导读◈ღ★：对德国工业4.0◈ღ★、中国制造2025等国内外智能制造的主要概念与发展趋势进行分析◈ღ★，并对智能制造的典型应用场景◈ღ★、主要需求及体系架构进行分析◈ღ★，结合物联网◈ღ★、云计算和大数据等技术◈ღ★，提出面向智能制造的工业互联网整体架构与关键技术◈ღ★、工业智能网络◈ღ★、工业数据采集与数据开放等应用技术◈ღ★。
近年来◈ღ★，随着“工业4.0”概念的诞生◈ღ★，其热潮也日益增强◈ღ★。有业内人士表示◈ღ★，我国工业互联网产业体系正在形成◈ღ★，工业◈ღ★、互联网◈ღ★、信息通信等行业企业以及行业协会◈ღ★、高校级科研院所等正共同探索工业互联网领域新的应用模式◈ღ★，推动形成智能化生产◈ღ★、网络化协同◈ღ★、个性化定制◈ღ★、服务化延伸等◈ღ★。
工业4.0已上升为德国的国家战略◈ღ★。工业4.0的目标是通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统◈ღ★、信息物理系统相结合的手段◈ღ★，推动制造业向智能化转型◈ღ★，将实体物理世界与虚拟网络世界融合波肖门尾图◈ღ★、产品全生命周期◈ღ★、全制造流程数字化以及基于信息通信技术的模块集成◈ღ★，形成一种高度灵活◈ღ★、个性化◈ღ★、数字化的产品与服务新生产模式◈ღ★。
美国的互联网以及ICT巨头与传统制造业领导厂商携手推出“工业互联网”概念◈ღ★，GE◈ღ★、思科◈ღ★、IBM◈ღ★、AT&T◈ღ★、英特尔等80多家企业成立了工业互联网联盟（IIC）◈ღ★。“工业互联网”希望借助网络和数据的力量提升整个工业的价值创造能力◈ღ★，工业互联网旨在通过制定通用标准◈ღ★，打破技术壁垒◈ღ★，利用互联网激活传统工业过程◈ღ★，更好地促进物理世界和数字世界的融合◈ღ★。
2016年3月◈ღ★，工业4.0平台和工业互联网联盟双方代表开始探讨合作事宜◈ღ★。双方就各自推出的参考架构RAMI4.0和IIRA的互补性达成共识◈ღ★，形成了初始映射图波肖门尾图◈ღ★，以显示两种模型元素之间的直接关系◈ღ★；制定了未来确保互操作性的一个清晰路线图◈ღ★，其他还包括◈ღ★：在IIC试验台和工业4.0试验设施方面的合作◈ღ★，以及工业互联网中标准化◈ღ★、架构和业务成果方面的合作◈ღ★。
我国将工业互联网定位于国家战略高度◈ღ★。2015年国务院和工业和信息化部先后出台了《中国制造2025》◈ღ★、《国务院关于积极推进“互联网＋”行动的指导意见》◈ღ★、《工业和信息化部关于贯彻落实国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见的行动计划（2015-2018年）》等一系列指导性文件◈ღ★，部署全面推进实施制造强国战略◈ღ★，2016年政府工作报告中进一步提出要深入推进“中国制造+互联网”波肖门尾图◈ღ★。
《中国制造2025》明确提出通过政府引导◈ღ★、整合资源◈ღ★，实施国家制造业创新中心建设◈ღ★、智能制造◈ღ★、工业强基◈ღ★、绿色制造◈ღ★、高端装备创新5项重大工程◈ღ★，实现长期制约制造业发展的关键共性技术突破◈ღ★，提升我国制造业的整体竞争力◈ღ★。
智慧工厂概念首先由美国ARC顾问集团提出◈ღ★，智慧工厂实现了数字化产品设计◈ღ★、数字化产品制造◈ღ★、数字化管理生产过程和业务流程◈ღ★，以及综合集成优化的过程◈ღ★，可以用工程技术◈ღ★、生产制造◈ღ★、供应链三个维度描述智慧工厂模型◈ღ★。智慧工厂模型如图1所示◈ღ★。
