工业互联网PPT-互联网+制造业的一种范式

——互联网+制造业的一种范式工业互联网报告内容01工业互联网的发展背景工业互联网体系架构与内涵平台的核心关键技术工业互联网的应用范式结语020304051.工业互联网的发展背景工业互联网1.智能机器人2.先进分析3.工作中的人第一个工业互联网提案——美国GE“工业互联网”—2012年末，美国GE公司提出的关于产业设备与IT融合的概念—定义：基于开放、全球化的网络，将设备、人和数据分析（工业互联网三要素）连接起来，用过对大数据的利用与分析，升级航空、医疗装备等工业领域的智能化，降低能耗，提升效率。通过先进的传感器，控制和软件将全球设备，机群和网络连接起来将基于物理世界的分析预测算法，自动化和专业领域知识结合起来将任何时间段工作和移动的人员连接起来支撑更加智能的设计，运作，维护和更高的服务质量和安全1.工业互联网的发展背景工业互联网提出的背景●GE要为大量的工业、航空、医疗装备提供运维服务●借助互联网、大数据的，可以显著提高服务质量，实现增值—【传统方式】数据获取、计算分析和决策优化分离，围绕历史数据分析的结果难以实时、精准作用到设备运行过程—【工业互联网】设备、人和数据互联，三个过程实时、并行开展，数据分析同步反映设备状态，实时控制设备动作、精确优化运行效率由此带来的“1%的威力”—1%提效创造1万亿美元市场：■中国，未来15年燃气发电机组能耗降低1%，节约80亿美元燃料；油气勘探开发的资本利用率提高1%，则能省下70亿美元；铁路网络的运输行业运营效率提高1%，又能省下20亿美元燃料成本。■全球，燃气发电厂生产效率提高1%，将节约价值660亿美元燃油；石油天然气勘探开发的资本利用率提高1%，每年将减少近900亿美元支出；铁路、航空、医疗、电力、石油天然气行业提效1%，15年内带来2760亿美元增长1.工业互联网的发展背景传统制造系统存在的问题①感知深度不足■传统仪表自动化系统仅感知过程变量■信息维度低、难以反映物理过程深层次动态特性②互联广度不足■跨领域信息孤岛难以互联互通■无法准确描述领域间复杂关联关系，决策全局性差③分析的综合预见性不足■对工业运行数据的挖掘深度不足■导致决策不准确、盲目1.工业互联网的发展背景提升感知深度视觉感知相比传统温度变送器：■从检测“温度点“，到感知“温度场”■感知信息具有更高的维度和更大的信息量■为实时，精准优化制氢过程提供可能■通过多路摄像头感知对温度场建模、分析与实时调节实例：美国“智能过程制造（SPM）”计划，制氢工厂1.工业互联网的发展背景提升互联广度实例：德国“数字工厂”项目生产规划产品规划产品设计试制量产使用服务数字工厂1.工业互联网的发展背景提升分析预见性实例：欧洲“KnowledgebasedFactory”项目1.工业互联网的发展背景制造业的需求——以互联网为代表的新一代信息技术与制造系统深度融合1.工业互联网的发展背景互联网+第三产业释放巨大活力，成为重要经济增长极报告内容01工业互联网的发展背景工业互联网体系架构与内涵平台的核心关键技术工业互联网的应用范式结语020304052.工业互联网体系架构与内涵工业互联网平台功能架构——摘自《工业互联网平台白皮书（2017）》，工业互联网产业联盟2.工业互联网体系架构与内涵工业互联网平台功能架构——摘自《工业互联网平台白皮书（2017）》，工业互联网产业联盟2.工业互联网体系架构与内涵从信息网络维度，对平台的四个定位：从信息网络视角看，工业互联网是计算机网络在工业的延伸■按照计算机、网络、软件定义的思路，解构传统工业系统■遵循灵活、开放、生态的原则，重新组织工业系统运行一、工业互联网平台是传统工业云平台的迭代升级——大量工业用户参与的软件生态二、工业互联网平台是新工业体系的“操作系统”——扁平、灵活、软件定义的组织架构三、工业互联网平台是资源集聚共享的有效载体——各方资源汇聚，社会化协同生产四、工业互联网平台是打造制造企业竞争新优势的关键抓手——平台/生态成为企业垄断地位的标志2.