一文带你读懂工业互联网
作者：小浪底不浪链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/147688499
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从2019年开始，“工业互联网”作为科技领域的热搜词汇，多次在关键场合被政府、企业及科研单位提及。大数据、智能制造、人工智能等新技术，都与它有着千丝万缕的联系。https://pic2.zhimg.com/v2-33932b823311d38749a4362cf53ed2a1_b.jpg工业互联网概念图那么，工业互联网到底是个啥？它真的有前景吗？工业互联网的概念“工业互联网”的概念，由美国通用电气公司在2012年提出，其初衷是为了制定一系列通用的标准，以打破技术之间的壁垒，激活传统工业过程，促进物理世界和数字世界的融合，实现各设备厂商的信息集成和共享。https://pic3.zhimg.com/v2-54d2f7ec48a4f02a8465eaf1ccfaa97a_b.jpg工业互联网概念图随后，美国成立了工业互联网联盟（IIC），由“制造业龙头”通用电气，联合思科、IBM、英特尔和AT&T四家“IT巨头”共同参与。工业互联网，从字面上可直观理解为，将工业系统与信息网络高度融合而形成的互联互通网络。它是传统OT，CT和IT的高度融合：
[*]CT：通信技术（Communication Technology）。中国通信行业三巨头：移动、电信、联通、广电；通信制造服务业巨头：华为、诺基亚、爱立信、中兴等。
[*]IT：计算机技术（Internet/ Information Technology）。目前的IT领域的巨头主要有：百度、阿里、腾讯、思科、微软、谷歌等。
[*]OT：运营/操作技术（Operation Technology）。只要是与生产和管理过程相关的均属此范畴。
其中，IT和CT行业常被人称为ICT (Information and Communications Technology)。https://pic2.zhimg.com/v2-f3ba70b0796162303ce8208bda12315d_b.jpg工业互联网与OT, IT作为一个非常复杂的系统，工业互联网不仅涵盖与工业领域相关的所有实体、工具、数据、方法与流程，也涉及了软硬件数据协议、分布式技术、虚拟化技术、数据化技术、数据建模与分析、组件封装及可视化等多种关键技术与工具。当今工业领域和计算机学科的所有前沿技术，包括边缘计算、智能控制、数字孪生、智能感知、5G传输、大数据处理与决策、人工智能等，都能在工业互联网中找到具体应用。https://pic2.zhimg.com/v2-3603315910a9abe1d8cbc2f12bba72a5_b.jpg工业互联网相关技术通过将新技术融入产品全生命周期，整合产业链的所有相关资源，以提高各生产要素的在线协同能力。工业互联网将设备、产品、生产线、车间、工厂、供应商和客户紧密地连接起来，能有效实现信息和资源的跨区域、跨行业共享，推动整个制造体系的智能化，驱动业务流程和生产服务模式的创新，为客户提供更优质的产品或服务。https://pic4.zhimg.com/v2-dcd6f7e6a02fd28454ad2bc0d90a3757_b.jpg工业供应链工业互联网的架构工业互联网的基本架构可细分为四层，即边缘层、基础设施层（IaaS）、平台层（PaaS）和应用层（SaaS）。https://pic4.zhimg.com/v2-e7da1740a30a9569ded12bcbb9554af3_b.jpg工业互联网架构边缘层：也叫边缘计算层。作为连接工业互联网和底层物理设备的桥梁，它主要负责对接不同厂商、不同协议设备，开展从物理层到平台层的数据采集与传输、异构设备协议解析与转换，以及多元数据分析与处理，降低网络传输负载和云端计算压力。
[*]IaaS层：也称基础设施层。主要是一些与硬件服务器、数据存储、5G网络及虚拟化技术相关的基础设施，可以为工业互联网平台的安全、稳定运行提供硬件支撑。
2. PaaS层：也称为平台层，相当于一个开放、可扩展的工业操作系统。基于底层通用的资源、流程、数据管理模块，建立与开发工具、大数据和数据模型库相关的微服务组件，将不同行业、不同场景的工具/技术/知识/经验等资源，封装形成微服务架构，供各类开发者快速地定制、开发、测试和部署各类App应用。3. SaaS层：即软件应用层。一方面基于工业PaaS层的工业操作系统，将传统的工业软件部署到工业互联网平台中，这个过程称为“云化”；另一方面，吸引更多的第三方软件开发企业，入驻到工业互联网平台中，提供一系列与工业互联网服务相关的APP，有效促进工业互联网在实际工业系统中落地。通过工业互联网，工业软件企业将传统的软件能力转化为平台PaaS及SaaS服务，以更低的成本和灵活的交付优势吸引更多客户。https://pic3.zhimg.com/v2-5e5bbff6a84dc27b148eb3cfc5ebe326_b.jpg边缘计算与云计算随着分布式技术的成熟和集成高性能处理芯片性能的不断提升，很多云端功能如大数据建模、分析与决策等，正在向边缘层延伸，使其具备高性能实时采集、分析与决策能力。以降低网络传输的负载，缓解云端计算的压力，提高云端与边缘侧数据交互的实时性。工业互联网的应用场景工业互联网平台的关键工作场景可大致概括如下：1.将多源异构设备通过工业网关、PLC（可编程控制器）等接入工业互联网的边缘计算层；2.