工業(yè)云平臺(tái)建設(shè)及其實(shí)踐路徑

張李偉

（中國核電工程有限公司 北京市 100010）

1 工業(yè)云平臺(tái)的定義及架構(gòu)

云計(jì)算是被視為我國“十二五”戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中的一大重點(diǎn)對(duì)象。在對(duì)其的高度倚重下，政府不斷推出新政策，刺激云計(jì)算市場(chǎng)的發(fā)展。當(dāng)前，我國諸如阿里、華為、騰訊等一批優(yōu)秀企業(yè)，均積極布局了云計(jì)算市場(chǎng)，開啟了國內(nèi)企業(yè)的云平臺(tái)模式。

在國外，云平臺(tái)更是發(fā)展迅猛。諸如Google 的App Engine 云平臺(tái)，Amazon EC2 云平臺(tái)以及Microsoft 的Azure 云平臺(tái)。隨著云計(jì)算服務(wù)的推出與日臻成熟，將云計(jì)算與工業(yè)系統(tǒng)相結(jié)合的發(fā)展趨勢(shì)逐漸明顯。

Predix 工業(yè)云平臺(tái)則是GE 面向行業(yè)推出的一個(gè)工業(yè)云平臺(tái)。不同的組織，能在上面控制數(shù)據(jù)的連接，并使用第三方開發(fā)者的分析軟件。一方面，Predix 能夠?yàn)榇罅块_發(fā)者提供便利，開發(fā)各種工業(yè)級(jí)APP。在此之下，開發(fā)者只需將關(guān)注點(diǎn)置于問題的解決層面，無須關(guān)心如何獲取以及連接數(shù)據(jù)；另一方面用戶作為數(shù)據(jù)托管方，則可以使用這些APP，進(jìn)行設(shè)備管理、運(yùn)營維護(hù)等。

根據(jù)我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟在相關(guān)管理性文件中的規(guī)定，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中所設(shè)計(jì)的工業(yè)云平臺(tái)、工廠云平臺(tái)，就實(shí)施部署情況來看，可將工業(yè)云平臺(tái)布置在場(chǎng)內(nèi)區(qū)域，也可布置在場(chǎng)外區(qū)域，如圖1 所示。

工業(yè)云將云計(jì)算技術(shù)相關(guān)、工業(yè)生產(chǎn)制造相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行結(jié)合，打造可以優(yōu)化配置工業(yè)云平臺(tái)資源的設(shè)施載體，與IT 云IaaS 類似，工業(yè)云可以基于基礎(chǔ)設(shè)施載體對(duì)外提供專業(yè)服務(wù)；現(xiàn)階段工業(yè)云所包括的主要資源可以分為幾類：一是制造資源，包括智能機(jī)器人、精密儀器等；二是工業(yè)軟件，常見包括ERP 軟件、CAX 模型軟件等；三是IT 資源，如空間存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)資源；四是大數(shù)據(jù)資源，如物料信息、客戶信息、設(shè)備運(yùn)行清單庫等，不光能夠向用戶帶來資源服務(wù)，也能夠結(jié)合軟件應(yīng)用，對(duì)客戶所需的資源作出封裝后打包提供于客戶。

2 國內(nèi)外工業(yè)云平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外工業(yè)云平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1.1 Predix 平臺(tái)

Predix 平臺(tái)是國際上首個(gè)專門為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和信息分析所研發(fā)出的專項(xiàng)操作系統(tǒng)，同時(shí)也是當(dāng)前唯一可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字雙胞胎優(yōu)化的系統(tǒng)，該平臺(tái)在使用過程中可以完成云服務(wù)。Predix 平臺(tái)在長(zhǎng)時(shí)間使用過程中不斷完善，其功能也逐漸擴(kuò)展，不再僅限于平臺(tái)，而是可以完成邊緣、平臺(tái)和應(yīng)用進(jìn)行一體化發(fā)展（如圖2）。

圖1：工業(yè)云平臺(tái)示意圖

圖2：Predix 平臺(tái)

