德国工业4.0的基本情况
工业4.0是由德国政府《德国2020高技术战略》中所提出的十大未来项目之一。该项目由德国联邦教育局及研究部和联邦经济技术部联合资助，投资预计达2亿欧元。旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及基因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。
参考观研天下发布《2018年中国工业互联网行业分析报告-市场深度调研与发展趋势研究》
德国“工业4.0”相当于美国的“工业物联网”、中国的“中国制造2025”。德国工业4.0的战略要点是建设一个网络，研究四大主题，实现三项集成，实施八项计划：
一个网络：信息物理系统（CPS）网络；
四大主题：智能生产、智能工厂、智能物流、智能服务；
三项集成：横向集成、纵向集成、端对端集成；
八项计划：标准化和参考架构、管理复杂系统、工业宽带基础、安全和保障、工作的组织和设计、培训与再教育、监管框架、资源利用效率。
工业4.0的主要特点是互联、数据、集成、创新与转型；其主要目标是智能制造与智能工厂。
安贝格电子厂是西门子“数字企业平台”的典范。“数字企业平台”是一种生产环境，将在今后10年内成为标准。在这种生产环境中，产品自行控制其本身的生产过程。换句话说，其生产代码告诉生产机器它们有哪些要求，接下来必须执行哪道生产工序。这个系统是朝构建“工业4.0”迈出的第一步。
在安贝格电子制造工厂中，真实工厂与虚拟工厂同步运行，真实工厂生产时的数据参数、生产环境等都会通过虚拟工厂反映出来，而人则通过虚拟工厂对真实工厂进行把控。其中，近75%的生产作业已实现自动化。产品可与生产设备通信，IT系统控制和优化所有流程，确保到99.9988%的产品合格率。
从工业4.0到工业互联网
工业互联网是连接工业全系统、全产业链、全价值链，支撑工业智能化发展的关键基础设施，是新一代信息技术与制造业深度融合所形成的新兴业态与应用模式，是互联网从消费领域向生产领域、从虚拟经济向实体经济拓展的核心载体。与传统意义上的互联网不同，作为制造业数字化、网络化、智能化的重要载体，工业互联网是工业系统的各种元素如机器、人或者系统的互联，是工业系统与高级计算、分析、传感技术及互联网的高度融合。
虽然工业互联网与工业4.0分别是美国和德国提出的不同概念，但二者都是为了适应个性化需求和工业批量生产的矛盾提出的。前者主张利用基础科学、工业、信息技术、互联网等领域的综合优势，构建全球性的生态体系组织，从大数据应用等“软服务”切入，带动工业全流程、全环节竞争力的整体提升；后者是基于制造装备、工业自动化、工业软件等方面的领先地位，通过全工业体系协同，强化“硬制造”优势，同时拓展“软服务”能力。
工业互联网的基本构成与三大体系
工业互联网的发展涉及多项关键性技术，如智能数据采集技术、设备兼容技术、网络技术、信息处理技术、安全技术等：
（1）智能数据采集技术：工业互联网发展需具备低成本、精确、高效且智能的数据采集技术，数据采集技术是智能制造应用的基础。未来包含传感器技术在内的智能数据采集技术将成为工业互联网技术的重点研发方向。企业用户将能够通过智能的方式以低成本采集准确数据并传送后端进行大数据分析，进而帮助其决策。
（2）智能数据采集技术：工业互联网发展需具备低成本、精确、高效且智能的数据采集技术，数据采集技术是智能制造应用的基础。未来包含传感器技术在内的智能数据采集技术将成为工业互联网技术的重点研发方向。企业用户将能够通过智能的方式以低成本采集准确数据并传送后端进行大数据分析，进而帮助其决策。
（3）网络技术：网络技术为工业互联网的核心技术之一，各种数据及信息在系统不同层面和区域间均通过网络进行传输。网络技术可分为有线网络及无线网络。其中，有线网络一般应用于数据处理中心的集群服务器、工厂内部区域网络及现场汇流排控制系统等，能够提供高速度、高频宽及高可靠度的网络传输通道；而无线网络技术如工业无线传感器网络，则是利用无线技术进行数据传输及传感器连接。无线网络技术的应用可大幅降低传感器网络布线成本，有利于传感器在各类工业领域的普及。
（4）信息处理技术：通过智能化工厂生产线所采集的数据量庞大，有效清洗、脱敏、分析、存储数据并产生对企业及生产线具有建设性意义的回馈和应用，是工业互联网领域的核心技术之一。
