1、 工业互联网信息模型白皮书 （征求意见稿） 工业互联网产业联盟（AII） 2020 年 4 月 声声 明明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、 数据、 观点、 建议， 不构成法律建议， 也不应替代律师意见。 本报告所有材料或内容的知识产权归工业互联网产业联盟 所有（注明是引自其他方的内容除外） ，并受法律保护。如需 转载，需联系本联盟并获得授权许可。未经授权许可，任何 人不得将报告的全部或部分内容以发布、 转载、 汇编、 转让、 出售等方式使用，不得将报告的全部或部分内容通过网络方 式传播，不得在任何公开场合使用报告内相关描述及相关数 据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法

2、律责任。 工业互联网产业联盟工业互联网产业联盟 联系电话：联系电话：0 01010- -6230588762305887 邮箱：邮箱： 目 录 一、概述. 1 （一）构建工业互联网信息模型将助力工业互联网信息交互 . 1 （二）传统工业垂直领域信息模型难以满足工业互联网协同发展需求 . 3 （三）构建工业互联网信息模型将推动工业互联网的高质量发展 . 4 二、3IM 的内涵 . 4 （一）3IM 的范围 . 4 （二）3IM 的定义 . 6 三、3IM 的应用 . 7 （一）设备-设备闭环 . 8 （二）设备/系统-信息系统闭环 . 8 （三）设备/系统-信息系统-应用闭环 . 9 （四）企业

3、-产品-用户闭环 . 9 四、3IM 的框架 . 10 （一）3IM 基本框架 . 10 （二）3IM 的包含与被包含关系 . 11 （三）3IM 包含的关键要素 . 14 （四）3IM 和工业互联网体系架构的关系 . 14 五、构建 3IM 的主要步骤. 17 （一）需求确定 . 17 （二）了解现状 . 18 （三）定义信息模型 . 18 （四）搭建信息模型实例 . 18 （五）测试验证 . 19 （六）部署实施 . 19 （七）推广应用 . 20 六、附件. 20 （一）应用场景概览 . 20 （二）机械工业仪器仪表综合技术经济研究所制造装备信息模型 . 21 （三）中国科学院沈阳自动化

4、研究所机器视觉信息模型 . 24 （四）华为技术有限公司 OceanConnect IoT 云服务信息模型 . 27 前前 言言 受各国战略引领和市场推动影响， 全球工业互联网信息的应 用呈现加速发展态势， 各企业和研究单位纷纷涉足工业互联网信 息标准化领域，试图寻找一种有效可靠的方法，实现信息的互联 互通互操作。近年来，国内外一些研究组织和单位机构陆续开展 了信息模型的相关研究工作， 信息模型技术方向的研究成果也得 到不断丰富。国内方面，中国信息通信研究院、机械工业仪器仪 表综合技术经济研究所、中科院沈阳自动化研究所、华为等单位 针对信息模型相关技术展开研究， 涉及到信息模型的通用建模规 则

5、、模型元素定义、语义化描述方法以及信息模型统一描述等内 容。国际方面，IEC和IIC等国际组织陆续开展信息标准的制定工 作， 德国西门子公司通过数字孪生的形式提出的信息模型可以实 现对实体属性和行为的数字化表述。OPC基金会在OPC UA信息模 型方面持续布局，通过定义统一数据接口，实现不同厂商软件之 间的数据交换， 德国电气与电子制造商协会在资产管理壳中应用 信息模型对资产进行描述，实时体现资产的状态，并具有信息交 互功能。IVI在实现相互通信和连接方面也应用到了信息模型技 术。 尽管如此， 针对工业互联网信息模型的研究仍处于起步阶段， 相关系列标准也只被某几家单位所发布或者遵守。 信息模型

6、只有 经过广泛使用之后，才能实现其价值。目前还存在信息模型之间 语义互操作难题，不同标准之间的信息模型描述有待统一，不同 行业的信息模型还没有形成集聚优势， 通用信息模型与行业信息 模型对接不够充分，信息模型的研究范围有待扩大，信息模型的 应用有待加强，基于信息模型的安全、管理等有待进一步研究， 基于信息模型的测试床有待建设， 综合服务平台有待搭建以形成 持续服务能力。 编写说明编写说明 1） 目前， 国内外关于信息模型的研究有很多， 为作区分， 本 白皮书中的信息模型全称为工业互联网信息模型，英文名称为 “Industrial Internet Information Model” ， 简写

