随着以互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能为代表的新一代信息技术与传统行业的加速融合，全球新一轮科技革命和产业变革正蓬勃兴起，工业互联网应运而生，国内外探索全面展开，正推动全球工业体系的智能化变革。

对工业互联网的认识和理解的差异，有可能导致技术选择、标准路线上的分化，影响互操作性和部署成本。为此在工业和信息化部指导下，工业互联网产业联盟启动了工业互联网体系架构研究，借鉴美国工业互联网联盟和德国工业4.0平台的经验，撰写了工业互联网体系架构报告（1.0版），提出了工业互联网的内涵、目标、体系架构、关键要素和发展方向，促进产业聚力协同推进工业互联网健康快速发展。

一、工业互联网的内涵

工业互联网是互联网和新一代信息技术与工业系统全方位深度融合所形成的产业和应用生态，是工业智能化发展的关键综合信息基础设施。

其本质是以机器、原材料、控制系统、信息系统、产品以及人之间的网络互联为基础，通过对工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析，实现智能控制、运营优化和生产组织方式变革。

工业互联网可以重点从“网络”、“数据”和“安全”三个方面来理解。其中，网络是基础，即通过物联网、互联网等技术实现工业全系统的互联互通，促进工业数据的充分流动和无缝集成；数据是核心，即通过工业数据全周期的感知、采集和集成应用，形成基于数据的系统性智能，实现机器弹性生产、运营管理优化、生产协同组织与商业模式创新，推动工业智能化发展；安全是保障，即通过构建涵盖工业全系统的安全防护体系，保障工业智能化的实现。工业互联网的发展体现了多个产业生态系统的融合，是构建工业生态系统、实现工业智能化发展的必由之路。

工业互联网与制造业的融合将带来四方面的智能化提升。一是智能化生产，即实现从单个机器到产线、车间乃至整个工厂的智能决策和动态优化，显著提升全流程生产效率、提高质量、降低成本。二是网络化协同，即形成众包众创、协同设计、协同制造、垂直电商等一系列新模式，大幅降低新产品开发制造成本、缩短产品上市周期。三是个性化定制，即基于互联网获取用户个性化需求，通过灵活柔性组织设计、制造资源和生产流程，实现低成本大规模定制。四是服务化转型，即通过对产品运行的实时监测，提供远程维护、故障预测、性能优化等一系列服务，并反馈优化产品设计，实现企业服务化转型。

二、工业互联网体系架构

（一）工业互联网业务需求

工业互联网的业务需求可从工业和互联网两个视角分析，如图一所示。

从工业视角看，工业互联网主要表现为从生产系统到商业系统的智能化，由内及外，生产系统自身通过采用信息通信技术，实现机器之间、机器与系统、企业上下游之间实时连接与智能交互，并带动商业活动优化。

从互联网视角看，工业互联网主要表现为商业系统变革牵引生产系统的智能化，由外及内，从营销、服务、设计环节的互联网新模式新业态带动生产组织和制造模式的智能化变革。

图一 工业互联网业务视图

（二）工业互联网体系架构

工业互联网的核心是基于全面互联而形成数据驱动的智能，网络、数据、安全是工业和互联网两个视角的共性基础和支撑。 工业互联网体系架构如图二所示。

图二 工业互联网体系架构

三、工业互联网的网络体系

（一）工业互联网网络体系框架

随着智能制造的发展，工厂内部数字化、网络化、智能化及其与外部数据交换需求逐步增加，工业互联网呈现互联需求的发展，促使工厂网络发生新的变革，形成工业互联网整体网络架构，如图三所示。

图三 工业互联网整体网络体系目标框架

工业互联网也包含三个重要体系。一是网络互联体系，即以工厂网络IP化改造为基础的工业网络体系。包括工厂内部网络和工厂外部网络“两大网络”。二是地址与标识体系，即由网络地址资源、标识、解析系统构成的关键基础资源体系。三是应用支撑体系，即工业互联网业务应用交互和支撑能力，包含工业云平台和工厂云平台，及其提供的各种资源的服务化表述、应用协议。

（二）工业互联网网络互联体系

1、工厂内部网络

工业互联网场景下工厂内部网络方案将包括五个主要环节，如图四所示，一是工厂IT网络。二是工厂OT网络。三是直达智能机器和在制品的连接。四是泛在的无线连接。五是基于SDN的IT/OT组网方案。IT网络和OT网络采用SDN技术，实现控制平面与转发平面的分离，通过SDN控制器与制造控制系统（如MES等）协同进行网络资源调度，支撑柔性制造和生产自组织。

