第3章智慧工业互联网系统总体技术

本章主要论述智慧工业互联网商业模式、智慧工业互联网系统集成技术、智慧工业互联网系统实施技术、智慧工业互联网系统评估技术、智慧工业互联网系统安全技术。
3.1智慧工业互联网商业模式
智慧工业互联网是新一代人工智能引领下新型信息通信技术与工业深度融合形成的新业态新模式，其产业发展趋势与商业模式比互联网更多样化，需要创新突破。智慧工业互联网商业模式聚焦用户价值主张，面向小微企业、中小企业、大型集团企业、政府等典型用户需求，为用户提供平台门户、云制造、大数据应用、创新创业、供需对接、产融结合等产品及服务。通过交易结构设计，促进工业互联网与用户之间开展广泛且可信的交易活动，建立起紧密、可信赖的交易关系，共同构建工业互联网产业生态系统，形成工业互联网商业模式总体结构［1］，如图31所示。




图31工业互联网商业模式总体结构


3.1.1产品服务商业模式
围绕平台服务、开发者服务、智能制造、大数据应用等产品服务，联合各类用户，引进工业互联网金融服务，强化大数据技术服务、信息安全服务、数据中心服务及生态系统配套服务支撑能力，形成完善的商业生态。
1. 平台门户服务
平台门户作为工业互联网的核心窗口，是工业互联网平台的重点服务主体，其商业模式建立在海量用户和用户访问的基础上。通过良好的用户体验和高质量的用户服务，获取并留住用户，采用会员制度、套餐制度等模式，向不同规模、不同行业领域的企业用户提供差异性的高阶服务，形成活跃用户，实现工业互联网平台的用户价值。海量用户会带来海量的访问量，可以促成商家的信息有效传递，实现工业互联网平台的广告价值。海量用户又分为供应方和需求方，双方在平台上发布供应和需求信息，产生交易，实现工业互联网平台生态价值。
(1) 广告宣传服务。广告宣传服务包括工业互联网平台各层级页面上的固定广告位、专题/专栏推荐、软文推广等，还可进一步拓展站外广告投放和线下推介会等。
(2) 增值套餐服务。用户免费注册，享用平台提供的基本服务； 将询盘优先权、商机资源推荐、店铺装修、展示优先级、企业身份认证、广告、竞价排名等增值的资源及功能打包形成套餐服务。
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(3) 企业认证服务。工业互联网平台可依据一定规则条件，对入驻企业进行分级认证，分为企业身份实名认证、能力认证、特定行业合格供方认证、各行业标准认证等。获得不同认证等级资质的平台企业用户享受差异化的平台服务，在平台上开展差异化的业务。
(4) 搜索排名服务。工业互联网平台可面向平台用户提供搜索排名服务，包括固定搜索排名及竞价排名等。在平台检索页设计不同推广栏位，为部分用户提供优先展示商品、服务、能力的服务。
(5) 营销优化服务。基于对平台数据的分析挖掘为平台用户提供有助于其更好地开展业务的营销优化服务，包括精准营销、客户流量数据分析报表、营销优化等服务。
(6) 技术服务。为有需要的平台用户提供个性化店铺、定制化专区、代运营等技术服务。
(7) 政府集采服务。为政府集采业务提供技术支持、招投标等服务。
(8) 信息安全服务。免费提供平台信息安全基础服务，基于工业互联网平台的信息安全能力，为有定制需求的企业提供信息安全系统解决方案，输出项目建设实施服务。
(9) 基础设施公共服务。免费面向平台用户提供一定存储空间和计算能力的云存储及云计算等基础设施公共服务，对于超过限定能力的需求，提供弹性扩容等增值服务。
