基于標識解析的5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在產(chǎn)業(yè)監(jiān)管和企業(yè)服務中的實踐

許毅鵬 萬剛 中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司江西省分公司 南昌市 330096

周曉龍 中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司研究院 北京市 100176

0 引言

當前，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術持續(xù)創(chuàng)新并與制造業(yè)加速滲透融合，正在引發(fā)新一輪工業(yè)革命。發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為全球產(chǎn)業(yè)布局的新方向，以及領軍企業(yè)競爭的新賽道。建設與推廣工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展的關鍵，全球制造業(yè)龍頭企業(yè)、信息和通信技術（ICT）領先企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)均基于各自優(yōu)勢，從不同的層面和角度搭建了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，助力產(chǎn)業(yè)轉型升級和創(chuàng)新發(fā)展。加快建設和推廣具有自主知識產(chǎn)權、具備生態(tài)凝聚力和國際競爭力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，推動我國制造業(yè)沿著數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化方向加速演進升級，也是我國搶占新一輪全球產(chǎn)業(yè)競爭制高點的必然選擇。

1 平臺建設需求

在政策指引下，涌現(xiàn)出一批工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。但制約平臺發(fā)展的問題依然存在。一是很多平臺缺乏足夠的應用場景，空有技術展示的功能，但因缺乏足夠多的應用場景，其使用效率并不高。二是“信息孤島”阻礙了制造資源、數(shù)據(jù)的集成共享和創(chuàng)新應用。制造企業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化程度決定了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的集成應用水平。我國企業(yè)數(shù)字化基礎總體上較為薄弱，數(shù)字化能力參差不齊。企業(yè)內(nèi)部之間，產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間，跨領域各類生產(chǎn)設備與信息系統(tǒng)之間，還存在很多“信息孤島”，影響了進一步的協(xié)同應用。三是開源社區(qū)建設滯后，產(chǎn)業(yè)生態(tài)亟待完善。開發(fā)者數(shù)量以及平臺企業(yè)的生態(tài)合作伙伴類型和數(shù)量相對匱乏，難以形成有效的資源匯聚效應，制約了我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設和工業(yè)應用程序的良性生態(tài)建設。面向多行業(yè)、多領域、多場景的工業(yè)APP應用缺乏，開發(fā)者與用戶相互促進、雙向迭代的雙邊市場生態(tài)遠未形成。四是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展是一個長期迭代、試錯、演進的過程，由于平臺技術研發(fā)投入成本較高，平臺回報周期較長，很多企業(yè)尚在投入階段，大部分平臺直接帶來的收益在企業(yè)整體利潤中占比并不高。

本平臺從以上問題入手，設計平臺架構，滿足“端邊管用”的構建維度，通過對微服務的靈活調(diào)用和配置，降低工業(yè)APP開發(fā)門檻和開發(fā)成本，實現(xiàn)工業(yè)技術的全方位傳承和快速復用?；诠I(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，圍繞江西“2+6+N”特色產(chǎn)業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)轉型需求，匯聚供需對接、協(xié)同制造、設備聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)管理、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、成果推廣、企業(yè)培訓等一系列解決方案，形成聯(lián)動輻射效應，促進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)面向更多垂直行業(yè)領域應用推廣，形成具有引領作用的行業(yè)級、區(qū)域級、企業(yè)級工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。依托系統(tǒng)的建設與推廣，整合地方制造資源，實現(xiàn)跨企業(yè)、跨行業(yè)、跨區(qū)域的產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同共享、優(yōu)化資源配置能力及生產(chǎn)制造優(yōu)化方式。

2 解決方案

江西聯(lián)通工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，從當前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)面臨的眾多共性技術問題入手，設計平臺架構，依托國內(nèi)首款基于云原生架構設計的開發(fā)平臺，其提供的開發(fā)服務云能夠依托自主可控的集成開發(fā)環(huán)境，利用豐富的微服務組件、API、SDK工具包等，基于獨創(chuàng)的第五代云端動態(tài)領域建模系統(tǒng)，可在云端多租戶架構下，通過低代碼的可視化開發(fā)平臺快速實現(xiàn)通用性SaaS應用、工業(yè)APP開發(fā)和個性化定制。

