工业4.0x工业互联网： 实践与启示-GIZ-信通院-202008.pdf

中德智能制造合作企业对话工作组（AGU）工业互联网专家组工业 4.0 x 工业互联网：实践与启示Published by中德智能制造合作企业对话工作组（AGU）工业互联网专家组工业 4.0 x 工业互联网：实践与启示发布单位：德国国际合作机构（GIZ）注册地：德国波恩、埃施伯恩德国国际机构（GIZ）驻华代表处盛福大厦 1100北京市朝阳区麦子店街 37 号，100125电话：+86 10 8527 5180邮箱：giz-chinagiz.de 网址：www.giz.de/china中德工业 4.0 项目塔园外交人员办公大楼二单元 5 楼北京市朝阳区亮马河南路 14 号，100600电话+86 10 8532 4845传真+86 10 8532 4266邮箱：infoi40-china.org 网址：www.i40-china.org中国信息通信研究院（CAICT）北京市海淀区花园北路 52 号，100191 电话：+86 10 62301618传真：+86 10 62304346网址：本出版物为中德智能制造合作企业对话工作组（AGU）工业互联网专家组内中德企业密切合作的成果，以支持中国工业和信息化部（MIIT）和德国联邦经济和能源处（BMWi）继 2014 年 共塑创新 联合行动纲要后于 2015 年签署的谅解备忘录。自 2016 年起，受两国部委委托，德国国际合作机构（GIZ）与中国电子信息产业发展研究院（赛迪研究院，简称 CCID）分别为中德双方合作执行机构。本出版物中的研究发现、阐释和结论不代表 GIZ、CCID 或其代表的政府的观点。GIZ 与 CCID 不保证本出版物中所包含信息的准确性和完整性，对因使用本出版物而产生的任何错误、遗漏或损失不承担任何责任。设计排版：北京卓创广告有限公司图片来源：Adobe Stock:Pugun&Photo Studio 北京，2020 年 8 月目录摘要1.引言 .31.1.中德智能制造合作企业对话工作组（AGU）背景.31.2 白皮书编制说明.32.定义与范围.42.1.“工业互联网”定义.42.2.从工业 4.0 视角讨论工业互联网.42.3.从工业互联网体系架构视角讨论工业互联网.62.4.工业 4.0 与工业互联网体系架构.82.5.其他关键术语.92.6.白皮书的范围和概述.93.实践案例 .103.1.案例分析架构.103.2.案例“作为服务的冷却”.12 3.2.1 案例概述.12 3.2.2 业务视角.13 3.2.3 功能视角.13 3.2.4 当前挑战与认识.143.3.案例“远程和预测性维护”.14 3.3.1 案例概述.14 3.3.2 业务视角.15 3.3.3 功能视角.16 3.3.4 当前挑战与认识.163.4.案例“作为服务的 3D 打印”.17 3.4.1 案例概述.17 3.4.2 业务视角.17 3.4.3 功能视角.18 3.4.4 当前挑战与认识.203.5.案例“机械行业端到端集成 PLM 流程”.21 3.5.1 案例概述.21 3.5.2 业务视角.21 3.5.3 功能视角.22 3.5.4 当前挑战与认识.233.6.工业 4.0 案例 3.2-3.5 讨论.243.7.案例“工程机械智能售后服务解决方案”.24 3.7.1 案例概述.24 3.7.2 业务视角.25 3.7.3 功能视角.25 3.7.4 当前挑战与认识.263.8.案例“面向家电行业的大规模个性化定制解决方案”.26 3.8.1 案例概述.26 3.8.2 价值视角.26 3.8.3 功能视角.27 3.8.4 当前挑战与认识.273.9.案例“5G 智慧港口案例分析”.27 3.9.1 案例概述.27 3.9.2 价值视角.28 3.9.3 功能视角.29 3.9.4 当前挑战与认识.293.10.