IEC PAS 634412022 用于工业自动化应用的工业互联网系统的功能架构标准立项发展报告

工业互联网系统功能架构标准（IECPAS63441:2022）立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:FunctionalArchitectureofIndustrialInternetSystemforIndustrialAutomationApplications(IECPAS63441:2022)摘要随着新一代信息技术与制造业深度融合，工业互联网已成为全球产业数字化转型的关键基础设施和重要驱动力。然而，工业互联网系统涉及感知控制、网络传输、平台服务、数据分析及应用协同等多个层次，各类异构系统与设备之间缺乏统一的功能架构参考模型，导致系统集成困难、互操作性不足、部署效率低下等问题日益突出。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2022年10月正式发布IECPAS63441:2022《用于工业自动化应用的工业互联网系统的功能架构》。该标准基于工业自动化领域的成熟架构理念，融合物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术，系统定义了工业互联网系统的功能层次、核心功能模块及其交互关系，为工业互联网系统的设计、开发、集成与部署提供了权威的技术框架和参考指南。本报告全面梳理了该标准的立项背景、编制过程、技术内容、核心创新点及应用前景，并对其在推动全球工业互联网标准化进程、促进产业生态协同发展方面的重要意义进行了深入分析。报告认为，IECPAS63441:2022的发布标志着工业互联网领域国际标准化工作取得了里程碑式的进展，将对全球工业自动化产业的转型升级产生深远影响。关键词：工业互联网；功能架构；工业自动化；国际标准；信息系统集成；互操作性；数字化转型；IECKeywords:IndustrialInternet;FunctionalArchitecture;IndustrialAutomation;InternationalStandard;SystemIntegration;Interoperability;DigitalTransformation;IEC一、引言1.1研究背景工业互联网作为新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施，通过人、机、物的全面互联，构建覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系，是第四次工业革命的重要基石。近年来，全球主要工业化国家纷纷将工业互联网上升为国家战略，持续加大技术研发和产业推进力度。我国先后出台《关于深化"互联网+先进制造业"发展工业互联网的指导意见》《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》等一系列政策文件，将工业互联网定位为新型工业化的重要引擎。与此同时，美国、德国、日本等国家也通过工业互联网联盟（IIC）、工业4.0平台（PlatformIndustrie4.0）等组织加快相关技术标准的研制和推广。然而，在工业互联网快速发展的过程中，标准缺失和标准碎片化问题日益凸显。由于工业互联网系统涉及生产现场的各类传感器、控制器、工业机器人、数控机床等海量异构设备的互联互通，涉及工厂内网、工厂外网、工业云平台等多类网络设施的协同，还涉及研发设计、生产制造、运营管理、运维服务等全生命周期的业务协同，其功能架构的复杂性和多样性远超传统工业自动化系统。不同厂商、不同行业的工业互联网系统在功能组成、接口定义、数据模型、安全机制等方面存在显著差异，导致系统间集成困难、互操作性差、重复建设严重，严重制约了工业互联网的规模化推广和产业化应用。在此背景下，国际电工委员会工业过程测量、控制和自动化技术委员会（IEC/TC65）敏锐把握行业发展的迫切需求，适时启动工业互联网系统功能架构国际标准的研制工作。经过多轮国际研讨、技术论证和草案完善，IECPAS63441:2022最终于2022年10月正式发布。1.2标准立项必要性IECPAS63441:2022的立项具有深刻的技术和产业背景。首先，从技术发展角度看，工业互联网作为跨领域融合性技术，其功能架构需要在传统工业自动化参考模型（如ISA-95、IEC62264）的基础上，融合云计算、边缘计算、大数据、人工智能等新兴技术要素，形成面向新一代制造模式的系统化架构模型。