信息物理系统（Cyber Physical System◈ღ★，CPS）是智慧工厂的核心◈ღ★，它深度融合了3C（计算◈ღ★、通信和控制）能力◈ღ★，在对物理设施深度感知的基础上◈ღ★，构建安全◈ღ★、可靠◈ღ★、高效◈ღ★、实时的工程系统凯发k8一触即发◈ღ★。通过计算进程和物理进程实时相互反馈循环◈ღ★，实现信息世界和物理世界的完全融合◈ღ★，从而改变人类构建工程物理系统的方式◈ღ★。
智能制造体系由复杂的系统组成◈ღ★，其复杂性一方面来自智能机器的计算机理◈ღ★，另一方面则来自智能制造网络的形态◈ღ★。工业4.0给出的一种智能制造体系框架如图2所示◈ღ★，主要由信息物理系统◈ღ★、物联网◈ღ★、服务互联网◈ღ★、智慧工厂等组成◈ღ★。物联网和服务网是智慧工厂的信息技术基础◈ღ★，在典型的工厂控制系统和管理系统信息集成的三层架构的基础上◈ღ★，充分利用正在迅速发展的物联网技术和服务网技术◈ღ★。
● 与制造生产设备和生产线控制凯发k8一触即发◈ღ★、调度◈ღ★、排产等相关的MES（制造执行系统）◈ღ★、PCS（过程控制系统）功能◈ღ★，通过CPS物理信息系统实现◈ღ★，这一层与工业物联网紧紧相连◈ღ★。
● 与生产计划◈ღ★、物流◈ღ★、能源和经营相关的ERP◈ღ★、SCR◈ღ★、CRM等◈ღ★，和产品设计技术相关的PLM处在最上层◈ღ★，与服务网紧紧相连◈ღ★。
● 从制成品形成和产品生命周期服务的维度◈ღ★，智慧工厂还需要和智慧产品的原材料供应波肖门尾图◈ღ★、智慧产品的售后服务这些环节构成实时互联互通的信息交换◈ღ★。
制造行业的生产流程和产业链都很复杂◈ღ★，以下重点分析智能制造技术典型应用场景◈ღ★、智能制造网络通信特点和需求◈ღ★、智能制造信息化应用升级需求等◈ღ★。
主要指跨域的多工厂之间的网络通信和应用◈ღ★，典型应用场景包括多工厂之间的广域网络访问和通信◈ღ★、协同设计◈ღ★、供应链协作◈ღ★、与客户互动◈ღ★、多厂间物流等◈ღ★。
主要指工厂的生产管理和办公管理应用◈ღ★，典型应用场景包括企业OA◈ღ★、ERP◈ღ★、CRM◈ღ★、MES等应用系统◈ღ★，以及移动办公/管理应用◈ღ★、安全管理应用（视频监控和巡检等）◈ღ★、节能管理◈ღ★、集群通信◈ღ★、厂区内智能物料配送和运输等◈ღ★。
主要指生产线现场的生产过程管理◈ღ★、现场监控和控制等◈ღ★，包括智能工厂生产过程的数据采集及分析◈ღ★，实现生产过程◈ღ★、设备◈ღ★、资源监控的可操作和可视化◈ღ★；要能支持采集不同现场设备数据的要求◈ღ★，支持将生产数据及设备故障信息显示在监控站的屏幕上◈ღ★，实现生产过程的动态监控与管理◈ღ★；实现智能设备◈ღ★、机器人和生产线◈ღ★、用户全流程互联对话◈ღ★，实现人机◈ღ★、机机互联下的高品质◈ღ★、高效◈ღ★、柔性自动化生产等◈ღ★。
智能制造网络通信必须适应恶劣的工业现场环境◈ღ★，具有较强的抗干扰能力◈ღ★、实时通信等特点◈ღ★，为紧要任务提供最低限度的性能保证服务◈ღ★，确保整个工业控制系统的性能◈ღ★。
● 带宽不足◈ღ★，成为智能制造的瓶颈◈ღ★。随着联网在线设备的骤增◈ღ★、数据采集率的提升◈ღ★、承载业务的多样化◈ღ★，对网络带宽提出了很高的要求◈ღ★。