图四 工厂内部网络目标架构

2、 工厂外部网络

工业互联网场景下工厂外部网络方案将包括四个主要环节，如图五所示，一是基于IPv6的公众互联网。二是基于SDN的工业互联网专网或VPN。三是泛在无线接入。利用NB-IoT、LTE增强、5G等技术，实现对各类为满足各类海量的智能产品的无线接入。四是支持工业云平台的接入和数据采集。

图五 工厂外部网络目标架构

（三）工业互联网地址与标识解析体系

标识解析体系趋势：1.闭环的私有标识及解析系统正在逐步向开环的公共标识及解析系统演进。2.多种标识解析体系一定时期内共存。3.公平对等是标识解析的重要发展方向。

工业互联网需要支撑海量智能机器、智能产品的接入，而目前已趋于枯竭的IPv4地址难以满足未来工业互联网发展的海量地址空间需求。因此IPv6是工业互联网络发展的必然选择。IPv6在工业互联网应用的技术和管理将成为研究热点。

（四）工业互联网应用支撑体系

工业互联网场景下应用支撑体系方案将包括四个主要环节，如图六所示，一是工厂云平台。二是公共工业云服务平台。面向中小工业企业开展设计协同、供应链协同、制造协同、服务协同等新型工业互联网应用模式，及提供SaaS类服务。三是面向行业或大型企业的专用工业云服务平台。四是工厂内各生产设备、控制系统和IT系统间的数据集成协议，以及生产设备、IT系统到工厂外云平台间的数据集成和传送协议。

图六 工业互联网应用支撑体系

四、工业互联网的数据体系

（一）工业大数据内涵特征

工业大数据是基于网络互联和大数据技术，贯穿于工业的设计、工艺、生产、管理、服务等各个环节，使工业系统具备描述、诊断、预测、决策、控制等智能化功能的模式和结果。

工业大数据具有五大特征。一是数据体量巨大。二是数据分布广泛。三是结构复杂。四是数据处理速度需求多样。五是对数据分析的置信度要求较高。

（二）工业互联网大数据功能架构

工业互联网数据架构，从功能视角看主要由数据采集与交换、数据预处理与存储、数据建模、数据分析和数据驱动下的决策与控制应用四个层次五大部分组成，如图七所示。

图七 工业互联网数据体系参考架构

五、工业互联网的安全体系

工业互联网的安全需求从工业和互联网两个视角分析。从工业视角看，安全的重点是保障智能化生产的连续性、可靠性，关注智能装备、工业控制设备及系统的安全；从互联网视角看，安全主要保障个性化定制、网络化协同以及服务化延伸等工业互联网应用的安全运行以提供持续的服务能力，防止重要数据的泄露。因此，工业互联网安全体系框架主要包括五大重点，设备安全、网络安全、控制安全、应用安全和数据安全，如图八所示。

图八 工业互联网安全体系

六、工业互联网的实施

（一）工业系统实施目标

在工业互联网背景下，工业系统在网络互联、数据智能、安全保障等方面将进行快速的迭代演进，云和大数据技术逐步引入，扁平化的软硬件部署架构成为重要发展趋势。工业互联网目标实现架构如图九所示。

图九 工业互联网目标实现架构

（二）工业互联网网络的实施

（1）网络互联的实施

图十 网络互联的实施

（2）标识解析的实施

图十一标识解析的实施

（3）应用支撑的实施

应用支撑的实施主要是解决工业互联网各种数据、服务的集成分析和利用，并为上层工业互联网应用提供支撑，其中关键是推动工厂/工业云平台建设，提供数据存储分析处理、应用支撑、开放接口等。工厂/工业云平台的实施包含三种方式，具体如图十二、图十三、图十四所示。

图十二 方式一：工厂云平台的实施

图十三 方式二：工业云平台的实施

图十四 方式三：混合云的实施

（三）工业互联网数据的实施

图十五工业互联网数据的实施

（四）工业互联网安全的实施

图十六 工业互联网安全的实施

工业互联网是制造行业及其产业链提升并保持竞争优势的核心条件，也是通过“"中国制造+互联网”实现产业升级的关键路径。