工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺助力產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建

劉廉如 張忠平 肖 力

1 宜通世紀物聯(lián)網(wǎng)研究院(廣州)有限公司 廣州 510665

2 基本立子(北京)科技發(fā)展有限公司 北京 100012

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展概述

隨著世界范圍內(nèi)新一輪科技革命創(chuàng)新發(fā)展蓬勃興起，加快推進制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型被上升到國家的戰(zhàn)略高度，德國工業(yè)4.0、美國先進制造伙伴計劃、中國制造2025等一系列國家戰(zhàn)略相繼推出。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為支撐制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的關鍵基礎設施，新一代信息技術與制造業(yè)的融合產(chǎn)物，成為建設制造強國的重要抓手。

在云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新一代信息技術的推動下，系統(tǒng)搭建以網(wǎng)絡、平臺、安全為核心的功能體系，加快信息通信技術在制造業(yè)更廣泛、更深入的融合應用，構(gòu)建數(shù)字化和智能化驅(qū)動的工業(yè)新型生態(tài)是實現(xiàn)我國制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的關鍵所在，也是工業(yè)領域智能化變革的重要推手。

全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展正處于規(guī)模擴張、格局未定的關鍵時期，各個國家都高度重視和積極布局，希望搶占工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)這一戰(zhàn)略制高點，收獲新一輪工業(yè)革命帶來的經(jīng)濟發(fā)展紅利。目前，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨著標準體系不完善，產(chǎn)業(yè)支撐能力不強，現(xiàn)實基礎能力不高，核心技術和關鍵平臺綜合能力不足，制造企業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡化水平整體不高等一系列問題[1]；因此，圍繞核心標準、技術、平臺，把握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化”本質(zhì)特征，推動新一代信息技術和制造業(yè)實體經(jīng)濟深度融合，助力先進制造業(yè)智能化發(fā)展，為制造強國建設賦予新動能，是大力發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的工作著力點。

1.1 國家政策標準

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體現(xiàn)了工業(yè)技術和信息通信技術的跨界融合，涉及到軟件、硬件、網(wǎng)絡、平臺安全等多方面的集成，以及不同場景、不同模式下的專業(yè)領域應用，因此，需要相關標準的指導和引領。以國際電工委員會(IEC)、美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)、德國工業(yè)4.0平臺、中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(AII)為代表的標準組織均在積極布局推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準化工作?？傮w而言，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準化還處于起步階段，將面臨長期的探索與研究過程，標準組織多將工作重點放在了頂層設計、參考架構(gòu)、基礎共性、需求用例、關鍵技術和安全等方面。美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟于2015年6月發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)》。2016年8月，中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟也推出了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)》，涵蓋了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵、業(yè)務需求、體系架構(gòu)、關鍵要素和實施目標[2]。

2015年，國務院頒布《中國制造2025》[3]作為制造強國戰(zhàn)略的指導綱領，從國家層面引導中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，堅持數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為發(fā)展主線，持續(xù)激發(fā)制造業(yè)發(fā)展活力和創(chuàng)新動力，打造具有國際競爭力的智能制造業(yè)。2016年，國務院頒布了《關于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導意見》[4]，提出圍繞建設互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)融合“雙創(chuàng)”平臺為核心，積極培育催生新模式新業(yè)態(tài)，加快推動“中國制造”的提質(zhì)增效，釋放“互聯(lián)網(wǎng)+”的能量。 2017年，是我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關鍵之年，國務院印發(fā)了《關于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見》[1]，明確提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展“323行動”，即構(gòu)建網(wǎng)絡、平臺、安全三大體系，推進大型企業(yè)集成創(chuàng)新和中小企業(yè)應用普及兩類應用，健全產(chǎn)業(yè)、生態(tài)和國際化三大支撐，為落實我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展指明方向，為開創(chuàng)我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新局面明確路徑。

