工業互聯網是全球工業系統與高(gāo)級計算(suàn)、分(fēn)析、感應技術以及互聯網連接融合的(de)一種結果。工業互聯網的(de)本質是通(tōng)過開放的(de)、全球化(huà)的(de)工業級網絡平台把設備、生産線、工廠、供應商、産品和(hé)客戶緊密地連接和(hé)融合起來(lái)，高(gāo)效共享工業經濟中的(de)各種要素資源，從而通(tōng)過自動化(huà)、智能化(huà)的(de)生産方式降低成本、增加效率，幫助制造業延長(cháng)産業鏈，推動制造業轉型發展。

随著(zhe)制造業數字化(huà)水(shuǐ)平的(de)逐步提高(gāo)，智能制造得(de)到了(le)快(kuài)速發展，使得(de)工業互聯網平台在全世界範圍内迅速興起。目前，全球制造業龍頭企業、ICT領先企業、互聯網主導企業基于各自優勢，從不同層面與角度搭建了(le)工業互聯網平台。工業互聯網平台雖發展時(shí)間不長(cháng)，但均有迅速擴張的(de)趨勢，正積極探索技術、管理(lǐ)、商業模式等方面規律，并取得(de)了(le)一些進展。

工業互聯網平台是智能制造的(de)核心技術之一，對(duì)智能制造的(de)發展起著(zhe)至關重要的(de)作用(yòng)。各國政府都将工業互聯網平台建設作爲戰略發展的(de)重中之重。美(měi)國在先進制造國家戰略中，将工業互聯網和(hé)工業互聯網平台作爲重點發展方向，德國工業 4.0 戰略也(yě)将推進網絡化(huà)制造作爲核心。GE、西門子、達索、PTC 等國際巨頭也(yě)紛紛布局工業互聯網平台。

與此同時(shí)，2018年7月(yuè)，信息化(huà)部印發了(le)《工業互聯網平台建設及推廣指南(nán)》和(hé)《工業互聯網平台評價方法》。2019年1月(yuè)18日，工信部已印發《工業互聯網網絡建設及推廣指南(nán)》。3月(yuè)，“工業互聯網”成爲“熱(rè)詞”并寫入《2019年國務院政府工作報告》。發展工業互聯網平台，已經成爲實現智能制造的(de)必然要求。

工業互聯網（industrial internet）概念最初由通(tōng)用(yòng)公司提出，它集成了(le)大(dà)數據技術和(hé)各類分(fēn)析工具，并通(tōng)過無線網絡将工業設備連接起來(lái)。工業互聯網将能快(kuài)速适應不同任務的(de)人(rén)工智能模型應用(yòng)于分(fēn)布式系統，通(tōng)過雲計算(suàn)優化(huà)控制過程，實現更高(gāo)程度的(de)自動化(huà)，其核心含義與德國提出的(de)“工業4.0”、中國提出的(de)“中國制造2025”相同，即借助飛(fēi)速發展的(de)信息技術，在更高(gāo)的(de)層次将生産所涉及到的(de)離散信息聯結起來(lái)，利用(yòng)大(dà)數據分(fēn)析技術，優化(huà)生産過程，提高(gāo)智能制造水(shuǐ)平。

工業革命以來(lái)，機器生産取代人(rén)力，大(dà)規模工廠化(huà)生産取代個(gè)體工場(chǎng)手工生産。傳統手工生産時(shí)，人(rén)通(tōng)過視覺、聽(tīng)覺、觸覺等方式感知生産要素信息，在大(dà)腦(nǎo)中對(duì)信息進行整合、分(fēn)析，以生産需求爲驅動，對(duì)生産要素進行配置，從而滿足生産要求。進入機器大(dà)生産時(shí)代以來(lái)，生産分(fēn)工越來(lái)越細緻，一種産品往往是多(duō)家工廠共同協作生産而來(lái)。生産設備的(de)大(dà)幅度增加，導緻生産涉及到大(dà)量的(de)生産要素。同時(shí)，生産設備朝著(zhe)精密化(huà)、智能化(huà)的(de)方向發展，描述單一設備的(de)狀态需要大(dà)量的(de)信息，因此，傳統的(de)通(tōng)過人(rén)的(de)知覺感知全部生産要素是十分(fēn)困難的(de)。此外，生産要素之間通(tōng)常是跨越空間和(hé)時(shí)間的(de)，人(rén)們感知到的(de)信息通(tōng)常具有局限性和(hé)延遲性，基于感知到的(de)信息制定的(de)決策，通(tōng)常不是全局最優的(de)策略。

