一、中美德日四国工业互联网参考架构介绍
（一）中国：AII工业互联网体系架构2.0
在当今全球工业竞争日益激烈，工业数字化转型成为各国发展战略重点的大背景下，中国积极探索适合本国工业发展的工业互联网架构。2019年8月27日，这一重要时刻，在2019智博会期间举办的工业互联网高峰论坛上，AII工业互联网体系架构2.0正式发布。这一架构的发布并非偶然，它是中国工业互联网发展进程中的一个重要里程碑。随着中国制造业规模不断扩大，从传统的劳动密集型产业到高端制造业的逐步崛起，对工业互联网的需求也日益复杂多样。
1.0版本主要定义功能架构，这在工业互联网发展的初期起到了一定的奠基作用。然而，随着工业互联网技术的快速发展、持续创新，原有的功能架构已不能满足日益增长的需求。于是，2.0版本应运而生，它重新定义了工业互联网的基本要素，涵盖功能架构、业务指南、实施框架、技术体系等多个部分。这个架构更像是我国工业互联网应用实施的指导框架，就像一本详尽的操作手册，为众多参与者指明方向。
在当前的工业环境中，政府、企业、科研机构、投资者等不同主体在工业互联网的发展进程中都扮演着至关重要的角色。对于政府而言，如何引导工业互联网健康有序发展，推动产业升级，是重要的政策考量。企业则渴望通过工业互联网提升自身的竞争力，无论是生产效率、产品质量还是创新能力。科研机构致力于探索前沿技术，为工业互联网的发展提供技术支撑。投资者关注的是工业互联网的发展潜力和投资回报。2.0架构旨在为这些不同的参与主体提供指导和参考，推动我国工业互联网走向成熟。而且，中国工业互联网的发展也不是孤立的，在全球化的今天，未来还将与其他国际架构进行对接，这有助于实现工业互联网体系架构在每个行业的落地应用，促进全球工业互联网的协同发展，让中国的工业在全球产业链中占据更有利的位置。
（二）美国：IIRA
美国，作为全球信息技术领域的先驱者，一直以来在信息技术的研发、应用和推广方面处于世界领先地位。这种领先地位源于其深厚的科技研发底蕴、大量的科技人才储备以及对科技创新的高度重视。在工业互联网浪潮兴起之际，美国工业互联网联盟（IIC）积极响应，发布了工业互联网参考架构（IIRA）。2019年6月19日发布的v1.9版，是其不断探索和完善的成果。
IIRA的设计理念体现了美国工业互联网发展的独特思路。美国的工业体系高度发达且多元化，涵盖航空航天、能源、医疗、汽车制造等众多领域，各行业之间的差异较大。在这样的产业背景下，IIRA注重跨行业的通用性和互操作性，提供了一套具有前瞻性的方法论和模型。它以业务价值推动系统的设计，这背后的逻辑是，企业的最终目的是实现业务价值的最大化，无论是降低成本、提高效率还是创造新的商业模式。
而将数据分析作为核心，是美国充分利用其强大的数据分析技术优势的体现。在当今大数据时代，数据被视为一种重要的资产。美国企业在数据收集、存储、分析等方面积累了丰富的经验和先进的技术。通过将数据分析作为驱动工业联网系统从设备到业务信息系统实现端到端的全面优化的核心力量，它能够融合工业互联网中的各个端到端的功能，使其在不同行业应用时都能发挥作用。例如，在航空航天领域，通过对飞机发动机运行数据的深度分析，可以优化维护计划，提高飞行安全性；在能源领域，可以通过分析能源消耗数据来优化生产流程，提高能源利用效率。这种设计促进不同企业或系统之间的协同工作，提高整体效率和创新能力，有助于美国在全球工业互联网竞争中保持领先地位。
（三）德国：RAMI4.0
德国，以其严谨的工业制造传统和强大的制造业实力闻名于世。德国的制造业长期以来在高端制造、精密机械制造等领域占据着全球领先地位。例如，德国的汽车制造、机械工程等行业，以高质量、高性能的产品著称。在全球制造业面临数字化转型的浪潮下，德国积极探索适合本国制造业发展的工业互联网架构，于是RAMI4.0（Reference Architecture Model Industrie 4.0）即工业4.0参考架构模型应运而生。
RAMI4.0深度聚焦于制造过程和价值链的生命周期，这是因为德国制造业注重制造过程的精细化管理和价值链的优化。德国的制造企业深知，每一个制造环节的效率提升和价值创造，都对整个企业的竞争力有着至关重要的影响。这个构建的比较完整的三维模型，就像是一个精密的工程蓝图，在制造环境里不同环节单元的功能分析、互操作性需求辨认以及相应标准的制定方面具有不可替代的价值。
