工业互联网基础知识

工业互联网概述工业行业信息化应用场景工业行业信息化合作生态内容提纲工业产业划分中国工业体系：门类众多，涉及39个工业大类、191个中类、525个小类（来源：《国民经济行业分类》GB/T4754-2011）工业（Industry）是指采集原料，并把它们加工成产品的工作和过程。通常将第一产业泛指为农业、第二产业泛指为工业、第三产业泛指为服务业制造业是当前国家重点关注领域国际形势：工业互联网成为各国构建工业新生态的重要抓手加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展美国美国利用基础科学、工业、信息技术、互联网等领域的综合优势，构建全球性的生态体系组织，从大数据应用等“软服务”切入，带动工业全流程、全环节竞争力的整体提升。德国德国重点是基于制造装备、工业自动化、工业软件等方面的领先地位，通过全工业体系的协同（研究机构、协会、大学等），强化“硬制造”优势，同时拓展“软服务”能力。提出工业互联网提出工业4.0中国提出中国制造2025工业互联网是实现制造业智能化的核心，目前全球主要国家正加快工业互联网战略布局，以抢占未来制造业竞争的制高点。新兴业态新一代信息通信技术现代工业（制造业）工业互联网深度融合新应用模式工业云服务工业大数据服务新型工业APP智能化生产网络化协同服务化延伸个性化定制工业互联网是实现生产制造领域全要素、全产业链、全价值链连接的关键支撑是满足工业智能化发展需求，低时延、高可靠、广覆盖的关键网络基础设施是新一代信息通信技术与现代工业深度融合所形成的新兴业态与应用模式是互联网从消费领域向生产领域、从虚拟经济向实体经济拓展的核心载体国内形势：工业企业面临挑战人力成本增加、能源和原材料价格持续攀升，资源环境约束进一步强化个性化需求升级、行业竞争、重新洗牌、新技术变革、国家战略我国工业企业发展面临的挑战企业经营环境发生重大变化互联网和信息技术发展迅速，促进消费方式，个性化需市场挑战。传统工业生产方式与运营模式受到的挑战日益严峻。数字化变革成为必然通过新技术提高制造业竞争力是国家战略需求，政策引导与支持力度不断加大，以5G、物联网等为代表的新技术持续推动制造技术变革，给工业企业带来机遇。数字化转型迫在眉睫工业互联网的内容：《中国制造2025》战略要点国家制造业创新中心建设工程大力推进智能制造工业强基工程绿色发展工程高端装备创新工程五大工程新一代信息技术高档数控机床和机器人航空航天装备核心关键互联网+信息化与工业化深度融合智能制造一条主线十大重点领域节能与新能源汽车电力装备新材料生物医学及高性能医疗器械农业机械装备新一代信息技术高档数控机床和机器人航空航天装备海洋工程装备及高技术船舶先进轨道交通装备制造业大国（2025）制造业强国（2035）世界强国（2045）三步走战略《中国制造2025》+“1+X”落实方案和实施体系+高端领域技术路线绿皮书逐步落实工业互联网是什么设备联网

