垂直行业工业互联网实施梁构白皮书（二）

（1）垂直行业工业互联网总体实施架构

�工业互联网实施架构背景
工业互联网项目的大规模启动与实施增加了探索工业互联网实施架构的必要性。工业互联网是面向制造业数字化、网络化、智能化的广泛需求，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、高效配置的载体。从前不久发布的《工业互联网平台白皮书（2017 版）》，就可以看到，工业互联网的功能复杂，具体体现在三个层面：边缘层、平台层和应用层（图 1-1）。在实施工业互联网的项目中，以下几个因素的并发加剧了工业互联网实施架构制订的紧迫性：
一是工业互联网实施规模急剧增加，实施节奏逐渐加快。工业互联网产业联盟从 2016 年 2 月成立到现在会员急剧增长到 500 多家。大部分企业都从不同程度上开展了工业互联网相关工作，大量和快速的实施落地急剧增加了投入产出与业务价值的评估难度，也增加了技术复杂性和系统融合难点。从数字安全角度来看也增加了风险管控的强度。从可持续性角度来讲，物联网技术还没有成熟到物美价廉的程度。其相关硬件产品、软件平台和系统应用等的维护成本会成为大部分实施企业非常大的挑战。再者，工业互联网有关的标准协议、数据格式、考核指标等都快速演进。快速的进展和业务变化要求工业互联网的实施先驱企业们不断地更新解决方案来适应这些变化。

图 1-1 工业互联网平台功能架构

二是垂直行业实施零散化、范围广：从垂直行业横向的角度看，很多在轻工家电、电子产品、工程机械、钢铁生产和高端设备制造等领域的企业都支持针对不同用户群体和应用场景所投入的、相互独立的工业互联网实施项目。这些独立的项目在某个未来的时间点上需要总体实施架构来统筹、整合、持续演进和部署。从人才的角度来看，工业互联网的实施需要将不同行业和地区的人才组织在一个开放的知识框架内，使人才作为垂直行业工业互联网创新的核心动力之一，使跨地区、跨领域的创新型人才之间通过专业化、开放式的创新网络实现深度交互与智慧共享。工业互联网的实施架构能够让不同行业的人才看到自己的角度和位置，也为进一步提升指出方向。
工业互联网实施架构需要从以下几个核心问题角度提供战略性指导：
�工业互联网实施架构如何为企业提供框架模板，使工业互联网的实施与企业战略紧密对齐？
�如何以业务产出为驱动筛选出工业互联网优先应用的场景体系，使其投入和实施所产出的业务价值最大化？
�如何在工业互联网实施架构的指导下，将垂直企业单独部署的工业互联网项目拓展和融合达到行业甚至跨行业的规模化？
�工业互联网实施架构定义
工业互联网实施架构：是以工业互联网的业务产出为驱动、为制造业企业实现数字化、网络化和智能化的工业企业架构 (Business Outcome Driven Industrial Enterprise Architecture or BODIEA) 。它是指导企业计划、部署和实施工业互联网功能架构的方法论。工业互联网实施架构基于工业互联网的应用场景，以制造型企业战略转型或过程生产结果为驱动，融合工业互联网技术架
构、数据架构和安全架构为决策者提供可执行的解决方案建议。在实施架构的指导下，企业领导可以根据企业或行业的业务场景来调整工业互联网相关政策、战略、技术和项目以实现业务产出。工业互联网实施架构包含 6 个组成部分：（1）工业互联网的业务产出；（2）工业互联网应用场景；（3）工业互联网数据架构；（4）工业互联网实施功能架构；（5）工业互联网安全架构；和
（1）工业互联网解决方案建议。其中，（4）和（6）在相应的白皮书中作详细解释。