1.2 平臺現(xiàn)狀

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要構(gòu)成要素，是實現(xiàn)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化發(fā)展的助推器。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是連接工業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈的樞紐，工業(yè)資源精準化配置的核心，包括海量泛在連接、知識沉淀積累、云化智化服務、應用開放創(chuàng)新四大主要特征[5]。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的目標是實現(xiàn)工業(yè)資源的優(yōu)化配置，全面提升行業(yè)效率，其對于制造業(yè)企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型主要的推動作用在于：1)實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)智能化生產(chǎn)和管理優(yōu)化；2)推動工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)方式定制化、柔性化升級和業(yè)務模式創(chuàng)新。

從全球范圍來看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在技術體系方面已初步形成，產(chǎn)業(yè)生態(tài)持續(xù)發(fā)展成熟，應用場景日漸豐富繁榮。國外工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的典型代表包括：GE的Predix平臺、PTC的ThingWorx平臺、ABB的ABB Ability平臺、施耐德的EcoStruxure平臺和西門子的MindSphere平臺等。

我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展建設仍處于初期階段，基礎和能力相對薄弱，跨行業(yè)的綜合性平臺尚未形成，面向特定行業(yè)和領域的平臺影響力不足，亟待抓住工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展的戰(zhàn)略機遇期，培育一批解決行業(yè)共性問題的綜合能力平臺和面向企業(yè)專業(yè)領域的專業(yè)平臺，推動制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)深入融合發(fā)展。國內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的典型代表包括航天云網(wǎng)INDICS平臺、樹根互聯(lián)的根云平臺、海爾的COSMOPlat平臺、浪潮工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、基本立子的立子云平臺、用友工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺等。在行業(yè)標準方面，2017年，中國通信標準化協(xié)會(CCSA)新設立“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)特設任務組(ST8)”，下設總體與應用、網(wǎng)絡互聯(lián)、標識解析、數(shù)據(jù)與平臺和安全5個子工作組。數(shù)據(jù)和平臺子工作組積極開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺相關的標準制訂工作，已經(jīng)立項了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通用技術要求》和《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應用管理接口要求》兩項行業(yè)標準(如圖1)。

圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺參考架構(gòu)[6]

2 立子云平臺

立子云平臺集“設備管理”和“應用使能”為一體，通過和連接管理平臺的松耦合集成，為打破工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)碎片化提供了有力支撐，整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作伙伴，為工業(yè)企業(yè)客戶提供“一站式”解決方案奠定了堅實基礎。

立子云平臺是基于云計算、微服務架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)PaaS平臺，提供海量設備連接管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與展示、輕量應用靈活擴展、多層次的開發(fā)架構(gòu)、端到端安全保障等功能。

2.1 功能架構(gòu)

立子云平臺功能架構(gòu)主要由三個業(yè)務功能層次組成，如圖2所示，包含設備連接管理層、數(shù)據(jù)分析管理層和應用拓展層。

圖2 立子云平臺功能架構(gòu)圖

1)設備連接管理層。平臺提供通用的 API 接口和Agent 工具，幫助各類設備實現(xiàn)快速接入。其中，設備端 Agent 可以通過 Java SE、Java ME、 C++、OSGi 等編程環(huán)境進行開發(fā)，服務器端 Agent 可以實現(xiàn)與跟蹤協(xié)議、專有協(xié)議、數(shù)據(jù)收集協(xié)議等設備進行通訊連接。

2)數(shù)據(jù)分析管理層。平臺通過對設備進行連接、管理、配置，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)進行存儲、計算、閾值監(jiān)測、按預先定義的規(guī)則響應、聚合、圖形化顯示等，為上層各類應用提供原始數(shù)據(jù)和預處理數(shù)據(jù)支持。平臺原生的應用程序可以實現(xiàn)批量操作、多租戶管理、數(shù)據(jù)存儲、報警和事件、數(shù)據(jù)管理和設備管理等通用功能。