Predix 平臺(tái)具有全面開放的特點(diǎn)，因此獲得大量軟件開發(fā)單位關(guān)注，逐漸打造出專屬“工業(yè)社區(qū)”，集合眾家之長(zhǎng)，不斷開發(fā)推出新程序，積極推進(jìn)工業(yè)創(chuàng)新。Predix 平臺(tái)所具備的主要優(yōu)勢(shì)包括下述幾點(diǎn)：

（1）掌握行業(yè)動(dòng)態(tài)發(fā)展信息，在發(fā)電產(chǎn)業(yè)、制造產(chǎn)業(yè)中具備長(zhǎng)期運(yùn)作經(jīng)驗(yàn)，可以根據(jù)產(chǎn)業(yè)特征完成各項(xiàng)需求；

（2）每日能夠?qū)崿F(xiàn)超過五千萬個(gè)與工業(yè)資產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)元素監(jiān)測(cè)和處理，盡最大可能避免非計(jì)劃停工現(xiàn)象出現(xiàn)；

（3）基于常見控件，可以使得平臺(tái)滿足全球近七十個(gè)國家的監(jiān)管規(guī)范；

（4）具備出色的連通性和安全性，可以在網(wǎng)絡(luò)邊界位置完成資產(chǎn)對(duì)接；

（5）在數(shù)據(jù)管理過程中，可以支持工業(yè)機(jī)器使用階段對(duì)于數(shù)據(jù)的速率、容量、種類等需要；

（6）可以運(yùn)用多種模型，對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)作出有效處理，且可以根據(jù)業(yè)務(wù)流程提高學(xué)習(xí)效果。

2.1.2 Ability 平臺(tái)

Ability 平臺(tái)近年來運(yùn)用覆蓋面不斷增多，該平臺(tái)是ABB 集團(tuán)所研發(fā)的綜合平臺(tái)，具備邊緣計(jì)算、跨領(lǐng)域、跨空間等特征。

Ability 平臺(tái)打造具備一體化性質(zhì)的平臺(tái)設(shè)施，在云技術(shù)的支持下形成端端閉環(huán)的處理方案，具備全球規(guī)模最大的工業(yè)設(shè)備裝機(jī)量，可以通過聯(lián)網(wǎng)的方式接入超過七千萬臺(tái)數(shù)字化設(shè)備，基于超過七萬套數(shù)控系統(tǒng)完成對(duì)六千多個(gè)專用軟件的監(jiān)測(cè)和問題處理。Ability 平臺(tái)基于ABB 在技術(shù)層面、工業(yè)層面、數(shù)字層面的專業(yè)知識(shí)，助推企業(yè)擴(kuò)大對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)的控制效果，能夠確?？蛻艨梢栽诎踩h(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、整合和分析，并結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等為客戶提供后階段提升生產(chǎn)效率和獲利能力的建議方案。Ability 平臺(tái)以微軟Azure 云平臺(tái)為結(jié)合對(duì)象，具備開源性特征，能夠展現(xiàn)出具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的跨領(lǐng)域數(shù)字化處理方案，主要運(yùn)用于電力、交通、基建等產(chǎn)業(yè)，以形成定制報(bào)告的方式提高客戶生產(chǎn)效率，并提前對(duì)可能出現(xiàn)的問題作出預(yù)判。

2.2 國內(nèi)工業(yè)云平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

2.2.1 INDICS+CMSS 平臺(tái)

航天云網(wǎng)公司是我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)運(yùn)用領(lǐng)先單位，以INDICS+CMSS 平臺(tái)為基礎(chǔ)，其主要板塊可以分為五個(gè)部分，包括整體架構(gòu)、產(chǎn)品服務(wù)、智能生產(chǎn)、大數(shù)據(jù)運(yùn)用、網(wǎng)絡(luò)安全等，在平臺(tái)實(shí)際運(yùn)用階段，以互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為基礎(chǔ)，推動(dòng)智能制造項(xiàng)目發(fā)展，為社會(huì)帶來綜合服務(wù)，并逐步形成自主性強(qiáng)、可控度高的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，形成滿足云制造需要的產(chǎn)業(yè)集群，建設(shè)符合新經(jīng)濟(jì)形勢(shì)發(fā)展需要的新業(yè)態(tài)，為提高我國制造產(chǎn)業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)力帶來積極影響。

