初识工业互联网

Posted 2022-11-13 劼哥stone

前言

近年来工业互联网概念很火，博主作为工业互联网行从业人员，就来带大家初步了解什么是工业互联网。

传统工业

在讲工业互联网之前，首先给大家科普下什么是工业。工业是生产现代化劳动手段的部门，它决定着国民经济现代化的速度、规模和水平，在当代世界各国国民经济中起着主导作用。

工业的起源

18世纪英国出现工业革命，使原来以手工技术为基础的工场手工业逐步转变为机器工业，工业才最终从农业中分离出来成为一个独立的物质生产部门。

	第一次工业技术革命	第二次工业技术革命	第三次工业技术革命
年代	18世纪60~70年代	19世纪70年代	20世纪50年代
主要标志	蒸汽机的发明和应用	电器化、内燃机、电力使用	微电子技术的发展和应用
生产影响	采煤、冶金、棉纺织、机械制造等工业	电力、化学、石油开采、和加工、汽车制造、轮船制造、飞机制造等工业	电子计算机、核技术、高分子合成、基因工程、纳米技术、航空航天等工业
影响工业布局的主要因素	燃料（动力）、原料	原料、燃料（动力）、交通运输	知识和技术、优美的环境、现代化的高速交通条件

中国工业产值

我国主要有三大产业：农业、工业、服务业。

• 第一产业：农、林、牧、渔业（不含农、林、牧、渔专业及辅助性活动）。
• 第二产业：采矿业（不含开采专业及辅助性活动），制造业（不含金属制品、机械和设备修理业），电力、热力、燃气及水生产和供应业，建筑业。（第二产业中除建筑业之外，其他均属于工业范畴）
• 第三产业即服务业，是指除第一产业、第二产业以外的其他行业。

三大产业的关系——相互依赖，相互制约：

• 第一产业为第二三产业奠定基础。
• 第二产业是三大产业的核心，对第一产业有带动作用。
• 第一二产业为第三产业创造条件，第三产业发展促进第一二产业的进步。

三大产业及工业国内生产总值（单位：亿元）

年份	第一产业	第二产业	第三产业	国内生产总值	工业产值	工业占比
1980	1359.5	2204.7	1023.4	4587.6	2014.8	43.9%
1990	5017.2	7744.1	6111.6	18872.9	6904.5	36.6%
2000	14717.4	45663.7	39899.1	100280.1	40258.5	40.1%
2010	38430.8	191626.5	182061.9	412119.3	165123.1	40.1%
2020	77754.1	384255.3	553976.8	1015986.2	313071.1	30.8%

中国工业分类

当前我国使用的《国民经济行业分类》是根据ISIC第四版修订的，于2012年开始执行，工业行业划分为采矿业、制造业、电力热力燃气及水生产和供应业3个门类行业，41个大类行业，201个中类行业和581个小类行业。

工业除了国家统计局的具体行业分类之外，也可以按生产方式分为3种不同的类型：流程型制造、离散型制造和混合型制造。

• 流程型制造：指通过分离、混合、成型或化学反应是生产增值的生成过程，其生产过程一般是连续的或成批的，需要严格的过程控制和安全性能措施。典型流程制造行业：水泥、电力、石化、冶金、食品、医药等。
• 离散型制造：指在生产工艺计划的指导下，把多个零件经过一系列并不连续的工序加工装配成最终产品的过程。典型离散制造行业：火箭、飞机、汽车、船舶、电子设备、机械、服装等。
• 混合型制造：指既具有连续生产过程，又具有离散生成过程的复杂生产方式，是现代化生产中具有普遍意义的一种生产方式。

一般工业企业，都会同时存在流程生产和离散生产过程（即混合型制造），但是对应生产过程占企业生产的总规模会有偏向，可以根据偏向来划分企业所属的行业。

传统工业系统分层

传统的工业企业系统一般会分为5层，从下往上分别是：现场设备层、现场控制层、过程监控层、生产管理层、企业资源层。

• 现场设备层：提供工厂现场生产的机器，包括传感器、执行器、保护装置等。
• 现场控制层：通过PLC、DCS控制单元和RTU等进行生产过程的控制。
• 过程监控层：通过分布式SCADA系统采集和监控生产过程参数，并利用HMI系统实现人机交互。
• 生产管理层（MES）：为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理等管理模块。
• 企业资源层（ERP）：为企业决策层及员工提供决策运行手段。包括企业资源相关的财务、资产、人力等管理系统。

工业互联网

工业互联网的背景

当前全球经济社会发展正面临全新挑战与机遇，一方面， 由于传统经济发展遇到瓶颈，经济增长的内部动力不足。另一方面，互联网、大数据和人工智能等信息技术，通过和传统工业相结合，提高生产效率，降低综合成本，可以帮助企业适应竞争环境的快速变化。

工业互联网的概念

工业互联网（Industrial Internet）是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、应用模式和工业生态，通过对人、机、物、系统等的全面连接，构建起覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系，为工业乃至产业数字化、网络化、智能化发展提供了实现途径，是第四次工业革命的重要基石。

