工業(yè)軟件一體化與標識解析路徑研究

王昭洋 ，池程，許繼平 ，龔向南 ，姜露

（1. 北京工商大學人工智能學院，北京 100048；2.中國輕工業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)重點實驗室，北京 100048；3. 中國信息通信研究院工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)研究所，北京 100191）

一、前言

近年來，隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）、邊緣計算、第五代移動通信（5G）、區(qū)塊鏈等信息技術的蓬勃發(fā)展，新的生產(chǎn)方式、組織方式、商業(yè)模式不斷涌現(xiàn)；世界正處于工業(yè)經(jīng)濟向數(shù)字經(jīng)濟加速轉(zhuǎn)型的過渡期，以數(shù)字經(jīng)濟為核心的產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展成為趨勢 [1]。工業(yè)信息化是數(shù)字經(jīng)濟與工業(yè)融合的典型代表，依賴工業(yè)軟件的發(fā)展革新 [2]。工業(yè)軟件作為工業(yè)4.0時代實現(xiàn)智能制造的關鍵要素，是實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級的核心與“靈魂” [3]，迎來了空前的發(fā)展機遇。工業(yè)軟件成為具有工業(yè)品意義的“軟零件、軟部件、軟機器”，是不可或缺的工業(yè)軟裝備。在工業(yè)企業(yè)中，依靠工業(yè)軟件提升產(chǎn)品價值、降低制造成本、提高核心競爭力，是“兩化融合”的切入點和突破口，對推進工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與產(chǎn)業(yè)升級、保持經(jīng)濟平穩(wěn)較快發(fā)展具有重要意義。

工業(yè)軟件指在工業(yè)領域設計、生產(chǎn)、管理等環(huán)節(jié)應用的軟件，可劃分為系統(tǒng)軟件、應用軟件以及介于兩者之間的中間件；具體發(fā)展主要分為三階段：軟件本身的發(fā)展階段；軟件的協(xié)同應用階段，重在業(yè)務流程的串通與優(yōu)化；“工業(yè)云”階段，不再是單一軟件，而是集成多類功能并提供“軟件+服務”整體解決方案。目前，工業(yè)軟件一體化是主流趨勢，通過技術手段將若干個相互獨立的工業(yè)軟件以橫向或縱向的方式進行集成，實現(xiàn)工業(yè)軟件的異構(gòu)數(shù)據(jù)互通、企業(yè)協(xié)同優(yōu)化、產(chǎn)業(yè)鏈資源配置。工業(yè)軟件廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，伴隨著產(chǎn)品從研發(fā)到生產(chǎn)再到銷售及售后服務的全生命周期。世界工業(yè)軟件市場發(fā)展平穩(wěn)，2019年產(chǎn)值約為4100億美元。我國工業(yè)體系規(guī)模龐大，加之正在從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變，使得工業(yè)軟件成為亟需且應用范圍和深度在不斷擴大；2016—2019 年，我國工業(yè)軟件產(chǎn)品收入年復合增長率為16%，超過世界平均水平；2019年工業(yè)軟件產(chǎn)品收入達1720億元[4]。

在新基建、雙循環(huán)的背景下，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化將助推工業(yè)軟件一體化的快速發(fā)展 [5]；與其他新基建要素加速融合，形成產(chǎn)業(yè)鏈上完整的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，補齊工業(yè)企業(yè)短板，加速數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型 [6]。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的快速興起和應用推廣，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析與工業(yè)軟件一體化成為驅(qū)動行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要動力，賦予智能制造更為豐富的內(nèi)涵特征和應用場景。面對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的顯著趨勢與迫切挑戰(zhàn)，本文針對工業(yè)軟件一體化與標識解析路徑展開研究，分析應用需求、梳理發(fā)展現(xiàn)狀、剖析面臨問題，提出新技術思路、論證新技術架構(gòu)、提出發(fā)展建議，以期為工業(yè)軟件行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供基礎參考。

二、工業(yè)軟件一體化需求分析

工業(yè)軟件服務于工業(yè)流程中的特殊環(huán)節(jié)，需要通過數(shù)據(jù)集成來覆蓋產(chǎn)品全生命周期的各類應用。工業(yè)軟件圍繞產(chǎn)品、生產(chǎn)、業(yè)務三大主線部署應用，每款工業(yè)軟件可能只適用于單一的業(yè)務環(huán)節(jié)（見圖1）。工業(yè)軟件主要分為設計研發(fā)類工業(yè)軟件，如計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助工藝（CAPP）等；信息管理類工業(yè)軟件，如產(chǎn)品生命周期管理（PLM）、企業(yè)資源計劃（ERP）、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）等；工業(yè)控制類工業(yè)軟件，如數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）、可編程邏輯控制單元（PLC）等。在工業(yè)產(chǎn)品的全生命周期內(nèi)，需要多類工業(yè)軟件的協(xié)同合作，因而跨軟件的數(shù)據(jù)互操作極為重要。