平臺滿足“端邊管用”的構建維度，并對其中涉及的關鍵技術突破進行重點投入，整體上實現(xiàn)滿足20類行業(yè)、企業(yè)全價值鏈上的行業(yè)應用和業(yè)務管控需求，推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從“建平臺”走向“用平臺”的發(fā)展進程。

2.1 技術方案

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺遵循邊緣層、IaaS、PaaS、SaaS及工業(yè)APP應用4層架構標準，并接入工業(yè)安全防護體系，打通外部信息系統(tǒng)接入，實現(xiàn)了端、邊、云、網(wǎng)、PaaS中臺、SaaS應用一體化的平臺能力。

在PaaS層著力打造了5個通用PaaS開發(fā)平臺，從開發(fā)、數(shù)據(jù)、AI支持、設備連接、系統(tǒng)連接等提供全方面的開發(fā)支持能力。并且開發(fā)了大量的工業(yè)基礎組件，與生態(tài)伙伴一起通過應用市場提供給客戶豐富的場景化應用。平臺總架構如圖1所示。

2.1.1 邊緣層

邊緣層作為基礎層，主要通過連接傳感器、工業(yè)控制系統(tǒng)等邊緣節(jié)點，將設備、系統(tǒng)、產(chǎn)品、軟件等要素數(shù)據(jù)實時采集，將異構數(shù)據(jù)連接到云平臺，并能支持靈活實時的前端數(shù)據(jù)處理與業(yè)務邏輯處理。邊緣層主要功能分為：多設備控制、多工廠服務、數(shù)據(jù)計算與融合。

通過在邊緣層的深層次數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)不同協(xié)議數(shù)據(jù)的基層匯集，將具有信息接口的設備、控制器通過協(xié)議解析、轉換實現(xiàn)接入，對難于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的設備、節(jié)點物等，通過加裝傳感器，以及接入邊緣智能網(wǎng)關實現(xiàn)接入。

邊緣層在云和現(xiàn)場之間，向下支持現(xiàn)場各種設備的接入，向上與云端對接。對于具有業(yè)務實時處理、確定性時延、安全與隱私保護的數(shù)據(jù)處理需求，則引入邊緣計算服務，通過數(shù)據(jù)優(yōu)化實現(xiàn)數(shù)據(jù)聚合、數(shù)據(jù)的統(tǒng)一服務與呈現(xiàn)，靈活高效的服務于邊緣應用。

邊緣層通過IoT連接、ERP連接器、條碼/二維碼、FRID等連接器，與前端設備、物料、業(yè)務系統(tǒng)連接，完成數(shù)據(jù)的采集、協(xié)議解析、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)處理。同時通過邊緣計算與5G網(wǎng)絡的結合，為設備提供計算、控制與智能化調(diào)度等端邊協(xié)同應用。

2.1.2 IaaS層

IaaS層作為支持層，主要支撐平臺的基礎資源配置和算力提供，通過聯(lián)通公有云、私有云、混合云等服務方式提供的云計算平臺對平臺進行云部署，并對平臺的基礎資源進行調(diào)度，并且根據(jù)區(qū)域、行業(yè)等平臺差異，完成平臺的多云適配，提供高質(zhì)量、高穩(wěn)定的云支持能力。

2.1.3 工業(yè)PaaS層

PaaS 平臺層由開發(fā)平臺、數(shù)據(jù)中臺、連接平臺、AI平臺、IoT平臺組成，提供前端高效的業(yè)務支撐能力和擴展能力。

開發(fā)平臺是基于云原生架構的云開發(fā)服務平臺，采用了全新的分布式架構，由微服務架構、容器服務、DevOps等為代表的云原生基礎架構組成，提供了云端低代碼的可視化開發(fā)平臺，支持在多租戶模式下也能界面模型設計、建模，能夠為不同客戶定制個性化應用。

數(shù)據(jù)中臺是持續(xù)賦能和產(chǎn)生收益的中臺，提供數(shù)據(jù)管理、基礎管理、模型數(shù)據(jù)管理，幫助用戶快速對業(yè)務數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)建模。通過高效的數(shù)據(jù)存儲、分布式數(shù)據(jù)計算和5G 帶來的高可用數(shù)據(jù)湖生態(tài)，通過數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)挖掘等持續(xù)提煉數(shù)據(jù)價值，并且生成工業(yè)大數(shù)據(jù)。