(10) 生态系统配套服务。工业互联网平台可引入物流、咨询、法律、审计等第三方服务商的服务，开展联合运营，为平台用户提供成熟、全面而多样的配套服务。
2. 云制造服务
(1) 云协作交易服务。通过工业互联网平台促成交易，并结合金融服务，向用户提供商机对接、担保支付等服务。
(2) 云资源使用服务。对于“云化”(可在线使用)的资源，可采取计时计费的方式向用户提供服务； 对于非“云化”(不可在线使用)的资源，可按照短时租赁或永久使用的方式对外提供服务。
(3) 诊断咨询服务。针对具有智能化改造需求的企业用户，通过工业互联网平台整合优秀供应商和智能化专家，为企业提供诊断评估服务，提供智能制造改造诊断说明、初步改造方案。
(4) 智能产线设计实施服务。基于工业互联网平台，为企业提供自动化、智能化机械加工生产线、试验调试生产线的设计、仿真及实施服务。
(5) 资源能力接入服务。基于工业互联网平台，提供设备数据采集与能力接入服务，在明确企业需要接入云平台的业务内容的基础上，制定云平台数据集成规范、制定软件层与设备层的相关技术标准，为企业提供DaaS平台服务及相关接口开发服务，实现企业设备上云、业务上云。
3. 大数据应用服务
(1) 平台大数据产品。基于工业互联网平台进行数据分析挖掘，并整合外部数据资源，提供基于平台的大数据产品，以及衍生大数据分析产品，如行业分析报告、市场分析报告等。
(2) 工业大数据集成平台。提供设备资产的标准安全接入、数据管理、数据分析等云服务。基于平台汇聚整合的数据形成行业的经验知识库，支撑经营决策与生产流程优化。结合智能制造业务提供定制化的工业大数据解决方案，提升企业用户综合竞争力。
4. 创新创业服务
(1) 创业团队多元服务。工业互联网平台可与第三方进行商业合作，为创业团队提供多元化的线上服务，包括企业信息化服务、在线培训、咨询服务等。
(2) 创业投资服务。联合第三方资产公司共同成立创投基金，为具有潜力的企业或团队提供创业投资服务。
5. 供需对接服务
(1) 招标服务。为用户提供招标代理服务。
(2) 商城服务。工业互联网平台的工业品商城可为供给侧用户提供线上销售服务，拓展渠道，促成交易。
(3) 阳光采购服务。采取组织团购、众筹等活动，整合平台用户共性需求，通过淡季提前备货、供应商谈判等方式降低采购成本，为企业提供集采服务。
(4) 定制产品(自营)服务。通过平台数据分析，挖掘市场稀缺资源或其他利润空间较大的产品资源，委托第三方制造，依托工业互联网平台品牌和质保体系，为企业提供高品质的产品。
(5) 产品认证/监制服务。工业互联网平台也可不介入产销，对符合一定条件、资质的产品以平台品牌的认证和监制，提升产品价值，服务供给侧用户。
6. 产融结合服务
(1) 产融结合云服务。免费面向金融机构开展基础服务，免费面向平台用户提供产融结合公共服务。面向重点金融机构提供定制化门户设计实施服务和运维服务。
(2) 金融产品和创新服务。提供支付结算、融资等金融配套服务。为需求侧企业用户提供信用证等中间业务增值服务。此外，还可提供代监管服务，通过对注册企业在平台上经营情况的分析，实时监控预测其贷款偿还能力，为银行等客户提供贷款企业的代监管服务； 投资咨询服务，例如开展投资项目的在线路演、线下路演活动及投资顾问、优质项目推介等。
3.1.2细分客户商业模式
1. 小微企业