圖1 工業(yè)軟件業(yè)務場景

（一）宏觀需求

工業(yè)軟件的信息孤島現(xiàn)象嚴重阻礙了企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型 [7]。一個工業(yè)產(chǎn)品在其全生命周期中可能涉及跨功能、跨學科、跨品牌的多種工業(yè)軟件，相應的底層邏輯、數(shù)據(jù)格式、應用場景區(qū)別明顯；在一個完整的工業(yè)流程中，研發(fā)設計、生產(chǎn)控制、信息管理等工業(yè)軟件，其數(shù)據(jù)、指令、信號的傳遞層層受阻，導致生產(chǎn)鏈條難以實現(xiàn)有效承接 [8]。①研發(fā)設計類工業(yè)軟件側(cè)重于基礎學科，覆蓋產(chǎn)品的研發(fā)設計階段，工具屬性明顯 [9]；②生產(chǎn)控制類工業(yè)軟件側(cè)重于產(chǎn)品生產(chǎn)的流程和工藝，工程屬性明顯；③信息管理類工業(yè)軟件側(cè)重于企業(yè)的業(yè)務管理與業(yè)務模型，管理屬性明顯。這些工業(yè)軟件由不同廠商提供，服務于不同業(yè)務、涉及多種學科，加之各軟件之間沒有集成，造成企業(yè)在各個業(yè)務環(huán)節(jié)存在多個信息孤島，影響了產(chǎn)品的設計迭代周期、質(zhì)量追溯效果、供應鏈金融效率 [10]。

目前，國內(nèi)外工業(yè)軟件廠商、工業(yè)企業(yè)積極關注工業(yè)軟件的一體化集成，追求各工業(yè)軟件的數(shù)據(jù)無縫地在設計生產(chǎn)流程中雙向傳遞。發(fā)達國家率先建立了相對完整而又特色鮮明的工業(yè)體系，依托信息技術進步實施了工業(yè)軟件一體化建設。相比之下我國的行業(yè)發(fā)展存在差距，可能制約制造強國建設進程。因此，隨著我國智能制造能力的穩(wěn)步提升，推動工業(yè)軟件一體化是完善并強化工業(yè)體系的迫切需求。工業(yè)軟件一體化集成既可保障智能制造、高端制造發(fā)展，加速工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的廣泛落地應用，也可提高工業(yè)軟件的行業(yè)滲透率，形成良好的規(guī)模效應和協(xié)同優(yōu)勢。

（二）技術需求

產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同是工業(yè)的發(fā)展趨勢，也是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的終極目標之一。而在當前，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同對工業(yè)軟件的要求極為苛刻，要么只能使用指定的軟件，要么需要高昂的對接成本（多數(shù)情況下也只能實現(xiàn)指定的功能），收益率極低。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同制造在以下方面對工業(yè)軟件一體化提出了技術需求。

1. 縮短產(chǎn)品設計生產(chǎn)的迭代時間

異構(gòu)PDM之間的產(chǎn)品信息獲取困難，進度難以掌控，異地協(xié)同設計評估手段也顯缺乏。不同企業(yè)、不同產(chǎn)品的開發(fā)數(shù)據(jù)通常分別存儲在各自的PDM數(shù)據(jù)庫中，跨企業(yè)的PDM設計數(shù)據(jù)查詢、共享困難。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的過程中，沒有統(tǒng)一的對象元數(shù)據(jù)模型標準（如產(chǎn)品類、名稱、標識編碼、版本、產(chǎn)品對象的數(shù)據(jù)與文檔），產(chǎn)品數(shù)據(jù)的異構(gòu)特性使得數(shù)據(jù)的惟一性、一致性、實時性很難保證。異構(gòu)PDM之間缺乏產(chǎn)品協(xié)同設計過程的統(tǒng)一管理能力，主廠商很難第一時間從供應商處獲取采購件、外協(xié)工裝的設計開發(fā)進度，設計需求、進度要求的更改也很難實時傳遞至采購件供應商，導致無法及時評估外協(xié)部件能否滿足總體設計需求。對于產(chǎn)品的異地協(xié)同開發(fā)，企業(yè)間的信息傳遞等非開發(fā)性工作環(huán)節(jié)耗時過多，影響了產(chǎn)品設計周期，亟需可靠高效的多人異地協(xié)同評估手段，開展產(chǎn)品的異地協(xié)同評估。標識解析與工業(yè)軟件一體化技術能夠打通項目管理信息孤島，輔助項目高效管控，保持生產(chǎn)執(zhí)行對工藝優(yōu)化的快速響應，提升工藝柔性能力。

