工业互联网平台标准化白皮书.docx
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工业互联网平台标准化白皮书
工业互联网平台标准化白皮书
内容摘要
为积极贯彻落实《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，中国电子技术标准化研究院联合北京和利时智能技术有限公司、智能云科信息科技有限公司、石化盈科信息技术有限责任公司、航天云网科技发展有限责任公司、华为技术有限公司、浙江大学、参数技术公司、北京寄云科技有限公司、江苏极熵物联科技有限公司等单位编写了
《工业互联网平台标准化白皮书（2018）》（以下简称：
白皮书），目的是为政、产、学、研、用各方组织开展工业互联网平台标准化工作提供支持，更好地服务于我国工业互联网平台建设和推广，为构建可持续发展的工业互联网平台生态做出积极的贡献。
本白皮书的编写以新时代标准化工作总体思路为指导，以参考架构为分析标准化需求的理论体系，以综合标准化为标准化工作的总方法，系统分析工业互联网平台的标准化需求，以构建工业互联网平台新型标准体系为目标，提出了亟待研制的关键标准及方向建议，希望能为下一步开展工业互联网平台标准化工作提供参考和指引。
第一章概述：
简要介绍了本白皮书的编写背景、思路和目标。
第二章平台发展情况：
重点梳理了美国、德国和我国的工业互联网平台发展现状和最佳实践，分析了工业互联网平台的发展规律，总结了以参考架构为核心的标准化与平台建设推广双向迭代的发展态势，回答了标准化工作中“为什么”这一基本问题。
第三章标准化需求分析：
给出了基于参考架构理论的“四步走”标准化需求分析方法，围绕业务、用户和功能三个视图分析标准化需求，解决了标准化“做什么”的问题。
第四章标准化实施路径：
提出了可持续发展的“一五一三”工业互联网平台标准化生态，以及通过标准化公共服务平台建设，汇聚政、产、学、研、用五个方面的资源，实现产业、技术、标准协同发展。
根据标准化工作的不同阶段，规划了标准体系框架、标准研制、试验验证和应用推广等重点任务，解决了标准化“怎么做”的问题。
第五章政府主导制定的潜在关键标准：
立足政府主导标准保基本的定位，提出了潜在的由政府主导制定的四类关键标准，包括基础共性、通用指南、行业管理和安全标准，发挥标准化工作在行业管理、规范引导、支撑保障、公共服务等方面的作用。
第六章市场自主培育的潜在标准方向：
从提高竞争力、推动技术创新、强化组织管理、消除技术壁垒四大目标出发，提出了由市场自主培育的潜在重点标准方向。
最后，作为正文相关内容的补充，以附录的形式给出了名词解释和已有相关标准清单。
4.3标准研制21
4.4试验验证22
4.5应用推广22
第五章政府主导制定的潜在关键标准23
第六章市场自主培育的潜在标准方向27
第七章结束语31
附录A术语解释32
附录B已有相关标准33
参考文献40
第一章概述
1.1编写背景
随着新一代信息技术与制造业深度融合，工业互联网成为推动制造业转型升级、发展实体经济的新型网络基础设施。
工业互联网平台作为工业互联网的核心，由数据采集体系、工业PaaS平台和应用服务体系三大核心要素构成，是实体经济全要素连接的枢纽、资源配置的中心和智能制造的大脑，已成为发达国家推进“再工业化”战略、抢占新一轮科技革命和产业变革制高点的必争之地，更是我国工业实现换道超车的重要机遇。
2017年11月，国务院印发了《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》（以下简称：
《指导意见》），明确将打造平台体系作为七大任务之一，提出构建工业互联网标准体系，实施标准研制及试验验证工程。
工业互联网平台标准体系作为工业互联网标准体系的重要组成部分，是打造平台体系的基础技术支撑，有助于统一认识、促进技术成果转化和应用、构建平台发展生态[1-3]。
为积极贯彻落实《指导意见》要求，中国电子技术标准化研究院联合相关单位编写本白皮书，旨在对工业互联网平台发展现状进行系统梳理，对标准化需求和实施路径进行研究，提出潜在的标准化工作方向和标准化生态建设建议，以便更好地引导工业互联网平台发展，支撑制造强国和网络强国战略实施。
