工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺新型制造系統(tǒng)的神經(jīng)中樞

中國通信標準化協(xié)會|游根節(jié)

當前，全球新一輪產(chǎn)業(yè)變革蓬勃興起，制造業(yè)重新成為全球經(jīng)濟發(fā)展的焦點。發(fā)達國家紛紛采取重大舉措，推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)與工業(yè)系統(tǒng)全方位深度融合的產(chǎn)物，是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的加速器和助推器，對拉動實體經(jīng)濟具有重要作用。

伴隨著當前制造業(yè)變革與數(shù)字經(jīng)濟浪潮的交匯融合，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)與制造技術(shù)、工業(yè)知識的集成創(chuàng)新不斷加劇，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應運而生。

在制造企業(yè)轉(zhuǎn)型中發(fā)揮核心支撐作用

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的三大要素之一，是新型制造系統(tǒng)的數(shù)字化神經(jīng)中樞，是工業(yè)資源配置的核心，在制造企業(yè)轉(zhuǎn)型中發(fā)揮著如下4方面的核心支撐作用。

一是促進傳統(tǒng)工業(yè)云平臺的迭代升級，大幅提升工業(yè)知識生產(chǎn)、傳播、利用效率，形成海量開放APP應用與工業(yè)用戶之間相互促進、雙向迭代的生態(tài)體系。二是扮演新工業(yè)體系的“操作系統(tǒng)”，發(fā)揮著類似于Windows、Android和iOS系統(tǒng)的重要作用，支撐構(gòu)建基于軟件定義的高度靈活與智能的工業(yè)體系。三是作為資源集聚共享的有效載體，推動資源、主體、知識集聚共享，形成社會化的協(xié)同生產(chǎn)方式和組織模式。四是打造制造企業(yè)競爭新優(yōu)勢的關(guān)鍵抓手，不斷建立、鞏固和強化工業(yè)智能化新優(yōu)勢。

對于企業(yè)來說，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可以實現(xiàn)智能化生產(chǎn)管理，提高生產(chǎn)效率，降低運營成本，實現(xiàn)商業(yè)模式創(chuàng)新，以及跨企業(yè)、跨區(qū)域、跨行業(yè)的資源和能力聚集，打造更加高效的協(xié)同設計、制造和服務體系。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系架構(gòu)

圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺功能架構(gòu)圖

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是面向制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化需求，構(gòu)建基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的服務體系，支撐制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置的工業(yè)云平臺，包括邊緣、平臺（工業(yè)PaaS）、應用三大核心層級?？梢哉J為，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是工業(yè)云平臺的延伸發(fā)展，其本質(zhì)是在傳統(tǒng)云平臺的基礎(chǔ)上疊加物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)，構(gòu)建更精準、實時、高效的數(shù)據(jù)采集體系，建設包括存儲、集成、訪問、分析、管理功能的使能平臺，實現(xiàn)工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗、知識的模型化、軟件化、復用化，以工業(yè)APP的形式為制造企業(yè)各類創(chuàng)新應用，最終形成資源富集、多方參與、合作共贏、協(xié)同演進的制造業(yè)生態(tài)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的功能架構(gòu)如圖1所示。

其中，第一層是邊緣，通過大范圍、深層次的數(shù)據(jù)采集，以及異構(gòu)數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)換與邊緣處理，構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；第二層是平臺，基于通用PaaS疊加大數(shù)據(jù)處理、工業(yè)數(shù)據(jù)分析、工業(yè)微服務等創(chuàng)新功能，構(gòu)建可擴展的開放式云操作系統(tǒng)；第三層是應用，形成滿足不同行業(yè)、不同場景的工業(yè)SaaS和工業(yè)APP，形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的最終價值。

此外，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺還包括IaaS基礎(chǔ)設施，以及涵蓋整個工業(yè)系統(tǒng)的安全管理體系，這些構(gòu)成了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎(chǔ)支撐和重要保障。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)標準

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺需要解決多類工業(yè)設備接入、多源工業(yè)數(shù)據(jù)集成、海量數(shù)據(jù)管理與處理、工業(yè)數(shù)據(jù)建模分析、工業(yè)應用創(chuàng)新與集成、工業(yè)知識積累迭代實現(xiàn)等一系列問題，涉及七大類關(guān)鍵技術(shù)，分別為數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術(shù)、IaaS技術(shù)、平臺使能技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、應用開發(fā)和微服務技術(shù)、工業(yè)數(shù)據(jù)建模與分析技術(shù)和安全技術(shù)。

圖2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全框架

在7類技術(shù)中，通用平臺使能技術(shù)、工業(yè)數(shù)據(jù)建模與分析技術(shù)、數(shù)據(jù)集成與邊緣處理技術(shù)、應用開發(fā)和微服務技術(shù)正快速發(fā)展。在平臺層，PaaS技術(shù)、新型集成技術(shù)和容器技術(shù)正加速改變信息系統(tǒng)的構(gòu)建和組織方式。在邊緣層，邊緣計算技術(shù)極大地拓展了平臺收集和數(shù)據(jù)管理的范圍和能力。在應用層，微服務等新型開發(fā)框架驅(qū)動工業(yè)軟件開發(fā)方式不斷變革，而工業(yè)機理與數(shù)據(jù)科學深度融合則正在引發(fā)工業(yè)應用的創(chuàng)新浪潮。

