垂直行业工业互联网实施框架白皮书.pdf

垂直行业工业互联网实施架构 白皮书 （ 讨论稿 ） 工业 互联网产业联盟 （ AII） 2018 年 2 月 目 录 1 垂直行业工业互联网总体实施架构 . 1 1.1 工业互联网实施架构背景 . 1 1.2 工业互联网实施架构定义 . 2 1.3 工业互联网实施架构在垂直行业的应用 . 7 1.3 工业互联网实施架构使用指南 . 8 2 轻工家电行业工业互联网实践 . 8 2.1 行业基本情况及生产特点 . 8 2.2 行业对工业互联网实施的业务需求 . 10 2.3 实施架构 . 11 2.4 细分应用场景一：用户交互体验 . 13 2.5 细分应用场景二：异常的及时响应和知识库 . 15 2.6 细化应用场景三：海尔互联工厂 . 17 3 工程机械行业工业互联网实践 . 19 3.1 行业基本情况及生产特点 . 19 3.2 行业对工业互联网实施的业务需求 . 21 3.3 总体实施构架 . 22 3.4 细分应用场景一：离散制造智能工厂 . 24 3.5 细化应用场景二：产品全生命周期智能服务 . 29 3.6 细化应用场景四：工业互联网 +保险创新应用 . 33 4 电子信息行业工业互联网实践 . 36 4.1 行业基本情况及生产特点 . 36 4.2 行业对工业互联网实施的业务需求 . 37 4.3 总体实施架构 . 39 4.4 细化应用场景一：设备健康管理 . 40 4.5 细化应用场景二：人机协同一体化 . 43 4.6 细化应用场景三：生产过程质量追溯 . 45 5 钢铁行业工业互联网实践 . 48 5.1 行业基本情况及生产特点 . 48 5.2 行业对工业互联网实施的业务需求 . 49 5.3 总体实施架构 . 51 5.4 细化应用场景一：现场数据采集与边缘计算 . 55 5.5 细化应用场景二：轧机振动监测及抑振技术研究与应用 . 60 5.6 细化应用场景三：实施集成客户的制造工程 . 63 6 高端装备行业工业互联网实践 . 71 6.1 行业基本情况及生产特点 . 71 6.2 行业对工业互联网实施的业务需求 . 72 6.3 总体实施架构 . 72 6.4 细节应用场景一：社会化协同研发与生产 . 74 6.5 细化应用场景二：知识自动化 . 77 6.6 细化应用场景三：高端装备的预测与健康管理（ PHM） . 80 7 结语 . 82 7.1 发现 . 83 7.2 建议 . 83 7.3 展望 . 84 前 言 企业加速大规模实施的工业互联网项目急剧增加了投入产出风险，也加剧了技术融合的复杂性、维护难度和持续性经费保障。企业高管们应该依赖本 工业互联网实施架构 指导落地实施工业互联网项目，以驱动业务转型与发展。 本白皮书定义了工业互联网平台的 总体 实施架构，并分别阐述了该架构在轻工家电、高端装备制造、电子信息、工程机械和钢铁行业的 特别 应用，通过在五大行业的不同应用场景的应用案例，详细描述了工业互联网平台在垂直行业 领域的应用 场景与实施案例。 指导编写单位： 工业和信息化部信息化和软件服务司 牵头 编写 单位 ： 海尔数字科技 ， 中国信息通信研究院 组织编写单位： 工业互联网产业联盟垂直行业特设组 主要编写人员： 赵光、李胜民、 丛力群 、 邓尧刚 、文博武、曹凯、 高峰 、赵野 、田洪川 、蒋昕昊 编写组成员 、单位 ： 轻工家电： 赵光（博士），海尔数字科技 CEO 李胜民，海尔数字科技 战略部长 官祥臻，青岛海尔工业智能研究院 智能制造服务总监 闫 新华，施耐德电气（中国）有限公司 标准总监 史喆 北京天泽智云科技有限公司 解决方案副总 裁 钢铁 制造 ： 丛力群 ， 上海宝信软件股份有限公司 技术总监、教授级高级工程 师 迟京东，中国钢铁工业协会 副会长 陈国康，中国钢铁工业协会 信息统计部主任 符鑫峰，中国钢铁工业协会 信息统计部信息化处 副处 长 董钢，首钢集团有限公司 副总工程师 、 教授级高工 封一丁，河钢集团钢研总院 正高级工程师 、 副院长 汝金同，南京钢铁联合有限公司 高级工程师 张吾胜，马钢集团企管部 正高级工程师 /经理 高秀敏，本钢集团信息化中心 副经理 。 