1.2编写思路
（1）调研分析发展情况。
综合分析美国、德国和我国工业互联网平台相关的政策措施、技术和应用发展最新方向，总结提出工业互联网平台
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的发展规律，为提出标准化需求奠定基础。
（2）研究提炼标准化需求。
依据参考架构理论，提出工业互联网平台标准化需求分析方法，从不同视图对标准化需求进行分析。
（3）构建标准化生态。
以标准为核心，构建可持续发展的“一五一三”全新标准生态。
（4）提出标准体系框架和重点工作方向。
运用综合标准化方法，提出工业互联网平台标准体系框架，并从政府主导制定和市场自主培育两级梳理标准化的重点工作方向。
工业互联网平台标准化白皮书编写总体思路如图1-1所示。
图1-1工业互联网平台标准化白皮书编写思路
1.3预期目标
（1）明晰标准化需要解决的问题，深化工业互联网平台相关方对标准化作用的认识和理解，明确标准化工作方向。
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（2）形成标准化实施路径，支持工业互联网平台标准化工作，支撑工业互联网平台高质量发展。
（3）提出潜在标准化工作重点，给出由政府主导制定和市场自主培育的标准化工作建议，引导和规范工业互联网平台建设。
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第二章平台发展情况
2.1提出背景
国际金融危机之后，世界主要发达国家纷纷认识到以制造业为主体的实体经济的战略意义，期望通过产业升级解决高成本等问题，并通过发展高端产业寻求经济发展的新支柱。
在此背景下，美国实施“再工业化”战略，产业界提出了工业互联网，核心功能是将机器、物料、人、信息系统连接起来，结合软件和大数据分析，进行科学决策与智能控制，提高制造资源配置效率，大幅降低生产成本。
出于同样的考虑，德国在《德国2020高技术战略》中提出工业4.0战略，通过将机器设备、零部件、物料、人等进行数字转化，进行网络连接，实现设备之间、工厂之间横向集成，提高生产效率。
在市场需求的驱动下，美德各大企业加大力度开展了工业互联网平台的研究和建设工作，通过资源集聚、应用创新，实现资源的优化配置，推动工业互联网落地实施[4-6]。
我国制造业正处于转型升级阶段，工业互联网同样是我国战略布局的
关键。
国内各大企业积极贯彻《指导意见》的要求，围绕自身的战略转型情况，加快建设和推广工业互联网平台。
2.2发展现状
目前，工业互联网平台发展正处于规模化扩张期，以美德为代表的世界主要国家纷纷将工业互联网平台作为战略重点，各国领军企业通过发展工业互联网平台，不断巩固和强化他们在制造业的地位。
GE联合AT&T、CISCO、IBM、INTEL等企业组建工业互联网联盟
（IIC），发布参考架构IIRA，发挥美国互联网优势，以IT技术和网络技术为
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主要手段，打造服务于制造业的通用平台，实现多个行业业务的横向集成，促进行业信息融合，提高制造资源的配置效率。
如IIC的牵头企业GE发布的工业互联网平台Predix，已经实现10多个领域的设备接入，联盟的其它企业围绕Predix发挥各自优势，提升Predix平台运营和服务能力。
德国联邦政府支持相关行业协会建设工业4.0平台，负责工业4.0国家战略的宣传推广、标准制定、人才培养和技术研发等。
工业4.0平台发挥了德国传统制造业优势，在深耕专业领域的基础上，借助工业互联网平台，面向不同行业提供定制化解决方案，实现价值从业务需求到设备资产的纵向延伸。
如西门子发布的MindSphere平台，已经实现约100万台设备和系统的互联[7]。
目前，全球工业互联网平台数量已经超过150个。
美国、德国和我国对工业互联网平台的研究内容及成果如表2-1所示。
表2-1美国、德国和我国对工业互联网平台的研究内容及成果
2.3发展趋势
工业互联网平台已呈现出智能生产平台、设备运营平台等多种类型，不同相关方对工业互联网平台有不同的理解，需要对其内涵形成一致认
