工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ) 課件 第1章 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概述

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)1一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概述二、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺三、邊緣層與工業(yè)大數(shù)據(jù)采集四、PaaS層與工業(yè)大數(shù)據(jù)治理五、應用層與工業(yè)APP開發(fā)六、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全七、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用內(nèi)容提要2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生背景1948年，美國誕生了第一臺電子計算機。很快，科學界、軍方都認識到，這是一種神奇的機器。它既是強大的運算器，也是分析機，為新型火炮系統(tǒng)、導彈系統(tǒng)在運動軌跡等方面的復雜運算和系統(tǒng)控制提供了強大支撐。1969年，互聯(lián)網(wǎng)的前身阿帕網(wǎng)誕生了。這個網(wǎng)絡把加利福尼亞大學、斯坦福大學、猶他州立大學的計算機主機連接起來，位于各個節(jié)點的大型計算機采用分組交換技術(shù)，通過專用的通信設(shè)備和線路相互連接。最初的阿帕網(wǎng)，只在4個大學設(shè)立了節(jié)點。一年后阿帕網(wǎng)擴大到15個節(jié)點，眾多的計算機被快速編織入網(wǎng)，平均每20天就有一臺大型計算機登錄網(wǎng)絡。1973年，阿帕網(wǎng)跨越大西洋，利用衛(wèi)星技術(shù)與英國、挪威實現(xiàn)連接，世界范圍的“登錄”開始了。計算機的誕生3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生背景第一代計算機網(wǎng)絡是以單個計算機為中心的遠程聯(lián)機系統(tǒng)。典型應用是由一臺計算機和全美范圍內(nèi)2000多個終端組成的飛機定票系統(tǒng)。產(chǎn)生于上世紀50年代中后期，這是第一代計算機網(wǎng)絡。第二代計算機網(wǎng)絡是以多個主機通過通信線路互聯(lián)起來，為用戶提供服務，興起于60年代后期，典型代表是ARPAnet。70年代至80年代中第二代網(wǎng)絡得到迅猛的發(fā)展。第二代網(wǎng)絡以通信子網(wǎng)為中心，形成了計算機網(wǎng)絡的基本概念：以能夠相互共享資源為目的互聯(lián)起來的具有獨立功能的計算機之集合體。第三代計算機網(wǎng)絡是具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)并遵循國際標準的開放式和標準化的網(wǎng)絡。ISO在1984年頒布了OSI／RM模型，也稱為OSI七層模型，被公認為新一代計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。第四代計算機網(wǎng)絡從80年代末開始，局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展成熟，出現(xiàn)了光纖、高速網(wǎng)絡、智能網(wǎng)絡等技術(shù)，整個網(wǎng)絡就像一個對用戶透明的大的計算機系統(tǒng)，發(fā)展為以Internet為代表的互聯(lián)網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)的產(chǎn)生4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生背景互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)5工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)源自GE航空發(fā)動機預測性維護模式。在美國政府及企業(yè)的推動下，GE為航空、醫(yī)療、生物制藥、半導體芯片、材料等先進制造領(lǐng)域演繹了提高制造業(yè)效率、資產(chǎn)和運營優(yōu)化的各種典型范例。其中的基礎(chǔ)支撐和動力，正是GE整合AT&T、思科、IBM、英特爾等信息龍頭企業(yè)資源，聯(lián)手組建了帶有鮮明“跨界融合”特色的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，隨后吸引了全球制造、通信、軟件等行業(yè)159家骨干企業(yè)加入。GE已經(jīng)推出了24種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案，包括石油、天然氣平臺的監(jiān)控和醫(yī)療等。美國國家標準與技術(shù)研究院牽頭組織產(chǎn)業(yè)界制定工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標準框架。美國GE公司提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生背景6德國工業(yè)4.0工業(yè)化始于18世紀末機械制造設(shè)備的引進，那時像紡織機這樣的機器徹底改變了貨物的生產(chǎn)方式。繼第一次工業(yè)革命后的第二次工業(yè)革命大約開始于20世紀之交，在勞動分工的基礎(chǔ)上，采用電力驅(qū)動產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)。