（数据采集）数控机床、工业机器人、AGV小车

仪器仪表、3D打印、摄像机等装备以太网、WIFI、PON、

4G、5G、IOT数据展现与分析ERP、MES、PLC、

工业软件设备监测、告警处理、质量管控

生产排产管理、产品质量溯源企业管理OA、HRM、WMS、SCM管理软件供应链、仓储物流、财务、人力、

协同通信、视频会议、工业互联网平台、企业网站、电商平台、CRM、呼叫中心、预测性维护工业互联网概述工业行业信息化应用场景工业行业信息化合作生态内容提纲生产管理-1：生产资源管理ERP——场景描述ERP层：广义上包括流程管理，产品数据管理，存货、分销与运输管理，人力资源管理等（狭义的ERP主要是与生产相关的进/销/存系统MES层：即制造执行系统层，提供了工业信号控制的管道，是连接ERP和底层的纽带PLC&现场设备层：即联接自动化设备或数控机床的过程控制层ERP功能模块“制造金字塔”三层架构中，ERP是自动化与信息化综合数据的汇聚点，覆盖主要生产经营管理业务，数据敏感度低于其他层ERP系统根据企业当前经营目标，将生产指令下发至MES系统，由MES系统调度过程控制层执行生产任务制造过程中，由过程控制层的PLC等现场设备采集生产中的状态信息、安全信息等，通过网络传递、数据库读写等方式，将信息反馈至MES执行系统在MES层将信息统计处理后，将结果反馈至管理决策层的ERP系统，完成多系统间的信息交互数据交互流动理论上ERP包括业务流程管理，产品数据管理，存货、分销与运输管理，人力资源管理等现实中ERP主要是财务系统和进销存系统，其它模块相对应用少，ERP的生产模块普遍功能弱ERP系统的发展趋势将与CRM、电子商务、供应链SCM、PDM、以及MES系统进一步整合生产管理-2：生产执行管理MES——场景描述MES智能化、平台化、云化成为MES发展趋势与智能物流系统的集成应用与物联网的集成应用与工艺知识库集成应用通过生产和质量大数据分析优化生产过程多工厂的企业级MES应用MES系统应用热点与机会MES（制造执行系统）是全面整合制造资源、全方位管理生产进度、质量、设备和人员绩效的数字化车间核心生产管理系统MES执行由ERP制定的计划，并根据实时信息调整生产排程，做出调度，并将资源利用及管理、车间作业及完工情况的准确信息实时提供给ERP同时MES将生产目标及生产规范转化为过程设定值，对底层控制系统的有关工艺参数进行调整干预MES在制造中具有承上启下的作用云平台集成应用生产管理-3：工业设备上云——场景描述工业设备上云是指将生产环节的制造、加工、装配、检测等设备的运行数据，通过建立实时、系统、全面的数据采集体系进行提取。并将数据在云端完成汇聚、计算和分析等，提高数据价值，帮助企业实现工业设备状态监测、预测预警、性能优化和能力交易工业行业存在大量高资源消耗、高安全风险、低利用效率的设备，在工信部发布的《工业互联网平台建设及推广指南》中，明确要求推动高耗能流程行业设备，通用动力设备，新能源设备，智能化设备上云用云高耗能设备通用动力设备新能源设备高价值设备近1000座炼铁高炉年消耗标准煤约3.4亿吨47万余台燃煤锅炉能耗占全国煤炭消耗25%以上5亿台内燃机石油消耗占全国消耗近60%30万台大中型空压机平均设备负载率不足60%风电装机容量达188GW，占全球装机的35%弃电量419亿千瓦时（度）全国200万台数控机床，平均负载率不足40%工业窑炉、工业锅炉、石油化工等柴油发动机、大中型电机、大型空压机等风电、光伏等工程机械、数控机床等设备上云开展运行监测、效能优化、预测性维护等服务，预计可降低炼铁高炉等设备平均能耗1-3%，提升数控机床等设备利用率8%，降低弃风率至10%，直接带来经济效益近500亿设备上云具有重要价值与意义生产管理-4：数字化车间工厂生产环节中，产品形态多样化，各系统烟囱式发展，导致整个制造链条信息冗杂，管理难度高、生产成本高、生产速度与效率低下数字化车间是希望把工厂内原本较为隔离的设备信息、系统信息、人员信息等，整合在一起，通过一定的可视化方式，展现工厂当前生产运行的真正状态，各环节的配合情况，实际产能情况等，为降本增效提供参考依据数字化车间贯穿底层设备到上层应用。需对生产设备进行数字化改造，对生产管理系统进行系统对接，提取数据用于整合分析，最终将各环节数据筛选处理，以数字化工位、领导驾驶舱等可视化应用展现通过云端集成方式，将各环节数据进行集中处理与整合，避免各系统间数据隔离，信息重复，难以产生价值等问题通过数字化、可视化的形式，将设计-采购-制造-仓储-物流-交付-服务等各个环节打通，进行数据集合与应用，为操作工人、车间管理者、工厂决策者提供准确、直观、有效的评判依据信息化需求及机会数字化车间以准确的数据形式反映车间真实情况将专家的知识和经验融入感知、决策、执行等制造活动中利用VR、AI等技术赋予产品制造在线学习和知识进化能力推动智能装备具备感知、分析、推理、决策、控制功能制造装备借助IT新技术向智能化发展以奥迪汽车实践为例