3)應用拓展層。平臺為用戶提供開放的應用整合、強大的開發(fā)環(huán)境，幫助用戶輕松實現(xiàn)與企業(yè)CRM、 ERP等系統(tǒng)的業(yè)務對接。其中平臺提供設備庫、智能應用開發(fā)包等開發(fā)者工具，并且可以通過短信接口、位置接口、文本語音轉(zhuǎn)換等功能接口來整合外部系統(tǒng)(如圖3)。

圖3 立子云平臺與連接管理平臺Jasper集成示意圖

2.2 集成部署

立子云平臺提供靈活的部署方式，包括基于多租戶云的SaaS模式和內(nèi)部部署(私有云部署)。平臺可以根據(jù)實際設備接入量的需求，按需靈活的配置計算、存儲等節(jié)點資源，實現(xiàn)快速的業(yè)務調(diào)整與匹配。

為適配工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)終端設備不同的通訊鏈路和多樣化的接入?yún)f(xié)議，立子云平臺使用Agent進行協(xié)議的適配轉(zhuǎn)換，降低設備接入的難度，加快設備接入速度(如圖4)。

圖4 立子云設備集成模式示意圖

立子云提供兩類Agent來實現(xiàn)設備的集成接入。一種是服務器端Agent，即“云網(wǎng)關”模式，運行在云側(cè)，通過在平臺側(cè)進行協(xié)議解析和轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)設備與平臺進行集成對接；另一種是設備端Agent，分別在終端設備或網(wǎng)關設備開發(fā)并安裝Agent程序，實現(xiàn)與平臺的對接。從Agent安裝的位置來劃分，包括通

信模組、微控制單元和網(wǎng)關。設備集成接入模式對比如表1所示。

表1 設備集成接入模式對比表

2.3 安全保障

立子云平臺充分考慮工業(yè)控制和網(wǎng)絡聯(lián)接等多方面引入的安全風險，聚焦設備安全、控制安全、網(wǎng)絡安全、應用安全和數(shù)據(jù)安全等5大安全域。安全策略從靜態(tài)被動的防御機制向動態(tài)主動轉(zhuǎn)變。平臺通過基于事件的智能化規(guī)則定制，實時監(jiān)測觸發(fā)條件，當觸發(fā)條件達到閾值時，實時觸發(fā)告警或相關操作，達到主動預防的目的。

2.4 平臺對比

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺企業(yè)主要包括4類。1)裝備與自動化企業(yè)。如和利時、GE、西門子和樹根互聯(lián)等，其平臺是經(jīng)驗積累的載體，為創(chuàng)新服務模式提供支撐。2)制造企業(yè)。如海爾、富士康、航天云網(wǎng)、中船工業(yè)，其平臺布局策略是將數(shù)字化轉(zhuǎn)型經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為服務能力，并對外賦能。3)軟件企業(yè)。如寶信、PTC、用友和東方國信等，其平臺是實現(xiàn)能力拓展的手段。4)信息技術企業(yè)。如浪潮、阿里巴巴、華為、中國移動、立子科技等，其平臺是向制造業(yè)領域延伸的抓手。典型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的橫向?qū)Ρ热绫?所示。

表2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺代表橫向?qū)Ρ缺韀5]

3 立子云設備售后管理系統(tǒng)

設備售后維護場景是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在工業(yè)生產(chǎn)過程優(yōu)化方面的代表性應用。針對設備制造企業(yè)無法獲取售出設備運行狀態(tài)，無法對設備故障進行預判，售后服務費用支出不可控等共性問題，立子云設備售后管理系統(tǒng)基于立子云平臺的底層功能，實現(xiàn)設備運行狀態(tài)實時監(jiān)控及設備預測性維護，為設備制造企業(yè)實現(xiàn)精細化運營管理提供了有效手段。

3.1 功能架構(gòu)

設備制造企業(yè)可以通過PC、手機、平板電腦等設備接入售后管理系統(tǒng)，實時監(jiān)控設備整體運行狀態(tài)，實現(xiàn)故障報警、客戶管理、報表統(tǒng)計等功能，功能架構(gòu)如圖5所示。