2. 降低質(zhì)量信息追溯難度并提高信用

質(zhì)量信息追溯過程的數(shù)據(jù)開放不足、相互孤立，導致企業(yè)間存在信任危機；解決方案缺乏開放的開源工具，導致技術要求高、開發(fā)難度大。單個工業(yè)軟件覆蓋面有限，質(zhì)量追溯很難實現(xiàn)全鏈條覆蓋，標識數(shù)據(jù)的開放不足進一步制約了產(chǎn)品追溯體系建設。工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)、流通、監(jiān)管等過程分屬不同部門管理，相應平臺互相獨立（不直接連通）；區(qū)域性、行業(yè)性質(zhì)量追溯平臺設置重疊，跨區(qū)域、跨行業(yè)數(shù)據(jù)需求難以滿足的問題隨之而來。追溯信息難辨真?zhèn)?、可信追溯新技術不成熟等，弱化了追溯數(shù)據(jù)的可靠性及應用價值。追溯數(shù)據(jù)僅來源于單一企業(yè)內(nèi)或少數(shù)相關聯(lián)企業(yè)，無法確保產(chǎn)品信息準確，致使追溯范圍產(chǎn)生局限性；企業(yè)與客戶在產(chǎn)品質(zhì)量與信用信息方面存在不對等，可能導致賣方投機、消費者失信等情況。標識數(shù)據(jù)的有效溯源，將突破消費者與廠商之間的信息交互壁壘，提升售后產(chǎn)品的信息透明度。

3. 破除企業(yè)“業(yè)財融合”的信息壁壘

產(chǎn)品供應鏈受全生命周期數(shù)據(jù)壁壘的影響，造成供應鏈金融長期存在“強需求”“弱信用”的矛盾；核心企業(yè)滲透產(chǎn)業(yè)全鏈條難度大，對二級以上供應商的信用傳遞不足，而小微企業(yè)信用自證與融資困難問題突出。銀行認可的是核心企業(yè)控貨與調(diào)節(jié)銷售能力，在無法可靠獲取上下游企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的情況下，僅有對上游供應商（核心企業(yè)有直接的應付賬款義務）提供預付款或注資的意愿，由此導致二級、三級供應商/經(jīng)銷商的融資需求得不到滿足，供應鏈金融的業(yè)務總量受到制約。標識解析與工業(yè)軟件一體化能夠構(gòu)建支撐“雙循環(huán)”新格局下的供應鏈信息全球互通，通過實時動態(tài)、全面精準的供應鏈金融能力來加強企業(yè)信譽評估體系。

三、工業(yè)軟件一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）國際龍頭企業(yè)主導行業(yè)發(fā)展

國際龍頭企業(yè)立足自身特色，通過兼并收購快速擴充能力，形成了平臺化、云化的工業(yè)軟件生態(tài)，以工業(yè)軟件云平臺的方式進行跨工業(yè)軟件的數(shù)據(jù)集成。達索系統(tǒng)集團、西門子股份公司的相關產(chǎn)品代表了國際工業(yè)軟件一體化的發(fā)展趨勢 [11,12]。

2019年，達索系統(tǒng)公司將SolidWorks軟件更名為3D Experience，說明單一軟件工具品牌的重要性趨于弱化，平臺成為工業(yè)軟件發(fā)展的主要方向；以3D Experience平臺為基礎，構(gòu)建并實現(xiàn)3D設計、工程、3D CAD、建模、仿真、數(shù)據(jù)管理、流程管理，可為中小企業(yè)用戶提供統(tǒng)一的數(shù)字環(huán)境。

西門子股份公司積極打造數(shù)字化能力手段，長期堅持“數(shù)字孿生”戰(zhàn)略，較多通過收購方式獲得所需的工業(yè)軟件；2016年推出的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)MindSphere，即基于亞馬遜公司的基礎設施即服務（IaaS）提供平臺服務。向下連接各類設備，提供統(tǒng)一接口，實現(xiàn)不同設備之間的互聯(lián)互通；向上為各類應用軟件提供開發(fā)、運營等環(huán)境，支持工業(yè)企業(yè)客戶在同一平臺實現(xiàn)對生產(chǎn)流程所有數(shù)據(jù)的收集與分析，據(jù)此優(yōu)化運行效率 [13,14]。

