初识工业互联网
时间：2023-09-23 07:07:02
前言
近年来，工业互联网的概念非常流行。作为工业互联网行业的从业者，博主将带您初步了解什么是工业互联网。
传统工业
在谈论工业互联网之前，让我们先普及什么是工业。工业是生产现代劳动手段的部门。它决定了国民经济现代化的速度、规模和水平，在当代世界各国的国民经济中发挥着主导作用。
工业的起源
18世纪，英国的工业革命逐渐将基于手工技术的车间手工业转变为机器工业，工业最终从农业分离为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 | 电气化、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、化工、石油开采、加工、汽车制造、船舶制造、飞机制造等工业 | 电子计算机、核技术、聚合物合成、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)、原材料 | 原材料、燃料(动力) | 知识与技术，环境优美，交通条件现代化 |
中国工业产值
农业、工业、服务业是我国三大产业。
- 第一产业:农、林、牧、渔(不含农、林、牧、渔专业及辅助活动)。
- 第二产业：采矿（不包括采矿专业和辅助活动）、制造业（不包括金属产品、机械设备维修）、电力、热、气、水生产供应、建筑业。（除建筑业外，第二产业均属于工业类别）
- 第三产业是服务业，是指除第一产业和第二产业以外的其他行业。
三大产业的关系——相互依赖和制约:
- 第一产业为第二三产业奠定了基础。
- 第二产业是三大产业的核心，对第一产业起着主导作用。
- 第一、二产业为第三产业创造条件，第三产业发展促进第一、二产业进步。
国内三大产业和工业生产总值(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
我国目前使用的《国民经济产业分类》是基于ISIC第四版于2012年修订，工业行业分为采矿、制造、电力、热气、水生产和供应3类行业，41大类行业，201中类行业，581小类行业。
除国家统计局具体行业分类外，工业还可分为三种不同类型：工艺制造、离散制造和混合型制造。
- 工艺制造：指分离、混合、成型或化学反应是生产增值的生产过程程一般是连续的或批量的，需要严格的工艺控制和安全性能措施。典型的工艺制造业：水泥、电力、石化、冶金、食品、医药等。
- 离散制造：指在生产工艺计划的指导下，通过一系列不连续的工艺将多个部件加工成最终产品的过程。典型的离散制造业：火箭、飞机、汽车、船舶、电子设备、机械、服装等。
- 混合制造：指具有连续生产工艺和离散生产工艺的复杂生产模式，是现代生产中具有普遍意义的生产模式。
一般工业企业将同时存在工艺生产和离散生产过程（即混合制造），但相应的生产过程将偏向于企业生产的总规模，企业所属行业可根据偏差进行划分。
传统工业系统分层
传统的工业企业体系一般分为五层，从下到上：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控制生产过程。
- 过程监控层:分布式SCADA采集和监控生产过程参数，并使用系统HMI实现人机交互的系统。
- 生产管理层（MES）：为企业提供制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理等管理模块。
- 企业资源层（ERP）：为企业决策者和员工提供决策操作手段。包括财务、资产、人力等与企业资源相关的管理体系。
工业互联网
工业互联网的背景
一方面，全球经济社会发展正面临新的挑战和机遇， 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、大数据和人工智能通过与传统产业相结合，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系统。通过人、机、物、系统的全面连接，为工业乃至工业构建覆盖全产业链、全价值链的新制造服务体系数字化、网络化、智能化这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，信息技术只有相互协调整合，结合到具体的业务场景中，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。
- 制造技术：支持工业互联网物理系统的建设
- 信息技术：工业互联网的数字空间
- 集成技术：推动工业互联网物理系统与数字空间的全面互联和深度协调
工业互联网的应用场景
- 多源异构设备通过工业网关，PLC接入工业互联网的边缘计算层(可编程控制器)等。
- 智能感知和采集数据，如传感器和图像。
- 数据通过工业网卡和数据总线传输到边缘层数据库。
- 利用既定规则分析和统一转换不同协议的设备数据，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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