解”和處理的問題。服務化封裝與集成成為解決異構應用、系統(tǒng)與設備協(xié)同的重要手段。 在大型企業(yè)內部建設專有云平臺 ， 實現(xiàn)企業(yè)／工廠內的 IT 系統(tǒng)集中化建設 ， 并通過標準化的數(shù)據(jù) 集成，對內開展數(shù)據(jù)分析和運營優(yōu)化。三是面向行業(yè)或大型企業(yè)的專用工業(yè)云服務平臺。工業(yè)大數(shù)據(jù)是基千網(wǎng)絡互聯(lián)和大數(shù)據(jù)技術，貫穿千工業(yè)的設計、工藝、生產(chǎn)、管 理、服務等各個環(huán)節(jié)，使工業(yè)系統(tǒng)具備描述、診斷、預測、決策、控制等智能化功能的模式和結果。外部數(shù)據(jù)是指來源千工廠外部的數(shù)據(jù) ， 主要包括來自互聯(lián)網(wǎng)的市場、環(huán)境、客戶、政府、供應鏈等外部環(huán)境的信息和數(shù)據(jù)。三是結構復雜，既有結構化和半結構化的傳感數(shù)據(jù)， 也有非結構化數(shù)據(jù)。圖 9 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)體系參考架構 數(shù)據(jù)采集與交換層主要實現(xiàn)工業(yè)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的采集與交換，數(shù)據(jù)源既包含來自傳感器、 SC ADA 、 M ES、 ER P 等內部系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)， 也包含來自企業(yè)外部的數(shù)據(jù)， 主要包含對象 感知、實時采集與批量采集、數(shù)據(jù)核查、數(shù)據(jù)路由等功能。（三）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)應用場景工業(yè)大數(shù)據(jù)的應用覆蓋工業(yè)生產(chǎn)的全流程和產(chǎn)品的全生命周期。虛擬設計與虛擬制造是指將大數(shù)據(jù)技術與 CAD、CAE、 C AM 等設計工具相結合，深入了解歷史工藝流程數(shù)據(jù)，找出產(chǎn)品方案、工藝流程、工廠布局與投入之間的模式和關系，對過去彼此孤立的各類數(shù)據(jù)進行匯總和分析，建立設計資源模型庫、歷史經(jīng)驗模型庫，優(yōu)化產(chǎn)品設計、工藝規(guī)劃、工廠布局規(guī)劃方案，并縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。設備預測性維護是指建立大數(shù)據(jù)平臺，從現(xiàn)場設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和實時 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中獲取設備振動、溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)，在大數(shù)據(jù)平臺對數(shù)據(jù)進行存儲管理， 進—步通過構建基千規(guī)則的故障診斷、基千案例的故障診斷、設備狀態(tài)劣化趨勢預測、部件剩余壽命預測等模型，通過數(shù)據(jù)分析進行設備故障預測與診斷。產(chǎn)品質量優(yōu)化是指通過收集生產(chǎn)線、產(chǎn)品等實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)以往經(jīng)驗建立大數(shù)據(jù)模型，對質量缺陷產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程進行回溯，快速甄別原因，改進生產(chǎn)問題，優(yōu)化提升產(chǎn)品質量。協(xié)同研發(fā)與制造主要是基千統(tǒng)—的設計平臺和制造資源信息平臺，集成設計工具庫、模型庫、知識庫及制造企業(yè)生產(chǎn)能力信息，不同地域的企業(yè)或分支機構可以通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡訪問設計平臺獲取相同的設計數(shù)據(jù)，也可獲得同類制造企業(yè)閑置生產(chǎn)能力， 實現(xiàn)多站點協(xié)同、多任務并行、多企業(yè)合作的異地協(xié)同設計與制造要求。用戶需求挖掘主要指建立用戶對商品需求的分析體系，挖掘用戶深層次的需求，并建立科學的商品生產(chǎn)方案分析系統(tǒng)，結合用戶需求與產(chǎn)品生產(chǎn)，形成滿足消費者預期的各品類生產(chǎn)方案等，實現(xiàn)對市場的預知性判斷。（四）存在的問題工業(yè)大數(shù)據(jù)應用的主要障礙在千以下幾點：—是企業(yè)數(shù)據(jù)源較差，尤其是對千機器設備、 生產(chǎn)線等實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集數(shù)量、類型、精度以及頻率方面存在較大提升空間。（五）發(fā)展趨勢隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設和應用不斷深入，數(shù)據(jù)的價值與作用將越來越凸顯，數(shù)據(jù)分析將向 工業(yè)各環(huán)節(jié)滲透，預測、決策、控制等更智能的應用成為發(fā)展方向，最終構成從數(shù)據(jù)采集到設備、生產(chǎn)現(xiàn)場及企業(yè)運營管理優(yōu)化的閉環(huán)。二是 數(shù)據(jù)在邊緣的智能處理。從工業(yè)視角看，安全的重點是保障智能化生產(chǎn)的連續(xù)性、可靠性，關注智能裝備、工業(yè)控制設備及系統(tǒng)的安全；從互聯(lián)網(wǎng)視角看， 安全主要保障個性化定制、網(wǎng)絡化協(xié)同以及服務化延伸等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用的安全運行以提供持續(xù) 的服務能力，防止重要數(shù)據(jù)的泄露，重點關注工業(yè)應用安全、網(wǎng)絡安全、工業(yè)數(shù)據(jù)安全以及智能 產(chǎn)品的服務安全?？偟膩砜?，由千信息化和自動化程度的不同，工業(yè)細分行業(yè)的安全保障體系建設情況也各不相同，信息化、自動化程度越高的行業(yè)，開放程度也相對較高，面臨的安全風險隨之增大，對安全也更加重視，安全保障體系建設相對更完善。企業(yè)管理層主要包括企業(yè)管理相關 的 ERP 、 CRM 等系統(tǒng)，