面◈ღ★、网络信号不稳定◈ღ★、安全性不能得到保障等不足◈ღ★。智能制造要求将企业的生产过程控制◈ღ★、运行◈ღ★、管理◈ღ★、办公统一控制与管理◈ღ★，办公网络和生产网络既安全逻辑隔离又有机融合互联◈ღ★，对工厂的网络通信提出了新要求◈ღ★。
带宽弹性扩容◈ღ★：多种高带宽接入能力◈ღ★，动态调整◈ღ★。多层次开放◈ღ★：灵活应对接入方式◈ღ★、接入地点◈ღ★、接入终端多变性凯发k8一触即发◈ღ★。
有线◈ღ★、无线一体化的调度通信功能◈ღ★：支持工业控制网络的多种通信接口（如RS232◈ღ★、RS485◈ღ★、CAN总线等）◈ღ★。
具有良好的响应实时性◈ღ★：工业控制网络不仅要求传输速度快◈ღ★，而且要求响应快◈ღ★，即响应实时性要好◈ღ★，一般为ms至0.1s级别◈ღ★。
OA◈ღ★、ERP◈ღ★、SCR◈ღ★、CRM等信息化应用需求外◈ღ★，还提出了生产现场管理◈ღ★、过程可视化◈ღ★、客户互动◈ღ★、个性化定制等很多新的信息化应用需求◈ღ★。
移动应用需求◈ღ★：支持移动办公和移动管理应用◈ღ★，实现管理人员在生产一线现场办公/管理（使用平板电脑和智能手机等移动终端）◈ღ★。
工业云需求◈ღ★：支持远程协同设计凯发k8一触即发◈ღ★、远程供应链协作◈ღ★、客户互动等应用场景◈ღ★，并能够支持IT系统云化功能◈ღ★。
工业大数据需求◈ღ★：通过采集现有工厂设计◈ღ★、工艺◈ღ★、制造◈ღ★、管理◈ღ★、监测◈ღ★、物流等环节的数据◈ღ★，实现生产的智能管理与决策分析后市场服务需求◈ღ★：制造行业整体上需要拓展后市场服务作为新业务增长点◈ღ★，如产品远程诊断和维护◈ღ★、客户360°交互凯发k8一触即发◈ღ★、向电子商务转型等◈ღ★。
基于云计算◈ღ★、物联网波肖门尾图◈ღ★、互联网等技术构建工业互联网整体架构◈ღ★，实现生产设备◈ღ★、智能产品◈ღ★、生产和物流系统◈ღ★、IT系统◈ღ★、生产和服务人员◈ღ★、供应链/合作伙伴及客户之间的有机互联◈ღ★，以及网络协同（协同设计◈ღ★、协同制造◈ღ★、供应链协同等）和工业数据采集◈ღ★、数据分析◈ღ★、数据开放等功能◈ღ★。工业互联网整体架构如图3所示◈ღ★。
工业智能网络◈ღ★：一是◈ღ★，工业通信网络◈ღ★，将企业生产过程控制◈ღ★、运行◈ღ★、管理作为一个整体进行控制与管理◈ღ★，促进信息化和工业化深度融合◈ღ★；二是◈ღ★，LTE园区网◈ღ★，实现园区内4G无线接入业务数据本地分流◈ღ★，园区外通过VPN完成企业数据分离◈ღ★；三是◈ღ★，物联网◈ღ★，实现智能设备和智能产品的数据采集◈ღ★、远程监控服务◈ღ★。
工业大数据采集与数据分析◈ღ★：通过对生产设备和智能产品的数据采集◈ღ★，将生产◈ღ★、产品使用过程中的工艺◈ღ★、物料◈ღ★、制造◈ღ★、管理◈ღ★、服务等全流程数据进行数据分析◈ღ★，实现生产智能管理与决策分析◈ღ★、产品智能服务和维护◈ღ★，及为智能制造企业和应用开发商提供数据开放服务◈ღ★。
工业云◈ღ★：通过设计协同◈ღ★、制造协同◈ღ★、供应链协同◈ღ★、服务协同等◈ღ★，实现产品开发凯发k8一触即发◈ღ★、生产制造◈ღ★、经营管理等在不同企业间的信息共享和业务协同◈ღ★。