連接平臺通過業(yè)務模型、長連接通道、5G模組適配器、5G邊緣算盒連接器、ERP適配器、模型解析器等功能，為對接外部業(yè)務提供便利，外部業(yè)務快速集成平臺。

AI平臺是業(yè)務賦能型平臺，為其他應用提供不同類型的服務，通過人工智能技術結合5G特性對數(shù)據(jù)、業(yè)務等多方面賦能，加速應用的成熟度。

IoT平臺是硬件設備連接平臺通過設備連接、邊緣算盒、工業(yè)通訊協(xié)議等方式幫助硬件設備，特別是工業(yè)場景下的特種設備快速連接平臺，實現(xiàn)對設備的管控一體化。

2.1.4 SaaS及工業(yè)APP應用層

提供了政府對云服務商上云監(jiān)管和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟監(jiān)測功能；提供了供使用者直接操作使用的SaaS服務，涵蓋了在江西市場具有商務和產(chǎn)品成熟度優(yōu)勢的協(xié)同類應用和工業(yè)企業(yè)上云應用，平臺基于PaaS平臺提供產(chǎn)業(yè)電商、產(chǎn)業(yè)協(xié)同、供應鏈、產(chǎn)品服務等。平臺構建了良好的工業(yè)APP創(chuàng)新環(huán)境，使開發(fā)者基于平臺數(shù)據(jù)及微服務功能實現(xiàn)應用創(chuàng)新。

運用5G 特性，賦能工業(yè)制造，提供在智能制造、車聯(lián)網(wǎng)、電力、能源等工業(yè)領域和在云VR/AR、無人機、機器人、AI識別、高清視頻等多場景的5G+工業(yè)應用解決方案。

提供三大子平臺：行業(yè)子平臺、區(qū)域子平臺和龍頭企業(yè)子平臺。圍繞江西特色產(chǎn)業(yè)，在電子、有機硅、家具、鋼鐵、光伏、電瓷、變電等多個行業(yè)建立了行業(yè)子平臺，在南昌、九江、贛州、新余等工業(yè)強市和特定區(qū)縣建立了區(qū)域子平臺，圍繞“江字頭”國有企業(yè)，電子、有色產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè)建立了龍頭企業(yè)子平臺，提供了基于5G的全連接智能化工廠及平臺應用。

平臺門戶包括江西工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)門戶和江西公共服務門戶，分別對應企業(yè)和政府的訪問入口。在江西公共服務門戶平臺中，政府可以實施云服務監(jiān)管和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟監(jiān)測等；在江西工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)門戶中，企業(yè)可實名注冊、登錄。江西工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)門戶具備完整的自助辦理流程，企業(yè)一站式注冊開通企業(yè)門戶、企業(yè)官網(wǎng)、企業(yè)手機APP（包括Android及iOS），實現(xiàn)企業(yè)各端統(tǒng)一門戶的信息與數(shù)據(jù)同步，并提供信息發(fā)布通知等基礎服務，以云服務方式提供給企業(yè)使用。用戶可通過PC Web門戶、掌上門戶、手機APP進行多屏接入統(tǒng)一門戶平臺，保證多屏下的賬戶、消息、應用、數(shù)據(jù)等的同步和統(tǒng)一。

2.2 平臺技術核心

本平臺以依托中國聯(lián)通“云+網(wǎng)+X”立體化服務能力，疊加5G、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、大數(shù)據(jù)、AI人工智能等自有技術，構建邊云協(xié)同的海量數(shù)據(jù)采集和分析應用的服務體系；支撐合作伙伴實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術和經(jīng)驗知識模型化，形成資源富集、多方參與、合作共贏的生態(tài)。工業(yè)物聯(lián)、超級連接器、工業(yè)標識解析是整個平臺技術的核心。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺架構

2.2.1 工業(yè)物聯(lián)

運用云邊協(xié)同的體系架構，通過分析設備物聯(lián)網(wǎng)應用的典型特征，抓住物聯(lián)網(wǎng)應用的共性需求，由此建立設備物聯(lián)網(wǎng)平臺通用模型，將設備聯(lián)網(wǎng)上云，將原有物聯(lián)應用軟件云化，構建基于云計算技術、邊緣計算技術的物聯(lián)網(wǎng)開放平臺。物理網(wǎng)開發(fā)平臺架構如圖2所示。