INDICS 云平臺(tái)以Cloud Foundry 基礎(chǔ)框架為底層支持，通過PaaS 云平臺(tái)提供的應(yīng)用環(huán)境，為工業(yè)云建設(shè)創(chuàng)造條件，并采取自建數(shù)據(jù)庫的方式，為基礎(chǔ)層、通用層帶來云服務(wù)。CMSS 支撐環(huán)境能夠在云制造環(huán)境下，為企業(yè)或整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)服務(wù)集成，且能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，業(yè)務(wù)覆蓋區(qū)塊鏈制造服務(wù)，包括企業(yè)認(rèn)證、服務(wù)動(dòng)態(tài)集成等；數(shù)字雙胞胎技術(shù)相關(guān)業(yè)務(wù)，如CPDM、CMES 等，能夠使得工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ｓ密浖湍K按照價(jià)值差異進(jìn)行配對(duì)組合；應(yīng)用APPs 層，具體可以分成工業(yè)領(lǐng)域、生態(tài)領(lǐng)域兩部分，其中前者主要涉及智慧服務(wù)、高精密制造、智能化生產(chǎn)、企業(yè)智慧管理系統(tǒng)運(yùn)行等，側(cè)重于管理改進(jìn)；后者主要涉及智能改造，通過云端、生態(tài)應(yīng)用等高科技APP，側(cè)重于智能元素引入，打造生態(tài)應(yīng)用，為企業(yè)長(zhǎng)效發(fā)展帶來推動(dòng)力。

2.2.2 中科云翼互聯(lián)智造服務(wù)平臺(tái)

中科院對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和實(shí)踐運(yùn)用非常關(guān)注，所形成的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和商用產(chǎn)品較多，如推出的“云翼互聯(lián)智造服務(wù)”具備世界一流水平，是全球范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位的互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，同時(shí)也是我國唯一可以滿足可視化數(shù)據(jù)高精度分析模型構(gòu)建需要的平臺(tái)，能夠打造自主性強(qiáng)、安全性高、控制響應(yīng)速度快的大型工業(yè)云平臺(tái)，使得企業(yè)之間可以實(shí)現(xiàn)良性交流，打破過往存在的信息壁壘，促進(jìn)市場(chǎng)內(nèi)外部資源優(yōu)化配置，基于開放、聯(lián)動(dòng)、創(chuàng)新的原則推動(dòng)智能制造。該平臺(tái)所推出的與數(shù)字工廠建設(shè)相關(guān)的可視化模型構(gòu)建服務(wù)，能夠滿足國際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，打造出圍繞產(chǎn)品模型開發(fā)相關(guān)的資源協(xié)同配置制度，為業(yè)務(wù)進(jìn)行、工序銜接、系統(tǒng)運(yùn)用帶來數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；推出“工業(yè)云腦”，基于生命周期理念，為產(chǎn)品帶來更多賦能，使得智能算法庫、可視化智能分析模型、大數(shù)據(jù)技術(shù)等可以得到綜合運(yùn)用，且配備云MES 系統(tǒng)，切實(shí)加強(qiáng)企業(yè)統(tǒng)籌能力，該系統(tǒng)覆蓋企業(yè)計(jì)劃管理、采購管理、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理和后續(xù)使用管理等多個(gè)方面，滿足前后道環(huán)節(jié)銜接需要，并有序打造云應(yīng)用市場(chǎng)，開放人員、集成單位、研發(fā)單位均可以在工業(yè)APP 中實(shí)現(xiàn)注冊(cè)和使用，擁有具有獨(dú)立性特征的租戶空間，這表明用戶可以進(jìn)行靈活選擇，繼而完成針對(duì)性部署。

我國首批與智能化生產(chǎn)系統(tǒng)相關(guān)的供應(yīng)合作商清單，明確各項(xiàng)系統(tǒng)解決方案，其中中科院自動(dòng)化研究是工業(yè)技術(shù)軟件聯(lián)盟中的領(lǐng)導(dǎo)單位，其組織聯(lián)合建立的MES 實(shí)驗(yàn)室在國內(nèi)具有較高知名度。

3 工業(yè)云服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)

3.1 工業(yè)云計(jì)算平臺(tái)

