工业互联网与产业智能化变革

新的工业数据分析方法
工业数据分析已经获得大量应用
基于平台的工业大数据分析应用已向多领域多环节渗透
加工参数优化
生产管理优化
企业管理优化
通过加工参数与产品质量的关 联性分析，形成最优的参数策 略，提升加工成型率
通过生产过程数据的分析和优 化，实现生产效率、产品质量 等方面提升
通过生产过程数据的分析和优 化，实现生产效率、产品质量 等方面提升
Mindsphere
以设备数据的集成分析为主
工业企业
Microsoft 以商业数据的集成分析为主 SAP
Azure
HANA
管
Oracle
理
• 设备连接：OPC-UA、物联网
Cloud Platform 提升面向商业决策 软
协议等
的大数据分析能力 件
• 大数据处理：以自主研发为主
• 设备连接：OPC-UA、物联网协议等
对第三方设备的集成
OPC基金会开展合作
信息技术企业基于物联网协议
OPC支持所有基于UDP和TCP/IP 的网络协议，提供物联网扩展
以平台为核心的数据管理和应用
通过平台实现海量多源异构数据的集成、存储、计算和处理，在此基础上开展数 据建模分析，形成面向不同环节、不同场景的智能优化决策
持续改进的闭环
智能应用
中的全周期应用，包括“采集交 换-集成处理-建模分析-决策与 控制”，形成优化闭环，驱动工 业智能化。
网络：本质是实现数据智能的
网络基础，包括网络互联、标识 解析、应用支撑三大体系。
安全：本质是工业/产业互联网
各个领域和环节的安全保障，包 括设备安全、控制安全、网络安 全、应用安全等。
形成若干智能化闭环：设备运行优化、企业管理优化、产业生态优化…
计算机技术 PC、服务器等
软件技术 OS、应用软件等
ICT技术基础
管理信息系统 ERP、MES等
制造业变革
无线技术 物联网技术 高速网络技术
云计算 大数据 新型软件技术
ICT技术基础
？
？
制造业变革
工业互联网在制造业智能化变革中的地位
目标
特征
战略 方向 技术 基础
战略 计划
质量、效率、效益、创新、绿色……
主要内容
一、工业互联网出现的背景 二、工业互联网的内涵与体系 三、国内外工业互联网实践探索 四、小结
2
（1）制造业变革
高价值制造
数字化制造 先进制造技术（生物、增材）
先进材料 新型制造模式（柔性、并行）
新型商业模式\价值链
工业4.0战略
智能生产/工厂 服务化
制造业创新3.0战略
信息技术驱动制造创新 先进材料和零部件 定制化和研发能力 绿色技术和清洁能源
产业视角
智能化生产
企业内
应用
互联网视角
网络化协同
企业-企业
个性化定制
企业-用户
服务化延伸
企业-产品
网络
总
应用支撑
体
架
构 标识解析
网络互联
数据
车间/工厂/企业 运营决策优化
产业建模、仿真与分析
数据集成处理
产业数据 采集交换
生产 反馈控制
物理系统
安全
应用安全 数据安全 控制安全 设备安全 网络安全
数据：本质是数据智能在工业
平台层
主要 通过 技术 模块 合作 整合 产业 力量
数据分析
第三方组件实现数据分析功能
Cloud Foundry
平台核心层级，本质 是PaaS架构
数据管理
数据安全
ThingWorx 应用
开发环境 Marketplace ThingworxSDK
第三方应用
第三方开发worx 系列应用
ThingWorx 数据分析
先进制造战略
数字化与智能制造 先进材料
先进制造技术 （生物、纳米、增
材）
新工业法国
数字化/智能化制造
生产力4.0
智能制造及其关键基础 （CPS、增材制造）
基础材料、零部件、装 备、软件国产化
制造业白皮书
智能制造及其关键基础 （IT软件、增材制造、 机器人、人工智能）
新能源汽车、再生医疗 健康、产品设计的模块 化、从制造工程外获取
来源：埃森哲战略与牛津经济研究院
二者交汇，新一代信息技术与制造业深度融合
制造业智能化演进的核心，是先进ICT技术在制造业更广范围、更深层次的集成应用
3.0阶段
4.0阶段
自动化控制
集成电路技术
数字控制技术
高性能处理器等
？
CPU、MCU等
PLC、DCS等
网络连接 信息处理
固定网络技术
工业总线技术 Profibus、CAN等
个性化定制
协同化组织
