河北省工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型研究

裘詠霄　王柳

摘 要：制造業(yè)是一個國家經(jīng)濟的主體，而互聯(lián)網(wǎng)+時代，互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)的深度融合，是國家發(fā)展新經(jīng)濟，為“中國制造”提升質(zhì)量，增加效率的重要措施之一。我國不僅僅是制造業(yè)大國，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也處于國際前列。將互聯(lián)網(wǎng)先進的技術融合到制造業(yè)中，能夠形成疊加效應、聚合效應、倍增效應等，能夠有效促進“雙創(chuàng)”快速發(fā)展，促進培育新業(yè)態(tài)的產(chǎn)生，促進生產(chǎn)體系的變革。黨中央、國務院高度重視制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展，習近平總書記在網(wǎng)絡安全和信息化工作座談會上指出“要著力推動互聯(lián)網(wǎng)與實體經(jīng)濟深度融合發(fā)展，以信息流帶動技術流、資金流、人才流、物資流，促進資源配置優(yōu)化”。李克強總理多次作出重要批示指示，強調(diào)指出“中國制造2025”的前途就在于“+互聯(lián)網(wǎng)”。

關鍵詞：互聯(lián)網(wǎng);模型分析;系統(tǒng)構(gòu)建

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”這一概念由通用電氣于2012年提出，主要是指利用高級計算技術、傳感技術、數(shù)據(jù)分析技術，將工業(yè)系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)高度融合，將人與數(shù)據(jù)、機器相連接，達到制造業(yè)與信息技術的高度融合。通過先進的云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術將虛擬技術與實際生產(chǎn)相結(jié)合，最終實現(xiàn)工業(yè)升級。

近年來，世界各國爭相發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，紛紛推出了各項支持政策、措施，加速工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用和發(fā)展，培育制造業(yè)競爭新優(yōu)勢，積極搶占新工業(yè)革命的先機。

我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從起步階段到實踐應用，經(jīng)歷了比較長的階段，期間也離不開國家的戰(zhàn)略指導、政策支持、技術培育等，目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用從單一領域逐漸向多領域多應用拓展。

2 河北省工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀

河北省在過去十二年里工業(yè)總量排名全國第六，是名副其實的工業(yè)大省。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)代表了工業(yè)4.0時代工業(yè)網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展的基礎。而我省工業(yè)控制系統(tǒng)、高端工業(yè)軟件、云計算平臺等產(chǎn)業(yè)基礎薄弱仍然不足，工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)云等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術、平臺和應用仍處于起步階段，各類信息系統(tǒng)的集成能力不足，亟需發(fā)展新經(jīng)濟培育新動能，加速制造業(yè)提質(zhì)增效升級，建設制造強省。

2019年5月，河北省工信廳印發(fā)了《推動互聯(lián)網(wǎng)與先進制造業(yè)深度融合發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)導向目錄（2019年）》，該目錄重點指出了圍繞互聯(lián)網(wǎng)、平臺、安全三大體系，深入實施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，推動制造業(yè)加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展，支持企業(yè)基于云架構(gòu)、疊加物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進信息技術，構(gòu)建企業(yè)級工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型分析

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要以云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術為支撐，應用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術，通過采集工業(yè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過存儲、分析、處理之后，應用于過程控制、信息處理等，實現(xiàn)機器與機器的互聯(lián)、機器與人的互聯(lián)，即實現(xiàn)虛擬技術與實際生產(chǎn)的結(jié)合。常規(guī)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠為工業(yè)生產(chǎn)過程提供安全可靠的網(wǎng)絡連接，能夠?qū)⑿畔⒌奶幚斫Y(jié)果及時反饋生產(chǎn)，能夠依托系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)管理。