7、为 “3IM” ； 2） 文中提到的信息模型均是指工业互联网信息模型， 即3IM； 3）工业互联网信息模型的发展总体还处于起步阶段，本白 皮书对工业互联网信息模型的认识也还是初步和阶段性的， 后续 将根据工业互联网信息模型的发展情况和来自各界的反馈意见， 在持续深入研究的基础上适时修订和发布新版报告； 4）本白皮书将工业四大要素：产品、过程、设备、服务称为 对象。 组织单位：工业互联网产业联盟 编写单位（排名不分先后） ：中国信息通信研究院、华为技术有 限公司、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、中国科学院沈 阳自动化研究所、联合智造（北京）科技发展有限公司、中国电 信集团有限公司、东北大学、

8、北京航天智造科技发展有限公司、 软通智慧科技有限公司 编写组成员（排名不分先后） ： 中国信息通信研究院：余思聪、李海花、黄颖、于青民、沈彬、 林欢 华为技术有限公司：钟远凡，聂永丰，白涛，李超华，何国洲， 邹沁心，徐伟杰，方凯 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所：赵艳领 中国科学院沈阳自动化研究所：于海斌，曾鹏，刘阳，王挺，李 栋，张华良，刘意杨 联合智造（北京）科技发展有限公司：路东 中国电信集团有限公司：孟维业、王学敏、李融、沈亮 东北大学：张晓玲 北京航天智造科技发展有限公司：于文涛 软通智慧科技有限公司：王海生 1 一、概述 工业互联网通过打造网络、平台、安全三大功能体系，实现 人、

9、机、物等的互联，构建起全要素、全产业链、全价值链全面 连接的新型工业生产制造和服务体系。 其中，网络是实现工业互联网全面连接的基础，随着工业企 业由单点数字化向全面互联网络化、全局智能化方向发展，传统 工业系统也将逐步由串行金字塔型通讯结构转变为网状通讯结 构。在实现网络互联互通的基础上，进而实现设备与设备、设备 与系统、系统与系统之间语义层面信息的无缝衔接和传递。工业 互联网信息模型可以实现工业互联网信息在语义层面的标准化 描述，从而保证互联之后各工业互联网对象的信息能够交互。作 为实现工业互联网信息标准化的基础， 构建工业互联网信息模型 至关重要。 （一）（一）构建工业互联网信息模型构建工

10、业互联网信息模型将将助力工业助力工业互联网互联网信息交互信息交互 1.工业互联网发展需要打破信息孤岛现象工业互联网发展需要打破信息孤岛现象 从工厂内网来看， 当前一个工厂内部的信息往往来源于不同 的工业设备、 软硬件平台、 操作系统、 网络环境等， 如， DCS、 PLC 等底层控制系统以及上层的 MES、PLM、ERP 等信息化系统通常来 源于不同的厂家。由于信息交互方式不统一、不同信息源之间缺 少有效的协作机制等原因，系统间的信息传递不畅，存在信息孤 岛现象。从企业间和产业链协作来看，不同企业间的系统、数据 2 很难打通，尚未实现全产业链、全价值链的全面连接。构建工业 互联网信息模型，可以

11、实现信息的标准化表述及流动，是打破信 息孤岛现象的一种便捷的解决方案。 2.构建信息模型将有效提高工业互联网信息交互效率构建信息模型将有效提高工业互联网信息交互效率 工业互联网对象的信息通常分散存在于各种信息源上， 各单 元之间独立开发，互不干涉，而且工业互联网对象的信息可能存 在重复或者缺失的情况，因此，来自不同信息源的信息无法顺利 交互。随着先进技术的应用，如先进的分析应用程序，对信息交 互的需求越来越迫切，用于交互的信息量也越来越多，这种情况 下的信息交互成本更高。 信息模型通过构建信息之间的关联关系， 提供标准化的信息格式， 能够有效提高工业互联网信息交互效率。 3.信息模型的作用随着