標準是技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和先導，是當前搶占工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)制高點和話語權(quán)的重點爭奪領(lǐng)域。德國、美國等發(fā)達國家紛紛在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域布局標準。比如，在20世紀的近40年時間里，德國每年3.3%的GDP增長中，標準的貢獻占到了0.9%，僅次于資本投入。

為加快我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)學研用協(xié)同發(fā)展，2016年2月1日，工業(yè)、信息通信業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的百余家單位共同發(fā)起成立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，發(fā)布了多項研究成果，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應用實踐取得實質(zhì)性進展。

2017年7月，中國通信標準化協(xié)會成立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)特設任務組，圍繞核心標準、技術(shù)、平臺加速開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準研制工作，開展了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通用技術(shù)要求”“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應用接口要求”等行業(yè)標準制定，目前這些行業(yè)標準正在征求意見稿階段。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應用

2013年以來，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的理念和重要性逐漸被產(chǎn)業(yè)界所認識，全球各類產(chǎn)業(yè)主體積極布局，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺已經(jīng)進入全面爆發(fā)期。根據(jù)咨詢機構(gòu)IoT Analytics的統(tǒng)計，目前全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)量超過150個。2017年以來平臺發(fā)展步入快車道，僅我國就有數(shù)十個平臺產(chǎn)品發(fā)布。

支撐國家戰(zhàn)略實施，企業(yè)積極布局工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。如中國航天科工集團公司打造了我國首個國際工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，以“云制造”為核心、以“互聯(lián)網(wǎng)+智能制造”為主題、提供全方位綜合型生產(chǎn)性服務的國際工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，致力于形成“資源共享、能力協(xié)同、互利共贏”的國際工業(yè)云端生態(tài)。

部分企業(yè)采用PaaS、微服務等新型架構(gòu)搭建平臺，為應用開發(fā)提供更好的能力支持，在提供自身平臺服務的同時，著力打造繁榮的第三方應用創(chuàng)新生態(tài)。如GE基于開源PaaS架構(gòu)Cloud Foundry構(gòu)建Predix平臺，并通過集成微服務架構(gòu)等方式為應用開發(fā)者提供豐富支持，實現(xiàn)智能應用的快速構(gòu)建、測試和部署。

部分消費品生產(chǎn)企業(yè)基于個性化定制生產(chǎn)模式構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)用戶需求、設計資源與生產(chǎn)能力的全面打通。例如，海爾建設的COSMOPlat平臺，將顧客需求、產(chǎn)品訂單、合作生產(chǎn)、原料供應、產(chǎn)品設計、生產(chǎn)組裝和智能分析等環(huán)節(jié)互聯(lián)起來并進行實時通信和分析，以滿足規(guī)模化定制需求。

安全是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的保障

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)三大體系中，網(wǎng)絡是基礎(chǔ)，平臺是核心，安全是保障。安全是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的前提和保障，只有構(gòu)建覆蓋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)各防護對象、全產(chǎn)業(yè)鏈的安全體系，完善滿足工業(yè)需求的安全技術(shù)能力和相應管理機制，才能有效識別和抵御安全威脅，化解安全風險，進而確保工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)健康有序發(fā)展。

為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)應對日益增長的安全威脅、部署安全防護措施提供指導，提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)整體安全防護能力。在工信部網(wǎng)安局指導下，中國互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟研究提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全框架（如圖2所示）。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全框架從防護對象、防護措施及防護管理3個視角構(gòu)建。針對不同的防護對象部署相應的安全防護措施，根據(jù)實時監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中存在或即將發(fā)生的安全問題并及時做出響應。

發(fā)展建議

當前，全球領(lǐng)先企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺正處于規(guī)劃擴張的關(guān)鍵期，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的制造業(yè)生態(tài)是當前科技競爭高地，我們要抓住當前的發(fā)展機遇，推動我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺產(chǎn)業(yè)進步、應用繁榮。對此，筆者有如下建議。

一是加強頂層設計，培育一批跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的綜合性平臺。開展相關(guān)技術(shù)驗證與測試評估，組織實施工業(yè)企業(yè)上云和工業(yè)企業(yè)APP培育工程，打造新型工業(yè)體系，加快形成培育經(jīng)濟增長新動能。

二是加強平臺建設，提升平臺服務功能。組織開發(fā)者社區(qū)、企業(yè)、研究機構(gòu)、高等院校等聯(lián)合開展技術(shù)研究，將大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、機器學習等技術(shù)融入平臺建設中，提升平臺服務企業(yè)和行業(yè)的能力，切實滿足工業(yè)轉(zhuǎn)型升級需求。

三是研究制定工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺標準體系，促進平臺互聯(lián)互通。制定工業(yè)數(shù)據(jù)交換、分析、管理開發(fā)工具API、微服務API等數(shù)據(jù)、接口和互聯(lián)互通等重點領(lǐng)域標準，支撐不同類型、不同領(lǐng)域平臺的互聯(lián)互通和共享合作。

四是提升安全防護水平，保障平臺穩(wěn)定可靠運行。加快推進數(shù)據(jù)加密、訪問控制、漏洞監(jiān)測等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應用，增強平臺對非法入侵的甄別和抵抗能力。綜合利用數(shù)據(jù)備份與恢復、冗余設計、容錯設計等方法提升平臺運行魯棒性，加強性能監(jiān)測與故障監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)和排除故障，確保平臺整體穩(wěn)定性。