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识。
从未来发展看，多个平台共存将成为趋势。
与此同时，跨领域平台的功能和技术路线不一致，使得平台与设备、平台与用户、平台与平台之间的互联互通成为瓶颈。
统一的参考架构可以为平台规划设计、开发实现和测试验证等提供参考，同时也是实现互操作和可移植的重要基础。
从美德推进工业互联网平台发展的路径来看，参考架构的深化应用是工业互联网平台建设的发力点。
美德在建设平台的同时都提出了参考架构，并基于参考架构，进一步研发用例集、指南和测试床等成果，拓展平台应用。
这种方式一方面为技术路径和技术选择提供参考，提高平台建设的质量；另一方面可加速实现技术和业务框架及其解决方案的通用性，提高平台及平台应用间的互联互通互操作能力[8]。
参考架构在平台建设和标准化工作之间搭建了桥梁。
参考架构先行，系统地梳理平台的商业、技术、功能等需求，以点带面，开拓相关技术标准和应用标准，自下而上构建和完善标准体系。
在动态优化中，用标准反向带动平台建设，最终实现以参考架构为核心的标准化与平台建设推广双向迭代、互促共进的工作格局。
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第三章标准化需求分析
3.1标准化的使命
工业互联网平台标准化的使命是营造可持续发展的工业互联网平台生态，支撑政府、服务产业，发挥“标准化+工业互联网平台”的最大价值，推动互联网和实体经济融合发展[9]。
如图3-1所示。
图3-1工业互联网平台标准化的使命
3.2标准化需求分析方法
3.2.1参考架构理论
参考架构理论源自国际标准ISO/IEC/IEEE42010:
2011《系统和软件工程架构描述》，认为任何系统的架构都应从不同相关方的多个视角分别
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进行描述，单一视角的描述不利于所有相关方统一认识。
构建参考架构应从梳理目标对象的相关方出发，针对不同相关方的不同关注点进行综合分析，导出不同的描述视图[10]。
参考架构理论的作用可以概括为：
一个“基础”作用、一个“核心”作用和两个“延伸”作用[10-12]，如图3-2所示。
图3-2参考架构的作用
一个“基础”作用是指统一不同相关方的认识。
通过从不同的视图对目标对象进行剖析，有助于相关方全面、一致地理解目标对象的价值、功能、实现方式等。
一个“核心”作用是指构建目标对象的生态体系。
参考架构综合考虑技术、商业、运营、组织、政治、经济、法律、监管、社会影响等因素，通过回答“有什么用、如何用、需要什么功能、怎么实现、怎么部署”等问题，理清各相关方的需求与关系，形成体现各相关方活动、功能、价值、风险等的架构，从而构建功能完善的、可创造价值的生态体系。
两个“延伸”作用，一是指导相关方根据各自关注点，从业务需求分
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析、功能和技术实现、运营管理等多角度分析框架、规划蓝图，为构建目标对象提供依据；二是从不同角度分析目标对象，为标准化需求的分析提供理论依据，详见3.2.2。
3.2.2标准化需求分析过程
参考架构理论为识别工业互联网平台标准化需求提供了崭新的思路。
依据该理论，工业互联网平台标准化需求分析主要分为四步[13]，如图3-3所示。
首先，识别工业互联网平台的相关方，如政府、工业企业、平台提供方和第三方机构。
第二，归纳了相关方的共同目标，即打造与我国经济发展相适应的工业互联网生态体系。
第三，综合梳理和分析不同相关方的关注点，从工业互联网平台有什么用、如何用、需要什么功能、怎么实现、怎么部署等视角出发，推导形成业务、用户、功能、实现和部署5个视图，综合分析梳理5个视图的关注点和具体内容。
考虑到技术快速迭代、部署环境多样性等因素对平台技
图3-3四步走标准化需求分析过程
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术实现和部署方式的影响，本白皮书不对实现视图和部署视图展开详细描述。
业务、用户和功能3个视图的内容描述见3.3。