20世紀70年代初，第三次工業(yè)革命又取代了第二次工業(yè)革命，并一直延續(xù)到現(xiàn)在。第三次工業(yè)革命引入了電子與信息技術(shù)（IT），從而使制造過程不斷實現(xiàn)自動化，機器不僅接管了相當比例的“體力勞動”，而且還接管了一些“腦力勞動”。德國將機械化、電力化和計算機技術(shù)分別定性為工業(yè)1.0，2.0，3.0。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生背景7工業(yè)體系變革第二次工業(yè)革命電氣化、大規(guī)模生產(chǎn)線第一次工業(yè)革命機械化，工廠第四次工業(yè)革命數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化第三次工業(yè)革命自動化、計算機輔助生產(chǎn)科技革命和與新工業(yè)革命形成歷史性交匯大背景和大趨勢下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成為第四次工業(yè)革命的重要基石深度融合新一代信息通信技術(shù)現(xiàn)代工業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)促進生產(chǎn)裝備高端化促進生產(chǎn)過程高端化促進產(chǎn)品供給高端化加速工業(yè)體系的智能化升級、產(chǎn)業(yè)鏈延伸和價值鏈拓展中國“兩化”融合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生背景8國務院印發(fā)《中國制造2025》，部署全面推進實施制造強國戰(zhàn)略。指導思想：堅持走中國特色新型工業(yè)化道路,以促進制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展為主題,以提質(zhì)增效為中心,以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線,以推進智能制造為主攻方向,以滿足經(jīng)濟社會發(fā)展和國防建設(shè)對重大技術(shù)裝備的需求為目標,強化工業(yè)基礎(chǔ)能力,提高綜合集成水平,完善多層次多類型人才培養(yǎng)體系,促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,培育有中國特色的制造文化,實現(xiàn)制造業(yè)由大變強的歷史跨越?！吨袊圃?025》明確了9項戰(zhàn)略任務和重點，其中第二項就是推進信息化與工業(yè)化深度融合即兩化融合。兩化融合是指我國在實現(xiàn)工業(yè)化的時候，面臨世界主要工業(yè)化國家正在加速實現(xiàn)信息化，我們不能先實現(xiàn)工業(yè)化再實現(xiàn)信息化，那樣的話我們只能老是跟在別人后面走，我們只能在實現(xiàn)工業(yè)化的同時實現(xiàn)信息化，實現(xiàn)建設(shè)制造強國的目標，這就是兩化融合的深刻意義?！吨袊圃?025》工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生背景9工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基本概念工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（IndustrialInternet）是新一代信息技術(shù)與工業(yè)系統(tǒng)全方位深度融合所形成的產(chǎn)業(yè)和應用生態(tài)，是以機器、原材料、控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、產(chǎn)品及人的網(wǎng)絡互連互通為基礎(chǔ)，通過對工業(yè)數(shù)據(jù)的全面深度感知、實時傳輸交換、快速計算處理及高級建模分析，實現(xiàn)智能控制、運營優(yōu)化和生產(chǎn)組織方式的變革。10我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特點我國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”就是“互聯(lián)網(wǎng)”+“工業(yè)”，其內(nèi)涵不僅包含利用工業(yè)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化（德國工業(yè)4.0描述的智能工廠），還包括利用互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與工業(yè)融合創(chuàng)新，搭建網(wǎng)絡云平臺，構(gòu)筑產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，實現(xiàn)產(chǎn)品的個性化定制。因此，我國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵更為豐富，通過重塑生產(chǎn)過程和價值體系，推動制造業(yè)的服務化發(fā)展。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基本概念11工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特征軟件定義：軟件定義主要體現(xiàn)在采用可編程的軟件“詮釋”實體的產(chǎn)品，并通過軟件系統(tǒng)賦予產(chǎn)品更多的應用功能和使用價值，滿足信息時代多樣化的需求。數(shù)據(jù)驅(qū)動：工業(yè)大數(shù)據(jù)的及時性、完整性和開發(fā)利用水平，以及數(shù)據(jù)流、物質(zhì)流和資金流協(xié)同集成能力，決定著制造資源的優(yōu)化配置效率，引領(lǐng)著生產(chǎn)方式和產(chǎn)業(yè)模式的變革。