高端装备 ： 柴旭东，航天云网公司 副总经理 、 研究员 秦鹏，中国航天科工集团 产业发展部主管 、 工程师 王恒，航天智造公司 总经理助理 、 研究员 邓尧刚，航天云网公司 工程师 曹凯，航天智造公司 、 高级工程师 吴妍娴，航天智造公司 、 工程 师 石培昕，寄云科技 CEO 王战，索为系统 总工程 师 电子信息 : 高峰 ， 中兴通讯股份有限公司 标准总监 朱红军 ， 中兴通讯股份有限公司 技术总工 周嵘 ， 中兴通讯股份有限公司 部长 赵惟 （ 博士 ）， 中国信息安全研究院有限公司 、 教授级高工 郝新兵 ， 中国信息安全研究院有限公司 高级工程师 赵野 ， 中国信息安全研究院有限公司 高级工程师 刘丰洋 ， 中国信息安全研究院有限公司 高级工程师 刘尊义 ， 施耐德电气（中国）有限公司 工程师 阎新华 ， 施耐德电气（中国）有限公司 工业标准总监 李凯 ， 施耐德电气（中国）有限公司 智能制造业务负责人 郑承斌 ， 富士康科技集团 资深总监 许雅宁 ， 施耐德电气（中国）有限公司 组长 赖峰甫 ， 施耐德电气（中国）有限公司 工程师 工程机械 ： 文博武 ， 树根互联技术有限公司 战略总监 贺东东 ， 树根互联技术有限公司 CEO 周颖 ， 树根互联技术有限公司 解决方案总 监 总体： 余晓晖，中国信息通信 研究院 总工 朱敏，中国信息 通信研究院 信息化与工业化融合研究所 副所长 刘默， 中国信息通信研究院信息化与工业化融合研究所 智能制造 部 主任 田洪川 ， 中国信息通信研究院信息化与工业化融合研究所 智能制造 部 副主任 蒋昕昊， 中国信息通信研究院信息化与工业化融合研究所 智能制造 部 工程师 1 1 垂直行业工业互联网总体实施架构 1.1 工业互联网 实施 架构 背景 工业互联网 项目的 大规模启动与实施增加了探索工业互联网实施架构的必要性。 工业互联网是面向制造业数字化、网络化、智能化 的广泛 需求，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的载体。 从前不久发布的工业互联网平台白皮书（ 2017 版），就可以看到， 工业互联网 的功能 复杂，具体 体现在三个层面：边缘层、平台层和应用层（图 1-1）。 在实施工业互联网的项目中， 以下几个因素的并发加剧了工业互联网实施架构 制订 的紧迫性： 一是 工业互联网实施规模 急剧增加，实施节奏逐渐 加快 。 工业互联网产业联盟从 2016 年 2 月成立到现在会员急剧增长到 500 多家。大部分企业都从不同程度上开展了工业互联网相关 工作 ， 大量和快速的实施 落地 急剧增加了 投入产出与业务价值的评估难度，也增加了 技术 复杂性 和 系统融合难点 。 从数字安全角度 来看也 增加了 风险管控 的强度 。从可持续性角度来讲，物联网技术还没有成熟到物美价廉 的程度。 其相关 硬件 产品 、软件平台和系统应用等 的维护成本会成为 大部分实施企业 非常大的挑战。 再者， 工业互联网有关的标准协议、数据格式、 考核 指标 等 都快速 演进。快速的进展和业务变化要求 工业互联网的实施先驱企业 们 不断 地更新 解决方案来 适应这些变化。 图 1-1 工业互联网 平台 功能架构 2 二是 垂直行业实施零散 化 、范围广 ： 从 垂直行业 横向的角度看， 很多 在 轻工家电 、电子产品、 工程 机械、钢铁 生产 和高端设备 制造 等领域的企业都 支持针对不同用户群体和应用场景 所 投入 的、 相互独立的工业互联网 实施 项目 。 这些独立的项目在某个 未来的 时间点上需要总体实施架构来统筹 、 整合 、 持续 演进和 部署。 从人才的角度来看， 工业互联网的实施需要将不同行业和地区的人才组织在一个开放的知识框架内，使人才作为垂直行业工业互联网创新的核心动力 之一 ，使跨地区、跨领域的创新型人才之间通过专业化、开放式的创新网络实现深度交互与智慧共享。 工业互联网的 实施架构能够让不同行业的人才看到自己的角度和位置，也为进一步提升指出方向。 工业互联网 实施架构 需要从以下几个 核心问题 角度 提供 战略性指导 ： 1. 工业互联网实施架构如何 为企业提供框架模板，使工业互联网的实施与企业战略紧密对齐？ 2. 如何以 业务产出 为 驱动 筛选 出 工业互联网 优先 应用 的 场景 体系 ，使其 投入 和 实施 所 产出 的 业务价值 最大化 ？ 3. 如何 在工业互联网 实施架构的指导 下 ， 将垂直企业单独部署的 工业互联网 项目拓展和融合 达到 行业甚至跨行 业的 规模化？ 