5）安全技术：利用工业互联网技术，用户可通过视频及网络数据传输实时监控作业人员所处的作业环境中是否存在危险因素并分析周边危险系数，以保障工作安全；信息安全技术能够保障数据资料免受未经授权的使用、破坏、修改、检视及记录。
工业互联网的三大体系
工业互联网包括三大体系：网络、平台和安全。其中，网络体系是基础，平台体系是核心，安全体系是保障。其本质就是数据加模型提供服务，服务内容包括协同设计、生产优化、质量检测、运营决策的全生命周期管理等。
三大体系各有侧重点。网络基础方面，重点推动企业内外网改造升级，构建标识解析与标准体系，建设低时延、高可靠、广覆盖的网络基础设施，为工业全要素互联互通提供有力支撑。平台体系方面，着力夯实平台发展基础、提升平台运营能力、推动企业上云和工业APP培育，形成“建平台”与“用平台”有机结合、互促共进的良好发展格局。安全保障方面，着力提升安全防护能力、建立数据安全保护体系、推动安全技术手段建设，全面强化工业互联网安全保障能力。
工业互联网的四大层级
1、数据采集（边缘层）是基础。其本质是利用泛在感知技术对多源设备、异构系统、运营环境、人等要素信息进行实时高效采集和云端汇聚。
2、工业PaaS（平台层）是核心。当前，工业PaaS建设的总体思路是通过对通用PaaS平台的深度改造，构造满足工业实时、可靠、安全需求的云平台，将大量工业技术原理、行业知识、基础模型规则化、软件化、模块化，并封装为可重复使用和灵活调用的微服务，降低应用程序开发门槛和开发成本，提高开发、测试、部署效率，为海量开发者汇聚、开放社区建设提供支撑和保障。
3、工业APP（应用层）是关键。主要表现为面向特定工业应用场景，激发全社会资源推动工业技术、经验、知识和最佳实践的模型化、软件化、再封装（即工业APP），用户通过对工业APP的调用实现对特定制造资源的优化配置。
4、IaaS是支撑。它是通过虚拟化技术将计算、存储、网络等资源池化，向用户提供可计量、弹性化的资源服务。
工业互联网平台产业发展涉及多个层次、不同领域的多类主体。在产业链上游，云计算、数据管理、数据分析、数据采集与集成、边缘计算五类专业技术型企业为平台构建提供技术支撑；在产业链中游，装备与自动化、工业制造、信息通信技术、工业软件四大领域内领先企业加快平台布局；在产业链下游，垂直领域用户和第三方开发者通过应用部署与创新不断为平台注入新的价值。
目前，平台企业主要有以下四类：一是装备与自动化企业，从自身核心产品能力出发构建平台，如GE、西门子、ABB、和利时等；二是生产制造企业，将自身数字化转型经验以平台为载体对外提供服务，如三一重工/树根互联、海尔、航天科工等；三是工业软件企业，借助平台的数据汇聚与处理能力提升软件性能，拓展服务边界，如PTC、SAP、Oracle、用友等；四是信息技术企业，发挥IT技术优势将已有平台向制造领域延伸，如IBM、微软、华为、思科等。
一个例子：国内大数据龙头东方国信的工业互联网平台Cloudiip
托北科亿力在冶金行业的多年积累，东方国信在2017年底重磅发布工业互联网平台Cloudiip（CloudIndustrialInternetPlatform），主要行业客户为冶金、钢铁等流程型行业。东方国信在工业系统、大数据和BI领域深耕细作近20年，已经形成了从工业传感器、智能网关、边缘计算到IaaS、PaaS、SaaS云平台的工业互联网平台建设和工业企业上云的整体解决方案以及能源云、炼铁云、高铁云、空压云、资产云、风电云、热力云等10个工业互联网子平台，提炼可复用的微服务近200个，形成工业APP超过300个，实践了“生产过程优化、企业管理与决策优化、产品全生命周期优化、企业间协同制造、业务模式创新”5种应用场景，目前Cloudipp已覆盖全球35个国家2000家以上企业的近百万台设备和近百万终端客户，形成177个微服务和303个工业APP以10个大行业云，覆盖行业年产值超万亿元，为企业带来了显著的降本增效（如炼铁云单座高炉直接创效2400万/年，能源云降耗3%-15%）。
工业4.0是由德国政府《德国2020高技术战略》中所提出的十大未来项目之一。该项目由德国联邦教育局及研究部和联邦经济技术部联合资助，投资预计达2亿欧元。旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及基因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。