通过使用VR在墨西哥规划新工厂，支持模糊控制机器手人类增强技术（AR），用于检查质量和发动机舱中的文件信息化需求及机会对于数控机床等生产主设备自身的智能化，中国电信能介入的领域很少重点关注VR、AR等IT技术在工业行业引入，带动数据、信息的汇聚及处理，可能的系统云化机会，以及装备智能化对高可靠网络接入（如5G）的需求生产管理-5：虚拟辅助操作——VR、AI等IT新技术应用于智能制造环节研发设计-1：数字化设计——场景描述研发设计工作人员VR/AR辅助设计CAD（计算机辅助设计）数字化设计通过CAD（计算机辅助设计）软件创建3D几何图形，产品设计和产品数据形成形成设计数据仿真验证通过CAE（计算机辅助工程）软件进行场景建模、数据分析产品生产数据VR/AR模拟展示仿真验证结果信息投入市场生产反馈信息市场反馈信息产品管理工作人员设计研发项目开始------>生产使用CAM（计算机辅助制造）软件进行生产设备管理控制操作的过程模拟产品生命周期管理通过PLM（产品生命周期管理）软件集成CAD、CAM，管理一个产品的生命周期——从产品构思、设计指导到服务和退市产品数据管理通过PDM（产品数据管理）软件在产品全生命周期体系下，存储和检索产品和产品数据设计场景切入机会-产品设计需要较高的计算能力、大量数据存储空间-系统、人员间的协作通信需求-产品数据管理研发设计-2：数字化仿真——场景描述根据业务需求特点，工业行业高性能计算可细分为三类场景CAD&CAE应用上云高带宽、低延迟的网络建模场景工业产品设计、建模需求紧耦合集群计算计算节点间大量通讯计算节点间交换中间结果存储节点间的网络高带宽低时延碰撞仿真、动态流体仿真松耦合网格计算提供应用程序独立计算资源提供横向扩展弹性计算能力具备集群容错能力新材料开发、结构仿真应用场景细分行业典型软件需求特点大多数工业制造企业汽车制造、化工、能源机械、电子、化工、航空PAM-CRASH碰撞和冲击分析软件RADIOSS汽车碰撞、冲击、噪声分析ANSYS有限元分析软件NASTRAN线性结构分析软件FASTRAN航天航空领域软件STAR-CD发动机模拟领域软件CFX动力机械领域软件AUTOCADMaya，Autodesk公司3D软件3DsMax物流供应-1：车间物流车间物流是为实现生产车间内部的物料、制成品等高效传送，以减少库存，提升配送效率和准确率主要包括物料出库、物料分拣组盘、物料配送上线环节自动化与智能化是发展趋势车间物流正从传统低效的人工模式，向自动化、智能化、网络化方向发展主要涉及WCS物流调度系统、自动化立体仓库、AGV自动导引小车、RGV穿梭车、条码/RFID等软硬件技术信息化需求及机会车间物流智能化，需具备货物自动出入库、自动盘点、自动定位、自动输送搬运等功能，并与上层系统实现信息流无缝连接重点机会：车间内部组网（工业以太、工业PON、4G/5G/NB-IoT、WIFI、RFID）、智能终端（PAD、手机、扫码枪）、IT平台（支撑物流调度软件部署，与其他系统协同）物流供应-1：车间物流典型场景举例面临问题：仓库到生产线的存、拣、配、核、发等一系列流转动作人工完成，费时费力，人工数量庞大，容易出错实现目标：精准地实现物料自动下库并到达生产线，预防呆滞料，降低错料风险物流供应-2：供应链物流软件层面：云平台支撑WMS、SCM等物流软件系统灵活部署，便于与ERP等相关系统协同及资源共享硬件层面：工业以太、工业PON、WiFi、RFID、NB-IoT、4G/5G等各类有线无线接入，智能终端支持信息化机会供应链物流是为实现厂区内及厂区间的物料、制成品等高效传送，实现送货车辆厂区进出自动识别和卸货资源分配，出入库自动识别，叉车物流资源任务智能调度等功能。主要包括运输车辆跟踪定位、产品快速出入库、物流自动化识别等环节逐步向自动化与数字化发展供应链物流发展一是提升自动化水平，二是加强与企业内部及外部合作伙伴的数字化协同能力主要涉及WMS物流管理系统、SCM供应链管理系统、无人叉车、条码/RFID、视频监控等软硬件技术，可穿戴设备（如AR眼镜辅助物流识别应用）的新技术也在逐步应用销售服务-1：对外服务的电商类平台工业电商是电子商务在工业流通、生产、服务全流程的深化应用，是工业领域基于网络交易的新型经济活动。发展工业电商，有利于激发企业创新活力、拓展市场发展空间、创新经营管理模式，是制造业数字化、网络化、智能化的重要引擎。