随著(zhe)智能傳感器的(de)廣泛應用(yòng)，人(rén)們可(kě)以實時(shí)感知離散的(de)生産要素信息。而物(wù)聯網時(shí)代，能将這(zhè)類信息在雲平台上進行整合、分(fēn)析，來(lái)優化(huà)制造過程，實現智能化(huà)生産，工業互聯網平台也(yě)就應運而生。工業互聯網通(tōng)過智能傳感器，實時(shí)感知生産要素信息，并通(tōng)過無線網絡傳輸到工業互聯網平台，工業互聯網平台對(duì)信息進行分(fēn)析、優化(huà)，然後對(duì)生産要素進行最優化(huà)配置，從而實現智能制造。

工業互聯網層次結構可(kě)以分(fēn)爲4層，如圖1所示。主要包含邊緣層、平台層、應用(yòng)層以及IaaS層。其中，邊緣層解決數據采集的(de)問題，其通(tōng)過大(dà)範圍、深層次的(de)數據采集，以及異構數據的(de)協議(yì)轉換與邊緣處理(lǐ)，構建工業互聯網平台的(de)數據基礎；工業PaaS層解決工業數據處理(lǐ)和(hé)知識積累沉澱問題，依賴大(dà)數據分(fēn)析技術，提供最優策略，形成開發環境，與之前不同的(de)是會有雲化(huà)的(de)軟件的(de)應用(yòng)；應用(yòng)層解決工業實踐和(hé)創新的(de)問題，主要面向特定工業應用(yòng)場(chǎng)景，激發全社會資源推動工業技術、經驗、知識和(hé)最佳實踐的(de)模型化(huà)、軟件化(huà)、再封裝（即工業APP），用(yòng)戶通(tōng)過對(duì)工業APP的(de)調用(yòng)實現對(duì)特定制造資源的(de)優化(huà)配置；IaaS層通(tōng)過虛拟化(huà)技術将計算(suàn)、存儲、網絡等資源池化(huà)，向用(yòng)戶提供可(kě)計量、彈性化(huà)的(de)資源服務。

圖1工業互聯網層次結構

工業互聯網平台能感知與生産相關的(de)原材料、産品、智能加工設備、生産線、工廠、工人(rén)、供應商和(hé)用(yòng)戶信息，通(tōng)過互聯網将信息關聯起來(lái)，并利用(yòng)數據分(fēn)析技術，爲智能制造提供決策支持，最終利用(yòng)工業APP推送給用(yòng)戶和(hé)各智能設備。因此，工業互聯網技術體系包括4個(gè)部分(fēn)：①全面互聯的(de)工業系統信息感知技術；②信息傳輸技術；③數據分(fēn)析平台；④工業APP開發技術。

工業互聯網平台需要實現跨部門、跨層次、跨地域、跨領域的(de)工業系統信息全面感知，因此，數據采集要以自感知技術爲主，同時(shí)，需要研究多(duō)源異構數據融合技術，将多(duō)來(lái)源、多(duō)形式的(de)數據整合，來(lái)準确描述生産要素狀态。然而，邊緣層數據采集困難重重。

爲了(le)解決上述問題，以研華WISE-PaaS工業物(wù)聯網雲平台爲例，如圖2所示，介紹工業互聯網平台解決方案。

圖2 研華WISE-PaaS 2.0架構

在邊緣層，研華WISE-PaaS工業物(wù)聯網雲平台提供WebAccess、WISE-PaaS/EdgeSense、WISE-PaaS/VideoSense解決方案。以工廠應用(yòng)較多(duō)的(de)WebAccess來(lái)講，其中包括SCADA、EdgeLink等，其幫助用(yòng)戶解決工廠訊息孤島、改善制造流程，省時(shí)、省力、省成本的(de)同時(shí)，向下(xià)可(kě)連接多(duō)種品牌的(de)控制設備與儀器，向上整合至數據庫系統與MES，無縫整合MES和(hé)SCADA系統，可(kě)讓雙方都能靈活運用(yòng)各種資源，優化(huà)工廠制造流程并落實實時(shí)、可(kě)視又無紙化(huà)的(de)生産管理(lǐ)，提升自身的(de)市場(chǎng)競争力。