案例“用于刀具监控和寿命预测的智能管理边缘计算平台”.29 3.10.1 案例概述.29 3.10.2 价值视角.30 3.10.3 功能视角.30 3.10.4 当前挑战与认识.303.11.案例“标识与追踪”.31 3.11.1 案例概述.31 3.11.2 价值视角.31 3.11.3 功能视角.31 3.11.4 当前挑战与认识.333.12.案例“网络安全紧急处置和安全保护解决方案”.33 3.12.1 案例概述.33 3.12.2 价值视角.33 3.12.3 功能视角.33 3.12.4 当前挑战与认识.343.13.工业互联网体系架构案例 3.7-3.12 讨论.354.结论 .364.1.工业 4.0 与工业互联网对中德两国具有重要战略意义.364.2.工业 4.0 和工业互联网对于制造业的重要价值：案例总结.36 4.2.1 互操作性（机器连通性和网络）.36 4.2.2 数据和数据保护的重要性.37 4.2.3 平台.374.3.建议 .37 4.3.1 一般性结论.38 4.3.2 关于互操作性的建议.38 4.3.3 关于数据保护的建议.385.资源与支持.395.1.测试床.39 5.1.1 工业 4.0 实施测试床.39 5.1.2 工业互联网产业联盟测试床.42参考文献 .48致 谢 .49 2工业 4.0 x 工业互联网：实践与启示中德智能制造合作企业对话工作组（AGU）工业互联网专家组摘要工业互联网是制造业数字化转型的重要赋能者。中德智能制造合作企业对话工作组（AGU）工业互联网专家组（以下简称“工业互联网专家组”），通过中德双方行业调研和研究，旨在增进相互间概念的理解与认识，提出双方共同发展的重点内容和建议。作为专家组初始阶段的成果，此白皮书展现了中德企业与专家共同工作的初步研究结果，将为未来的合作打下扎实基础。自第二章定义和范围起，白皮书首先概述了中德专家对有关工业 4.0、智能制造和工业互联网的理解与认识。简单从行业覆盖范围来讲，德国工业4.0专注于物联网在制造业中的应用，而中国工业互联网不仅关注工业基础，还涵盖多个垂直行业，如能源、医疗保健和建筑行业等。在讨论定义的基础上，第三章主要收集并分析了专家组内中德企业所提供的诸多实践案例。德方案例涵盖来自西门子，通快，蒂森克虏伯和思爱普，包括面向服务的冷却，远程和预测性维护，面向服务的 3D 打印，以及机械行业端到端集成PLM 流程。中方所提供的六个实践案例涵盖了中国工业互联网的广泛应用，例如工程机械智能售后服务解决方案，面向家电行业的大规模个性化定制解决方案，5G 智慧港口案例分析，用于刀具监控和寿命预测的智能管理边缘计算平台，标识与追踪，以及网络安全紧急处置和安全保护解决方案。对案例的详细描述和分析为第四章中的总结工作提供了坚实基础。以工业互联网的战略重要性和价值为开端，第四章中的结论部分主要侧重互操作性（包括机器联通性与网络），数据保护，无缝 PLM 以及平台，并阐述了工业互联网专家组的未来工作重点首先放在互操作性和数据保护这两个领域，将对案例进行进一步研究。在互操作性方面，工业互联网专家组建议对中德两国使用 MQTT 和 OPC UA 的情况进行调研，并与中德标准化工作组合作，共同拟定建言；在数据保护方面，建议首先对不同需求进行清晰了解，理解数据保护在通信和所有权等方面的不同要求。白皮书的第五章列出并引用了中德两国工业 4.0 与工业互联网的测试床、相关术语表及其他资源，这些资源为行业参与者和企业提供了宝贵的信息。3工业 4.0 x 工业互联网：实践与启示中德智能制造合作企业对话工作组（AGU）工业互联网专家组1.引言1.1.中德智能制造合作企业对话工作组（AGU）的背景2015 年 7 月，德国联邦经济和能源部（BMWi）与中国工业和信息化部（MIIT）签署谅解备忘录（MoU），旨在推动中德企业开展智能制造及生产过程网络化合作。德国联邦经济和能源部已于 2016 年 6 月委托德国国际合作机构（GIZ）实施“中德工业 4.0 项目”（工业 4.0 项目），该项目支持与工信部之间的这项合作机制。