图 1-2 工业互联网实施架构
工业互联网的业务产出：基于工业互联网应用的业务产出有两大类：（1）提质增效新增长；和（2）业务转型新收入。当前大部分工业互联网的实施应用还属于提质增效类，而且这一类应用覆盖范围不断扩大，成为工业互联网应用的主要业务产出。比如从单一设备、单个场景的应用逐步向完整生产系统和管理流程过渡，最后将向产业资源协同组织的全局互联演进。在这个过程中数据分析程度不断加深，从以可视化为主的描述性分析，到基于规则的诊断性分
析、基于挖掘建模的预测性分析和基于深度学习的指导性分析。根据机理及数据的不同要求，工业互联网的应用逐渐呈现差异化发展路径。其中设备、产品应用相对简单，机理较为明确，已可实现较复杂的智能应用，正步入决策性分析阶段，达到生命周期管理业务产出；企业生产与运营管理系统复杂度较高，深度分析面临一定挑战，当前从局部改进向系统性提升迈进，最终达到企业提质增效；产业资源的协同目前还没有成熟的分析优化体系，主要依托工业互联网平台实现资源的汇聚和供需对接，当前从信息交互向资源优化配置演进，以达到产业的高效配置。
而工业互联网的颠覆性应用是驱动制造型企业三化转型。不同于提质增效，工业互联网驱动模式转型的应用从技术颠覆和市场创新对企业的倒逼入手，快速熟悉掌握和熟练运营新兴的数字化、网络化和智能化技术，达到高效率、低成本的营运这些技术来应对市场的颠覆性挑战。比如说，企业利用工业

互联网可以融合智能产品和智能服务打造新的生态商务模式和创建新的生态营收现金流。制造型企业也可以跨业形成新行业和新生态。工业互联网驱动的新型业务模式要想盈利就必须做到低成本、高效率方法解决融合物理环境、通信、应用和数据分析的技术难点。
工业互联网应用场景：工业互联网应用场景总体来看有 5 大类：

图 1-3 垂直行业工业行业主要业务目标与场景
�生命周期管理：聚焦产品和设备全生命周期流程入手，在平台中进行设计、生产、服务等数据的集成管理和优化应用，尤其对产品和设备进行实时洞察和本地化操作，使其利用率达到最佳、风险控制到最小和体验迭代最快；
�过程优化：聚焦在智能设备群、产线、车间等工业现场，通过对实时生产数据的分析与反馈来对整个生产过程进行优化；
�决策优化：聚焦在企业运营层面，利用工业互联网平台来打通设计、管理、供应链等各环节数据，并基于大数据挖掘分析实现管理决策优化；
�协同共享：聚焦在产业层面，将供需信息、制造资源、创新资源汇聚到平台中，通过基于数据分析的重新组织，实现资源优化配置与协同，产生新行业、新模式和新营收；
�商务转型：聚焦在应用工业互联网驱动企业整体商务转型，包括工业互联网能力输出、物联商务新模式所产生的新营收和新盈利
工业互联网解决方案架构：工业互联网解决方案架构用于指导行业和企业根据业务结构来设计、开发、配置和共享各类分项解决方案的范围和套件。这些分项解决方案套件包括三个方面：（1）可配置的组件，包括硬件基础设施、

软件平台、软件应用、用户网络资源、数据包和算法模块等；（2）可配置的技术，包括物联网技术、操作技术、信息技术、数据科学和互联网技术；和（3）可配置的场景范围，包括生产现场、工厂内部、工厂外部甚至行业间的资产配置、过程优化、决策优化、产品和设备的生命周期管理以及业务模式转型的各类工业场景范围。从这个角度来说，大型先导企业的工业互联网解决方案架构对行业和中小企业工业互联网的实施尤为重要。不同垂直行业和企业业务产出和场景决定了工业互联网解决方案架构的配置和内容。工业互联网解决方案是演进的领域。目前认识到的工业互联网解决方案分 6 大类：资产配置、过程优化、决策优化、商务转型、生命周期管理和数字安全。如图 1-3 所示。
工业互联网数据架构：工业互联网的信息架构为企业或行业实现战略转型或提高生产效率鉴定必要的数据与信息种类和分析方法。工业互联网信息架构主要用于指导生产现场、工厂内部和工厂外部如何计划和部署工业信息的生成、收集、筛选、安保、查询探访、分析、应用、连接交换、变现、归档和演进的整个生命周期，使得工业信息成为实现业务产出最大化、规模化的燃料。工业互联网的信息架构包含广泛数据领域，如工业物联网数据、工业生产操作数据、供应商数据、用户数据和企业数据等。其中企业数据包含财报数据如营收和成本、投入和产出。这些数据把生产现场、生产过程和业务产出有效地关联起来，为财务投资部门提供财务分析的重要内容与手段。
工业互联网实施功能架构：工业互联网实施功能架构是业务产出驱动的、为实现工业互联网功能的技术实施架构。它为工业互联网技术基础设施在开发中不断适应技术发展和业务变化需求而提供纲领性指导。工业互联网实施功能架构具体包括鉴定不同核心技术及其应用的场景、复用标准、实施方针、单件实施和配套实施方案、支撑性技术、政策和标准等内容。从实施功能上来看，工业互联网技术架构必须保障技术基础设施，使工业企业生产现场、工厂内部和外部得以有效连接，以实现设计、生产、管理和服务等不同环节的数据采集、集成、分析和应用，形成各类智能化应用服务，并能够借助工业微服务、图形化开发环境等方式进行工业经验知识积累、沉淀和复用，从而实现在服务水平、商业模式和生态构建等方面的跨越式提升。