圖5 立子云設備售后管理系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

1)設備管理。

設備分布：設備地理位置信息。

設備參數(shù)：接入任何已在PLC內(nèi)部完成采集的參數(shù)，并可實現(xiàn)遠程控制。

統(tǒng)計分析：統(tǒng)計在線、離線設備，查看故障信息和歷史數(shù)據(jù)，并進行相關報表統(tǒng)計。

指標管理：對設備監(jiān)控的各項指標進行配置管理。

故障診斷：開關機狀態(tài)、運行時間統(tǒng)計，關鍵參數(shù)統(tǒng)計分析，故障診斷工具。

2)客戶管理。

客戶管理：了解單個客戶設備數(shù)量及設備狀態(tài)信息，設備廠商可以看到所有售出設備的相關信息。

權限管理：為不同用戶配置相應權限，保證相關客戶只能查看自身設備信息，保證不同客戶之間的數(shù)據(jù)隔離。

頁面設置：設置不同界面風格。

3)報警管理。

報警記錄：對設備故障信息進行統(tǒng)計，重要、嚴重、主要、次要分類顯示，進行優(yōu)先級處理。

報警升級：對已經(jīng)發(fā)生的報警，在特定時間內(nèi)未處理，報警升級，提高報警級別。

創(chuàng)建報警：針對現(xiàn)場業(yè)務邏輯可以創(chuàng)建報警，對設備潛在故障進行預判，包括短信，Email信息推送等。

4)統(tǒng)計分析。對操作日志記錄、設備故障次數(shù)、能耗等信息統(tǒng)計，同時可以分類別、分等級、分時段、分區(qū)域統(tǒng)計，并以報表、圖形等方式展現(xiàn)統(tǒng)計結(jié)果。

3.2 案例

立子云售后設備管理系統(tǒng)已經(jīng)在電梯設備、污水處理設備、制冷設備、機器手臂、鍋爐和大型水泵等設備制造企業(yè)得到應用和驗證。

以大型水泵廠商為例，水泵廠商通過立子云設備售后管理系統(tǒng)實現(xiàn)水泵運行狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷與分析、能耗統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、維保服務等功能。系統(tǒng)通過設置設備巡檢，實現(xiàn)主動的預測性維護，變被動售后為主動服務，原廠維保率提高60%；通過優(yōu)化運行參數(shù)，對高能耗設備進行優(yōu)化，節(jié)能降耗；通過安全事故早排查，故障率、事故率降低30%；利用遠程監(jiān)控，平均售后處理時長降低30%；通過設備故障遠程診斷和處理，降低維保支出50%以上；通過對備品備件有針對性備貨，減少物流成本和冗余庫存，同時，對UBI、設備租賃等新型商業(yè)模式提供了支撐。

圖6 立子云設備售后管理系統(tǒng)界面圖

4 總結(jié)

從技術發(fā)展趨勢看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出終端智能化、聯(lián)網(wǎng)泛在化、計算邊緣化、網(wǎng)絡扁平化、服務平臺化等特點。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心構(gòu)成要素，是構(gòu)建基于軟件定義、服務驅(qū)動的新型工業(yè)生態(tài)體系的關鍵。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺成為數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)交換的中心，為工業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展提供有力支撐。

立子云作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的代表之一，聚焦海量設備的連接管理、應用場景和環(huán)境的復雜多樣、用戶需求的個性多元等問題，充分利用5G、邊緣計算和人工智能的先進技術，提高連接管理的靈活性、數(shù)據(jù)管理的安全性、應用開發(fā)的友好性、服務規(guī)模的擴展性，推動我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系的加速建立和完善。

[1] 國務院. 關于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見[R]. 2017

[2] 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)[S].2016

[3] 國務院. 中國制造2025[R].2015

[4] 國務院.關于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導意見[R].2016

[5] 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書[S].2017

[6] 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通用要求[S].2017

[7] 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺標準體系框架[S].2018