2.2.2 工业互联网与工业互联网平台

1 工业互联网的基本概念

工业互联网是互联网和新一代信息技术在工业全领域、全价值链、全产业链中的融合集成应用，是工业数字化、网络化、智能化发展的关键综合信息基础设施。工业互联网的本质是实现设备、控制系统、信息系统、人、产品之间的网络互联，通过工业大数据的深度感知和计算分析，实现整个工厂的智能决策和实时动态优化。

GE公司于2013年6月提出了工业互联网战略，随后于2014年3月联合AT&T、思科（Cisco）、IBM和英特尔（Intel）等公司发起了美国工业互联网联盟（IIC），IIRA（Industrial Internet Reference Architecture）是IIC发布的工业互联网参考架构，2019年6月19日发布了1.9版本。IIRA注重跨行业的通用性和互操作性，提供一套方法论和模型，以业务价值推动系统的设计，把数据分析作为核心，驱动工业互联网系统从设备到业务信息系统的端到端的全面优化。

2016年，针对我国工业互联网技术的迫切发展，国内的工业互联网产业联盟（Alliance of Industrial Internet，AII）在参考美国IIRA、德国RAMI 4.0以及日本“工业价值链参考架构”（Industrial Value Chain Reference Architecture，IVRA）的基础上，提出了以网络、数据和安全为主要功能体系的工业互联网体系架构1.0，如图2-6所示。工业互联网体系架构1.0定义了网络、数据和安全三大功能体系。网络是工业数据传输交换和工业互联网发展的支撑基础，数据是工业智能化的核心驱动，安全是网络与数据在工业中应用的重要保障。体系架构1.0还给出工业互联网三大优化闭环：面向机器设备运行优化的闭环、面向生产运营优化的闭环以及面向企业协同、用户交互与产品服务优化的闭环，从而明晰了网络联通的节点、数据流动的方向和安全保障的要害。

2019年，为了更好地进行体系化的设计、新技术的融合以及实施的可行性，通过对工业互联网体系架构需求的分析，综合考虑体系的系统性、全面性、合理性、可实施性，AII设计如图2-7所示的工业互联网体系架构2.0，以业务视图、功能架构、实施框架三大板块为核心，自顶向下形成逐层的映射[41]。

1）业务视图定义工业互联网产业目标、商业价值、应用场景和数字化能力，体现工业互联网关键能力与功能，并导向功能架构。

2）功能架构明确支撑业务实现的功能，包括基本要素、功能模块、交互关系和作用范围，体现网络、平台、安全三大功能体系在设备、系统、企业、产业中的作用与关系，并导出实施框架。

3）实施框架描述实现功能的软硬件部署，明确系统实施的层级结构、承载实体、关键软硬件和作用关系，以网络、标识、平台与安全为核心实施要素，体现设备/边缘/企业/产业各层级中工业互联网软硬件和应用。

工业互联网是第四次工业革命的重要基石。伴随着新一轮的科技革命和产业革命，实体经济各个领域的数字化、网络化、智能化发展成为第四次工业革命的核心内容。工业互联网通过人、机、物的全面互联，全要素、全产业链、全价值链的全面连接，对各类数据进行采集、传输、存储、分析并形成智能反馈，推动形成全新的生产制造和服务体系，优化资源要素配置效率，充分发挥制造装备、工艺和材料的潜能，提高企业生产效率，创造差异化的产品并提供增值服务。工业互联网为实体经济各个领域的转型升级提供具体的实现方式和推进抓手，为产业变革赋能。

世界各国非常重视工业互联网技术，并将其列为本国的研发重点。工业互联网技术开始成为全球讨论的热点，同时各国也开始加大了相关技术的研发，争取引导和占领相应的市场。

2 工业互联网平台

工业互联网平台本质上是一个工业云平台，基于工业互联网应用需求，搭建起采集、存储、分析和应用工业数据的生产服务体系，保障生产资源的全面连接、按需供给和智能调度，实现工业生产过程的技术积累和应用创新。作为工业互联网“网络、平台和安全”三大要素之一，工业互联网平台是工业全要素链接的枢纽，是工业资源配置的核心。工业互联网平台对制造业数字化转型的驱动能力正逐渐显现，依托平台可以开展工业大数据分析以实现更高层次价值挖掘，平台云化工具可以以较低成本实现信息化与数字化普及，基于平台也可以实现制造资源优化配置和产融对接等应用模式创新，这些都推动了制造业向更高发展水平迈进。

AII给出了工业互联网平台功能参考架构，如图2-8所示。工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化、智能化需求，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、高效配置的工业云平台，包括边缘、平台（工业PaaS）、应用三大核心层级。可以认为，工业互联网平台是工业云平台的延伸发展，其本质是在传统云平台的基础上叠加物联网、大数据、人工智能等新兴技术，构建更精准、实时、高效的数据采集体系，建设包括存储、集成、访问、分析、管理功能的使能平台，实现工业技术、经验、知识模型化、软件化、复用化，以工业APP的形式为制造企业提供各类创新应用，最终形成资源富集、多方参与、合作共赢、协同演进的制造业生态[42]。

泛在连接、云化服务、知识积累、应用创新是辨识工业互联网平台的四大特征。泛在连接让平台具备对设备、软件、人员等各类生产要素数据的全面采集能力。云化服务，实现基于云计算架构的海量数据存储、管理和计算。通过平台上的知识积累，能够提供基于工业知识机理的数据分析能力，并实现知识的固化、积累和复用。平台应用目标是应用创新，能够调用平台功能及资源，提供开放的工业APP开发环境，实现工业APP创新应用。在制造行业，工业互联网平台是新型制造系统的数字化神经中枢，在制造企业转型中发挥核心支撑作用。

3 工业互联网与数字孪生

实现基于数字孪生的智能系统的基础是数据的交互共融。工业互联网技术通过物联网、现场总线与工业以太网、互联网等技术来实现万物互联，并通过边缘计算有效地解决物理实体数据传输的实时性和可靠性。物理实体通过传感层将数据通过网络层传递到应用层进行数据处理，最后传递到虚拟模型中。同样在虚拟模型中的仿真结果也逆向反馈到物理实体，通过网络层中数据快速传递能力，结合计算机的强大计算能力，最后实现了物理实体和虚拟模型的实时同步。此外，工业互联网的“万物互联”不仅注重物理实体的互联互通，也包括物理-信息空间的深度融合，这与数字孪生系统的虚实融合相契合，即数字孪生系统最终功能的实现依赖于工业互联网支持下构建的数据平台，并进一步促进工业互联网的应用与推广。

工业互联网平台是数字孪生系统实施的基础平台。数字孪生系统涉及大量的模型和数据的管理与处理，包括模型训练、数据处理、模型和数据的分发等工作，都需要工业互联网平台来提供支持。平台的泛在互联保证了数字孪生应用的便捷接入，为应用推广提供了网络基础。