针对小微企业用户群，工业互联网平台可免费或低价提供全方位的创新创业服务。采用会员制度、套餐等方式，为用户提供平台门户推广服务、信息安全服务、IT基础设施服务和供需对接服务； 并可联合第三方法律、金融、审计等平台合作伙伴，提供在线培训、业务咨询等公共配套服务； 还可通过按需租用的方式，提供基于工业互联网平台的研发设计、生产制造和经营管理等云化工业应用服务和产品。
2. 中小型企业
工业互联网平台可为中小型企业提供云制造、供需对接、平台门户等生态系统配套服务。提供在线诊断、线上云协作、云资源共享等云制造服务，以及线下企业智能化改造的建设运维服务。还可以采取平台门户增值服务套餐的形式，为中小型企业提供云制造系统解决方案。在中小型企业融资方面，结合中小型企业在工业互联网平台的行为分析，撮合金融机构与中小型企业开展融资。通过平台产品认证和监制，为中小型企业提供产品品牌背书服务，提升产品品牌价值及信誉度。
3. 大型集团企业
针对大型集团企业用户，工业互联网可提供的服务包括： 搜索排名提升、营销优化、优先询盘、企业认证、专属店铺门户设计、广告推送等平台门户服务； 智能产线设计实施、智能设备改造、设备上云等云制造服务； 基于云平台的行业分析、市场分析、专属数据挖掘等大数据服务； 招投标等供需对接服务。通过云平台整合社会资源，提升大型集团企业网络化协同能力，挖掘新动能。
4. 政府
针对政府、产业园区、行业协会等用户，工业互联网可重点提供以下服务： 特定区域、特定行业的产业集群平台门户定制化服务； 园区研发设计，企业经营管理的业务上云、设备上云、设备改造等云制造服务； 舆情监控、产能预测等大数据分析服务； 政府集采、招投标等供需对接服务； 还可调动区域金融机构，依托工业互联网制定针对性的产融政策，为政府扶持政策落地提供有力支撑。
3.2智慧工业互联网系统集成技术
3.2.1系统集成技术的内涵