（二）分散技術方案國內(nèi)應用普遍

國內(nèi)工業(yè)軟件企業(yè)較多針對目標用戶的特定場景，采用各種數(shù)據(jù)一體化技術方案進行異構(gòu)系統(tǒng)之間的集成 [15] 。①網(wǎng)頁抓取技術，主要針對歷史遺留的老舊系統(tǒng)、關聯(lián)原有業(yè)務邏輯較為復雜的系統(tǒng)，企業(yè)內(nèi)外部系統(tǒng)隔離、第三方服務化接口協(xié)調(diào)開發(fā)困難等情況，開展數(shù)據(jù)一體化處理及系統(tǒng)集成 [16,17]。②數(shù)據(jù)庫日志變化技術，對數(shù)據(jù)庫進行特定的配置，監(jiān)控數(shù)據(jù)庫日志及其變化并以消息中間件的方式傳播數(shù)據(jù)變化；一般用于企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)之間的一體化，不依賴于第三方系統(tǒng)的接口，可滿足一定的數(shù)據(jù)實時性要求 [18]。③服務與服務之間的數(shù)據(jù)交換及一體化，在同一個事務中實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的同時變化、同時回退且只允許同時成功、同時失敗[19,20]。④第三方調(diào)用應用程序接口（API），針對企業(yè)的內(nèi)部異構(gòu)系統(tǒng)通常基于不同體系結(jié)構(gòu)和開發(fā)技術的情況，編寫結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL），將SQL語句自動轉(zhuǎn)化為開放API（供第三方系統(tǒng)調(diào)用） [21,22]。⑤Kafka連接器集成，作為可擴展流式數(shù)據(jù)傳輸工具，為智能化數(shù)據(jù)管理平臺提供相對成熟穩(wěn)定的基礎框架及工具，既可作為源端從數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù)到Kafka，也可作為接收端從一個Kafka主題中將數(shù)據(jù)推送到數(shù)據(jù)庫 [23]。

國內(nèi)企業(yè)用戶較多開展場景化的低成本改造，數(shù)據(jù)互通低效繁雜，難以形成規(guī)模化效應。上述單一方案通常不足以全面解決企業(yè)在數(shù)據(jù)一體化、集成異構(gòu)系統(tǒng)等方面的需求，因此需要綜合采取多種方案，既造成系統(tǒng)難以維護和升級的問題，也影響協(xié)同合作效率和系統(tǒng)安全穩(wěn)定性 [24]。

四、工業(yè)軟件一體化的現(xiàn)狀分析

（一）打通數(shù)據(jù)孤島效率低下

國內(nèi)工業(yè)軟件企業(yè)數(shù)量眾多，長期追求單點技術突破。應用單點技術意味著數(shù)據(jù)孤島，導致流程冗長、數(shù)據(jù)失真，在數(shù)據(jù)互聯(lián)互通方面的壁壘越來越厚。打通數(shù)據(jù)孤島的傳統(tǒng)做法是采用數(shù)據(jù)抓取、數(shù)據(jù)庫接口等方式從軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫調(diào)取數(shù)據(jù)，由此間接實現(xiàn)跨軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一體化，但也存在一些突出問題。

一是進口軟件占據(jù)市場主導地位的現(xiàn)象難以規(guī)避。國內(nèi)工業(yè)軟件市場尤其是核心軟件基本被國際品牌所占據(jù)，如CAD軟件95%以上采用進口產(chǎn)品。國產(chǎn)工業(yè)軟件面臨著生態(tài)薄弱、建模與虛擬仿真能力不足、行業(yè)標準缺失、綜合集成應用程度偏低等基礎性問題，始終制約著國產(chǎn)工業(yè)軟件一體化的發(fā)展水平。

二是工業(yè)軟件發(fā)展投入居高不下。軟件數(shù)據(jù)資源是工業(yè)軟件供應商的重要戰(zhàn)略資源，原始軟件廠商掌握著數(shù)據(jù)庫權限、數(shù)據(jù)字典，在請求一體化的過程中把握著話語權，在涉及自身利益的事項上不愿讓步，傾向于抬高接口費用以彌補自身的可能損失。究其本質(zhì)，工業(yè)軟件是工業(yè)產(chǎn)品，需要很長的周期去積淀和發(fā)展；不同軟件的數(shù)據(jù)應用模式差異明顯，分析原有數(shù)據(jù)庫、開展數(shù)據(jù)的篩選與再利用也是一項長周期、高成本的技術工作。

三是軟件系統(tǒng)串聯(lián)協(xié)調(diào)困難，這是國內(nèi)工業(yè)軟件一體化的主要挑戰(zhàn)。各個軟件系統(tǒng)通常分屬不同的軟件體系和供應商，需要逐一尋求相應軟件廠商協(xié)調(diào)配合，甚至一個模塊就需要多方共同參與協(xié)調(diào)，難度極大。國內(nèi)制造企業(yè)習慣于使用功能成熟的進口工業(yè)軟件，但易受國際經(jīng)濟、貿(mào)易形勢變化的干擾，合作協(xié)調(diào)的過程可能面臨額外阻力。此外，國內(nèi)工業(yè)軟件規(guī)范缺失，歸納集成運用程度不高，加之國際工業(yè)軟件企業(yè)在規(guī)范層面也很難統(tǒng)一，給程序兼容、數(shù)據(jù)互聯(lián)互通構(gòu)成現(xiàn)實困難。