更为关键的是其相关的工业4.0部件模型，它为包括数字化的零部件、设备、产线、车间、工厂甚至信息化系统在内的所有资产提供统一的信息物理系统（CPS）模型。这一模型背后蕴含着德国制造业对智能制造的深刻理解。在智能制造环境下，各类资产之间的交互变得更加复杂和频繁，需要一个统一的标准和模型来确保它们能够高效协同工作。该模型可以描述这些资产的功能、性能和状态，并为它们之间的交互从通讯协议、句法和语义提供统一的界面。广泛实施RAMI4.0，对于推动制造环境各个系统的全面互联互通有着巨大的意义。它能够使德国的制造企业在数字化转型过程中，保持其在制造工艺、产品质量等方面的优势，进一步提升德国制造业在全球的竞争力。
（四）日本：IVRA
日本，作为亚洲的制造业强国，有着独特的制造业发展历程和产业特点。日本制造业以精益生产、质量管理等传统优势闻名，在汽车、电子等领域有着众多世界知名的企业。然而，随着全球经济格局的变化，日本制造业面临着劳动力短缺、成本上升等挑战，迫切需要通过工业互联网技术来实现转型和升级。在这样的背景下，2016年12月8日，日本工业价值链促进会（IVI）推出了《工业价值链参考架构（IVRA）》。
该架构是基于日本制造业的现有基础构建的智能工厂基本架构。日本制造业一直以来对质量、成本和效率（产出）等要素极为关注，同时随着环保意识的提高，环保要求也被纳入管理范畴。IVRA从这些传统要素加上环保要求的管理角度出发，结合生产环境的资产（人、流程、产品和工厂）角度和作业流程（计划、执行、查验和反应）角度，细分出智能制造单元。这一过程体现了日本制造业对生产过程精细化管理的追求。
通过对信息化在生产过程的优化进行细致分析，进而提出了智能制造的总体功能模块架构。并且在不同的（设备、车间、部门和企业）层次上，分析知识/工程流程（相当于产品链）和供给流程（相当于价值链）的各个环节的具体功能构成。这种架构设计反映了日本制造业在应对挑战时，注重从自身的产业优势和生产管理特点出发，通过工业互联网技术实现生产流程的优化和效率提升，以确保日本制造业在全球市场中的竞争力。
二、中美德日四国工业互联网发展现状
（一）中国
1.政策支持与积极推进
在中国，工业互联网的发展是国家制造业转型升级战略的重要组成部分。随着全球制造业竞争格局的深刻变化，中国制造业面临着从劳动密集型向技术密集型、从低端制造向高端制造转型的巨大压力。在这种背景下，政府高度重视工业互联网的发展，出台了一系列相关政策进行支持和引导。
“中国制造2025”战略就是其中的典型代表。这一战略具有深远的战略意义，它为中国工业互联网的发展提供了宏观的政策环境和发展方向。“中国制造2025”明确提出要加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展，把智能制造作为两化深度融合的主攻方向。这一政策导向，就像一盏明灯，为众多企业指明了发展方向。
在政府的积极推动下，大量的企业开始积极探索工业互联网的应用。从传统制造业的钢铁、纺织等行业，到新兴的高科技制造业如人工智能、新能源汽车等领域，都在尝试将工业互联网技术融入到生产、管理和服务等各个环节。传统制造业企业希望通过工业互联网技术提升生产效率、降低成本、提高产品质量，以应对来自国内外同行的竞争压力。新兴高科技制造业企业则将工业互联网视为创新发展的重要手段，通过工业互联网实现产品的智能化、服务的个性化等目标。
2.应用场景广泛
中国的工业互联网应用场景丰富多样，这得益于中国庞大的制造业基础和多样化的产业结构。在大型制造企业中，工业互联网的应用已经取得了显著的成果。以汽车制造企业为例，汽车制造是一个复杂的工业生产过程，涉及众多的生产环节和设备。通过工业互联网实现设备联网，企业可以实时监控设备的运行状态，及时发现设备故障并进行维修，避免因设备故障导致的生产停滞。
生产流程优化也是大型汽车制造企业应用工业互联网的重要方面。通过对生产线上各个环节的数据采集和分析，可以优化生产流程，提高生产效率。例如，通过合理安排生产任务，减少不必要的等待时间，提高生产线的整体利用率。同时，质量监控也是工业互联网在汽车制造企业中的重要应用。通过对生产过程中的质量数据进行实时采集和分析，可以及时发现质量问题的源头，采取有效的改进措施，提高产品质量。