第四，针对业务、用户和功能3个视图，分别梳理相关方对工业互联网平台的关注点和标准化需求，见3.3。
3.3标准化需求
3.3.1业务视图及其标准化需求
业务视图梳理工业互联网平台各相关方共同的业务愿景和应用价值，总结为以构建新型工业基础设施、培育核心竞争力和推动业务转型升级为业务愿景，实现资源聚集共享、生产管理优化、设备健康管理、协同设计制造、制造资源租用等应用价值[14]。
如图3-4所示。
图3-4业务视图
构建新型工业基础设施是工业互联网平台的基础业务愿景，通过提供各类资源泛在连接、弹性供给、高效配置的平台，为各类创新应用和新型商业模式提供资源保障。
其标准化需求聚焦在资源开放共享和互联互通等
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方面，包括数据资源、软件资源、制造资源、仿真环境等资源的开放共享要求，通信协议、数据交换、接口规范等互联互通要求等。
培育核心竞争力是工业互联网平台的核心业务愿景，通过工业互联网平台的应用，实现缩短产品生产周期、提高设备利用率和生产效率。
其标准化需求聚焦在业务流程优化、资源利用等方面，包括制造过程可视化、业务跨平台集成、数字化工厂、设备健康维护、自动化运维等。
推动业务转型升级是工业互联网重点支撑的业务愿景，通过互联网平台的应用，实现更大范围、更高效率、更加精准地优化生产和服务资源配置。
其标准化需求聚焦在实现业务协同、增强生产灵活性和应变能力等方面，包括建模仿真规范、业务协同规范、个性化定制、平台互操作、数据可移植、应用可移植等。
3.3.2用户视图及其标准化需求
用户视图梳理工业互联网平台涉及的各类角色、子角色以及对应的业务活动，如图3-5所示。
图3-5用户视图
平台提供方为平台客户提供工业互联网平台，并负责平台的运维、安全管理等。
其标准化需求聚焦在平台的开发和部署、运营和运维、平台
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集成、安全和风险管理等方面，包括平台的功能和质量要求、通用组件管理、平台运行维护、平台治理、商业服务和市场行为规范、计量计费和交易规范、接口规范、集成能力要求、风险和安全管理规范等。
平台客户包含工业应用使用者和工业应用/第三方开发者两类子角色。
工业应用使用者使用工业互联网平台上的工业应用或微服务以支撑其工业活动；工业应用/第三方开发者基于工业互联网平台上提供的开发工具或开发环境实施部分平台功能组件的开发，以供其自身或其他工业应用使用者使用。
其标准化需求聚焦在工业应用开发过程、平台选型、服务规范、应用指南等方面，包括工业应用的质量要求、工业应用评估和测试要求、平台功能和性能要求、工业知识管理、工业服务能力要求、工业服务的计量计费、平台应用指南、应用绩效评价等。
平台关联方一般作为第三方负责平台的审核和监管。
其标准化需求聚焦在平台的审计、检测认证、分析与安全监管等方面，包括审计的过程规范和技术要求、度量和测试规范、评估评价规范、风险评估、安全监管等。
3.3.3功能视图及其标准化需求
功能视图描述工业互联网平台的功能框架、功能组件，及其相关关系[15]。
如图3-6所示。
基础资源域为整个工业互联网平台提供计算资源、存储资源和网络资源。
其标准化需求聚焦在资源管理、资源虚拟化等方面，包括网络和通信管理、设备管理规范、存储和备份技术、虚拟化技术等。
边缘域为工业互联网平台提供工业设备和其他制造资源的管理和接入。
其标准化需求聚焦在设备接入、协议解析、边缘数据处理等方面，包括接口规范、协议规范、互联互通技术、边缘计算、边缘数据处理和使用要求、感知技术等。
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图3-6功能视图
数据域负责对工业互联网平台的数据进行管理。
其标准化需求聚焦在数据接入、数据处理、数据存储等方面，包括数据采集规范、接口和数据接入规范、数据格式要求、标识解析、协议适配、数据质量要求、数据治理和应用要求、数据存储和备份要求等。
服务域为应用域提供共性服务、算法建模、应用开发等支撑。