（二）整套采購國外工業(yè)軟件不可持續(xù)

盡管國際龍頭企業(yè)的工業(yè)軟件生態(tài)完善、技術成熟、功能齊備，但全面采購進口產(chǎn)品來實現(xiàn)工業(yè)軟件集成面臨著現(xiàn)實問題。

一是高端制造工業(yè)軟件受國外技術掣肘風險。雖然采購進口工業(yè)軟件能夠最大化地解決工業(yè)軟件數(shù)據(jù)孤島問題，但眾多工業(yè)企業(yè)容易與進口產(chǎn)品的生態(tài)體系進行深度綁定。研發(fā)設計類工業(yè)軟件是制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展所必備的核心工具，但自主產(chǎn)品應用和迭代過程的缺失，必然阻礙高端制造所需關鍵工業(yè)軟件的自主研發(fā)，可能導致技術逐步落后而成為事實上的“卡脖子”環(huán)節(jié)，不利于我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。

二是工業(yè)企業(yè)可能面臨信息安全風險。一些重要裝備行業(yè)大量應用進口工業(yè)軟件，且為了提升產(chǎn)業(yè)技術水平而有加大應用比例的趨勢；但進口軟件的信息安全風險難以絕對排除，若發(fā)生信息泄露和攻擊事件則可能造成嚴重后果。

三是工業(yè)軟件使用成本高昂。進口工業(yè)軟件價格昂貴，使用門檻較高，國內(nèi)中小企業(yè)若全面采用必然面臨成本壓力。部分企業(yè)的工業(yè)軟件采購過程不夠?qū)I(yè)，甚至因盲目采購而造成不同廠商、多個品牌工業(yè)軟件并存的情況，重復采購耗費了資源、加大了成本。

（三）解決問題的可能技術方向

隨著我國工業(yè)軟件企業(yè)綜合實力的提升，部分國產(chǎn)工業(yè)軟件能力進步明顯，在替代進口軟件為工業(yè)企業(yè)提供關鍵服務方面具有一定的基礎。然而，少量進口軟件因底層技術的壁壘、使用慣性的延續(xù)，尚無法為國產(chǎn)軟件所替換；個別軟件的不可替代性將導致工業(yè)數(shù)據(jù)互通、軟件對接存在潛在問題，直接影響工業(yè)軟件體系國產(chǎn)化、一體化的進程。一般認為，工業(yè)軟件國產(chǎn)化主要受制于國際龍頭企業(yè)的工業(yè)軟件生態(tài)。

為適度脫離進口工業(yè)軟件的生態(tài)體系、克服個別軟件難以替代等問題，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析技術是重要的發(fā)展方向：先由部分國產(chǎn)工業(yè)軟件替代進口產(chǎn)品，打破進口工業(yè)軟件生態(tài)體系事實上的壟斷地位，對于不可替代的國外工業(yè)軟件則暫時保留；隨后基于標識解析的物理網(wǎng)關、API接口、云組件等，全面實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、信息互通等功能。這一思路的價值在于，一方面從標識解析體系入手，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準體系，促進國產(chǎn)工業(yè)軟件的品牌生態(tài)、業(yè)務生態(tài)、功能生態(tài)建設，快速形成國產(chǎn)工業(yè)軟件統(tǒng)一協(xié)作的發(fā)展局面；另一方面，工業(yè)企業(yè)的數(shù)據(jù)經(jīng)由標識解析中間件注冊到標識解析體系，產(chǎn)業(yè)鏈上的其他企業(yè)可通過解析尋址找到相關數(shù)據(jù)的位置，再通過標識解析中間件轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，由此實現(xiàn)關鍵數(shù)據(jù)的企業(yè)間點對點傳輸。運用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析技術，支持實現(xiàn)國產(chǎn)/進口工業(yè)軟件的數(shù)據(jù)集成，打通供應鏈各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，推動全局生產(chǎn)規(guī)劃的高效協(xié)同。

五、工業(yè)軟件一體化的新策略——工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析

對于工業(yè)企業(yè)，依靠工業(yè)軟件提升工業(yè)產(chǎn)品價值、降低企業(yè)成本、提高核心競爭力，是 “兩化融合”重要的切入點和突破口，因而推動工業(yè)軟件一體化是領域亟需。作為數(shù)字世界的身份證，標識解析系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展的關鍵核心設施；與物理網(wǎng)關、接口平臺、云一體化技術結(jié)合，可降低工業(yè)軟件一體化成本，提升工業(yè)軟件服務能力，賦能全產(chǎn)業(yè)鏈互聯(lián)互通（見圖2）。