参考观研天下发布《2018年中国工业互联网行业分析报告-市场深度调研与发展趋势研究》
德国“工业4.0”相当于美国的“工业物联网”、中国的“中国制造2025”。德国工业4.0的战略要点是建设一个网络，研究四大主题，实现三项集成，实施八项计划：
一个网络：信息物理系统（CPS）网络；
四大主题：智能生产、智能工厂、智能物流、智能服务；
三项集成：横向集成、纵向集成、端对端集成；
八项计划：标准化和参考架构、管理复杂系统、工业宽带基础、安全和保障、工作的组织和设计、培训与再教育、监管框架、资源利用效率。
工业4.0的主要特点是互联、数据、集成、创新与转型；其主要目标是智能制造与智能工厂。
图：德国工业4.0的基本构想
在安贝格电子制造工厂中，真实工厂与虚拟工厂同步运行，真实工厂生产时的数据参数、生产环境等都会通过虚拟工厂反映出来，而人则通过虚拟工厂对真实工厂进行把控。其中，近75%的生产作业已实现自动化。产品可与生产设备通信，IT系统控制和优化所有流程，确保到99.9988%的产品合格率。
图：西门子安贝格数字工厂建设过程
从工业4.0到工业互联网
2008年金融危机以后，随着以物联网、云计算和大数据为代表的新一代信息技术迅速发展，2011年7月，以GE为代表的企业确立了工业互联网作为制造业升级核心，从而提出了工业互联网的概念。2013年4月，德国汉诺威工业博览会上，提出了“工业4.0”。
工业互联网是连接工业全系统、全产业链、全价值链，支撑工业智能化发展的关键基础设施，是新一代信息技术与制造业深度融合所形成的新兴业态与应用模式，是互联网从消费领域向生产领域、从虚拟经济向实体经济拓展的核心载体。与传统意义上的互联网不同，作为制造业数字化、网络化、智能化的重要载体，工业互联网是工业系统的各种元素如机器、人或者系统的互联，是工业系统与高级计算、分析、传感技术及互联网的高度融合。
虽然工业互联网与工业4.0分别是美国和德国提出的不同概念，但二者都是为了适应个性化需求和工业批量生产的矛盾提出的。前者主张利用基础科学、工业、信息技术、互联网等领域的综合优势，构建全球性的生态体系组织，从大数据应用等“软服务”切入，带动工业全流程、全环节竞争力的整体提升；后者是基于制造装备、工业自动化、工业软件等方面的领先地位，通过全工业体系协同，强化“硬制造”优势，同时拓展“软服务”能力。
图：工业4.0与工业互联网概念的演化
工业互联网的基本构成
工业互联网的发展涉及多项关键性技术，如智能数据采集技术、设备兼容技术、网络技术、信息处理技术、安全技术等：
（1）智能数据采集技术：工业互联网发展需具备低成本、精确、高效且智能的数据采集技术，数据采集技术是智能制造应用的基础。未来包含传感器技术在内的智能数据采集技术将成为工业互联网技术的重点研发方向。企业用户将能够通过智能的方式以低成本采集准确数据并传送后端进行大数据分析，进而帮助其决策。
（2）智能数据采集技术：工业互联网发展需具备低成本、精确、高效且智能的数据采集技术，数据采集技术是智能制造应用的基础。未来包含传感器技术在内的智能数据采集技术将成为工业互联网技术的重点研发方向。企业用户将能够通过智能的方式以低成本采集准确数据并传送后端进行大数据分析，进而帮助其决策。
（3）网络技术：网络技术为工业互联网的核心技术之一，各种数据及信息在系统不同层面和区域间均通过网络进行传输。网络技术可分为有线网络及无线网络。其中，有线网络一般应用于数据处理中心的集群服务器、工厂内部区域网络及现场汇流排控制系统等，能够提供高速度、高频宽及高可靠度的网络传输通道；而无线网络技术如工业无线传感器网络，则是利用无线技术进行数据传输及传感器连接。无线网络技术的应用可大幅降低传感器网络布线成本，有利于传感器在各类工业领域的普及。
（4）信息处理技术：通过智能化工厂生产线所采集的数据量庞大，有效清洗、脱敏、分析、存储数据并产生对企业及生产线具有建设性意义的回馈和应用，是工业互联网领域的核心技术之一。
5）安全技术：利用工业互联网技术，用户可通过视频及网络数据传输实时监控作业人员所处的作业环境中是否存在危险因素并分析周边危险系数，以保障工作安全；信息安全技术能够保障数据资料免受未经授权的使用、破坏、修改、检视及记录。
工业互联网的三大体系