工業互聯網平台需要完成工業數據集成、實時(shí)存儲與傳輸。物(wù)聯網的(de)傳輸層主要負責傳遞和(hé)處理(lǐ)感知層獲取的(de)信息，分(fēn)爲有線傳輸和(hé)無線傳輸兩大(dà)類，其中無線傳輸是物(wù)聯網的(de)主要應用(yòng)。無線傳輸技術按傳輸距離可(kě)劃分(fēn)爲兩類：一類是以Zigbee、WiFi、藍牙等爲代表的(de)短距離傳輸技術，即局域網通(tōng)信技術；另一類則是LPWAN（low-power Wide-Area Network，低功耗廣域網），即廣域網通(tōng)信技術。

傳感器和(hé)設備信息需要通(tōng)過各種不同的(de)協議(yì)實現數據接入的(de)。協議(yì)轉換分(fēn)爲兩個(gè)方面：一方面運用(yòng)協議(yì)解析、中間件等技術兼容ModBus、OPC、CAN、Profibus等各類工業通(tōng)信協議(yì)和(hé)軟件通(tōng)訊接口，實現數字格式轉換和(hé)統一。另一方面利用(yòng)HTTP、MQTT等方式從邊緣層将采集的(de)數據傳輸到雲端，實現數據的(de)遠(yuǎn)程接入。

在轉換協議(yì)中，主要有協議(yì)即用(yòng)于短距離設備連接的(de)本地協議(yì) Modbus 以及支持物(wù)聯網進行遠(yuǎn)程全局通(tōng)信的(de)可(kě)擴展互聯網協議(yì)MQTT。

工業互聯網平台需要實時(shí)高(gāo)效處理(lǐ)不斷産生的(de)工業數據，從中挖掘出對(duì)工業生産有價值的(de)決策方案。工業互聯網平台需要借助大(dà)數據分(fēn)析技術、人(rén)工智能方法等，基于專家經驗，結合物(wù)理(lǐ)、數學等基礎學科知識，從工業大(dà)數據中獲得(de)有價值的(de)經驗。

與其他(tā)領域大(dà)數據相比，工業大(dà)數據有“3B”挑戰。

（1）Broken：工業對(duì)于數據的(de)要求并不僅在于量的(de)大(dà)小，更在于數據的(de)全面性。在利用(yòng)數據建模的(de)手段解決某一個(gè)問題時(shí)，需要獲取與被分(fēn)析對(duì)象相關的(de)全面參數，而一些關鍵參數的(de)缺失會使分(fēn)析過程碎片化(huà)。舉例而言，當分(fēn)析地鐵發動機性能時(shí)需要溫度、空氣密度、功率等多(duō)個(gè)參數，而當其中任意一個(gè)參數缺失時(shí)都無法建立完整的(de)性能評估和(hé)預測模型。因此對(duì)于企業來(lái)說，在進行數據收集前要對(duì)分(fēn)析的(de)對(duì)象和(hé)目的(de)有清楚的(de)規劃，這(zhè)樣才能夠确保所獲取數據的(de)全面性，以免斥巨資積累了(le)大(dà)量數據後發現并不能解決所關心的(de)問題。

（2）Bad Quality：在工業大(dà)數據中，數據質量問題一直是許多(duō)企業所面臨的(de)挑戰。這(zhè)主要受制于工業環境中數據獲取手段的(de)限制，包括傳感器、數采硬件模塊、通(tōng)信協議(yì)、和(hé)組态軟件等多(duō)個(gè)技術限制。對(duì)數據質量的(de)管理(lǐ)技術是一個(gè)企業必須要下(xià)的(de)硬功夫。

（3）Background：數據受到設備參數設定、工況、環境等背景信息的(de)影(yǐng)響,除了(le)對(duì)數據所反映出來(lái)的(de)表面統計特征進行分(fēn)析以外，還(hái)應該關注數據中所隐藏的(de)背景相關性。對(duì)這(zhè)些隐藏在表面以下(xià)的(de)相關性進行分(fēn)析和(hé)挖掘時(shí)，需要一些具有參考性的(de)數據進行對(duì)照(zhào)，也(yě)就是數據科學中所稱的(de)“貼标簽”過程。這(zhè)一類數據包括工況設定、維護記錄、任務信息等，雖然數據的(de)量不大(dà)，但在數據分(fēn)析中卻起到至關重要的(de)作用(yòng)。