圖2 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析的工業(yè)軟件一體化策略

在工業(yè)軟件一體化研究中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析要求對人、物、料均有唯一且無歧義的命名（即標識，由字母、數(shù)字構(gòu)成），一般采用層次標識。以網(wǎng)關為例，命名規(guī)則定義為命名機構(gòu)–物–硬件–網(wǎng)絡設備–物理層–網(wǎng)際互連協(xié)議（IP）地址；建立chord環(huán)，將各節(jié)點的IP、資源等標識作為建制（key），當前存放節(jié)點唯一編碼（ID）為value1，實際信息存儲的IP位置作為value2，以此構(gòu)成鍵值對（key，value1，value2）；存儲階段采用哈希映射（Hash）將鍵值對分散在chord環(huán)上，在考慮負載均衡的情況下計算3個replicas的放置位置；查找階段根據(jù)目的資源的key來計算Hash（key），查找方式為和弦算法。

標識解析技術能夠解決域名解析（DNS）服務單一、資源描述能力不強的問題，擴展對物品、傳感器、服務等的主體標識，克服基于IP尋址存在的單點負載過重、服務擁塞等不足，適應工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIOT）海量數(shù)據(jù)超低時延的解析要求。標識解析結(jié)果包括但不限于IP地址，可滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)多樣化、差異化需求。

（一）物理網(wǎng)關

作為企業(yè)內(nèi)部工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析的核心部件，物理網(wǎng)關是實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部工業(yè)軟件接駁工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息流通的核心技術。邊緣物聯(lián)網(wǎng)關具有軟件可定義、接口高度集成、網(wǎng)絡邊界數(shù)據(jù)隔離與交換等特性，提供強大的邊緣計算能力，適應工業(yè)運行條件；集成工業(yè)數(shù)據(jù)采集所需的一體化接口，如RS485、MBUS、HART、遠距離無線電（LoRa）等，匹配復雜環(huán)境下的工業(yè)軟件一體化。物理網(wǎng)關擴展開發(fā)能力完備，支持基于一體化工業(yè)軟件的二次開發(fā)，用戶自定義的數(shù)據(jù)格式、傳輸方向、接口功能；提供類似私有云服務，通過IaaS、平臺即服務（PaaS）、軟件即服務（SaaS）3種模式構(gòu)建企業(yè)內(nèi)部工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識體系。

高性能網(wǎng)絡處理平臺系統(tǒng)是物理網(wǎng)關在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域的典型應用案例。平臺產(chǎn)品包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關、IIoT網(wǎng)關、應用交付負載均衡設備，網(wǎng)絡深度數(shù)據(jù)包檢測（DPI）設備，融合應用分流設備，通用路由封裝（GRE）網(wǎng)關、虛擬隧道端點（vTEP）網(wǎng)關、虛擬路由器（vRouter）、虛擬防火墻（vFW），視覺信息顯示系統(tǒng)（vIDS），P1、P2、P3、P4等網(wǎng)絡應用產(chǎn)品。

以工業(yè)設備異構(gòu)數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）模塊為例，物理網(wǎng)關的核心支撐能力體現(xiàn)在三方面：一是以非侵入的方式將企業(yè)內(nèi)部工業(yè)軟件系統(tǒng)中的信息進行匯聚、轉(zhuǎn)換、整合、緩存，構(gòu)建實時查詢業(yè)務產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一入口；二是非侵入式地獲取工業(yè)軟件信息，避免數(shù)據(jù)庫、應用接口層面的數(shù)據(jù)采集，而是直接從用戶頁面獲得所需數(shù)據(jù)內(nèi)容，提供配置、標記工具輔助數(shù)據(jù)的精準采集；三是一體化獲取工業(yè)設備信息，通過與常規(guī)工業(yè)數(shù)據(jù)兼容的采集接口直接采集工業(yè)設備信息，具有寬泛的設備接入能力（千臺設備規(guī)模）。此外，標識解析區(qū)域服務器作為可選項，以中間件形式提供固定IP、非固定IP的鏈路聯(lián)通功能，為中小型企業(yè)提供智能分布式標識系統(tǒng)（IDIS）解決方案。

工業(yè)軟件一體化與標識解析相結(jié)合，支持在平臺架構(gòu)上部署工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關、IIoT應用模塊，支持傳輸控制協(xié)議（TCP）、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）、消息隊列遙測傳輸協(xié)議（MQTT）、受限應用協(xié)議（CoAP）、Modbus通信協(xié)議、程序總線網(wǎng)絡（PROFIBUS）、超文本傳輸協(xié)議（HTTP）、HTTP安全版、KFAKA等常用協(xié)議以及部分企業(yè)私有協(xié)議；支持外接LoRa、行動熱點（Wi-Fi）、第四代移動通信（4G）、5G等無線通信模塊，體現(xiàn)出性能高、可靠性高、部署靈活、成本低、維護簡單等應用優(yōu)勢。