图 1-4 工业互联网技术架构
工业互联网实施功能架构实现了层级之间打通、内外网融合，并最终演变为边缘层、平台层和应用层三层，同时端到端的安全体系贯穿三层架构。在边缘层的网络互联方面，各种智能装备及第三方系统实现充分网络化，无线成为有限的重要补充，新型网关推动异构互联和协议转换，工厂与产品、外部信息系统与用户充分互联；平台层的数据智能方面，工业云平台成为三层架构的关键核心，实现工厂内外部数据的充分汇聚，支撑数据的存储、挖掘和分析，有效支撑工业信息控制系统和各种创新应用；在安全保障方面，各种安全机制与工业互联网各层深度融合，实现纵深防御、立体防护，通过多种安全措施保障网络互联和数据集成安全。工业互联网总体功能架构目标的实现是一个长期迭代完善的过程，需要网络、平台、数据、安全同步的推进。
工业互联网数字安全架构：工业互联网数字安全架构指导企业安全部门如何与专职安全人员合作一同管理工业互联网的安全风险。工业互联网数字安全涉及到物理、电子、企业、合作方、员工和用户在生产现场、工厂内外的场景。工业互联网的大面积实施会连接海量边缘层的智能设备和智能产品。这些边缘层的端点设备如何数字安全防范设计与部署不完善，很容易形成通过物理介质的数字安全漏洞，给网络攻击产生机会，可能造成人员、环境的伤害。工业互联网数字安全架构通常包括数字安全评估、高危基础设施清单、详细的内部审计和分析流程

和设立工业互联网数字安全岗位职责等。
�工业互联网实施架构在垂直行业的应用
《垂直行业工业互联网实施架构》工作组针对不同行业的业务产出、不同行业的工业互联网应用场景、不同行业的生产特点和行业对工业互联网的不同功能需求等开发、总结了一套垂直行业工业互联网实施架构体系，包括设计思路和重点。图 1-4.
参加本版《垂直行业工业互联网实施架构》开发的从钢铁制造、高端设备、工程机械、电子产品到轻工家电共 5 个行业和 16 个企业。从利用物理资产和操作技术的比重来看，五个行业可以化分为两组。需要说明的是，两组行业的产品和设备生命周期管理几乎同等重要。
（1）以提质增效为业务产出、聚焦过程优化和决策优化为场景的钢铁制造、高端设备和工程机械行业；本组工业互联网实施架构偏重于生产现场的边缘层和工厂内部的平台层。实施功能架构、数据架构和安全架构都偏向以物理资产为核心。
（2）以业务转型为业务产出、聚焦协同共享和商务转型场景的轻工家电和电子产品行业。本组行业的工业互联网实施架构更偏重于工厂外部的应用层和工厂内部的平台层。实施功能架构、数据架构和安全架构更偏重于工厂外的生态系统搭建和营运。
图 1-5 工业互联网实施架构设计思路于重点
但是由于同一个垂直行业内的每个企业在业务范围和模式上有较大的差异，所以企业在落地实施的过程中，业务产出、业务场景可能相互穿插，没有明显的

特征，相应的工业互联网软件平台、软件应用、硬件和算法可能也相互覆盖。，技术与系统的复杂性千差万别，设备的协议与标准不尽相同，相应的供应商能力与被淘汰率也不一致。以至于垂直行业的各个工业互联网进化进度和商务模式都有所类似和差异。
�工业互联网实施架构使用指南
《垂直行业工业互联网实施架构》可以帮助制造企业的工业互联网战略规划、企业架构和技术团队用于计划和实施工业互联网项目。特别是针对如下项目实施：
�工业互联网基础设施建设：如果企业需要设计和部署与行业有关的工业互联网基础设施，可以参照本架构的垂直行业的具体应用。尤其对聚焦在�提质增效�型工业互联网部署，本实施架构提供了
（1）工业互联网子模块的实施建设: 本实施架构作为启发性的指导，可以帮助企业探索工业互联网相关子模块的建设。比如企业聚焦在应用层的建设，可以参照轻工家电的案例实现资源的协同配置和商务转型的业务价值。
（2）工业互联网实施架构的相关培训：垂直行业企业架构和技术培训部门可以利用本实施架构作为教育材料，使企业有关工业互联网实施部门有效地将工业互联网的实施与业务结果和业务场景有效地对接起来。