云計(jì)算是生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)的重要工具，是一種商業(yè)模式的創(chuàng)新。工業(yè)云計(jì)算平臺(tái)指的是依托于計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)所形成的大數(shù)據(jù)計(jì)算平臺(tái)。工業(yè)云平臺(tái)基于CPU、GPU 等架構(gòu)，形成滿足芯片級(jí)、基礎(chǔ)架構(gòu)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)需要的節(jié)能方案設(shè)計(jì)。該平臺(tái)通過NIS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)用戶管理，并結(jié)合NFS 技術(shù)完成文件系統(tǒng)共享。GPU 節(jié)點(diǎn)采用雙啟動(dòng)多操控模式，在共享存儲(chǔ)空間中布置軟件。

從整體角度而言，工業(yè)云體系架構(gòu)可以分為基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)云服務(wù)兩部分，其中前者主要為服務(wù)層IaaS，具體可以細(xì)分為設(shè)施和服務(wù)兩項(xiàng)內(nèi)容，基礎(chǔ)服務(wù)往往以基礎(chǔ)設(shè)施為基礎(chǔ)，對(duì)中間件作出虛擬化和服務(wù)化，使得資源層得到融合，并由資源管理系統(tǒng)、聯(lián)動(dòng)中間件共同向上層資源提供支撐服務(wù)。工業(yè)云計(jì)算近年來得到充分關(guān)注，在普及和推廣過程中擴(kuò)大服務(wù)層PaaP 的適用范圍，在平臺(tái)中可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)制造任務(wù)，包括單階段任務(wù)和跨階段任務(wù)。

3.2 工業(yè)軟件云服務(wù)平臺(tái)

所謂工業(yè)軟件云服務(wù)平臺(tái)，其指的是用于發(fā)展工業(yè)軟件在云服務(wù)平臺(tái)上的應(yīng)用和推廣，主要包括云端工業(yè)軟件SAAS 平臺(tái)(CAD、CAM、CAPP 和PLM)的研發(fā)和工業(yè)軟件云服務(wù)平臺(tái)示范應(yīng)用建設(shè)。

3.2.1 平臺(tái)的應(yīng)用范圍

（1）根據(jù)行業(yè)特征進(jìn)行的應(yīng)用范圍分類。云服務(wù)平臺(tái)可以按照工業(yè)領(lǐng)域細(xì)分行業(yè)特征作出分類，如制造產(chǎn)業(yè)按照行業(yè)特征、社會(huì)需要和發(fā)展現(xiàn)狀，分成電子行業(yè)、國防軍工行業(yè)、裝備生產(chǎn)行業(yè)等，各項(xiàng)大行業(yè)也可以細(xì)分出多個(gè)子行業(yè)，例如通?？梢詫㈦娮有袠I(yè)細(xì)分為元器件、消費(fèi)品、外設(shè)件等。PLM 云服務(wù)平臺(tái)可根據(jù)行業(yè)差異和實(shí)際應(yīng)用需要，在進(jìn)行模型建立的過程中，基于元模型驅(qū)動(dòng)技術(shù)，設(shè)計(jì)出多種元模型，明確各行業(yè)對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)范圍，分析該行業(yè)關(guān)系模型、行為特征、市場(chǎng)現(xiàn)狀等，在實(shí)際操作中，基于數(shù)據(jù)元和應(yīng)用元，形成與該行業(yè)密切相關(guān)的應(yīng)用模板，以助推行業(yè)實(shí)踐質(zhì)量提升。

（2）根據(jù)運(yùn)維服務(wù)與推廣制度進(jìn)行的應(yīng)用范圍分類。在工業(yè)軟件云服務(wù)過程中，需首先由云服務(wù)平臺(tái)組織健全與服務(wù)相關(guān)的運(yùn)維體系，結(jié)合各地區(qū)當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀，構(gòu)建滿足當(dāng)?shù)毓I(yè)發(fā)展需要的軟件服務(wù)體系，為用戶帶來全面的基礎(chǔ)支持，確保用戶能夠有效應(yīng)用這些軟件。目前工業(yè)云服務(wù)平臺(tái)已在全國眾多工業(yè)園區(qū)、產(chǎn)業(yè)中心、生產(chǎn)基地運(yùn)用，打造出工業(yè)軟件體系中心，通過多領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)運(yùn)用和良性氛圍營造，為用戶群體帶來具備高度體驗(yàn)度的場(chǎng)所，并有序推進(jìn)用戶學(xué)習(xí)，此外也需要不定期按照區(qū)域?qū)嶋H情況，對(duì)區(qū)域中的企業(yè)作出工業(yè)軟件培訓(xùn)，進(jìn)一步深化該區(qū)域信息化服務(wù)意識(shí)。