平臺支撐：伴隨新一代信息通信技術(shù)和制造業(yè)的融合發(fā)展，以平臺為核心的產(chǎn)業(yè)競爭正從消費領(lǐng)域向制造領(lǐng)域拓展。智能主導：智能的本質(zhì)是以數(shù)據(jù)在閉環(huán)系統(tǒng)的自動流動，實現(xiàn)要素資源配置的優(yōu)化。智能的核心是以信息流優(yōu)化物質(zhì)世界的資源配置效率。四大特征12軟件定義工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系用“軟件”為“硬件”賦能，增加其功能和價值，進而實現(xiàn)智能化，同時孕育新的商業(yè)模式。軟件定義正在向傳統(tǒng)行業(yè)，特別是工業(yè)制造業(yè)轉(zhuǎn)變，軟件定義加速驅(qū)動制造業(yè)的數(shù)字化。研發(fā)生產(chǎn)環(huán)節(jié)體現(xiàn)在生產(chǎn)知識的軟件化，產(chǎn)品的設(shè)計、仿真、工藝、制造的技術(shù)和經(jīng)驗不斷增長，這些生產(chǎn)知識通過軟件固化沉淀下來，使工業(yè)知識機理和專家經(jīng)驗基于軟件的使用更加顯性化、復用化和智能化。在運營管理環(huán)節(jié)，通過生產(chǎn)制造全生命周期的數(shù)字化實時地采集和分析數(shù)據(jù)，支持智能決策軟件。軟件早已不再是過去的軟件，而是設(shè)備的軟零件、軟部件，并最終發(fā)展成軟裝備。它不僅定義產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能，而且定義企業(yè)生產(chǎn)流程和生產(chǎn)方式。正如西門子所稱：“軟件是工業(yè)的未來，數(shù)據(jù)是未來的原材料?！惫I(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特征13數(shù)據(jù)驅(qū)動基于互聯(lián)互通的綜合集成：互聯(lián)互通包括人與人、人與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與產(chǎn)品、產(chǎn)品與用戶、用戶與廠家、用戶與用戶、廠家與廠家，以及虛擬與現(xiàn)實的互聯(lián)等，就是把傳統(tǒng)資源變成“數(shù)字化”資源；海量工業(yè)數(shù)據(jù)的挖掘與運用：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代，企業(yè)的競爭力已經(jīng)不再是單純的設(shè)備技術(shù)和應用技術(shù)，通過傳感器收集數(shù)據(jù)，進而將經(jīng)過分析后的數(shù)據(jù)反饋到原有的設(shè)備并進行更好的管理，甚至創(chuàng)造新的商業(yè)模式，將成為企業(yè)新的核心能力。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特征14平臺支撐作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0的倡導者和主導者，GE和西門子分別推出Predix和MindSphere工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺；領(lǐng)軍企業(yè)圍繞“智能機器+云平臺+工業(yè)APP”功能架構(gòu)，整合“平臺提供商+應用開發(fā)者+海量用戶”生態(tài)資源，搶占工業(yè)大數(shù)據(jù)入口的主導權(quán)，培育海量開發(fā)者，增強用戶黏性；本質(zhì)都是以開放化平臺為核心，向下整合硬件資源，向上承載軟件應用，構(gòu)建基于工業(yè)云的制造業(yè)生態(tài)，引領(lǐng)未來工業(yè)發(fā)展的方向。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特征15智能主導新一代信息通信技術(shù)的融合發(fā)展正將制造業(yè)帶入一個感知無所不在、連接無所不在、數(shù)據(jù)無所不在的新時代；帶入一個獨立要素不斷整合為小智能系統(tǒng)、小智能系統(tǒng)不斷融入大智能系統(tǒng)、大智能系統(tǒng)不斷演進為超級復雜智能系統(tǒng)的新時代。智能的本質(zhì)是以數(shù)據(jù)在閉環(huán)系統(tǒng)的自動流動，實現(xiàn)要素資源配置的優(yōu)化。智能的核心是以信息流優(yōu)化物質(zhì)世界的資源配置效率。制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的最終目的是從數(shù)字化、網(wǎng)絡化最終實現(xiàn)智能化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特征16工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來的變革工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不是一張簡單的網(wǎng)，而是一種生態(tài)，將帶來生產(chǎn)方式、生活方式、管理模式的全面變革工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的作用17第四代計算機網(wǎng)絡從上世紀90年代發(fā)展成熟，出現(xiàn)了以Internet為代表的互聯(lián)網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)自誕生之日起，始終與工業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，經(jīng)過了從輔助制造到集成制造，最終實現(xiàn)了融合。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提案——美國G