工业互联网的体系架构

工业互联网技术体系超出了单一学科和工程的范围，需要制造技术、信息技术互相协同和融合，并结合到具体的业务场景中去，才能发挥价值。

制造技术和信息技术的突破是工业互联网发展的基础。其中

• 制造技术：支撑构建了工业互联网的物理系统
• 信息技术：勾勒了工业互联网的数字空间
• 融合技术：驱动了工业互联网物理系统与数字空间全面互联与深度协同

工业互联网的应用场景

• 将多源异构设备通过工业网关、PLC（可编程控制器）等接入工业互联网的边缘计算层。
• 利用传感器、图像等多传感方式对数据进行智能感知和采集。
• 通过工业网卡、数据总线等将数据传输到边缘层数据库。
• 利用既定的规则对不同协议的设备数据进行解析和统一转换，保持数据的一致性。
• 利用机器学习等算法对多源数据进行预处理、聚类和分析，剔除冗余数据,完成数据的规整和分类。
• 利用5G网络将数据从边缘层传输到工业互联网的云端平台数据库中。
• 云端大数据系统通过大数据建模与分析技术，基于各个基础场景、通用场景和专用场景，建立各实体、数据及过程之间的映射模型，构建可视化知识图谱，形成知识库并进行知识推理。
• 基于PaaS层通用的平台部署与管理模块，在工业大数据模型的支撑下，建立一套软件开发与部署、微服务组件库和模型库，为SaaS层的产品部署和服务创新提供基础。
• 开发MES、ERP、SCADA、SCM等综合决策应用程序，并部署到工业互联网平台的SaaS层。
• 通过终端设备中安装应用软件，实现产品全生命周期的生产流程优化、排产调度、智能控制及故障诊断。

十四五规划政策扶持

国家《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》全文共19篇65章，是指导我国今后5年及15年国民经济和社会发展的纲领性文件，其中3次提到“工业互联网”。

• 第1次出现在第三篇第十一章的第一节，要积极稳妥发展工业互联网和车联网。
• 第2次出现在第五篇第十五章的第三节，要在重点行业和区域建设若干国际水准的工业互联网平台和数字化转型促进中心。
• 第3次出现在专栏8数字经济重点产业中，要培育形成具有国际影响力的工业互联网平台，推进“工业互联网+智能制造”产业生态。

与20年10份发布的建议相比，规划纲要进一步加强了对数字化发展、工业互联网和数字化转型等的表述，规划内容也更明确集中。

如何投身工业互联网

近年，工业互联网相关职业开始涌现。2019 年、2020 年国家发布的 29 个新职业中，与工业互联网相关的职业达到 13 个，如大数据工程技术人员、云计算工程技术人员，占新增职业的 44.8%。
工业互联网发展需要复合型、多维度、多层次人才。工业互联网是新一代信息技术和制造业融合的产物，不仅需要 OT 和 IT 复合型人才，也需要企业管理人才、行业领军人才、专业技术人才、产业工人等多维度、多层次人才。具体的人才技能的盘点如下：

• 硬件开发人员，嵌入式开发需求较大；
• Python开发会越来越受到重视；
• 硬件产品经理，互联网产品经理需求会加大；
• 大数据，人工智能，数据分析专家岗位会变得紧缺；
• 服务器运维和运营工作岗位需求量会大增；
• 数据安全领域会爆发；

更详细内容可参考：工业互联网人才白皮书（2020）

参考1：工业术语

• ICS：（Industrial Control System，工业控制系统）由计算机与工业控制过程部件组成的自动控制系统，它由控制器、传感器、传送器、执行器和输入/输出接口等部分组成。这些组件，通过工业通信线路、工控通信协议，进行连接，形成一个具有自动控制能力的生产制造和加工系统。
• PLC：（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，控制各种类型的机械设备或生产过程。
• RTU：( Remote Terminal Unit，远程终端单元）针对通信距离较长和工业现场环境恶劣而设计的具有模块化结构的、特殊的计算机测控单元。
• DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统。
• HMI（Human Machine Interface，人机界面）又称用户界面或使用者界面，是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介。
• SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统）数据采集与监视控制系统，可应用于电力、化工、冶金、燃气、石油、铁路等诸多领域的数据采集与监视控制以及过程控制等方面。
• MES：（Manufacturing Execution System，制造执行系统）面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统，MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面的制造协同管理平台。
• ERP：（Enterprise Resource Planning， 企业资源计划）是将企业所有资源进行整合集成管理，简单的说是将企业的三大流：物流，资金流，信息流进行全面一体化管理的管理信息系统。

参考2：文献引用

• 十四五规划：http://www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm
• 工业互联网标准体系（版本3.0）：http://www.aii-alliance.org/index/c145/n3038.html
• 中国统计年鉴（2021）：http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2021/indexch.htm
• 三次产业划分（2012）：http://www.stats.gov.cn/xxgk/tjbz/gjtjbz/201804/t20180402_1758923.html
• 2017年国民经济行业分类：http://www.stats.gov.cn/xxgk/tjbz/gjtjbz/201710/t20171017_1758922.html
• 统计分类为何不再分轻重工业：http://www.stats.gov.cn/tjgz/tjdt/201312/t20131223_487512.html
• 百度百科-工业：https://baike.baidu.com/item/%E5%B7%A5%E4%B8%9A/254750
• 流程制造和离散制造：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1721185388583622080&wfr=spider&for=pc
• 流程型智能制造白皮书：http://www.cesi.cn/images/editor/20190802/20190802092925693.pdf
• 工厂至企业整合：ISA95是一个很好的起点：https://blog.csdn.net/sideways_yu/article/details/8915073
• 工业互联网人才白皮书（2020）：http://www.100ec.cn/detail–6561250.html
• 一文带你读懂工业互联网：https://zhuanlan.zhihu.com/p/147688499

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