工业互联网体系架构与内涵工业互联网本质内涵：“人-机-物”深度融合的智能网络空间主要特征：①三元融合■人行为模型■工业过程模型■信息系统模型②时空关联■实时反映工业过程的时空变化③平行演进■信息空间与物理空间同步演进④智能涌现■实现工业过程的自感知、自分析、自优化、自执行2.工业互联网体系架构与内涵工业互联网本质内涵：“人-机-物”深度融合的智能网络空间主要特征：①三元融合■人行为模型■工业过程模型■信息系统模型②时空关联■实时反映工业过程的时空变化③平行演进■信息空间与物理空间同步演进④智能涌现■实现工业过程的自感知、自分析、自优化、自执行2.工业互联网体系架构与内涵背景与内涵网络空间体系架构和演进——时延敏感网络新架构及网络行为特征数据科学问题——多源异构、时空关联大数据分析网络空间安全问题——信息与物理一体化安全2.工业互联网体系架构与内涵从智能制造维度，工业互联网不是一张网，是互联的工业系统企业内部：■制造系统互联：各类制造设备互联■管理—控制互联：业务系统与控制系统互联跨企业间：■产业链上下游企业互联，构成制造网络互联工业系统的需求：■互联的最终目的是为智能决策提供支撑，进而实现工业过程的运行优化■亟需大量与工业过程相关机理、运行、优化知识的高效获取、融合、处理与应用2.工业互联网体系架构与内涵工业互联网发展的目标：由“信息网络支撑的互联智能”向“知识驱动的自主智能”发展----202020252030主导技术：数字化主导技术：AI主导技术：互联网物联网制造信息空间制造物理空间数字化深化应用-全过程的数字化集成当前状态当前目标互联智能-企业内互联-跨企业互联-生命周期互联未来目标自主智能-工况自感知-工艺自学习-装备自执行-系统自组织2.工业互联网体系架构与内涵“工业智脑”的构建（MI）现有工业控制系统特征：①智能：依靠人的编程输入，无法演进②通信—计算：分布式采集-集中式计算③感知：仅可感知、检测过程量“工业智能”特征1.系统自主学习自我优化能力2.以连接为特征的分布式计算能力3.跨媒体信息融合认知能力人脑特征：1.智能发育2.神经网络3.视听触觉2.工业互联网体系架构与内涵发展动力——技术-模式双轮驱动“技术”推动“模式”演进，二者共同作用，实现跨越式变革现有工业互联网平台：仅提供信息技术支撑架构（末梢感知+骨干神经）技术模式物联网、大数据、互联网、云计算……个性化定制、远程监控、预测性维护、云制造……报告内容01工业互联网的发展背景工业互联网体系架构与内涵平台的核心关键技术工业互联网的应用范式结语020304053.平台的核心关键技术工业互联网平台关键技术体系——摘自《工业互联网平台白皮书（2017）》，工业互联网产业联盟3.平台的核心关键技术泛在化感知技术★设备、生产过程的泛在化感知：★实现传感器、控制器、执行器互联通信的WSN技术：★工业应用的挑战：■抗干扰■高实时■低功耗★工业应用的挑战：■WirelessHART■ISA100.11a■WIA-PA■WIA-FA3.平台的核心关键技术泛在化感知的新技术方向WIA-PA★面向流程工业泛在感知的低速、低功耗无线传感器网络技术。★在801.15.4物理层基础上，实现自适应跳频，多跳高实时传输技术、高精度同步技术，使得数据传输可靠性99%以上，网络功耗微安级。★2011年11月，IEC/TC65投票通过，成为IEC国际标准。3.平台的核心关键技术3.平台的核心关键技术3.平台的核心关键技术泛在化感知的新技术方向3.平台的核心关键技术全互联制造网络★基于Internet的TCP/IP架构实现对工厂管理网络、控制网络、传感网络进行全面互联，并与Internet集成，实现无缝信息传输★实现工厂全覆盖，管理和控制业务混流传输，并提供安全可靠保障的组网与传输技术★工业应用的挑战●异构网络互联、高安全、管理流控制流混合●传输、控制业务毫秒级时延3.