1.2 工业互联网实施架构 定义 工业互联网实施架构 ： 是 以 工业互联网的 业务产出 为 驱动 、 为 制造业 企业实现数字化、网络化和智能化 的工业 企业架构 (Business Outcome Driven Industrial Enterprise Architecture or BODIEA) 。它 是指导企业计划、部署和实施工业互联网 功能架构 的方法论。 工业互联网 实施架构 基于工业互联网的应用场景， 以 制造型企业 战略 转型或过程生产结果为 驱动 ， 融合 工业互联网 技术 架构 、 数据架构 和 安全架构 为 决策者提供可执行的 解决 方案 建议 。在实施架构的指导下，企业领导可以 根据企业或行业的业务场景来 调整工业互联网相关政策、战略、技术和项目以 实现 业务产出 。 工业互联网实施架构 包含 6 个组成部分： （ 1） 工业互联网的 业务产出 ； （ 2）工业互联网应用场景； （ 3） 工业互联网 数据架构 ；（ 4） 工业互联网 实施功能 架构 ； （ 5）工业互联网安全架构；和（ 6）工业互联网解决 方案 建议 。 其中，（ 4）和（ 6）在 相应的 白皮书中作详细解释 。 3 图 1-2 工业互联网实施架构 工业互联网的 业务 产出 ： 基于工业互联网 应用 的业务 产出 有 两大类：（ 1）提质增效新增长 ； 和 （ 2） 业务 转型 新收入 。 当前 大部分工业互联网的 实施 应用还属于提质增效 类，而且这一类应用 覆盖范围不断扩大， 成为工业互联网应用的主要 业务产出 。比如 从单一设备、单个场景的应用逐步向完整生产系统和管理流程过渡，最后将向产业资源协同组织的全局互联演进。 在这个过程中 数据分析程度不断加深，从以可视化为主的描述性分析，到基于规则的诊断性分析、基于挖掘建模的预测性分析和基于深度学习的指导性分析。根据机理及数据的不同要求， 工业互联网 的应用逐渐呈现差异化发展路径。其中设备、产品应用相对简单，机理较为明确，已可实现较复杂的智能应用，正步入决策性分析阶段 ， 达到生命周期管理业务产出 ；企业生产与运营管理系统复杂度较高，深度分析面临一定挑战，当前从局部改进向系统性提升迈进 ，最终达到企业提质增效 ；产业资源的协同目前还没有成熟的分析优化体系，主要依托 工业互联网 平台实现资源的汇聚和供需对接，当前从信息交互向资源优化配置演进 ，以达到产业的 高效配置 。 而工业互联网的颠覆性 应 用是 驱动 制造型 企业 三化 转型。 不同于提质增效，工业互联网驱动模式转型的应用从技术颠覆和市场创新对企业的倒逼入手，快速熟悉掌握和熟练运营新兴的数字化、网络化和智能化技术， 达到 高效率、低成本的营运 这些技术来 应对市场的颠覆性挑战。比如说， 企业利用工业 4 互联网 可以融合 智能 产品和 智能 服务 打造新的 生态 商务模式 和创建新 的生态 营收现金流。制造型企业也可以跨业形成新行业和新生态。工业互联网驱动的新型业务 模式要想盈利就 必须 做到 低成本、高效率方法解决 融合 物 理 环境、通信、应用和数据分析的技术难点。 工业 互联网应用 场景 ： 工业 互联网应用 场景总体来看 有 5 大 类 ： 图 1-3 垂直行业工业行业主要业务目标与场景 （ 1）生命周期管理 ： 聚焦 产品和设备全生命周期流程入手，在平台中进行设计、生产、服务等数据的集成管理和优化应用，尤其对产品和设备进行实时洞察和本地化操作，使其 利用率达到最佳、风险控制到最小和体验迭代最快 ； （ 2） 过程优化：聚焦在智能设备群、 产线、车间等工业现场，通过对实时生产数据的分析与反馈来对整个生产过程进行优化； （ 3） 决策优化：聚焦在 企业运营层面，利用 工业互联网 平台来打通设计、管理、供应链等各环节数据，并基于大数据挖掘分析实现管理决策优化； （ 4）协同共享 ：聚焦 在产业层面，将供需信息、制造资源、创新资源汇聚到平台中，通过基于数 据分析的重新组织，实现资源优化配置与协同 ，产生新行业、新模式和新营收 ； （ 5）商务转型：聚焦在应用工业互联网驱动企业整体商务转型，包括工业互联网能力输出、物联商务新模式所产生的新营收和新盈利 工业互联网解决方案架构： 工业互联网解决方案架构用于指导行业和企业根据业务结构来设计、开发、配置和共享各类分项解决方案的范围和套件。这些分项解决方案套件包括三个方面：（ 1）可配置的组件，包括硬件基础设施、