因此，工業互聯網平台大(dà)數據分(fēn)析，不僅需要利用(yòng)常用(yòng)的(de)大(dà)數據分(fēn)析技術，還(hái)需要研究數據清洗、數據融合，并且要将各學科、各領域、不同背景知識抽象、固化(huà)，形成規則，與大(dà)數據分(fēn)析技術結合，以提供更準确的(de)分(fēn)析結果。

工業互聯網平台需要将分(fēn)析出的(de)結果實時(shí)推送給用(yòng)戶，同時(shí)也(yě)需要接口将決策傳輸到智能設備。工業互聯網平台需要根據用(yòng)戶需求和(hé)實際生産需要，定制化(huà)APP推送消息，因此，需要工業互聯網平台開發面向新模式場(chǎng)景、個(gè)性化(huà)需求的(de)APP。

工業 APP 的(de)構建是工業互聯網平台協作模式轉換的(de)核心，通(tōng)過對(duì)工業知識的(de)提煉與抽象，将數據模型、提煉與抽象的(de)知識結果通(tōng)過形式化(huà)封裝與固化(huà)形成 APP。封裝了(le)工業知識的(de)工業 APP，對(duì)人(rén)和(hé)機器快(kuài)速高(gāo)效賦能，突破了(le)知識應用(yòng)對(duì)人(rén)腦(nǎo)和(hé)人(rén)體所在時(shí)空的(de)限制，最終直接驅動工業設備及工業業務。

工業APP開發運用(yòng)互聯網技術性優點，打破傳統式運營模式的(de)時(shí)空局限性，在智能制造系統中很好的(de)将手機互聯的(de)易用(yòng)性、便攜性與易傳播性利用(yòng)起來(lái)，不僅大(dà)大(dà)地拉近生産商、供應商、經銷商與顧客的(de)距離，也(yě)提高(gāo)了(le)制造行業銷售市場(chǎng)敏感度與信任感。

工業互聯網平台有三大(dà)應用(yòng)場(chǎng)景。

工業互聯網平台能夠實時(shí)感知加工過程中設備運行數據、加工工藝參數，同時(shí)将其與原材料信息、人(rén)員(yuán)配置、設備狀态、質量檢測數據等信息關聯起來(lái)，因此，工業互聯網平台可(kě)以實現工藝參數優化(huà)和(hé)提供設備維護決策支持。

工業互聯網平台可(kě)以利用(yòng)大(dà)數據分(fēn)析技術，挖掘産品質量與加工工藝參數之間的(de)關聯關系，通(tōng)過建立産品質量與工藝參數之間的(de)映射，獲取能提高(gāo)産品質量的(de)工藝參數。例如，美(měi)的(de)集團基于工業互聯網平台（M.IoT）對(duì)工藝參數進行優化(huà)，使産品品質一次合格率從94.1%提升到96.3%。

同時(shí)，工業互聯網平台可(kě)以基于設備曆史運行數據和(hé)曆史狀态，分(fēn)析監測參數與設備狀态之間的(de)關系，進而推理(lǐ)出設備狀态的(de)演化(huà)規律，爲智能設備的(de)預防性維護、遠(yuǎn)程壽命預測及狀态監測提供決策支持。基于普奧ProudThink平台搭建的(de)制冷(lěng)設備遠(yuǎn)程運維平台（圖3），可(kě)以實現遠(yuǎn)程調試參數，并監測設備狀态，發生故障時(shí)，及時(shí)切斷設備，并發出預警以便及時(shí)得(de)到維護。

圖3 普奧Proudthink大(dà)數據分(fēn)析平台

工業互聯網平台不僅可(kě)以感知設備級、車間級的(de)數據，同時(shí)能将跨部門、跨層級的(de)生産要素之間的(de)信息關聯互通(tōng)，對(duì)生産過程的(de)描述也(yě)不局限于加工過程，而是從更深的(de)層次、更細的(de)粒度、更全面的(de)角度對(duì)生産制造的(de)全過程進行描述，能從更全面的(de)角度對(duì)資源配置進行優化(huà)。此外，用(yòng)戶的(de)需求也(yě)能更直接地反饋到生産端，爲更快(kuài)适應的(de)柔性制造提供配置方案。