12、工业互联网发展越来越凸显信息模型的作用随着工业互联网发展越来越凸显 在今天的工业互联网中，云平台、网络、具备接入网络能力 的自动化设备、以及基于网络的服务已经实现。随着工业企业设 备、处理器、云平台、操作系统、网络通信、射频识别、可编辑 逻辑控制器等技术的不断进步，各应用程序、系统和设备之间的 互联变得更加便捷，对信息的流动要求更高。为了实现高效的信 息交互，需要使用标准模板定义对象。信息模型作为信息互联互 通互操作的基础，其发挥的作用必将越来越明显。 3 （二二）传统工业垂直领域传统工业垂直领域信息模型信息模型难难以满足工业互联网协同以满足工业互联网协同 发展需求发展需求 1.传统工业垂直领

13、域信息模型具有局限性传统工业垂直领域信息模型具有局限性 目前，主流的信息模型主要来源于工业垂直领域，与现有的 工业系统相似， 不同领域不同厂家的信息模型互通性和适用范围 存在局限性。基于Automation ML的信息模型主要用于实现生产 系统间工程信息的标准化， 解决工程过程中信息交换和集成问题， 如，实现产线上的机器人、机械臂等相关对象间的信息互通。基 于Instrument ML的信息模型主要用于实现仪表信息的标准化， 包括仪表身份标识信息和仪表应用属性信息， 以及仪表基本特性 的描述。基于Pack ML的信息模型主要用于包装过程的描述，处 于信息化应用层，可以实现机器状态与操作模式的信

14、息标准化。 OPC UA是垂直方向的设备互操作协议，现阶段的OPC UA信息模型 层主要包括机器人信息模型、机床信息模型、机器视觉信息模型 和塑料加工机械信息模型。 同时， 为了实现更多实体的互联互通， 需要制定通用的信息模型和行业信息模型。综合来看，现有的信 息模型难以覆盖工业互联网全面互联互通互操作的需求。 2.工业互联网信息模型研究处于起步阶段工业互联网信息模型研究处于起步阶段 传统工业垂直领域的信息模型标准化主要以国际电工委员 会（IEC）和国际标准化组织（ISO）参与制定的标准为主，随着 工业信息交互需求的不断释放， 上述标准化组织尽管也在不断的 4 完善和推进跨系统跨行业的信息模型

15、的标准化工作， 针对信息模 型的标准化研究仍处于起步阶段。工业互联网产业联盟（AII） 于2018年启动工业互联网信息模型研究工作， 密切跟踪国际国内 最新标准化情况。综合来看，目前还没有形成被广泛应用的工业 互联网信息模型。 （三）（三）构建构建工业互联网工业互联网信息模型信息模型将将推动推动工业互联网工业互联网的的高质量高质量 发展发展 工业互联网信息模型的构建可以实现工业互联网领域的信 息无障碍流通，推动工业互联网的协同创新，有利于工业互联网 的开放共享。信息模型可以实现信息的集成，为工业互联网的互 联互通互操作提供基础。信息模型通过标准化的方式，可以实现 工业互联网高质量的技术创新、高

16、质量的产品服务、高质量的组 织模式和高质量的产业结构， 从而推动工业数字化转型和经济高 质量发展，助力现代化经济体系构建。 二、3IM 的内涵 （一）（一）3IM 的的范围范围 工业互联网网络连接协议框架如图 2-1 所示。在网络层面， 物理层通信指在连接参与者间的物理介质（有线或无线）上交换 物理信号（电，光或其他） ；链路层通信指在相邻参与者之间的 共享物理链路上使用信令协议交换帧； 网络层通信指数据包的交 换（有限制的长度） ，可能通过多个链接将其路由在非相邻（远 5 程）参与者之间进行通信；传输层通信指参与者应用程序之间的 消息交换（可变长度） 。在应用层面，消息层通信指在参与者应 用

17、程序之间以可配置的方式交换结构化数据 （状态， 事件， 流） ； 语法层通信指交换通用数据结构，如，使用通用协议来构造数据 （如，语言的字母和语法规则）以及信息的结构；语义层通信指 在适当的上下文中解释交换数据含义的能力。 图 2-1 3IM 范围界定 工业互联网信息模型主要涉及语法层和语义层， 解决数据互 通， 实现数据和信息在全要素、 全价值链、 全产业链的无缝传递， 使得异构的应用程序、系统等在数据层面能相互“理解” ，从而 实现数据互操作与信息集成。 6 （二）（二）3IM 的定义的定义 综合国内外现有信息模型的相关描述及拟达到的效果， 工业 互联网信息模型主要指工业互联网全要素、全价