（二）接口平臺

接口是一種用于定義程序的協(xié)議，用于描述屬于任何類或結(jié)構(gòu)的一組相關行為，為應用程序、開發(fā)人員提供基于軟件或硬件訪問一組例程的能力（無需訪問源碼或理解內(nèi)部工作機制）。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析系統(tǒng)的層次架構(gòu)中，接口平臺主要服務兩類對象：一是對于標識解析體系，降低標識接入企業(yè)應用的技術門檻，讓各種工業(yè)企業(yè)信息系統(tǒng)在低代碼情況下進行標識體系一體化；二是對于工業(yè)企業(yè)信息系統(tǒng)的應用，提供各類基于標識的應用場景接口，便于理解標識用途并構(gòu)建技術支撐。

接口平臺通常采用微服務架構(gòu)。一個微服務就是一個獨立的實體，可以獨立部署和升級；微服務實例可被替換而不影響其他微服務。標識解析接口平臺可拆分為標識服務、主數(shù)據(jù)管理、元數(shù)據(jù)管理、大數(shù)據(jù)服務、業(yè)務場景服務、應用軟件接口服務等模塊（見圖3）。

圖3 標識解析接口平臺技術架構(gòu)

標識服務模塊提供與標識相關的能力服務，如解析、注冊、管理、安全、發(fā)現(xiàn)等標識功能以及標識涉及的主數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)管理能力。大數(shù)據(jù)服務主要提供非標識數(shù)據(jù)的存儲、治理、分析、建模等能力。標識應用場景將標識與業(yè)務結(jié)合起來，服務產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈等應用軟件之間，企業(yè)間，行業(yè)間的數(shù)據(jù)關系應用，豐富平臺能力。標識與大數(shù)據(jù)中臺結(jié)合為應用軟件提供數(shù)據(jù)中臺能力。工業(yè)信息應用軟件接口分為從業(yè)務層面拆分的通用類、從廠家層面拆分的專用類，為工業(yè)企業(yè)提供原有應用的接入標識體系。例如，K/3Cloud用于標識解析系統(tǒng)與工業(yè)企業(yè)內(nèi)部ERP系統(tǒng)對接，以接口來實現(xiàn)標識系統(tǒng)與工業(yè)軟件的信息及服務同步；通過標識解析系統(tǒng)與K/3Cloud系統(tǒng)之間的信息互通，實現(xiàn)物流訂單信息的查看、保存、提交、審核、反審核、刪除等功能。接口平臺是一種輕量級、可維護、可伸縮的Web服務，以RESTful架構(gòu)方式實施開發(fā)；將物流訂單中的發(fā)貨物料信息、發(fā)貨時間、發(fā)貨計劃人、收貨信息等接入標識服務，貫通了工業(yè)企業(yè)的內(nèi)部碼與物流碼，加速物流信息的流通速度，提升物流服務的準確度。

（三）云組件技術

工業(yè)軟件與標識解析組件的一體化涉及工業(yè)生產(chǎn)全流程、全生產(chǎn)要素的萬物互聯(lián)。云組件技術是有競爭力的解決方式，如基于微服務的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺能夠通過標識解析方式實現(xiàn)工業(yè)軟件的一體化?；谠频摹皹俗R解析與工業(yè)軟件一體化服務組件”，融合了互聯(lián)網(wǎng)微服務架構(gòu)、云化能力、中間件，對標識解析與異構(gòu)工業(yè)軟件一體化中的共性問題進行技術封裝，屏蔽操作環(huán)境差異；面向工業(yè)企業(yè)用戶提供標準化、便捷性的服務接口，提升一體化的效率與質(zhì)量，降低了開發(fā)運維難度（見圖4）。

圖4 云標識微服務參考架構(gòu)

工業(yè)軟件云平臺由多個獨立的微服務組成，每個微服務都有專屬的業(yè)務邏輯和數(shù)據(jù)庫，便于技術升級、應用靈活。云標識微服務通過集成來自邊緣設備的標識數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對設備消息的內(nèi)容解析、過濾提取、重新整合；進而轉(zhuǎn)發(fā)到后端服務，無縫連接云平臺后端的存儲組件、函數(shù)計算、大數(shù)據(jù)分析套件、工業(yè)軟件應用，打破設備及工業(yè)軟件之間的數(shù)據(jù)隔離。云標識微服務對海量工業(yè)標識進行統(tǒng)一解析，使用消息隊列服務之上的XML/JSON等格式或者RESTful Web服務來實施風險管理、流程管理；將統(tǒng)計數(shù)據(jù)或必要信息傳輸?shù)狡渌畔⒓夹g或操作技術系統(tǒng)，如PLM、ERP、MES、SCM、倉儲管理系統(tǒng)（WMS）等。