工業互聯網平台能更全面準确的(de)描述生産要素在加工過程中的(de)狀态，尤其是資源利用(yòng)情況，如能耗、空間占用(yòng)、運輸成本等等。受益于生産要素信息的(de)全面互聯，工業互聯網平台能統籌考慮多(duō)方面要素，給出更接近于全局最優的(de)資源配置方案。例如，福特汽車公司基于施耐德電氣的(de)EcoStruxure平台，收集福特公司在美(měi)國國内設施的(de)電力數據并由雲管理(lǐ)系統進行分(fēn)析、管理(lǐ)，降低能耗30%，并節省了(le)2%的(de)能源開支。

工業互聯網平台能感知生産要素在制造系統中流轉的(de)影(yǐng)響，面對(duì)新模式生産場(chǎng)景和(hé)個(gè)性化(huà)生産需求，工業互聯網平台能給出快(kuài)速響應的(de)柔性制造配置方案，從而滿足定制化(huà)的(de)産品要求。例如，海爾集團基于COSMOPlat平台（圖4），彙集了(le)洗衣機用(yòng)戶的(de)個(gè)性需求，實現了(le)洗衣機個(gè)性化(huà)定制。

圖4 海爾COSMOPlat 平台

工業互聯網平台将供應商、制造商、銷售商及消費者聯系起來(lái)，市場(chǎng)行爲本質上是由需求驅動，商業行爲與制造過程有著(zhe)密不可(kě)分(fēn)的(de)複雜(zá)耦合關系，對(duì)于曆史消費數據的(de)分(fēn)析，可(kě)以用(yòng)于預測市場(chǎng)需求，同時(shí)，通(tōng)過對(duì)短期市場(chǎng)行爲的(de)分(fēn)析，可(kě)以預知可(kě)能發生的(de)風險，做(zuò)好風險管控。

工業互聯網平台感知到的(de)産品全生命周期信息，能從中分(fēn)析出從原材料—制造—銷售—使用(yòng)中各個(gè)要素之間的(de)複雜(zá)耦合關系，通(tōng)過對(duì)曆史信息的(de)分(fēn)析，能對(duì)未來(lái)需要的(de)産品種類及産能進行預測。

工業互聯網平台的(de)優勢在于全局信息感知，對(duì)于全局信息的(de)實時(shí)掌握，能用(yòng)來(lái)預測未來(lái)市場(chǎng)可(kě)能發生的(de)風險，進而快(kuài)速對(duì)生産制造進行調整，對(duì)資源配置進行優化(huà)，從而合理(lǐ)地規避風險。

工業互聯網平台是一個(gè)能全面感知工業系統所有環節生産要素信息，對(duì)信息進行融合、傳輸、存儲，基于海量工業數據進行分(fēn)析，獲得(de)最優決策并推送給用(yòng)戶和(hé)智能設備的(de)計算(suàn)平台。工業互聯網平台通(tōng)常采用(yòng)雲計算(suàn)技術構建，與常用(yòng)的(de)雲計算(suàn)平台類似，工業互聯網平台構造使用(yòng)的(de)主要技術包括虛拟化(huà)技術、分(fēn)布式數據存儲技術、編程模式、大(dà)規模數據管理(lǐ)、分(fēn)布式資源管理(lǐ)、信息安全、平台管理(lǐ)等。

具備自感知能力的(de)生産要素和(hé)信息傳輸網絡構成了(le)工業互聯網平台的(de)硬件基礎。工業互聯網需要擺脫傳統的(de)離散式、人(rén)工錄入數據的(de)形式，而需要讓設備具備智能，全面地自我感知自身狀态，并通(tōng)過互聯網實現各生産要素的(de)互聯互通(tōng)，由“點”到“面”地全面認識工業系統。

工業互聯網平台通(tōng)常搭建IaaS或PaaS方式提供軟件基礎。利用(yòng)各類開源PaaS、大(dà)數據分(fēn)析、人(rén)工智能等技術，搭建平台框架。用(yòng)戶基于工業互聯網平台，針對(duì)各種新模式的(de)生産場(chǎng)景和(hé)個(gè)性化(huà)需求，開發定制化(huà)的(de)工業分(fēn)析軟件。