18、值链、全产业链 在信息空间的标准化表达。工业互联网全要素包括设备、应用程 序、系统等；全价值链包括企业生产、管理等流程信息；全产业 链包括企业、供应链、行业等工业互联网全产业链。3IM 在数字 孪生中的应用如图 2-2 所示，不仅如此，3IM 还可支撑资产管理 壳的互联互通互操作。 图 2-2 3IM 的示例 7 三、3IM 的应用 3IM 是实体物理空间和信息空间的信息标准化表述，是信息 技术与工业技术深度融合的基础。3IM 的作用主要表现为信息标 准化描述和表达、信息协同化传输和读取、信息模型化构建和应 用，如图 3-1 所示，3IM 实现从设备层到产业链层的信息集成， 构建设备-设备、设

19、备/系统-信息系统、设备/系统-信息系统-应 用、企业-产品-用户的四大闭环。通过图 3-1 可知，这四大闭环 在生产制造的核心业务过程，即感知控制层、数据模型层、分析 优化层和业务应用层分别得以体现， 在工业生产的设备状态感知、 设备控制、信息集成、信息建模、信息分析、决策优化等过程中 都发挥着重要的作用。根据生产需要，3IM 支持针对工业互联网 全要素、全价值链、全产业链的信息进行建模，并对模型进行实 例化。 图 3-1 3IM 的应用 8 （一）设备（一）设备-设备闭环设备闭环 在设备层，根据信息交互需要，软件定义化 3IM 模型，将其 嵌入到生产设备中以附加件的形式存在，该附加件的作用

20、是以 3IM 给出的标准化方案定义设备信息，从而实现设备之间的直接 信息交互。同时，对于没有添加信息模型的设备，3IM 可以扮演 中间件的角色， 在设备的信息交互过程中通过语义集成的方式为 设备间的信息转换提供媒介，实现设备之间的异构信息交互。信 息模型的附加件和中间件功能可以打通现场设备层， 将装备通过 通信技术有机连接起来，实现企业内资源的垂直整合，构建设备 到设备的信息交互闭环。 （二）设备（二）设备/系统系统-信息系统闭环信息系统闭环 在产线层，由设备组成的生产控制系统内部，通过信息模型 可以实现信息的无障碍流动。与此同时，在反馈设备生产状态的 各种信息系统内部， 包括 ERP 系统、

21、 MES 系统等等， 通过建立 3IM 可以实现信息从设备向信息系统的流动。另外，对于支持信息模 型的信息系统，3IM 通过软件定义中间件的方式构建设备与信息 系统之间的信息协同化传输和读取方案，帮助信息系统获取经 3IM 语义集成而规范化的设备信息，降低异构信息交互的成本， 达到各种生产设备信息在同一信息系统内兼容的效果。在设备/ 系统-信息系统之间实现信息交互可以降低系统配置、互操作方 面的时间与精力消耗，进而降低系统的信息服务成本。因此，通 9 过 3IM 可以构建设备/系统-信息系统闭环。 （三）设备（三）设备/系统系统-信息系统信息系统-应用闭环应用闭环 信息模型可以认为是为实现边缘

22、、 企业和产业链各层之间的 协同沟通需要而构建的模型。相较于传统的单机生产而言，信息 之间实现交互可以降低企业在信息系统配置、 设备互操作方面的 时间与成本消耗，进而降低系统的信息服务成本，同时消除不匹 配设备信息可能导致的生产风险。为实现这一协同沟通能力，应 运用软件定义化的手段， 基于 3IM 构建信息协同化传输方案与信 息模型库，分别实现设备-信息系统之间的规范化信息交互，达 到信息系统能够获取规范化设备数据的目的；完成信息系统-应 用之间的信息交互，形成对业务应用的规范化语义描述，从而指 导具体分析决策过程， 再将业务分析后针对设备的控制需求反馈 到相应的设备/系统。 （四）企业（四）