3.2.2 平臺(tái)的應(yīng)用特點(diǎn)

（1）服務(wù)虛擬化。云系統(tǒng)中涉及的存儲(chǔ)資源通常十分豐富，這就需要采取存儲(chǔ)虛擬化的方式進(jìn)行結(jié)合管理，使得用戶可以獲得資源共享系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)域。在平臺(tái)實(shí)際操作過程中，應(yīng)用虛擬化可以使得應(yīng)用降低對(duì)于底層系統(tǒng)、硬件設(shè)備的依賴度，減少耦合關(guān)聯(lián)影響。應(yīng)用程序在實(shí)現(xiàn)本地虛擬化之后，能夠規(guī)避底層會(huì)和其余應(yīng)用之間可能出現(xiàn)的沖突。平臺(tái)虛擬化可以根據(jù)開發(fā)資源差異，對(duì)應(yīng)虛擬出統(tǒng)一接口，這使得技術(shù)人員可以較為便捷的在平臺(tái)中完成應(yīng)用植入，使得系統(tǒng)云服務(wù)功能提升。桌面虛擬化能夠改善用戶桌面環(huán)境，并與所對(duì)應(yīng)的終端設(shè)備完善解耦，在系統(tǒng)服務(wù)器中存儲(chǔ)的內(nèi)容為全部用戶對(duì)應(yīng)的桌面環(huán)境。這表明用戶可以通過多個(gè)終端設(shè)備完成桌面訪問。根據(jù)工業(yè)云平臺(tái)實(shí)際使用需要，設(shè)計(jì)出可供靈活管理需要的有效模式，為云服務(wù)平臺(tái)發(fā)揮效能提供支持。

（2）共有云與私有云協(xié)同管理?，F(xiàn)階段企業(yè)與用戶通常傾向于購買軟件而非采取租用的方式進(jìn)行信息數(shù)據(jù)安全管理，這是由于企業(yè)往往對(duì)自身數(shù)據(jù)安全較為重視，公有云在公信力建設(shè)過程中需投入大量資源。公有云將提供國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范、工業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等公共資源的訂閱服務(wù)，并提供多租戶的CAD/PLM 軟件服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、業(yè)務(wù)流程服務(wù)。工業(yè)領(lǐng)域的云服務(wù)平臺(tái)既能夠?qū)性谱鞒鲋С?，也能夠?qū)λ接性瓢l(fā)展提供保障， 私有云負(fù)責(zé)提供企業(yè)流程服務(wù)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件資源、企業(yè)制造資源、產(chǎn)品圖紙、工藝、NC代碼、CAE 分析等數(shù)據(jù)服務(wù)。同步技術(shù)將保障企業(yè)所需的公共資源透過企業(yè)防火墻下載到私有云，為企業(yè)內(nèi)部及VPN 用戶提供訪問，同時(shí)負(fù)責(zé)將企業(yè)私有數(shù)據(jù)發(fā)布到公有云平臺(tái)，提供企業(yè)用戶及合作伙伴透過互聯(lián)網(wǎng)訪問軟件和數(shù)據(jù)服務(wù)。發(fā)布技術(shù)將對(duì)企業(yè)核心數(shù)據(jù)進(jìn)行輕量化和IP 保護(hù)處理，充分保護(hù)企業(yè)知識(shí)資產(chǎn)。

4 結(jié)語

綜上所述，工業(yè)云服務(wù)是新經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下所產(chǎn)生的創(chuàng)新制造業(yè)TP 服務(wù)模式，盡管現(xiàn)階段尚處在初級(jí)發(fā)展階段，隨著工業(yè)化和信息化不斷結(jié)合，工業(yè)云平臺(tái)所發(fā)揮的作用也逐漸增多，因此會(huì)吸引更多用戶應(yīng)用，這也表明智能型工業(yè)時(shí)代已正式來臨。