其次，从产业发展角度看，工业互联网平台和应用呈爆发式增长态势，但缺乏公认的功能架构参考模型导致平台间"孤岛化"现象严重，亟需通过标准化手段规范系统功能组成和接口关系。第三，从国际贸易角度看，建立统一的工业互联网功能架构国际标准，有助于消除技术壁垒，促进全球范围内工业互联网产品和解决方案的互联互通与贸易流通。二、标准基本信息与编制概况2.1标准基本信息IECPAS63441:2022《用于工业自动化应用的工业互联网系统的功能架构》由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）正式发布，标准性质为公开可用规范（PubliclyAvailableSpecification，PAS）。该标准属于IEC/TC65（工业过程测量、控制和自动化技术委员会）的工作范围，标准分类号为工业自动化系统。标准全文为英文版本，以电子版加密PDF格式提供。2.2编制过程与国际合作IECPAS63441:2022的编制遵循了严格的国际标准制定程序。在标准制定过程中，来自中国、德国、美国、日本、法国等主要工业国家的专家围绕标准范围、术语定义、参考模型、功能视图、接口规范等关键技术问题开展了多轮深入研讨。值得关注的是，中国专家在该标准制定中发挥了重要的推动和引领作用。中国已建立了涵盖设备层、边缘层、网络层、平台层、应用层的完整工业互联网标准体系，并于2021年推动IEC/TC65专门成立WG21工作组，由华中科技大学刘云涛教授担任召集人，以加速推进工业互联网国际标准制定。2.3标准定位与目标作为一项PAS文件，IECPAS63441:2022旨在快速响应市场需求，为工业互联网系统功能架构提供统一的技术参考框架。其主要目标包括：定义工业互联网系统的基本功能层次和功能组成，明确各层次之间的接口关系和交互机制，确立系统级功能视图并将其应用于设计、开发、集成、运维等全生命周期活动，同时为工业互联网系统的评估和改进提供方法论支持。三、标准主要内容与技术要点3.1术语定义与概念模型IECPAS63441:2022对工业互联网系统相关核心术语进行了规范定义，涵盖工业互联网系统、工业自动化应用、功能架构、功能组件、接口、互操作性等基础概念。标准在概念层面明确了工业互联网系统与工业自动化系统、信息物理系统（CPS）、工业物联网（IIoT）等相关概念之间的逻辑关系和边界。在概念模型上，该标准强调工业互联网系统是一个典型的分布式异构系统，包含感知控制层、网络传输层、平台服务层和应用协同层等核心层次。各层次之间通过标准化接口进行数据和指令交互，形成纵向贯通、横向协同的整体架构。3.2功能层次架构IECPAS63441:2022的核心内容是定义工业互联网系统的功能层次架构。该标准在传统工业自动化系统层级模型（如ISA-95的功能层次）基础上，构建了面向工业互联网环境的分层功能架构模型。每个功能层次包含若干功能模块，各功能模块承载特定的功能职责并通过标准化接口进行信息交互。该标准特别强调功能架构与部署架构的分离。功能架构描述"系统应具备哪些功能"以及"功能之间如何交互"，不限定具体的物理部署方式；功能可灵活部署在云、边、端等不同位置。这一设计理念使标准具有良好的技术中立性和前瞻性，适应工业互联网系统多样化部署的需求。3.3跨层功能与安全机制除层次化的功能架构外，IECPAS63441:2022还重点考虑了跨层功能需求。工业互联网系统的运行依赖于贯穿各功能层次的管理功能和安全功能。管理功能涉及系统配置管理、故障管理、性能管理、计费管理和安全管理等关键能力；安全功能则涵盖设备安全、网络安全、控制安全、数据安全、应用安全等多个维度。标准针对上述跨层功能提出了统一的架构化描述。3.4功能架构的应用视图IECPAS63441:2022不仅给出了系统功能架构的宏观描述，还提供了将功能架构应用于具体工业场景的方法论。结合典型工业自动化应用的需求，标准展示了功能架构在智能工厂、过程控制、资产管理、预测性维护、能源管理等典型场景中的应用视图，为不同行业用户理解和应用该架构提供了直观参考。四、主要参与单位介绍4.1国际电工委员会（IEC）概况国际电工委员会（IEC）成立于1906年，总部位于瑞士日内瓦，是世界上成立最早的国际性电工标准化机构，负责有关电气工程和电子工程领域的国际标准化工作。IEC的宗旨是促进电工、电子和相关技术领域的国际合作与标准化，推动国际间在这些领域的相互了解和协调统一。IEC现有83个正式成员国和众多准成员国，覆盖了全球绝大多数的工业化国家。