23、企业-产品产品-用户闭环用户闭环 3IM 通过实现边缘层、企业层和产业链层之间信息交互的方 式，可以帮助实现企业-产品-用户信息的集成，通过构建信息模 型库的形式实现 3IM 的有效应用。从工厂的生产运行、实时监控 到操作优化以及全生命周期的终结， 各种信息整合于信息模型库 中，设计团队、现场操作人员、运营管理人员等可以基于该模型 库所搭建的平台进行协同工作。3IM 在工业互联网中的应用将打 破传统工业网络众多信息交互技术之间的壁垒， 实现横向和纵向 10 信息的协同，降低信息交互成本。 四、3IM 的框架 （一一）3IM 基本基本框架框架 3IM 基本框架由标识、 类和属性组成， 如图 4-

24、1 所示。 3IM 基 本框架旨在为业界构建 3IM 提供指引，类可以含有标识、子类和 属性，子类还可以有标识、子类和属性，如此类推，3IM 基本框 架可以根据信息交互及建模需要对标识、类和属性进行扩展。 图 4-1 3IM 基本框架 标识主要实现信息模型的标记和表达， 作为唯一标记贯穿信 息模型的整个生命周期。标识可以是无意义字符串，仅用于信息 模型唯一性标记；也可以是有意义字符串，如基于数据字典的标 识编码及解析，可在满足唯一性标记的前提下，对信息模型进行 11 描述性表达。 类是对信息模型所表达或代表的具有共同特征的信息的抽 象，包括但不仅限于行业分类、产品分类、采集类、通信类、工 程类

25、、配置类、报警事件类、网络安全类、控制类、服务类等。 如，服务类是指可以实现的具体服务，用于描述对象的模块化业 务功能组合。服务类可以由属性、命令和事件组成，属性是指由 对象收集的状态数据；命令是指对象执行的操作或者方法；事件 是指描述对象主动上报数据的行为及其配置参数。 属性涵盖各种工业互联网对象的属性信息， 包括数据、 接口、 状态、关系等，体现对对象知识的专业描述。属性可分为静态属 性和动态属性，静态属性是对对象静态性质及关系的概括描述， 一般与对象实体描述相关，如形状、大小等；动态属性是对对象 动态性质及关系的描述，一般与环境、业务描述相关，如温度、 速度等。 （二二）3IM 的的包含

26、与被包含包含与被包含关系关系 3IM 在工业互联网全生命周期的信息交互中扮演重要角色， 需要根据实际信息标准化程度不同进行分类。 在实际的工业系统 中，针对每个生产单元，可能存在成千上万的设备。而且，会有 包括 HMI，SCADA，MES 和 ERP 系统等等监控和管理着生产流程。 生产流程可能与外部系统之间有联系，如，设备使用商与设备制 造商之间的信息交互。在复杂的系统如工业工厂中，这个问题的 严重程度更大，因为工厂有可能包含有几千种设备，且由不同的 12 制造商生产，信息来源多样，为方便应用，必须对 3IM 的包含与 被包含关系加以区分。 1.单元信息模型单元信息模型 针对单一对象，根据信

27、息交互的需要，提取相关联的信息， 实现信息的标准化，建立单元信息模型。单元信息模型是最底层 的信息模型，也称为离散信息模型，即针对各种离散分布的对象 提出的信息模型。 比如， 工业设备信息模型、 工业工具信息模型、 工业组件信息模型等。 根据需要建立的单元信息模型可以满足单 一对象的信息需求， 通常没有必要将其进一步分解为其他子模型。 如，根据对压缩机油箱的信息需求进行建模，针对油箱的信息建 模之后，基本可以描述油箱的运行状态，油箱运行信息也可以被 其它设备读取，因此，没必要再将油箱的信息模型分解为其它子 模型，如图 4-2 所示。 图 4-2 单个实体单元信息模型 2.组合信息模型组合信息模

28、型 信息模型的对象可以是单个实体单元， 如， PLC、 仪表、 控制 13 阀，也可以是复杂的实体，如，机器人、不同细节层面的制造单 元、或者完整的生产现场、生产线、工厂。因此，对象可以包含 子对象，也可以是隶属于一个更大的组合对象。针对复杂对象的 描述，提出组合信息模型。 组合信息模型是模块化的信息模型， 相互联系的单元信息模 型可以组合成纵向工业生产场景， 即提取来自纵向互联对象的信 息建立的模型，纵向信息模型可以叠加，形成信息集群。同时， 组合信息模型可以是离散的模型，如，既可以描述压缩机单个油 箱状态，也可以描述压缩机多个油箱的状态。随着信息模型数量 的增加，组合信息模型向着横向扩展，