工业互联网系统集成技术包括基于智能制造要素之间的横向、纵向以及端到端的3类集成。其中，横向集成实现产品设计/生产/管理/销售/运营等制造全生命周期活动的集成，构建智能集成制造系统价值链上的生态系统； 纵向集成实现不同层级各系统之间的集成，打造从原材料到产品销售的智慧化产业链； 端到端集成是数字世界和现实世界在整个产品全生命周期及不同企业间的集成，使各种不同信息终端和数字化的物理终端联通，实现制造资源、能力、产品基于工业互联网和工业互联网平台的动态集成、最优配置和智能协同。
3.2.2系统集成的关键技术
工业互联网通过系统集成技术，支持生产关键要素模型、制造资源、制造产品、制造能力、专业知识等进行集成，并实现数据分发管理、时间同步管理，形成跨部门、跨企业、跨地域的协同设计、管理与决策，促使制造系统中各类活动中的信息流、控制流和知识流集成优化运行，进而提供智慧研制与运行使能技术，改善企业的时间（T）、质量（Q）、成本（C）、服务（S）和知识（K）等生产管理要素。
1. 横向集成技术
工业互联网系统横向集成从全产业链出发，主要解决企业之间的信息共享、资源整合和社会化协作等问题，构建工业互联网系统价值链上的生态系统。横向集成旨在实现论证/设计/生产/仿真/实验/管理/销售/运营/维修/报废等制造全生命周期活动的集成，进行不同环节之间的协调，消除企业各环节或产业链上各企业之间的交互的冗余和非增值过程，提高产业链上、下游企业之间包括需求分析定义、概念设计、详细设计、加工生产、训练使用、维护和报废等各环节的合作效率，从而产生更大的社会经济效益。
横向集成将原先集中于企业内部的价值创造活动拓宽到企业之间，使不同企业的系统之间实现数据、信息的共享和业务流程的协同，提供包括方案论证、产品设计、生产资源调度、柔性排产、生产制造执行和质量保障服务等在内的智能化应用服务，实现产品全生命周期的业务和数据集成，进而实现企业与企业、企业与产品之间的生态化协作，在社会范围内实现技术流、管理流、数据流、物流和资金流的共享集成和优化应用。
2. 纵向集成技术
工业互联网系统纵向集成技术主要解决企业内部的信息孤岛，实现不同层级各系统之间的集成，使企业内部所有环节的信息实现无缝对接，打造从原材料到产品销售的智慧化产业链，提高企业生产的柔性和企业的生产效益。在工厂内部，通过纵向集成将传感器等制造装备、各层次智能生产单元、工业机器人、生产车间、产品和管理等有机地整合在一起，实现模型、数据、信息和算法等信息在企业决策层、管理层、计划层、执行层以及设备层等各层级之间的下达、执行、反馈。此外，通过模块化的工业互联网系统集成方法，可以在不同层级上根据需求对企业的生产要素和网络拓扑进行快速调整，更好地满足个性化产品生产的需求。
工业互联网系统纵向集成可以分为装备和产品集成、车间集成、企业/工厂集成、行业集成几个层级。
1) 装备和产品集成
装备和产品集成可实现如工业机器人、智能机床、3D打印设备和CAE软件等智能集成制造装备的互联、集成和管控，实现汽车产品、航空航天产品、智能家居产品等不同领域的智能集成制造软硬件产品的集成。
2) 车间集成
车间集成是指在生产装备和产品集成的基础上，基于车间级的运营中心，实现装备与生产线、仓储与物流、制造执行管理、车间生产决策等环节的集成和统一管理，提高生产车间的生产效率和管理透明度。
3) 企业/工厂集成
企业/工厂集成可实现企业内跨部门的协作，实现智能设计、智能试验、智能生产、智能保障和智能管理等部门数据、业务、流程等集成、共享和协同，使企业/工厂的数据/信息可以自上而下或自下而上地流动和有效利用，提升企业的生产效益和价值。
4) 行业集成
行业集成旨在实现同行业内各企业的设计研发、生产制造、服务保障等资源的集成和优化配置，实现行业知识、数据、信息等在一定规模上的共享。行业集成实现了制造研发组织、生产工厂、物流公司、产品经销、金融服务、行业管理等部门之间的协作和行业内纵向一体化管理。
3. 端到端集成技术
工业互联网系统端到端集成是数字系统和物理系统在整个产品全生命周期及不同企业间的集成，使各种不同信息终端和数字化的物理终端联通，打破信息孤岛，实现制造资源、能力、产品基于平台的动态集成、最优配置和智能协同，构建产业链生态。
端到端的集成是以工业互联网平台为核心，通过制造资源、能力和产品接入云平台，在平台上形成制造业数据服务能力，通过数据中台、制造中台、业务中台形成数据服务枢纽以及可共享和复用的工业服务能力。企业能够快速搭建研发设计、生产制造、运维监测以及经营管理的业务管理流程，快速聚合数据与业务，打通整合内外新旧业务系统，实现跨环境、跨应用系统之间的互通集成和管控，为企业解决效率问题，降低创新成本，满足推动定制化和个性化的业务，适应企业产品快速创新。
3.3智慧工业互联网系统实施技术
智慧工业互联网在新一代信息技术与制造业深度融合的背景下，为加快企业转型升级提供了切实有效的手段。我国制造业高质量发展需求迫切，十分重视工业互联网实施和落地应用。工业和信息化部印发《推动企业上云实施指南(2018—2020年)》，推动企业上云，加速智慧工业互联网应用普及。
在政府统一引导下，立足各地资源优势，工业互联网实施从工业企业、产业以及区域的实际需求与问题出发，按照“总体规划、有限目标、注重实效、构建生态”的原则，统一规划、总体设计，依据政策、资源的分配要求，按照优先级和条件成熟度，逐步实施、分步投入，推动企业能力上云、设备上云，以及管理和业务上云。基于工业互联网平台的应用，打造“信息互通、资源共享、能力协同、开放合作、互利共赢”的新工业生态，提升制造业整体的智能化水平。
3.3.1实施内容
智慧工业互联网系统面向大/中/小企业的痛点及需求，按照企业登云、企业数字化转型、企业智慧化提升3个阶段，实施企业上云服务，持续推进大/中/小企业数字化、智能化转型。其中，企业登云是基础，实现企业能力上云； 企业数字化转型是核心，实现企业业务、设备、产线上云； 企业智慧化提升是终极目标，助力企业智慧化运营，实现企业上云价值最大化（图32）。