生产智能化网络主要是指智能工厂车间级工业通信网络◈ღ★，实现智能工厂内部整套装备系统◈ღ★、生产线◈ღ★、设施与移动操作终端泛在互联◈ღ★，车间互联和信息安全保障◈ღ★。构建智能工厂车间的全周期信息数据链◈ღ★，促进机器之间◈ღ★、机器与控制平台之间的实时连接和智能交互◈ღ★。
工业PON将企业生产过程的控制◈ღ★、运行◈ღ★、管理作为一个整体进行控制与管理◈ღ★，促进信息化和工业化深度融合◈ღ★，工业PON的特点和优势如下◈ღ★。
● 用于智能车间设备承载◈ღ★：用于车间的各类固定生产设备联网◈ღ★，有效解决不同接口◈ღ★、不同协议的设备互联和统一数据采集及控制◈ღ★。
● 提升网络车间生产线已有信息化网络◈ღ★，辅助设备及业务需要扩充网络容量◈ღ★，快速改造升级老网络◈ღ★，节省投资◈ღ★。
● 多业务应用和安全需要◈ღ★，如“能源管理”◈ღ★、“视频安防”◈ღ★、“移动办公”◈ღ★、“移动MES”◈ღ★、“无线AGV”等业务部署◈ღ★，需要对多种应用进行网络安全隔离（物理及逻辑双重）波肖门尾图◈ღ★。
LTE园区网络方案是一种LIPA（Local IP Access◈ღ★，本地IP接入）技术◈ღ★，即工业园区基站HeNB将数据流量接入（卸载）到工业企业网络◈ღ★，实现LTE工业园区内与园区外4G无线接入通过移动VPDN完成企业数据分离◈ღ★，LTE园区网络方案具有以下特点和优势◈ღ★。
智能产品运行监控分析技术◈ღ★，通过物联网和车联网向制造企业提供针对产品（如汽车◈ღ★、工程机械◈ღ★、发动机）的远程智能服务◈ღ★，包括远程监控◈ღ★、远程预警◈ღ★、远程维护◈ღ★、数据分析等◈ღ★。智能服务拓展到产品的全生命周期管理如图4所示◈ღ★。产品智能化服务系统包括产品远程监护与维护平台◈ღ★、基于大数据挖掘的产品使用分析系统◈ღ★、智能手机APP自助服务系统◈ღ★，实现功能包括以下几类◈ღ★。
工业云平台提供高品质的网络和云资源◈ღ★、IDC数据中心资源◈ღ★、以及混合云和可信云◈ღ★，为企业客户搭建安全◈ღ★、灵活的工业协同平台◈ღ★，提供工业协同服务能力◈ღ★，包括设计协同◈ღ★、制造协同◈ღ★、供应链协同◈ღ★、服务协同等◈ღ★。
横向集成是企业之间通过价值链以及信息网络实现的一种资源整合◈ღ★，为实现各企业间的无缝合作提供实时产品与服务◈ღ★，实现产品开发◈ღ★、生产制造◈ღ★、经营管理等在不同的企业间的信息共享和业务协同◈ღ★。
端到端集成通过价值链上不同企业资源的整合◈ღ★，以产品价值链创造集成供应商（一级◈ღ★、二级◈ღ★、三级…）◈ღ★、制造商（研发◈ღ★、设计◈ღ★、加工◈ღ★、配送）◈ღ★、分销商（一级◈ღ★、二级◈ღ★、三级…）以及客户信息流◈ღ★、物流和资金流◈ღ★，在为客户提供更有价值的产品和服务的同时◈ღ★，重构产业链各环节的价值体系◈ღ★。
随着信息技术的快速发展◈ღ★，智能制造和工业互联网的技术和应用将会发生新的变化◈ღ★，未来企业不仅要利用工业互联网资源进行资产的性能管理◈ღ★，而且要利用工业互联网实现智能制造的云控制◈ღ★。将产业链波肖门尾图◈ღ★、供应链或价值链的协同机制建立起来◈ღ★，或将先进的控制技术资源的公共服务体系建立起来◈ღ★，不断提升智能制造生产体系的创新水平◈ღ★。（来源◈ღ★：北京物联网智能技术应用协会 编选◈ღ★：电子商务研究中心）
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