29、形成更加复杂的组合信息 模型，即为满足协同生产场景需要，提取来自多条生产线上的对 象信息建立的模型。各对象之间协同工作，不仅生产线上的对象 之间需要信息交互，对象与上下游之间也有信息交互，组合信息 模型示意图如图 4-3 所示。 图 4-3 组合信息模型 14 （三）（三）3IM 包含包含的的关键要素关键要素 工业互联网信息的标准化应该考虑各种关键要素，3IM 是工 业互联网全要素在信息空间的标准化表达， 其中， 某些要素在3IM 构建时始终需要考虑到，这些要素被称为 3IM 的关键要素。如， 用于 3IM 标记和表达的标识、对信息协议进行定义的接口、描述 信息之间相关性的关系等等。同时，3I

30、M 的应用还应该考虑到表 述、通信、安全等等。 图 4-4 信息模型关键要素 （四）（四）3IM 和工业互联网和工业互联网体系体系架构的关系架构的关系 在工业互联网体系架构中，3IM 贯穿边缘层、企业层和产业 链层，涵盖设备模型库、产线模型库、企业模型库、行业模型库 和通用模型库。其中，基础信息模型库贯穿设备层、企业层和产 业链层，为 3IM 提供基础框架及建模规范。3IM 和工业互联网体 系架构 2.0 的关系如图 4-5 所示。 15 图 4-5 3IM 与工业互联网体系架构 2.0 的关系 （1）在边缘层实现设备模型库和产线模型库的构建。设备 模型库可以实现边缘层设备之间的信息交互，在设

31、备模型库中， 中间件信息模型库可以是设备信息模型， 也可以是组件信息模型， 还可以是接口信息模型。 设备信息模型库包括专用设备信息模型 库、成套设备信息模型库等。以中间件信息模型、设备信息模型 和基础信息模型为基础，发展建设信息模型资源池，打破异构信 息的交互壁垒。 产线模型库包括控制系统、 工艺流程信息模型库， 以及基础信息模型库。 （2）在企业层实现企业模型库和行业模型库的构建，可以 满足企业层对信息的需求。企业模型库包括制造企业、自动化企 业等企业信息模型库。行业模型库包括流程、离散行业模型库， 基础模型库。 （3）在产业链层实现通用模型库的构建，通用模型库是全 要素、全价值链、全产业链

32、最通用的信息模型库，能够面向全要 16 素、全价值链、全产业链范围提供信息模型服务，具有信息模型 扩展的能力。 通用模型库包含基础信息模型库、 标识信息模型库、 接口信息模型库、关系信息模型库、服务信息模型库。 （4）语义库资源池为 3IM 的信息标准化提供可供选择的语 义和语法， 工具库资源池为 3IM 的建模及实例化提供可供选择的 各种工具。语义库资源池和工具库资源池根据应用需要，可以涵 盖边缘层、企业层和产业链层。 信息模型库可以理解为按照工业互联网部署架构来组织、 存 储和管理信息模型的仓库，涵盖各种工业互联网信息模型，如生 产设备信息模型库、信息产线信息模型库、航天设备企业信息模 型

33、库等等，如图 4-6 所示。 图 4-6 信息模型库示例 17 五、构建 3IM 的主要步骤 关于构建 3IM，可以理解为根据信息需求，实现信息标准化 的过程。工业互联网信息模型构建的具体流程如图 5-1 所示，包 括需求确定、了解现状、定义信息模型、搭建信息模型实例、测 试验证、部署实施、推广实施共 7 个阶段。 图 5-1 信息模型构建流程图 （一）（一）需求确定需求确定 工业互联网的发展可以推动设备、物料，控制系统、信息系 统、产品和人之间的互联互通。构建3IM需要符合工业互联网的 发展要求，根据信息应用的场景及应用人群，确定信息模型的应 18 用需求，为选择合适的信息模型提供参考。同时