图32企业上云阶段


以航天云网INDICS平台提供企业上云，构建工业互联网生态系统为例，针对不同行业、领域和地区企业的应用问题，积极探索企业上云、上平台的典型场景及实施路径，如图3３所示。



图33企业上云


在设备层，企业基于航天云网自主研发的工业物联网网关产品采集、转换、处理生产设备数据，并借助物接入工具将设备运行状态及设备能力数据等(包含工业机器人、数控机床、PLC辅助机床等工业设备产品及PLC/传感器)上传至工业互联网平台。基于工业互联网平台提供的装备资产管理等工具，进行设备远程运维监控及预测性维护，支撑设备能力共享、数据驱动设备运营，实现产品的智能化和智能服务。
在企业层，通过智能化改造，借助产线接入工具将线下系统，包含制造执行系统（manufacturing execution system，MES）、数据采集与监视控制系统（supervisory control and data acquisition，SCADA）、可编程控制系统（programmable logic controller，PLC)等接入工业互联网，运行状态、产能数据等相关产线数据上传至工业互联网平台，借助工业互联网的协同设计、协同生产等云工具，支撑企业产能开放与共享，基于有限能力的云端排产，工业智能驱动的计划、质量、能耗等方面优化，以数据驱动生产线运营，实现产线上云。
在产业层，借助APP接入工具将线下的企业资源计划(ERP)系统、产品生命周期管理（PLM）等业务系统与INDICS平台集成，通过基于云平台的协同设计应用支撑基于外部生态链的设计工艺协同，包括： 和客户的研发设计工艺协同，和外协配套厂商的研发设计工艺协同； 通过基于云平台的协同生产应用支撑基于外部生态链的多用户订单协同，跨企业跨地域以订单为核心的运营协同； 通过企业整体业务上云支撑构建企业全价值链生态圈、基于模型的企业（model based enterprise,MBE)的协同制造、数据驱动的智慧企业。
1. 企业登云阶段
登云阶段是企业了解、使用工业互联网平台的初级阶段，是实现企业上云的基础，主要实现企业能力上云。在企业登云阶段，企业通过平台支撑，发布企业需求与能力，通过在线订单的处理和产业链资源的共享等来拓展商机、完成资源配套。
在登云阶段，针对中小型企业以及信息化基础较为薄弱的企业，基于工业互联网平台，提供云端存储、计算、网络和安全服务。企业按需分类使用云存储资源，提高数据存储的经济性、安全性和可靠性。按照企业业务需求，弹性快速地使用工业互联网平台云服务器资源，实现计算资源集中管理和动态分配。
2. 企业数字化转型阶段
数字化转型是实施企业上云的核心，其目标是实现企业产品、技术、质量的提升和成本控制，通过云端服务支持企业智能化改造，实现企业信息化、数字化转型。通过智能化改造，实现工业设备的接入，获取设备运行数据，并通过大数据分析实现针对设备的运营。在设备大数据、运营大数据基础上实现企业管理功能的优化和决策的支撑。
在数字化转型阶段，通过对企业的智能化改造实施，实现企业的设备、产线、业务接入云端，通过应用工业互联网平台上的产品和服务，全方面优化企业产能、质量、成本及能耗。主要包括工业设备(设备+产品)上云、企业业务(设备+业务)上云、企业产线(设备+产线)上云三个部分。
(1) 工业设备(设备+产品)上云。通过智能网关实现生产设备和智能产品接入云平台，对设备/产品运行数据进行实时监控，支撑设备远程运维、能力共享，其中典型的解决方案有企业工业装备上云解决方案。
(2) 企业业务(设备+业务)上云。企业借助APP接入工具将线下的业务系统与工业互联网平台集成，通过业务上云和设备上云，支撑企业研发设计、生产制造、采购营销和运行管控等业务协同的解决方案，其中典型的解决方案有云端业务工作室、云端营销和云集采购等。
(3) 企业产线(设备+产线)上云。通过自动化输送线、智能传感器等集成应用，实现设备和产线自动化升级、在制品与设备间信息互通，以适应个性化定制生产模式下的智能生产。通过智能化的改造升级，借助产线接入工具实现产线接入工业互联网系统，通过系统信息管理和数据交换，实现企业研发、设计、经营、生产的业务相关数据能够在不同的业务系统、不同的生产单元进行互通，消除信息孤岛。
3. 企业智慧化提升阶段
在智慧化提升阶段，实现数据驱动的商业模式创新发展，构建智慧工业互联网生态，实现企业整体上云，重塑企业核心竞争力。通过企业的整体上云，构建企业完善的平台产品和服务体系，支撑企业智能制造、云制造和协同制造模式，通过对企业各类运行数据的获得、分析和应用，来驱动智慧企业的运营，提升企业智能化水平。
智慧化提升是企业上云的最终目标，在前两个阶段的基础上，基于工业互联网平台形成的云制造产业生态实现社会化协同制造和协同创新创业，通过对平台上企业各类运行数据的获取、分析和应用，支撑企业在数据驱动下智慧化运行。通过智慧化提升，将工业思维与产业整合能力融合创新，对企业资源进行网络化动态配置，推动工业体系由封闭走向开放，通过产业体系上云，促进制造业发展模式转变，构建新的产业生态。其中典型的解决方案有企业智能化评估诊断、质量认证服务、基于工业共联网的创新创业等。
通过实施企业上云，中小型企业能以最低的成本快速聚集需要的制造资源，实现数字化、网络化、智能化产品的研制； 大规模企业可以灵活地整合企业内部资源，同时接入社会化制造资源，盘活竞争机制，实现工业制造资源/能力的优化配置，提升产品研制全产业链数字化、网络化、智能化水平，提高企业运行效率，促进转型升级。
实施企业上云，有利于更好地促进各类信息技术在企业中的普及应用，加速企业IT基础设施的更新发展，从而降低企业IT总体成本。企业以工业互联网平台为基础，应用线上、线下相结合的工业互联网服务，实现企业信息流带动技术流、资金流、人才流、物资流，有效整合优化设计、生产和市场资源，实现产业链上、下游的高效对接与协同创新，重塑生产组织方式和创新机制，支撑企业实现智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸和数字化管理，最终实现智慧企业运营模式。
3.3.2实施方法
通过对企业进行基于工业互联网的智能化改造实施，实现企业的设备、产线、业务接入云端，通过应用工业互联网平台上的产品和服务，全方面优化企业产能、质量、成本及能耗。企业实施智能化改造主要有以下五步，如图34所示。



图34智能化改造实施步骤


(1) 企业智能云制造能力成熟度评估诊断。基于工业互联网平台的智能云制