其标准化需求聚焦在微服务框架的建立、基础模型和算法建模、微服务组件的开发和应用、工业应用开发工具的部署和使用等方面，包括微服务架构要求、微服务组件开发与封装要求、工程中间件要求、工业微服务组件库要求、工业软件云化、工业APP开发工具和接口、开放接口（OpenAPI）、开源实施指南等。
应用域面向特定行业、特定场景提供各类工业应用。
其标准化需求
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聚焦在工业APP研发和应用等方面，包括工业APP的需求分析、设计、开发、测试、使用等生存周期过程以及相关的质量要求、产品要求、评估评价要求等[16]。
集成域实现工业互联网平台跨功能域集成能力和跨平台集成能力。
其标准化需求聚焦在异构消息的转换适配、面向服务的架构（SOA）、可移植和互操作等方面，包括标识解析规范、协议规范、平台互操作、数据可移植、应用可移植等。
运营域负责工业互联网平台的日常运营。
其标准化需求聚焦在平台要素运维管理和平台运营等方面，包括资源和性能监控、事件跟踪管理、应急管理等运维要求，商务服务规范、市场行为规范等商务管理要求，交易规范、计量计费规范等交易管理要求等。
安全域负责工业互联网平台的安全防护和管理。
其标准化需求聚焦在应用安全、数据安全、网络安全、设备安全等方面，包括产品服务安全、
API安全等应用安全要求，数据的可用性、完整性和保密性等数据安全要求，安全传输、访问控制、加密通信等网络安全要求，网络设备安全、防护产品安全等设备安全要求等[17]。
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第四章标准化实施路径
4.1标准化生态分析
生态体系也叫生态系统，指在自然界的一定的空间内，生物与环境构成的统一整体，在这个统一整体中，生物与环境之间相互影响、相互制约，并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。
在标准化生态中，存在着不同的利益相关方，有如生物，在产业链条上各司其职又互相影响，形成有规律的共同体，在产业、技术发展的外部环境下，相互制约、价值共享、互利共存。
借鉴德国弗朗霍夫“以应用驱动研发”的工作模式，工业互联网平台标准化生态的设计，以标准为核心、以应用和创新为牵引、以协同共享为手段，以可持续发展为目标，最终形成“一五一三”标准化生态[18-19]。
如图4-1所示。
图4-1“一五一三”标准化生态
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（1）健全一条标准化产业链。
以标准研发、试验验证、成果转化、应用推广和创新发展为主线，打通标准化产业链的上中下游，在标准化全生命周期内的各环节促进产品和服务的研发和应用，以提升经济效益，并辐射到各个产业链成员，实现价值共享和最大化。
（2）汇聚政产学研用五大主体。
在标准化生态体系内应充分发挥以下五大主体的作用：
政：
政府总揽全局、统筹协调，运用标准化手段规范工业互联网平台的规划和监管，提高工业互联网平台的服务效能。
产：
企业提供最佳实践，标准研制的主要参与者，是标准研发、成果转化以及落地应用的主力军。
学：
高校推动基础理论研究，培养并输出工业互联网平台的技术人才和标准化人才。
研：
科研院所主导工业互联网平台标准研究，促进研究成果产业化，是持续推动标准化工作的源泉和动力。
用：
是标准成果的主要应用者，能够催生新的应用创新，为生态体系创造价值，激发活跃度，促进新标准的研发。
（3）打造一个标准化公共服务平台。
平台汇聚标准化各项资源，面向标准的建设、研制、监控评价和应用推广等提供公共服务，实现标准跨领域、跨行业、跨区域的协同发展。
平台能够借助市场资源，同时聚集科技与产业资源，为标准化成果转化提供孵化场所和环境，为产业技术进步、产业结构调整提供支持，培育产业示范基地，促进产业有序健康发展。
（4）协同产业、技术、标准三大体系。
通过在生态体系内部建立以标准为核心的和谐共生关系，实现工业互联网平台产业、技术的可持续发展，强化以技术创新为动力，推进标准研制和产业发展一体化，提升标准技术水平。
充分发挥标准在科研成果转化为生产力过程中的桥梁作用，健
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全协同创新体制。