34、，3IM的构建还 应考虑可能涵盖的标识、属性和类，需要针对不同的应用需求进 行确定。 （二）（二）了解现状了解现状 在3IM的需求确定之后，需要考虑信息交互存在的问题，并 对信息标准化的现状进行分析，结合现有的信息处理方式，判断 是否存在对应的信息模型，并根据分析结果，初步得出应用已有 模型或者构建新模型的结论。 （三）（三）定义定义信息模型信息模型 定义信息模型即是根据了解的现状及需求情况， 设计信息模 型，并给出信息模型构建方案。其中，设计信息模型主要是针对 应用需求给出最终的信息模型框架，如，基于通用模型库给出特 定的通用模型、基于行业模型库给出特定的行业模型等等。信息 模型构建方案主要

35、是确定通用模型、 行业模型等信息模型的构建 方案，同时，模型构建方案还需要定义信息模型的标识、类、属 性，以及明确建模规则、信息标准化方式等。 （四）（四）搭建搭建信息模型实例信息模型实例 根据信息模型构建方案及确定的信息模型框架， 利用明确的 建模规则、信息标准化方式来搭建通用模型、行业模型等信息模 型实例。基于以上建模步骤，信息模型实例的搭建可以是在已有 19 公共信息模型库的基础上， 从信息模型库挑选合适的信息模型进 行二次构建。信息模型实例的搭建还可以是基于应用需要，从零 开始搭建。 （五五）测试验证）测试验证 在 3IM 的构建及应用过程中， 需要针对可行性及有效性进行 验证。3IM

36、 的可行性验证主要包括验证建模方法、建模工具、以 及模型的语义语法结构和逻辑结构、实例化路径等等。3IM 的有 效性验证主要包括验证信息标准化有效性，设备支持程度、信息 驱动实现的方式以及信息交互能力。 （六六）部署实施）部署实施 从企业层面看，3IM 的部署需要构建设备模型库、产线模型 库和企业模型库，并针对企业层面的 3IM 应用需求，构建企业语 义库和工具库。 其中， 信息模型库含有企业层所需要的信息模型， 工具库含有企业层信息模型建模及实例化的所有工具， 语义库含 有企业层信息标准化的所有语义和语法。 从产业链层面看，3IM 的部署需要构建通用模型库和行业模 型库，并针对产业链层面的信

37、息模型应用需求，构建产业语义库 和工具库。其中，信息模型库含有产业链层所需要的信息模型， 工具库含有产业链层信息模型建模及实例化的所有工具， 语义库 含有产业链层信息标准化的所有语义和语法。 20 （七（七）推广）推广应用应用 3IM的推广应用可围绕以下3种途径展开， 首先是搭建信息模 型开源应用平台，平台应汇聚全要素、全价值链、全产业链的信 息模型，为信息模型的共用共享提供支撑。其次，构建信息模型 工具体系，用户可根据自身需求选取合适的建模及实例化工具。 最后，截至目前，工业互联网产业联盟有超过1400家单位，涵盖 制造业、能源、交通、通信、互联网等企业及研究机构，通过工 业互联网产业联盟平

38、台，可实现信息模型的广泛推广应用。 六、附件 （一）（一）应用场景概览应用场景概览 3IM的概念在国内外的应用虽然处于起步阶段，但传统工业 的智能化发展却离不开3IM，可以说，3IM在工业领域的应用非常 广泛。通过对3IM在工业领域的应用程度、重要性、代表性进行 筛选和考量，基于制造装备信息模型、机器视觉信息模型、云服 务信息模型三个方向，结合3IM的关键特征和关键技术实现，选 择从信息需求、信息处理、典型应用、信息模型四个角度对信息 模型的应用场景及案例进行阐述和说明。 21 （二）（二）机械工业仪器仪表综合技术经济研究所机械工业仪器仪表综合技术经济研究所制造装备信息制造装备信息 模型模型

39、1.信息需求信息需求 随着企业数字化转型的逐步推进， 数字化车间与智能工厂作 为主要的实施载体，存在着大量的异构设备与系统，如，数控机 床、可编程控制器、机器人、检测设备、物流设备、生产单元与 子系统。设备与系统的数据有互联互通互操作的需求，如图6-1 所示， 由于不同接口和不同协议的存在， 如， 串口、 网络、 无线、 Modbus、Profibus等，互联互通互操作功能的实现需要投入大量 的人力、物力和时间成本，是目前实施工业互联网的主要障碍。 图 6-1 设备与系统的数据需要互联互通互操作 2.信息处理信息处理 制造装备如数控机床、机器人等由若干部件、物理属性以及 各类操作组成，每个部件