IEC制定的国际标准涵盖了电力生产与分配、电子设备与系统、工业自动化与控制、信息技术设备、消费品安全等多个重要领域。IEC标准与ISO标准共同构成了全球最具权威性的国际标准体系，在促进国际贸易、保障产品质量和安全、推动技术创新等方面发挥着不可替代的作用。4.2IEC/TC65技术委员会及其工作IECPAS63441:2022由IEC/TC65（工业过程测量、控制和自动化技术委员会）归口管理。IEC/TC65成立于20世纪50年代，是IEC中规模最大、最活跃的技术委员会之一，下设多个分技术委员会和工作组，其工作范围涵盖了工业过程测量、控制和自动化领域的全部标准化工作，包括传感器与执行器、系统集成、工业通信、功能安全、信息安全等方向。IEC/TC65制定的标准如IEC61508（功能安全）、IEC62443（工业通信网络安全）、IEC62264（企业系统与控制系统集成）等，已被全球工业界广泛采用。4.3中国在标准制定中的突出贡献值得特别关注的是，IEC/TC65为加速工业互联网国际标准制定，于2021年专门成立了WG21工作组（工业互联网系统功能架构工作组），由华中科技大学刘云涛教授担任召集人。这是中国专家首次牵头IEC/TC65下设的工作组，充分体现了中国在工业互联网领域的技术积累和国际影响力的提升。在IECPAS63441:2022的制定过程中，中方专家团队基于中国工业互联网产业实践和标准化经验，在功能架构模型设计、术语定义、跨层功能建模等关键环节提出了多项建设性提案，并推动将中国工业互联网标准体系中的核心要素融入国际标准。五、标准的意义与影响5.1对全球工业互联网产业发展的重要意义5.2对推动工业自动化技术创新和产业升级的支撑作用IECPAS63441:2022的发布将有力推动工业自动化领域的技术创新和产业升级，其核心体现在四个方面：一是促进互操作性，统一的功能架构模型为异构系统的互联互通提供了基础；二是降低集成成本，明确的功能层次和接口规范可显著减少系统集成工作量；三是引导技术创新，架构化设计方法为云计算、大数据、AI等技术与工业自动化的深度融合提供了框架引导；四是支撑数字化转型，为工业企业制定数字化转型技术路线提供了参照。5.3对中国工业互联网发展的示范意义IECPAS63441:2022的发布对中国而言，既是中国深度参与国际标准化治理的重要成果，也是中国工业互联网产业走向世界的历史契机。该标准作为架构类基础性标准，其功能架构模型与中国已建立的工业互联网标准体系的核心理念高度契合，为中国工业互联网相关国家标准和行业标准的制定提供了国际参照。同时，标准的实施将有力支撑中国工业互联网解决方案在"一带一路"沿线及其他国际市场的推广应用。六、结论与展望IECPAS63441:2022《用于工业自动化应用的工业互联网系统的功能架构》的发布是工业互联网标准化进程中的重要里程碑。该标准基于IEC在工业自动化领域数十年的标准化积淀，融合了全球主要工业国家在工业互联网领域的最新实践成果，首次在国际层面为工业互联网系统提供了统一的功能架构参考模型。从标准的内容来看，IECPAS63441:2022确立了系统级功能架构要求，明确了各功能层次的功能视图和应用方法，充分考虑了技术的动态演进性，为未来持续扩展预留了接口和空间。从标准的影响来看，该标准将深刻影响工业互联网系统及应用的全球产业生态，加快工业互联网在流程行业、离散制造、智慧能源、智慧城市等各领域的普及应用。展望未来，随着工业互联网技术的快速发展，IECPAS63441:2022将适时转化为正式国际标准，进一步巩固其在全球工业互联网标准体系中的核心地位。一个开放、协同、安全、高效的全球工业互联网产业生态，正在IECPAS63441:2022等一批重要标准的支撑下加速形成。参考文献[1]IECPAS63441:2022,Functionalarchitectureofindustrialinternetsystemforindustrialautomationapplications[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2022.[2]国务院.关于深化"互联网+先进制造业"发展工业互联网的指导意见[Z].2017.[3]工业和信息化部.工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）[Z].2020.[4]IEC62264,Enterprise-controlsystemintegratio