为了落实谅解备忘录，中国电子信息产业发展研究院（CCID）与德国国际合作机构共同成立了中德智能制造/工业 4.0 合作对话平台以及中德智能制造合作企业对话工作组（AGU）。中德智能制造合作企业对话工作组为企业了解框架条件和政策、交流最佳实践和解决方案以及制定联合政策建议提供了平台。根据 2018 年 11 月达成的协议，在以下领域成立了四个主要专家组：人工智能 数字化商业模式 培训 4.0 工业互联网工业互联网是制造业数字化转型的重要赋能者。中德智能制造合作企业对话工作组（AGU）工业互联网专家组应增进中德两国工业领域对技术概念的相互了解，并就双方的治理体系、应用中的实践展开交流。专家组将着重开展三方面工作：工业互联网的互操作性、工业互联网平台应用和工业互联网的数据保护。工业互联网专家工作组的中方执行伙伴为中国信息通信研究院（以下简称“CAICT”），是工业和信息化部直属科研事业单位，在工业互联网、智能制造、移动互联网与物联网等领域有深入研究与前瞻布局。1.2.白皮书编制说明 与目标：本白皮书旨在介绍专家当前针对工业互联网应用的分析方法，聚焦智能制造和工业 4.0 领域。白皮书将针对工业互联网实施的现有实践案例提供洞察，并针对关于如何完善框架条件向中德对话提出结论与建议。实践案例：白皮书将对中德智能制造合作企业对话工作组（AGU）工业互联网专家组内中德企业机构所提供的不同实践案例进行概述。资源与支持：白皮书还将列出并引用其他资源和配套文件，这些资源和配套文件针对已实施标准、现有测试床和术语表提供了宝贵借鉴意义。4工业 4.0 x 工业互联网：实践与启示中德智能制造合作企业对话工作组（AGU）工业互联网专家组2.定义与范围2.1.“工业互联网”定义工业互联网是新一代工业浪潮的产物，全球主要国家在工业互联网探索和实践中形成了不同的认识。在本文中，中国对工业互联网的定义来自工业互联网产业联盟（AII），分为宏观层面和技术层面：从宏观层面看，工业互联网通过工业经济全要素、全产业链、全价值链的全面连接，支撑制造业数字化、网络化、智能化转型，不断催生新模式、新业态、新产业，重塑工业生产制造和服务体系，实现工业经济高质量发展。从技术层面看，工业互联网是新型网络、先进计算、大数据、人工智能等新一代信息通信技术与制造技术融合的新型工业数字化系统，它广泛连接人、机、物等各类生产要素，构建支撑海量工业数据管理、建模与分析的数字化平台，提供端到端的安全保障，以此驱动制造业的智能化发展，引发制造模式、服务模式与商业模式的创新变革。从德国的角度来看，“工业互联网”的定义来自物联网创新联盟（AIOTI）：“物联网”和“IoT”是一种能够连接嵌有电子、软件、传感器、执行器和网络连接的物理对象、设备、车辆、建筑物以及其他物体，并使得这些不同对象能够收集和交换数据的网络。在制造业领域，物联网、工业物联网及工业互联网是同义词，即基于互联网技术和标准将具有计算能力的物理实体相互连接的网络。为了将上述一般概念与制造业中已有的情景进行区别，工业互联网的定义应突出以下方面：“物”通常分布在世界各地，即我们通常不考虑单个工厂部署的系统（例如 MES 系统）。多方利益相关者都对“物”的使用保持关注，即“物”的所有者通常会与利益相关方（例如供应商）进行信息共享。2.2 从工业 4.0 视角讨论工业互联网从工业互联网联盟 IIC 与工业 4.0 的联合白皮书讨论来看，工业 4.0 主要面向制造业，而工业物联网（IIoT）适用于能源、医疗保健和制造业等多种行业。因此，德国的“工业 4.0 平台”战略计划主要聚焦于制造业，并从市场和主要供应商这两个方面进行展开。市场方面，通过使用新型先进技术提高效率、增强灵活性或缩短上市时间；主要供应商方面，机器、自动化组件或软件解决方案等供应商面向主要市场提供其产品和服务。5工业 4.0 x 工业互联网：实践与启示中德智能制造合作企业对话工作组（AGU）工业互联网专家组图 1：工业