智能化生产
服务化延伸
融合分析
工业互联网平台
集成存储计算处理
多源数据 传感器数据
机器运行数据
工厂管理数据
企业经营数据
平台布局与争夺
平台布局呈井喷式发展，产业竞争加剧，我国企业刚刚起步
全球平台布局进入井喷期
2013
2014
2015
MindSphere
2016
软件企业主导
2015年下半年以来，平台布局进入井喷 期，大量企业推出工业数据平台产品
美国
日本 德国 法国 英国
1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
端到端的数据集成
操作系统、数据库、应用程序（SCADA、MES…）
应
通用数据协议
用 协 议
工业以太网 自定义应用
协议
供应商特定 扩展
OPC/OPC UA
通用协议
合作扩展
专业领域数据协议 物联网扩展
物联网应用协议
网
UDP TCP/IP
络 协
工业以太网协议
通用网络协议
物联网网络协议
议
PLC
PAC
嵌入式
自动化企业基于私有协议集成
SIMATIC NET
OPC server
专业领域需求方制定协议
机床领域的应用协议，由 美国机械制造协会推动
S7 Communication
PROFINET
SNMP
油气企业成立MDIS Network 构建海上油气平台通用协议
OPC获得广泛兼容
普遍兼容OPC以实现
MT Connect已经与
(互联网/移动网/专用网络)
上下游 企业
智能工厂
工厂云平台（及管理软件） 6 5
工厂控制系统
3
1
智能
4
智能
智能
机器
机器
机器
2
在制品
新型和通用网络技术向工业领域渗透
通用以太 网部署加 快，占以 太网市场 的1/3以上
工业总线 仍占主导
工厂内外网变革
工厂内网：大连接+无线化、高带宽、扁平化、灵活组网 工厂外网：SDN/NFV、5G、网络升级
商业数据
平台化意味着什么？
移动互联网生态
移动互联网应用
Web应用 浏览器
应用商店
百万级应用 开发者
工业互联网平台生态
工业应用
工业软件
工业APP 大数据处理
大量第三方工 业应用开发商
应用平台 操作系统
智能 手机
智能 手机
智能 硬件
移动芯片
智能终端
谷歌
—开放生态系统 （谷歌Android仅 数百人）
全球硬件厂 商开发适配
自动驾驶
工业互联网
人工智能
2017
（2）全球数字浪潮及其技术驱动力 数字化战略与制造业战略并重
先进制造战略 工业互联网
欧洲数字化工业/ 数字化产业行动计划
欧盟层次的行动
瑞典
英国 比利时
法国
丹麦 荷兰ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
葡萄牙
西班牙
意大利
互联网+ 中国制造2025 信息化战略纲要
制造业创新
3.0战略
芬兰 拉脱维亚
波兰
德国
IBM Bluemix
IT企业
设备数据
设计仿真软件企业
工业企业
• 设备连接：OPC-UA、 物联网协议等
• 大数据处理：集成第三 方，如Splunk等
• 应用开发：通过开放 API支持第三方应用
PTC Thingworx
Bosch IoT Suite
利用设备数据提升 设计仿真软件功能
GE Predix Siemens
工业互联网平台
智能装备
传感器
控制系统
软件定义机器/智能机器
不同装备、传 感和自动化厂
商
生态是关键，基于平台的产业生态加速构建
应用层
依托 自主 技术 整合 产业 资源
Predix.i.o APIs
• Analyses API • Data Sources API • Mobile SDK
系统程序
第三方应用 平台已突破有2万 名开发者及客户
海量工业数据感知
泛在数据传输
747万家制造企业
90%以上信息化、网络化水平不高
4000万点
我国工业网络每年新增节点数
300亿元
2020年我国预测性维护市场规模
八类连接：所有工业要素的全面互联
智能化生产
工业互联网应用
网络化协同
个性化定制
服务化转型
开发仿真 大数据处理
7
工业云平台
智能产品
8 工厂外部网络
• 金融危机暴露出虚拟经济的脆弱性，发达国家 • 美德日正逐步丧失世界制造霸主地位，迫切需
重新审视制造业，提出“再工业化”战略