三个体系相互渗透，互为支撑，互为动力，标准与技术创新同步，技术驱动产业进步。
4.2标准体系框架
4.2.1综合标准化
综合标准化工作方法是一套指导开展标准化工作的系统方法论。
GB/T12366-2009《综合标准化工作指南》[20]中对综合标准化定义是“为了达到确定目标，运用系统分析方法，建立标准综合体，并贯彻实施的标准化活动”。
它以标准化对象为研究对象，准确地把握各种相关要素之间的关系，以保证整个系统的功能效果最佳。
基于此方法论我院研究并发布
《锂离子电池综合标准化技术体系》、《云计算综合标准化建设指南》、
《国家智能制造标准体系建设指南》等成果，积累了丰富的综合标准化工作经验。
综合标准体系是一项系统工程。
在构建工业互联网平台综合标准体系的过程中，依据《综合标准化工作指南》的基本原则、工作程序，按照确定标准化对象、开展系统分析（确定需要解决的问题、确定标准化需求）、选择最佳方案、确定标准项目的程序开展工业互联网平台综合标准体系的研究。
研究思路如图4-2所示。
基于本白皮书3.2提出的基于参考架构的理论方法，在确定需要解决的问题以及标准化需求阶段，按照不同视角进行系统分析，全面理解和把握所有相关方对这个系统问题的关注点。
通过分析所有相关方的关注点，确认参考架构的不同视角，推导工业互联网平台的业务视图、用户视图、功能视图、实现视图和部署视图，识别标准化需求，最终提出标准化最佳解决方案，即工业互联网平台标准体系[21-22]。
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图4-2综合标准化工作思路
4.2.2标准体系框架
基于综合标准化工作方法以及标准化需求分析的结果，本白皮书给出了工业互联网平台标准体系结构建议，如图4-3所示。
图4-3工业互联网平台标准体系结构图
基础共性标准用于统一工业互联网平台的术语、相关概念，帮助各方认识和理解工业互联网平台，为其他各部分标准的制定提供支撑。
包括参考架构、术语定义、过程与方法、评估与测试、运营、审计等。
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核心技术标准用于规范工业互联网平台的设计、开发和实现，指导技术研发、测试验证等。
包括互联互通、工业APP、工业数据、边缘计算、平台等技术要求。
安全标准用于提升工业互联网平台的安全防护能力，规范工业互联网平台的安全管理。
包括数据安全、网络安全、设备安全、应用安全以及安全管理等。
应用服务标准用于指导不同应用场景、不同行业，制定应用软件开发和使用标准，为行业提供导则。
包括创新服务、行业应用指南等。
4.3标准研制
（1）统一组织协调
健全工业互联网平台标准化组织，发挥组织协调作用。
鉴于工业互联网平台数据集成、平台管理、开发工具、微服务框架、建模分析等关键技术主要集中在信息技术领域，建议由信息技术标准化技术委员会
（TC28）负责工业互联网平台相关标准的归口管理。
由标准化委员会统筹规划，汇集行业内工业互联网平台标准化需求，开展工业互联网平台基础共性、核心技术、应用服务、安全等标准研制工作。
（2）构建两级新型标准体系
面向平台标准化需求，构建政府主导建设和市场自主培育的两级新型标准体系。
政府侧重保基本，主导制定标准体系、术语定义、参考架构、测试评估等通用性强、基础支撑作用明显的国家标准、行业标准和地方标准；市场侧重提高竞争力，自主建设模式创新、行业应用以及急需解决的技术等满足市场、创新需要的团体和企业标准。
建立标准协调机制，保障两级标准体系的明确分工和高效协同；充分发挥团体标准的灵活性，鼓励学会、协会、联合会等社会组织和产业技术联盟协调相关市场主体共同制定，提升标准的供给能力。
按照“急用先行，成熟先上”的原则，培育发
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展一系列相互协调、互相依存的国家标准、行业标准、地方标准，以及团体标准和企业标准。
4.4试验验证
工业互联网平台标准试验验证是生态体系的重要组成
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