平台的核心关键技术全互联制造网络新技术方向IEEE802.1Time-SensitiveNetworking★基于802.11无线网络实现管理业务与控制业务的混流传输，保障控制业务流的同步低时延通信；★在802.11的MAC机制进行改进，借鉴Profinet的全网调度方法，通过对传输任务载止期的精细化调度保障传输时延；★提出了802.1Qbu帧优先级和802.1Qbv传输调度两个标准补充，已经通过项目授权（PAR），正在技术研究阶段。3.平台的核心关键技术全互联制造网络新技术方向ISA100.15WirelessBackhaulNetwork★基于远距离宽带无线技术实现现场传感网与工厂骨干控制网的互联，支撑现场感知数据回传到控制中心；★设计了回程网络的标准接口和管理架构，研发了多种无线网络共享频谱下的共存技术；★2013年8月巴西油田RIOdeJaneiro开展了面向油井远程测量的回程网络现场验证，70余家企业参与。3.平台的核心关键技术全互联制造网络新技术方向工业软件定义网络（SDN）技术★基于SDN技术实现工厂管理业务与控制业务的混流传输；★针对工厂管理业务和控制业务特征，设计了基于流交换的处理核心和基于SDN的协同调度机制，形成了混流传输模式下的确定性传输保障技术体系；★已研制出工业SDN交换机原型。3.平台的核心关键技术提出了SDN协议扩充提出了Openflow的工业SDN协议扩充★当前的Openflow协议的meter表是用于限流的简单协议，缺少对工业级实时保障的支撑；★对Openflow协议提出修正草案，对meter表进行扩充，支持对每个流的优先级、带宽预留、截止期优化等QoS策略；★与华为、信通院合作，在ONF基金会成立OpenflowinIndustry工作组，讨论在下一版本中增加面向工业的协议修正。3.平台的核心关键技术智能制造云服务★以模块化、服务化的模式，实现制造应用的动态自组织；★提供数据管理、建模等基础服务，数据分析、仿真、优化等核心服务，支撑制造应用开发；★工业应用的挑战。嵌入式设备资源受限、服务高并发性服务及时处理、动态服务组织。3.平台的核心关键技术智能制造云服务的新技术方向★基于WebService框架实现自动化设备数据与操作的封装，提供开放服务；★以统一的WebService描述，兼容了工业领域原有的数据存储、报警事件、安全约束、历史访问等多种数据交换标准，实现了跨平台、跨应用的不同厂商设备的互操作；★OPCUA标准受到了众多工业设备制造商支持，西门子、Matrikon、Softing等多家厂商提出了软件解决方案，并正在研发硬件连接网关产品。基于OPC-UA的制造资源服务化接入3.平台的核心关键技术智能制造云服务的新技术方向平台使能技术：具有容灾特性的服务总线•面向互联网的不稳定性，研究基于排产计划的系统模型片段和关联生产数据片段的预载、缓存机制•在优化利用有限网络带宽的同时充分考虑移动设备能量受限的特点，研究高效节能的数据压缩传输算法。•复杂的加密算法会造成移动终端能耗加大，研究支持低能耗、高加密强度的算法是要解决的难题之一。3.平台的核心关键技术智能制造云服务的新技术方向支持实时增量数据的组织★高速集成接口及增量存储规范；★数据业务关联关系模型；★数据集成安全规范。数据管理技术：实时增量工业大数据处理技术工业大数据处理技术★轻量级大规模数据索引技术；★基于内存的高速实时流数据处理方法；★工业流数据过滤及回归算。3.平台的核心关键技术智能制造云服务的新技术方向面向工厂/车间规划设计★布局优化计算模型、工位平衡分析模型、物流路径重构优化模型工业数据建模和分析技术：数字工厂建模与仿真分析面向生产过程精益管控★产品模型、工艺模型、设备模型、业务模型等生产模型面向虚实融合与数据驱动应用★虚实融合数据总线、模型驱动引擎、虚拟传感器建模、多模态数据集成★VR、AR等技术应用于实操培训、生产监控、维修指导、智能仓储等。报告内容01工业互联网的发展背景工业互联网体系架构与内涵平台的核心关键技术工业互联网的应用范式结语020