其他对外服务平台（门店管理、门户网站、信息公开查询）与电商平台类似，都是通过互联网等方式与客户、门店、经销商、合作伙伴、供应商等外部实体提供信息查询和进行商务交易，两者统称为电商类对外服务平台。按照工信部《工业电子商务发展三年行动计划》,2020年达成“三大定量目标”规模以上工业企业电商采购额达到9万亿元电子商务销售额达到11万亿元重点行业骨干企业电子商务普及率达到60%为达成上述目标，制定了以下五大行动基本架构电商类系统需求和痛点电信机会点用户访问量随时间变化波动很大云资源的快速弹性伸缩面临被外部黑客攻击的风险Anti-DDos、WAF等云安全劣质代码影响用户体验应用性能监控保障全国各地用户访问时延CDN、对象存储政策支持信息化需求及机会销售服务-2：门店销售管理和精准营销门店销售管理场景门店销售管理的信息化需求及机会云平台支撑渠道管理平台部署+分支机构到总部网络连接门店销售管理模式对各销售渠道（分公司直营、加盟店、电商平台、经销商、代理商、批发商等）统一管理，提供支付、信贷、订单、商品和信息管理功能，对销售门店的巡检、客流分析、安全监控门店遍布全国各地，数据需准实时上传到企业总部，便于及时分析销售情况，发现销售趋势、调整市场营销策略精准营销场景精准营销模式收集客户消费数据，整合第三方数据，建立客户画像、客户群画像，识别VIP客户或高价值客户群针对不同的客户和客户群制定不同的营销策略，在对的时间把对的产品推送到对的人，并产生对的结果精准营销的信息化需求及机会需要云化平台实现数据汇聚、存储，支撑营销大数据分析销售服务-3：企业提供产品预测性维护等服务预测性维护是以设备状态为依据的维修，在机器运行时，对它的主要部位进行定期或连续的状态监测和故障诊断，判定设备所处的状态，预测设备状态未来的发展趋势，依据设备的状态发展趋势和可能的故障模式，预先制定预测性维修计划，确定机器应该修理的时间、内容、方式和必需的技术和物资支持。预测性维护能够提升服务运维效率，节约现场服务人力成本，是装备制造类企业由“卖产品”向“卖服务”转型的必由之路，国内外的领先企业已经开始试点工业数据采集：支持从OPC接口，时序DB，工业网关，传感器，获取设备各类数据全栈数据服务：构建数据存储，分析，挖掘，可视化等全流程数据能力设备运行数据分析：预集成工业领域典型算法，如决策树、分类、聚类、神经网络，异常检测等算法，实现设备异常状态的实时告警边缘计算：近场协议转换，数据过滤与转发，边缘做模型预测，动态加载功能专线：将设备数据传输到云端需要的传输链路信息化需求及机会实现路径办公管理-1：办公桌面信息化需求及机会企业OA、财务等办公管理类平台云化，更好支撑打通数据流和业务流打通固定/移动网络、云桌面等支撑灵活办公云桌面保障终端及数据安全场景定义办公桌面是指企业员工通过PC等各类桌面终端，与企业内外部信息系统进行交互，以支撑研发、销售、服务等各环节业务的平台包括前端的各类交互终端，以及后端的企业平台支撑（OA系统为主）技术实现传统桌面主要以PC及便携机为主ICT快速发展，4G/5G大带宽把企业带入桌面轻量化和应用后台云化时代，向从传统PC方式向云桌面和移动办公转变，同时需要全面保障桌面终端的安全办公管理-2：协同通信传统多业务融合与企业办公融合与AI融合与行业生产融合邮件CRMOAERP语音识别人脸识别智能翻译聊天机器人呼叫中心协同设计园区管理客户服务满足一次沟通中多种通信能力协同要求与IT系统融合提升企业协作效率通过AI变革交互模式提升沟通协作体验通信嵌入生产流程使能业务敏捷信息化需求和机会语音消息视频会议数据协作多个通信系统、多种业务场景、与企业IT的集成及AI等新技术应用，推动对协同通信云化承载需求场景定义企业协同通信是为满足企业内部及外部（客户、合作伙伴等）沟通需求，整合语音、消息、视频、数据协同、社交网络等多种方式，构建的立体沟通平台，以提升运作及协同效率技术实现传统企业通信主要为语音（固定、移动，租用运营商业务或自建PBX等）、视频会议等，系统相对孤立协同通信整合多种通信方式，强化与企业IT系统如邮件、CRM等无缝集成，并嵌入主生产流程需要平台开放性及快速迭代及集成办公管理场景的市场空间预测协同办公市场空间桌面云市场空间IDC预计，2018年中国瘦客户机市场规模将超过258万台，同比增长28.4%。其中传统瘦客户机（ECD）出货量130万台，同比增长13.4%VDI产品出货量将突破128万台，同比增长将超过48%。未来几年的市场空间如下图所示：来源：IDC中国，2018来源：公开资料整理2018年呈现OA大项目越来越多的势头。大中型