在中小企业中，工业互联网平台也为它们提供了获取数字化服务、拓展市场渠道等机会，促进了中小企业的数字化转型。中小企业由于自身规模较小，技术和资金实力相对较弱，在数字化转型过程中面临着诸多困难。工业互联网平台为它们提供了一种低成本、高效的数字化转型解决方案。中小企业可以通过接入工业互联网平台，获取诸如云计算、大数据分析等数字化服务，无需自己投入大量的资金建设相关的基础设施。同时，工业互联网平台也为中小企业提供了更广阔的市场渠道，帮助它们扩大业务范围，提高市场竞争力。
3.技术创新活跃
中国在5G、大数据、人工智能等与工业互联网相关的技术领域投入巨大，这是基于中国对科技创新的高度重视以及对未来工业发展趋势的准确判断。中国政府大力支持科技创新，出台了一系列鼓励政策，引导企业和科研机构加大在新兴技术领域的研发投入。
5G技术的快速发展为工业互联网提供了高速、低延迟的网络连接，这是工业互联网实现海量设备连接和数据传输的关键。在中国，5G基站的建设速度惊人，已经在全国范围内形成了较为完善的5G网络覆盖。这为工业互联网的发展提供了坚实的网络基础。例如，在一些大型工厂中，通过5G网络可以实现数千台设备的同时连接，实时传输设备运行数据，为企业的生产管理和决策提供及时准确的数据支持。
大数据和人工智能技术则被广泛应用于工业数据分析、故障预测、智能决策等方面。中国拥有庞大的工业数据资源，这为大数据技术的应用提供了丰富的数据来源。企业利用大数据分析技术对生产过程中的数据进行挖掘，可以发现隐藏在数据背后的规律和问题。例如，通过对设备运行数据的长期分析，可以建立设备故障预测模型，提前预测设备可能出现的故障，及时进行维修保养，减少设备停机时间。人工智能技术则可以根据大数据分析的结果进行智能决策，例如优化生产计划、调整生产工艺等，提高企业的生产效率和经济效益。
（二）美国
1.技术领先与企业主导
美国在信息技术领域一直处于世界领先地位，这一领先地位有着深厚的历史渊源。自20世纪中叶以来，美国在计算机技术、半导体技术等领域取得了一系列的重大突破，奠定了其在信息技术领域的主导地位。例如，美国的硅谷地区，聚集了众多世界知名的高科技企业，如苹果、谷歌等，这些企业在信息技术的研发和创新方面发挥着引领全球的作用。
这种信息技术领域的领先地位为其工业互联网的发展奠定了坚实的技术基础。美国的工业互联网发展主要由企业主导，这是美国市场经济体制和企业创新文化的体现。像通用电气（GE）等大型企业在工业互联网领域积极探索和创新。这些企业拥有雄厚的技术研发能力，每年投入大量的资金用于工业互联网相关技术的研发。例如，通用电气在航空发动机制造领域，通过研发先进的工业互联网技术，实现了对发动机运行状态的实时监测和远程维护，提高了发动机的可靠性和使用寿命。
同时，这些企业还拥有丰富的工业经验，它们在长期的工业生产过程中积累了大量的数据和生产管理经验。凭借这些优势，它们开发出了一系列具有影响力的工业互联网解决方案。这些解决方案不仅在本企业内部得到广泛应用，还被推广到其他企业，推动了美国工业互联网的发展。
2.跨行业应用与生态构建
美国的工业体系呈现出高度的多元化和复杂性，涵盖航空航天、能源、医疗等众多行业。每个行业都有其独特的生产工艺、市场需求和竞争环境。在这样的产业背景下，美国的工业互联网注重跨行业的应用，通过建立广泛的工业互联网生态系统，将不同行业的企业连接起来，实现资源共享和协同创新。
在航空航天领域，工业互联网技术被广泛应用于设备管理、供应链优化、远程服务等方面。例如，波音公司通过工业互联网技术实现了对飞机零部件的全生命周期管理，从零部件的生产、运输、安装到维修保养，都可以通过工业互联网进行实时监控和管理。在能源领域，工业互联网可以优化能源的生产、传输和分配过程。例如，通过对电网运行数据的实时分析，可以优化电力调度，提高能源利用效率。在医疗领域，工业互联网技术可以实现医疗设备的远程监控和管理，提高医疗服务的效率和质量。
美国的工业互联网联盟（IIC）等组织积极推动工业互联网标准的制定和推广，这对于构建工业互联网生态系统至关重要。标准的统一可以确保不同企业、不同行业之间的设备和系统能够实现互联互通，促进数据的共享和交换。
作者：云朵匠 | 数商云(微信ID：shushangyun_com)
【数商云www.shushangyun.com】专注为企业提供供应链系统搭建服务，长期为大中型企业打造数据化、商业化、智能化的b2b电子商务平台服务解决方案，为传统企业搭建一站式供应链系统服务平台闭环体系，实现供应链系统服务平台数据互通、全链融合，综合提升平台运营效率与平台收益。
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