利用传感器、图像等多传感方式对数据进行智能感知和采集；https://pic4.zhimg.com/v2-51c811563ed0fde6f31e4e0636381df7_b.jpg数据采集3.通过工业网卡、数据总线等将数据传输到边缘层数据库；4.利用既定的规则对不同协议的设备数据进行解析和统一转换，保持数据的一致性。5.利用机器学习等算法对多源数据进行预处理、聚类和分析，剔除冗余数据,完成数据的规整和分类；https://pic3.zhimg.com/v2-7373e42edccef021b757dfe52f69abae_b.jpg大数据分析与处理6.利用5G网络将数据从边缘层传输到工业互联网的云端平台数据库中。7.云端大数据系统通过大数据建模与分析技术，基于各个基础场景、通用场景和专用场景，建立各实体、数据及过程之间的映射模型，构建可视化知识图谱，形成知识库并进行知识推理。https://pic1.zhimg.com/v2-8639628d20c5b5ad0b474754c5b88f88_b.jpg知识图谱8.基于PaaS层通用的平台部署与管理模块，在工业大数据模型的支撑下，建立一套软件开发与部署、微服务组件库和模型库，为SaaS层的产品部署和服务创新提供基础。9.根据具体的使用场景，开发MES、ERP、SCADA、SCM等综合决策应用程序，并部署到工业互联网平台的SaaS层。10.通过平板、PDA等终端设备中安装应用软件，实现基于产品全生命周期的生产流程优化、排产调度、智能控制及故障诊断。工业互联网应用难题目前，工业互联网在应用方面主要存在以下难题：
[*]边缘计算层：（1）工业设备种类繁多、数量巨大；（2）通信协议多样、数据格式各异；（3）企业数字化发展水平参差不齐。
2. 大数据分析：数据分析深度不够。（1）以基本数据的分析为主，如寿命、故障、分类、识别等；（2）关于深层次的资源调度、决策优化方面的产品和服务较少；（3）缺乏成熟的数据建模与分析模块，将特征提取算法与建模工具封装成模型，以实现场景建模与分析的可视化。3. 数字孪生技术：（1）工业机理复杂度各异，虚拟数字平台与物理产线生产过程映射比较粗糙；（2）基于特定场景的虚实协同有待进一步加深；（3）将复杂机理模型融入到数字化建模过程中，提升数字平台对实际模型的仿真精度；4. 工业服务能力：平台衍生出的产品和服务过于单一，无法满足多元化的行业需求。需开展定制化元数据、既定规则和场景信息建模，为用户提供定制化服务；5. 资源配置优化和生产过程管控方面的产品比较少，缺乏依托工业互联网平台的现代运作管理体系；6. 产品研发设计、制造、工艺等场景需要工业机理和数据的积累，目前仍处于探索阶段。工业互联网的前景很多人不禁会产生一个疑问，工业互联网存在这么多问题，它的前景到底在哪里？工业互联网由于其跨领域、跨行业、多技术集成等特点，是一种新型的基础设施（简称“新基建”）。工业互联网的优势依赖于“规模效应”，短期内需要大量的资金和设施投入，进行平台的搭建、行业资源的引流和整合，单单依靠企业和个人是很难实现的。https://pic4.zhimg.com/v2-394b685729430b1e269f9a3965f8d113_b.jpg中国工业互联网经济规模预测国家根据各区域的行业优势，通过相关政策进行必要的投资和引导是现阶段的必经过程。俗话说：行业发展，标准先行。在此过程中，工业互联网相关规范和标准的制定，可以为需求企业接入工业互联网提供依据，有效实现企业需求的落地，为工业互联网的蓬勃发展奠定基础。这也是这两年与工业互联网、智能制造相关政策不断提出的原因。随着美国“工业互联网”、德国“工业4.0”和中国“智能制造”战略的不断深化，工业互联网在企业智能化转型升级过程中，必然会扮演举足轻重的作用。
https://pic1.zhimg.com/v2-8caebdcf350b0acbe9a610e102cee160_b.jpg工业互联网与智能制造根据不同的市场主体，工业互联网的应用前景体现在以下几个方面：1. 制造企业，如海尔、三一重工等制造业龙头企业，依托自己在资源、设备和工业经验方面的优势，建立了面向制造业解决方案的工业互联网平台，以整合行业资源，深化供应链上下游企业的合作。2. 工业服务企业，如东方国信等，可结合自己在数据建模和分析方面的能力，为客户提供个性化的业务咨询服务。3. ICT企业，如华为、腾讯、阿里等企业，他们拥有自己的互联网“云平台”，可以与工业生产企业合作，针对不同的工业场景，打造更多的定制化产品解决方案。4. 软件开发企业，基于工业互联网的微服务架构，进行软件的开发、测试和部署，有效降低应用程序开发的门槛和成本。5. 需求客户，通过工业互联网平台迅速对接需求，找到合适的合作伙伴，实现需求的精准落地。2019年，中国在工业互联网建设方面已取得了显著的成果。然而，我国工业知识和经验沉淀不足，工业企业对工业互联网平台认知不足，工业互联网并没有得到广泛应用。工业互联网的发展需要时间，企业须客观地看待工业互联网，结合自身的实际情况，有针对性地开展数字化改造升级，借助区域产业的集聚优势，慢慢适应工业互联网的发展。切勿“强行入网”！https://pic4.zhimg.com/v2-3c238e620d22381722093172ac788543_b.jpg企业智能化改造未来，随着工业互联网平台的进一步推广，将会有更多不同行业、不同领域的市场主体，参与到工业互联网的建设和发展中，催生出一系列新产品、新服务、新模式和新技术的创新。支持原创，侵权必究！未经作者同意，请勿转载！
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