要寻求新的制造发展模式，构建新的制造竞争
• 稳定经济增长、增加就业、提升创新能力…
优势
（2）全球数字浪潮及其技术驱动力 移动互联
2007
云计算
过去10年，或许估计到了ICT变革的方向和影响， 但没有估计到如此大范围内对经济社会各领域的深刻重塑
10
工业互联网的核心——基于全面互联的端到端数据链
智
智能化生产
网络化协同 个性化定制 服务化延伸
能 应
预测性运维 产品良率 资产优化 设计协作 供应协作
C2B定制 智能服务
用
虚拟仿真 智能控制 智能管理
制造协作
B2B定制
……
数 据 智 能 全 面 互 联
制造 系统
基于数据自决策自执行 跨设备跨系统跨企业数据共享 数据建模与智能分析
SAP HANA 应用框架
API管理系统
第三方应用
• 企业级应用开发 服务包
• 数据管理员开发 服务包
云平台
数据分析
ThingWorx 数据集成
集成方案
网络连接
核心大数据引擎 数据存储
设备层
自研与 技术合 作并行 实现设 备层产 业集聚
Predix Machine
边缘软件-嵌入变元软件模块，实 现边缘设备打通和现场管理
自动化、物联网和装备企业主导
我国各领域制造企业积极开展平台布局
国内工业企业内部建设工业数据平台优化生产流 程及产品服务，逐步从内部向外部开放
产品全生命 周期管理
2013
2014
生产设备 监测
2015
2016
生产流程 优化
四大阵营，两种路径
信息技术企业
ARM Mbed
提供通用平 台解决方案
Intel IoT Platform
附加值
主要发达国家的新型制造战略普遍将智能制造作为最主要的内容和方向
（1）制造业变革
金融危机后对实体经济的再思考 制造业回归/再工业化
30
40%
主要发达国家制造业增加值占GDP比例
25
30%
德国
20 日本
20%
15 美国
10
法国 10%
英国
5
0%
全球制造格局的变迁与 新兴工业国家的崛起
主要国家在全球制造业增加值中的比重 中国
外在：个性化定制、智能化生产、网络化协同、服务化延伸…… 内在：信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行……
智能制造
工业互联网（/工业物联网/工业CPS）
+智能化装备+新材料+新工艺+……
德国工业4.0
美国先进制造/ 工业互联网
中国制造2025/ 互联网+/两化深度融合
主要内容
一、工业互联网出现的背景 二、工业互联网的内涵与体系 三、国内外工业互联网实践探索 四、小结
Gateway-外置硬件实现现场 设备打通
内嵌芯片-适用装有Predix ready 的设备
ThingWorx 工业连接
收购获取整体工业连接方案，包 括OPC、智能网关及软件模块
设备嵌入解决方案
边缘计算解决方案
SAP HANA 底层解决方案
自主研发智能 Gateway，实现标准打 通 借助西门子 MindConnect Nano设 备平台实现设备互联
企 业
• 应用开发：PaaS架构或提供
• 大数据处理：自主研发
API
• 应用开发：通过开放API支持第三方应用
打造以自身设备为核 心的分析优化能力
• 设备连接：私有协议、OPCUA、Modbus、物联网协议等
• 大数据处理：集成第三方解决 方案，如Pivotal、HANA等
• 应用开发：PaaS架构，Cloud Foundry等
数据采集
端
智能装备 机器人 智能产品
……
智能装备
数据连接与传输
管
工厂/企业外互联 工厂/企业内互联 信息/生产系统互联
……
制造系统
数据计算与处理
云
工厂/企业内专有云 外部专有云/公有云……
智能传感
控制系统
管理软件
……
我们所理解的工业互联网核心要素： 网络是基础、数据是核心、安全是前提
用户（消费者/企业用户）
制造业白皮书
工业4.0 数字化战略2025
斯洛文尼亚
捷克 奥地利 希腊
（2）全球数字浪潮及其技术驱动力
OECD国家ICT行业 增加值占GDP比重
（2013年）
来源：OECD
计算机、电子与光产品 软件出版 电信 IT和其它信息服务
% 12
10
8
6
4
2
0
数字经济在各国GDP中的地位
各国数字经济在GDP中的占 比（2015-2020）