工业互联网包括三大体系：网络、平台和安全。其中，网络体系是基础，平台体系是核心，安全体系是保障。其本质就是数据加模型提供服务，服务内容包括协同设计、生产优化、质量检测、运营决策的全生命周期管理等。
三大体系各有侧重点。网络基础方面，重点推动企业内外网改造升级，构建标识解析与标准体系，建设低时延、高可靠、广覆盖的网络基础设施，为工业全要素互联互通提供有力支撑。平台体系方面，着力夯实平台发展基础、提升平台运营能力、推动企业上云和工业APP培育，形成“建平台”与“用平台”有机结合、互促共进的良好发展格局。安全保障方面，着力提升安全防护能力、建立数据安全保护体系、推动安全技术手段建设，全面强化工业互联网安全保障能力。
图：工业互联网的三大体系
工业互联网的四大层级
工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台，涉及七大类关键技术，分别为数据集成和边缘处理技术、IaaS技术、平台使能技术、数据管理技术、应用开发和微服务技术、工业数据建模与分析技术、安全技术。具体可以概括为边缘、平台（工业PaaS）、应用四大核心层级：
1、数据采集（边缘层）是基础。其本质是利用泛在感知技术对多源设备、异构系统、运营环境、人等要素信息进行实时高效采集和云端汇聚。
2、工业PaaS（平台层）是核心。当前，工业PaaS建设的总体思路是通过对通用PaaS平台的深度改造，构造满足工业实时、可靠、安全需求的云平台，将大量工业技术原理、行业知识、基础模型规则化、软件化、模块化，并封装为可重复使用和灵活调用的微服务，降低应用程序开发门槛和开发成本，提高开发、测试、部署效率，为海量开发者汇聚、开放社区建设提供支撑和保障。
3、工业APP（应用层）是关键。主要表现为面向特定工业应用场景，激发全社会资源推动工业技术、经验、知识和最佳实践的模型化、软件化、再封装（即工业APP），用户通过对工业APP的调用实现对特定制造资源的优化配置。
4、IaaS是支撑。它是通过虚拟化技术将计算、存储、网络等资源池化，向用户提供可计量、弹性化的资源服务。
图：工业互联网平台的逻辑结构图
工业互联网平台产业发展涉及多个层次、不同领域的多类主体。在产业链上游，云计算、数据管理、数据分析、数据采集与集成、边缘计算五类专业技术型企业为平台构建提供技术支撑；在产业链中游，装备与自动化、工业制造、信息通信技术、工业软件四大领域内领先企业加快平台布局；在产业链下游，垂直领域用户和第三方开发者通过应用部署与创新不断为平台注入新的价值。
目前，平台企业主要有以下四类：一是装备与自动化企业，从自身核心产品能力出发构建平台，如GE、西门子、ABB、和利时等；二是生产制造企业，将自身数字化转型经验以平台为载体对外提供服务，如三一重工/树根互联、海尔、航天科工等；三是工业软件企业，借助平台的数据汇聚与处理能力提升软件性能，拓展服务边界，如PTC、SAP、Oracle、用友等；四是信息技术企业，发挥IT技术优势将已有平台向制造领域延伸，如IBM、微软、华为、思科等。
图：工业互联网平台产业体系
一个例子：国内大数据龙头东方国信的工业互联网平台Cloudiip
托北科亿力在冶金行业的多年积累，东方国信在2017年底重磅发布工业互联网平台Cloudiip（CloudIndustrialInternetPlatform），主要行业客户为冶金、钢铁等流程型行业。东方国信在工业系统、大数据和BI领域深耕细作近20年，已经形成了从工业传感器、智能网关、边缘计算到IaaS、PaaS、SaaS云平台的工业互联网平台建设和工业企业上云的整体解决方案以及能源云、炼铁云、高铁云、空压云、资产云、风电云、热力云等10个工业互联网子平台，提炼可复用的微服务近200个，形成工业APP超过300个，实践了“生产过程优化、企业管理与决策优化、产品全生命周期优化、企业间协同制造、业务模式创新”5种应用场景，目前Cloudipp已覆盖全球35个国家2000家以上企业的近百万台设备和近百万终端客户，形成177个微服务和303个工业APP以10个大行业云，覆盖行业年产值超万亿元，为企业带来了显著的降本增效（如炼铁云单座高炉直接创效2400万/年，能源云降耗3%-15%）。
图：东方国信Cloudipp工业互联网平台
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