六、工業(yè)軟件一體化與標識解析的發(fā)展建議

（一）深化企業(yè)應用，助力行業(yè)驅(qū)動

標識解析推動工業(yè)軟件一體化產(chǎn)業(yè)技術革新和需求變遷。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析技術應與互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、AI、智能感應等技術進行多層次融合，推動形成產(chǎn)品智能追溯、供應鏈協(xié)同、產(chǎn)品全生命周期管理等創(chuàng)新技術變革。探索標識解析與工業(yè)軟件的深化融合、與生產(chǎn)端數(shù)據(jù)的全面一體化，形成以供應鏈為核心的信息流、物流、資金流等業(yè)務數(shù)據(jù)閉環(huán)。針對客戶需求日益?zhèn)€性化、多元化的趨勢，工業(yè)軟件一體化應積極探索企業(yè)的市場精準預判能力，發(fā)展精準營銷的新模式，借助標識實現(xiàn)海量用戶與企業(yè)間的交互一體化，使得大規(guī)模個性化定制、精準高效決策等成為可能。

工業(yè)軟件一體化應致力于優(yōu)化企業(yè)資源配置、賦能產(chǎn)業(yè)效率提升，通過標識解析打通工業(yè)軟件以實現(xiàn)生產(chǎn)要素在世界范圍內(nèi)的高速流通。把握行業(yè)增長率變化、客戶需求切換、技術與營銷革新、行業(yè)日益全球化等驅(qū)動因素，堅持以企業(yè)需求為出發(fā)點，圍繞工業(yè)企業(yè)在產(chǎn)品生命周期各環(huán)節(jié)的需求來提煉場景，提供反映行業(yè)特征的中間件產(chǎn)品服務。

（二）打造產(chǎn)業(yè)生態(tài)，變革企業(yè)思想

標識解析技術與工業(yè)軟件的融合，打通企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間的信息孤島，伴生的大量應用場景也將成為企業(yè)長遠發(fā)展新的驅(qū)動力。建立解決方案供應商目錄，培育一批中間件供應商；持續(xù)建設中間件提供商、工業(yè)企業(yè)之間的需求反饋渠道，促進中間件提供商快速掌握需求和使用反饋，加速中間件產(chǎn)品迭代。加強標準研究與制定，以基礎標準為先導，對標識解析與工業(yè)軟件對接中間件的定義、特征、服務方式、部署模式等形成清晰認識，更好指導工業(yè)企業(yè)對中間件服務的選擇、評價、拓展應用。

同步推動工業(yè)企業(yè)的經(jīng)營思想變革，鼓勵建立協(xié)同制造、質(zhì)量信用體系，做好行業(yè)協(xié)同推廣與示范工作。工業(yè)企業(yè)應深入論證并積極謀劃，加快推進企業(yè)內(nèi)部的數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級，實施配套人才培養(yǎng)和基礎設施建設；通過統(tǒng)一、標準、開放的架構(gòu)體系與接口，與各個垂直行業(yè)的合作伙伴展開深度合作并融合細分領域優(yōu)勢，形成工業(yè)產(chǎn)品全生命周期的專業(yè)數(shù)字化解決方案，驅(qū)動以數(shù)據(jù)為核心、以工業(yè)軟件互聯(lián)互通為目標的生態(tài)體系建設。

（三）構(gòu)建培養(yǎng)機制，強化人才支撐

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析發(fā)展涉及系統(tǒng)建設、技術研究、應用推廣、生態(tài)建設諸多方面，隨著多個國家重點項目的上線試運行，相關建設已步入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關鍵階段。建議加強工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析與一體化方向的人才培育力度，注重人才培養(yǎng)成效（具備標識應用、技術標準、產(chǎn)業(yè)生態(tài)等研究與應用能力）并形成規(guī)模；培養(yǎng)機制與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域的前沿發(fā)展相結(jié)合，持續(xù)推動前沿技術的工程化應用。

工業(yè)軟件一體化方向的人才培養(yǎng)具有多學科、大跨度、深層次交叉等特點，對傳統(tǒng)制造業(yè)人才的轉(zhuǎn)型升級提出了新要求。培養(yǎng)重點是創(chuàng)新能力與操作能力兼具的復合型人才，既熟悉學術與基礎研究，也有較強的實踐應用能力，適應在復雜工作環(huán)境下解決疑難問題的工程需求，為工業(yè)軟件與標識解析應用的一體化和再創(chuàng)新提供智力保障。