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工业互联网体系架构研究

  当前,全球范围内的产业变革和工业数字化日新月异,工业互联网已成为新工业革命的重要驱动力,是实现智能制造的路径和基础设施,已成为我国制造型企业在新一轮产业革命中保持可持续发展的重要抓手。工业互联网的平台架构、网络架构和安全架构是组成工业互联网体系架构的重要支撑,是企业推进工业互联网应用的重要前提。

  一、实施背景

  随着全球新一轮产业变革的蓬勃兴起,制造业再次成为全球经济发展的焦点。很多国家的新型制造战略的核心是通过构建新型生产方式与发展模式,推动传统制造业转型升级,重塑制造强国新优势。以云计算、物联网、大数据、人工智能等为代表的新一代信息技术迅猛发展,云计算为制造企业带来更灵活、更经济、更可靠的数据存储和软件运行环境,物联网帮助制造企业有效收集设备、产线和生产现场成千上万种不同类型的数据,人工智能强化了制造企业的数据洞察能力,实现智能化的管理和控制。

  随着新一代信息技术与制造业的深度融合,许多企业意识到协同制造联网,是代表互联网+制造融合创新大方向的顶级生态系统。当前制造业正处在由数字化、网络化向智能化发展的重要阶段,其核心是充分发挥数据在资源配置中的基础性作用,基于海量工业数据的全面感知,通过端到端的数据深度集成与建模分析,实现智能化的决策与控制指令,形成智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸等新型制造模式。工业互联网主要包括平台、网络和安全三个体系,其中平台是核心,网络是基础,安全是保障。

  二、工业互联网平台架构

  工业互联网平台架构以云计算、物联网、人工智能、大数据等新一代技术为基础,接入各类工业级设备,推动数据跨设备、跨地域、跨平台的收集、汇聚、共享、管理和分析应用,支撑各类工业级应用并能进行创新。

  (1)边缘层:该层可兼容各类工业协议,可统一数据格式,提供边缘存储计算,通过各种通讯手段接入各种控制系统、数字化产品和设备、物料等,采集海量数据,实现数据向平台的汇集。

  (2)设施层:通过虚拟化、分布式存储等技术,提供网络、存储、服务器等基础设施服务。

  (3)平台层:创建一个可扩展的工业操作系统,进行工业大数据建模与分析,为软件开发提供基础环境,解决工业数据处理和知识积淀问题,实现工业知识的封装和复用,支持工业应用的创新开发。

  (4)应用层:提供设计、开发等各类业务操作类APP以及基于数据资产体系的创新应用,如设备状态分析、能力平衡分析等,解决工业实践和创新问题,满足不同场景下的应用需求。

  三、工业互联网的网络架构

  工业互联网连接的目标是通过系统间的互联互通,实现数据跨系统、跨行业的充分集成与流动,满足工业对通信服务于设备的需求。工厂内网络和工厂外网络是网络连接层的两个重点,其中工厂内网强调操作技术与网络技术的融合,工厂外网强调上云的需求。

  (1)工厂内网:包括企业级网络、车间级网络和现场级网络,各类设备通过统一标识系统进行识别。其中企业级网络通过传统宽带网支持ERP、PLM、MES、EDW等企业级应用。车间级网络通过车间通信接口支持工业PC、SCADA、历史数据管理并与MES进行集成。现场级网络通过现场总线、工业以太网等将智能机床、标识读写器、智能机器人等现场设备组网,并将采集的数据传输到车间级网络。

  (2)工厂外网:企业标识系统与公共行业工业互联网标识解析系统通过标识映射进行关联,基于公有云平台支撑协同设计、协同制造、信息交易和数据集成。工厂外网通过泛在链接的方式支持外部用户和产品的接入。

  四、工业互联网的安全防护架构

  我国工业互联网安全防护架构涵盖设备、控制、网络、应用和数据等五大部分。其中,设备安全包括工厂内单点智能器件、成套智能终端等设备安全及智能产品安全,涉及操作系统/应用软件安全与硬件安全两方面。控制安全包括控制协议安全、控制软件安全以及控制功能安全。网络安全包括承载工业智能生产和应用的工厂内部网络、外部网络及标识解析系统的安全。应用安全包括工业互联网平台安全与工业应用程序安全。数据安全包括采集、传输、存储、处理等各个环节的数据及用户信息的安全。

  五、建议与举措

  (1)加强工业互联网总体规划

  工业互联网建设是一个系统性工程,企业必须结合实际,梳理当前业务现状及问题,以问题为导向,做好总体发展规划,制定切实可行的目标、思路、计划、路线图及实施方案,加强人才、技术、资金、设备等资源保障,切不可好高骛远、人云亦云,通过规划为工业互联网实施提供牵引和指导。

  (2)夯实现有信息化应用基础

  企业信息化是数字化的基础和重要支撑。企业应加强对现有信息系统的应用,进一步落实系统操作、使用和运维管理要求,推进信息系统成为业务操作的习惯。进一步加强现有设备、软硬件、数据、系统等上云力度,推进数据标准建设、数据质量检查及数据治理,深化基于企业共享数据中心的信息系统集成。

  (3)进一步做好总体架构设计

  企业应在总体规划的基础上,立足现状,结合网络架构、平台架构、安全架构等特点,从业务、应用、技术、数据、安全、物理环境等诸多方面进行梳理和分析,特别是梳理现有信息系统、数据中心、集成流程等信息资源,形成相对可操作的、明晰的架构体系,以指导后续的工业互联网建设与实施。

  六、结语

  随着新一代信息技术与制造业的不断融合,工业互联网将成为驱动我国产业变革的重要推动力,我国制造业将迎来重要的战略机遇期。企业应坚定信心,积极拥抱工业互联网,做好总体规划,推进架构设计,深化工业互联网建设实施,革新现有运营模式、设计理念、制造工艺及管理方式,以便在未来的市场竞争中抢占战略制高点。

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