（2）轻工家电行业工业互联网实践

�行业基本情况及生产特点
家电业是中国民族企业的骄傲，是中国市场上少数几个有定价权的行业。�十二五�时期，中国家电业取得了长足的发展与进步。尽管 2015 年主要产品销售增速放缓，但家电消费升级态势良好。企业以创新为突破口，加大研发投入，践行
《中国制造 2025》，通过产业结构调整、产品结构升级、销售渠道变革，转型升级健康发展，经济运行质量明显提高。
2015 年，家电业规模以上企业总数 2702 个，家电业的从业人员在 2011 年
峰值时期一度达到超过 137 万人。随着工业自动化水平迅速升级，机器换人日益普遍，生产效率提升，用工人数逐年下降。近年全行业减员增效继续，主流企业减员幅度约 5%～8%，全行业接近 5%，2015 年全行业从业人员约 115 万人。
2016 年，家电业完成主营业务收入 1.46 万亿元，比上年同期增长 3.78%。
�十二五�时期，家电业经济效益始终保持高于主营业务收入的增长速度，经济效

益明显提升，转型升级成效显著。
整个家电行业运行特点体现在以下 5 方面：
一是产业结构迅速升级。家电产品结构不断升级，产品档次进一步提高，各类大容量、变频、智能、健康产品不断涌现，努力满足消费者不断变化和升级的需求。厨房电器和小家电产品结构升级显著，呈现同样的高端化趋势。
二是研制投入加快，企业自主创新能力大幅提高。2016 年家电内外销市场均面临一定压力，但行业总体实现小幅增长，尤其是行业龙头企业，整体表现优于行业平均水平，海尔、美的、格力营业收入增速均超过两位数。原因在于，核心企业保持持续研发投入，努力打造长期可持续发展的竞争优势。主要家电企业仍然顶住压力继续保持对研发的高投入，一方面对生产线进行（优）化改造，提升生产效率；另一方面，进一步完善自身研发体系，站在全行业、全世界的高度规划未来，加大对基础技术、前沿技术的投入和研究，加大对高素质人才的积累，加大对全产业链创新资源的整合，努力改善用户体验，拓展新业务成长空间。2016 年仅 35 个家电相关上市企业研发投入合计超过 240 亿元，同比上年增长超过
80%，高于营业收入增长速度超过 20 个百分点。其中青岛海尔、老板电器、爱仕达、天际股份等，研发投入增速较高，在 30%左右。
三是运营模式不断创新，线上渠道快速增长。为适应市场快速变化及传统营销模式失效的风险，海尔、美的等家电核心企业颠覆以往大规模制造、大规模压货、大规模销售的营销模式，重构以市场需求为中心的客户订单式产销模式，已经开始收到成效。家电企业的销售渠道实现了多元化突破。线上业务快速增长、线下推进 O2O 转型，线上线下融合、微店等新渠道方式不断涌现。线上渠道销售强劲，2016 年家电各品类（不含彩电）合计线上销售额增长 20.8%，全行业合计线上销售额占市场销售总额的 24.9%。
四是制造技术加速升级。2016 年，家电行业努力通过提升生产工艺装备的自动化、智能化水平，努力提升精益制造管理能力，挖掘生产效率提升的红利，制造技术进一步升级。截至 2016 年，家电行业已有海尔、长虹、创维、美的、海信、海立、九阳、老板（等）8 家企业先后成为工信部�智能制造综合试点示范� 项目。到 2017 年底，海尔已建成 9 个数字互联智能工厂，整个生产过程可以保证运行时间缩短 50%，半成品库存减少 80%，用人减少 85%，最终实现产能效率翻番。截至 2016 年，美的空调智能制造累计投入 10 亿元，拥有机器人 562 台，