系統(tǒng)構(gòu)建方法與其他硬件、軟件系統(tǒng)構(gòu)建方法相似，需要從工業(yè)生產(chǎn)實際需求出發(fā)，充分調(diào)研、分析之后，結(jié)合系統(tǒng)的功能性、安全性、擴展性等，將系統(tǒng)劃分為不同層次，層次之間相互服務、相互支撐，各層均采用最適宜的技術，逐層構(gòu)建體系，逐步實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。完成系統(tǒng)構(gòu)建可采用多視圖建模方法，如圖1所示，從不同視角出發(fā)，側(cè)重系統(tǒng)構(gòu)建的不同過程。商業(yè)視角側(cè)重于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的需求分析;功能視角側(cè)重于系統(tǒng)的功能分析與實現(xiàn)，包括各個功能模塊的定義及設計;用法視角側(cè)重于系統(tǒng)整體的應用場景分析;實用視角重點側(cè)重于后期的反饋及系統(tǒng)的完善。

4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建

出于對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型架構(gòu)的開放性、可互操作性、可互交換性的考慮，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型根據(jù)系統(tǒng)功能及系統(tǒng)管理，將系統(tǒng)模塊分為了功能模塊及管理模塊。功能模塊主要包括三個不同層次，傳感層、平臺層及應用層;管理模塊采用PDCA方法分別從“策劃-實施-測評-處置”角度，通過明確管理職責，夯實基礎保障，規(guī)范實施過程，如圖2所示。

4.1 感知層

主要實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的互聯(lián)、數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)預處理工作，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最底層，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎及硬件基礎。一是利用各種設備傳感器實現(xiàn)不同設備的海量數(shù)據(jù)的采集，并對數(shù)據(jù)進行初步處理，如多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的歸一化;二是為上層提供支撐，如數(shù)據(jù)的匯聚處理，上傳至云端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。

4.2 平臺層

該層主要集中了大數(shù)據(jù)的分析、處理工作，同時依靠互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。一是將底層數(shù)據(jù)進行分析、挖掘，從而實現(xiàn)設備參數(shù)自動化調(diào)整，實現(xiàn)數(shù)據(jù)價值;二是為工業(yè)生產(chǎn)的管理提供數(shù)據(jù)支持，供管理者參考;三是為上層應用的設計提供數(shù)據(jù)支撐。

4.3 應用層

將下層提供的數(shù)據(jù)、服務與技術、經(jīng)驗等相結(jié)合，形成能夠滿足不同應用場景、不同硬件設備的SaaS，并為系統(tǒng)開發(fā)人員、管理人員及消費者提供不同接口，為各類用戶提供服務，為設計、生產(chǎn)、管理、服務等多個環(huán)節(jié)提供了創(chuàng)新性業(yè)務應用。

上述三個層次在工作過程中均需要以互聯(lián)網(wǎng)為基礎，通過網(wǎng)絡互聯(lián)，實現(xiàn)了所有的工業(yè)設備、資產(chǎn)、物理系統(tǒng)的連接;能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)互通能力、應用層的通訊。

此外，管理模塊采用PDCA方法，即“策劃-實施-測評-處置”，依據(jù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)及生產(chǎn)情況進行管理職責、基礎保障、實施過程及測評與改進。其中，P（Plan） 策劃，包括方針和目標的確定，以及活動規(guī)劃的制定;D（Do）實施，根據(jù)已知的信息，設計具體的方法、方案和計劃布局;再根據(jù)設計和布局，進行具體運作，實現(xiàn)計劃中的內(nèi)容;C（Check）測評，總結(jié)執(zhí)行計劃的結(jié)果，分清哪些對了，哪些錯了，明確效果，找出問題;A（Act）處置，對總結(jié)檢查的結(jié)果進行處理，對成功的經(jīng)驗加以肯定，并予以標準化;對于失敗的教訓也要總結(jié)，引起重視。對于沒有解決的問題，應提交給下一個PDCA循環(huán)中去解決。

以上四個過程不是運行一次就結(jié)束，而是周而復始的進行，一個循環(huán)完了，解決一些問題，未解決的問題進入下一個循環(huán)，這樣階梯式上升的。

5 結(jié)語

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為工業(yè)領域不同設備、設備與管理者之間真正實現(xiàn)了互聯(lián)，促進了智能管理與生產(chǎn)。對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及平臺等方面的研究，仍有許多需要繼續(xù)深入的地方，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠有力推進了現(xiàn)代工業(yè)的技術革命，助力工業(yè)4.0與中國制造2015。

河北省教育廳河北省高等學?？茖W研究項目：河北省工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型研究，項目編號：Z2018016。

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