40、又可以包含其它子部件和物理属性，通 过定义相关的信息模型元素可对制造装备进行抽象和描述，如， 信息模型的属性元素、属性、属性集、组件元素和服务集。构建 制造装备的信息模型可以为制造装备的互联互通互操作提供基 础。 22 3.典型应用典型应用 以机械工业仪器仪表综合技术经济研究所制造装备数控机 床的信息模型为例，快速集成的信息模型可以实现信息交互，具 体步骤如下： 1）按照建模规则构建数控机床信息模型； 2）输出数控机床信息模型XML描述文件； 3）以数控机床信息模型XML描述文件为输入，信息模型加载 器对其进行解析； 4）构建信息模型后的数控机床可以被MES等系统访问。 4.信息模型信息模型

41、数控机床信息模型如图 6-2 所示，在该信息模型中，标识表 现为设备 ID， 属性元素是信息模型元素的基本单元， 属性由一系 列属性元素组成，属性集由属性和子属性集组成，属性集分为静 态属性集和动态属性集。 数控机床的系列组件和子组件共同组成 信息模型的类和子类，服务集信息模型元素是多个服务的集合。 23 图 6-2 数控机床信息模型 静态属性集：数控机床设备的静态属性集合，包含的属性信 息自制造装备出厂后不会变化或者变化不频繁， 如， 制造商名称、 设备型号等信息。 动态属性集：数控机床设备的动态属性集合，包含的信息一 般与制造装备使用有关，如，制造装备运行状态、报警状态、运 行时间等信息。

42、 数控系统信息：构成数控机床信息模型类的信息，包含数控 系统组件的自身信息（集合 ID、集合名称）和组件列表信息，数 控系统组件引用了多个控制器组件， 这些组件表示数控机床用到 24 的运动控制器、可编程逻辑控制器等。 功能部件信息：构成数控机床信息模型类的信息，包含刀具 管理、门信息、传感器、工作台等子组件。 伺服驱动信息：构成数控机床信息模型类的信息，包含主轴 驱动、主轴电机、进给轴驱动、进给轴电机、辅助轴驱动等子组 件。 辅助系统信息：构成数控机床信息模型类的信息，包含组件 的自身信息（集合 ID、集合名称）和组件列表信息，辅助系统信 息包括液压系统、气动系统、冷却系统、润滑系统子组件。

43、 服务集： 构建数控机床信息模型的服务， 包括 NC 程序加载、 NC 程序选择、NC 程序执行等。 （三）（三）中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所机器视觉信息模型机器视觉信息模型 1.信息需求信息需求 近年来， 针对监控监测系统的信息智能化技术有了不断提高， 但仍存在各监控监测子系统间相互独立、兼容性差等问题。尤其 是在一些传统的工业生产流程中，如，化工制造流程、煤矿开采 流程等等，对监控监测技术的要求较高，现有的技术水平无法满 足生产需要。为解决系统之间的信息孤岛现象，对监控监测系统 提出了新的集成要求。 2.信息处理信息处理 信息的处理是通过构建信息模型的形式来实现，

44、可以利用信 25 息模型对各种监控监测信息进行集成。围绕相机基本信息、机器 视觉通用功能、 厂商自定义功能三大部分建立监控监测集成系统 信息模型，利用计算机高速度、大容量和智能化的优点，通过高 速的网络把一个个孤立的监控监测子系统组织起来， 从而达到监 控监测的服务共享、信息共享和数据共享。 3.典型应用典型应用 以中国科学院沈阳自动化研究所机器视觉信息模型 （后文简 称为机器视觉信息模型）为例，机器视觉信息模型旨在当工业相 机作为机器人本体的末端工具之一时， 各种品牌型号的工业相机 都不再需要工程师二次开发编程， 机器人本体可直接使用工业相 机以实现机器视觉功能。 在中国科学院沈阳自动化研究所机器视觉信息模型的应用 当中，还涉及机器人信息模型和 OPC UA 服务器。工业相机本身 作为 OPC UA 服务器，将自身信息按照机器视觉信息模型向工业 机器人控制器暴露， 工业机器人控制器对相机信息按照机器视觉 信息模型解析并整合到自身的机器人信息模型中。 用户通过机器 人信息模型可以直接对机器人本体及相机进行控制及任务执行。 4.信息模型信息模型 机器视觉信