减少人工 2.2 万人，平均自动化率达 16.9%，效率提升 195%。老板电器建成年产
225 万台厨电产品数字化智能制造基地，通过设备自动化、物流自动化、产品设计数字化，以及信息化管理，生产效率提升 30%，制造周期缩短 30%，节省人工成本 30%，产品品质一次优良率提升 20%以上。
五是家电智能化趋势明显。智能家电两大特点：一是通过软件技术完成整合、协调，各种智能产品互联互通不孤立；并依托云计算和大数据集成智能产品，实现人和产品之间、产品和产品之间的交互，最终构建一体化的智慧家庭；二是紧紧粘合消费者的细节需求、情感需求、关爱需求等等，从而提供可以无限延伸的、个性化的服务。但是现在涌现的智能家电还只是在控制智能化上做文章，有些智能家电产品的设计甚至不是出于对用户需求的真正考虑，而是对现有产品的拼凑，以至于许多智能家电产品基本的操作设置不够人性化，基本不具备灵活的远程控制、基于大数据的智能分析以及通过改变人们的生活方式实现低碳、节能、舒适的能力，而这三点恰巧是追求智能化的企业需要建立的核心。提高家电产品的智能性还需要家电企业连同产业链上下游伙伴在技术研发方面进行更深入的探索。
�行业对工业互联网实施的业务需求
家电行业发展到现在，随着新一代信息技术的不断成熟和应用以及新的商业模式的成功演变，行业产品对工业互联网有着以下几点需求：
一是产品智能化需求。通过硬件的升级和软件技术完成整合、互联，是各种智能产品互联互通，并依托云计算和大数据实现人和产品之间、产品与产品之间的交互，最终构建一体化智慧家庭；再者通过与消费者的持续交互，不断结合消费者细节需求、情感需求、关爱需求，更新迭代产品功能，为消费者提供个性化、贴心的管家服务。
二是广泛联结的需求。智能家电的互联互通包括智能冰箱、洗衣机、电视、空调等各类家电产品能够通过互联网相互联接，包括通过移动互联网、PC 互联网对其进行整体控制与管理，并且家电产品自身与电网、放置的物品、使用者等能够物物相联，通过智能感知，达成人们追求的低碳、健康、舒适、便捷的生活方式。
三是大数据挖掘应用的需求。数字经济是一个以数据驱动的满足消费者新需求的时代，移动化、数字化、社会媒体、物联网技术、云计算、人工智能捆绑发力引发的技术趋势，彻底颠覆了人们的生活和消费方式，用户需求变得更加个性化，用户表达的社交平台更多，用户活跃度显著提升，用户需求数据变得可视化与量化，消费者从以前的被动接受服务的角色逆转成为需求的主动提出者。
家电行业的大数据主要分成四大板块：一是交易数据，即销售的结果，终端交易的数据；二是交互数据，包括在物联网、互联网、微信、微博、社区等地方每一个用户与智能产品、用户和消费者都在不断发出声音和不同领域交流互动，形成交互数据；三是行为数据，即消费者想买什么，想看什么，想听什么，它的过程是什么；四是运营数据，即企业运营过程中产生的数据。只有将这四种不同类型的数据准确并有效地融合在一起，才能真正体现大数据技术的增值价值，才能有效地预测未来并服务于企业各项决策。
四是用户参与全流程交互和体验的需求。大部分家电行业产品的最终用户是消费者，消费者的使用体验和对产品的评价将直接影响家电产品的市场生命力。鉴于此特点，家电产品全生命周期中的两大场景将对工业互联网有着迫切的需求，一是消费场景，即家电产品到消费者手中以后消费者使用家电的过程，二是生产场景，即消费者的订单进入生产环节直到产品生产完成并送到消费者手中的过程。这两个场景都需要重点考虑终端用户的消费体验和对产品的评价。
其中消费场景中又有诸多消费者与产品的互动的细分场景，比如消费者个性化使用偏好场景，消费者在产品社群中参与产品互动的场景，产品的维修服务等。以上场景实现的前提是产品需提供与用户交互的入口，同时产品本身需要具备边缘计算及通讯的能力。
生产场景包含诸多复杂的生产环节，如产品的模块设计及供应、产品的制造、产品的物流等。若要增加终端用户对生产过程透明感知的良好体验，就需要对生产的各个环节开放。反过来讲倒逼生产每个环节现场设备的联网、生产数据的采集和打通、生产流程的可视化，同时保障各个环节信息安全。
�实施架构
家电行业工业互联网跨越工业物联网、商业物联网和消费物联网。业务焦点是用户体验、生态服务与提质增效。家电行业有两大通用实施场景的需求：（1）单场景智能端产品或智能端设备的智能服务与用户体验迭代；和（2）多场景系统融合智能工厂提质增效解决方案。基于家电行业的这两大类业务场景需求，在工业互联网目标实现架构的指导思路下，轻工家电的总体实施架构如下：

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