工業(yè)設備數(shù)字化程度不一，其中包括高度數(shù)字化生產(chǎn)設備、已具備物聯(lián)基礎的智能設備、沒有智能化的啞設備，這些智能化水平參差不齊的設備均錯綜復雜的分布在各工業(yè)現(xiàn)場。物聯(lián)網(wǎng)平臺的第一功能就是通過邊緣計算使復雜工業(yè)現(xiàn)場下的設備上云，隨著傳感器技術、通信技術、嵌入式技術和分布式處理技術的迅速發(fā)展，本平臺以多種傳感器技術、射頻技術、信息處理架構技術為基礎，推出了多種物聯(lián)網(wǎng)采集的邊緣解決方案，構成了實時準確感知、測量和監(jiān)控現(xiàn)實物理世界的硬件支撐平臺。在工業(yè)設備和中間控制系統(tǒng)之上，工業(yè)物聯(lián)子平臺提供物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關設備，連接設備、邊緣系統(tǒng)。構建物聯(lián)設備協(xié)議解析池，實現(xiàn)通用和個性協(xié)議的逐步積累，加快設備連接上云。

2.2.2 工業(yè)標識解析

本平臺通過建設工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析體系，推動工業(yè)領域標識解析的標準和規(guī)范的制定，如標識解析整體架構、數(shù)據(jù)管理、分布式注冊、可信解析、多源異構信息管理、標識數(shù)據(jù)互操作等關鍵技術標準。通過“前綴+企業(yè)內(nèi)部編碼”形式，將不同行業(yè)和企業(yè)采用的標識編碼體系統(tǒng)一化、規(guī)范化和社會化，使得物料、配件、產(chǎn)品等，在流通過程中不需要再次編碼或者重新粘貼標簽，既可以提高工作效率，又可以實現(xiàn)物品信息的準確關聯(lián)和自動獲取，為全產(chǎn)業(yè)的信息共享提供基礎支撐。工業(yè)標識解析平臺架構如圖3所示。

目前，平臺已形成針對電子信息、汽車、民爆等行業(yè)的標準解決方案。各行業(yè)都有其特有行業(yè)特性，其中電子信息行業(yè)具有工序長、機器多、數(shù)據(jù)雜的生產(chǎn)特征，以PCB電路板產(chǎn)業(yè)為例，單產(chǎn)品工序達16道，每道工序又有數(shù)個流程，如電鍍工序就有磨板機、沉銅、電鍍等流程，復雜的工序流程給產(chǎn)品質(zhì)量追溯管理帶來極大困難。目前電子信息行業(yè)無法做到全流程產(chǎn)品質(zhì)量追溯，一旦產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，需要耗費大量人力物力來準確定位出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)。電子信息企業(yè)亟需以統(tǒng)一的編碼標識解析體系為基礎建設一個低成本、高效率的產(chǎn)品追溯平臺，以保證產(chǎn)品質(zhì)量達到行業(yè)生產(chǎn)管理規(guī)范要求。

圖3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析二級節(jié)點平臺架構

產(chǎn)品質(zhì)量追溯管理方面，企業(yè)用戶對建立產(chǎn)品全生命周期檔案，對產(chǎn)品進行質(zhì)量溯源的需求較為迫切。在打碼技術方面，采用現(xiàn)有的普通或單一的打碼方式，二維碼將在生產(chǎn)的過程中遭到損壞或遺失。在物料精確追溯管理方面，電子信息行業(yè)工序復雜，涉及到的物料數(shù)量多、品類廣、供應商眾多，物料管理難度大。在生產(chǎn)設備有效管理方面，電子信息企業(yè)具有生產(chǎn)任務緊、數(shù)字化自動化程度高等特點，生產(chǎn)設備的管理對企業(yè)正常生產(chǎn)非常重要。通過打造統(tǒng)一的編碼標識解析體系，實現(xiàn)生產(chǎn)設備的精確管理，為設備預防性周期維護保養(yǎng)計劃與執(zhí)行提供最適當?shù)奶嵝?，減少因設備問題帶來的生產(chǎn)損失。

平臺針對以上行業(yè)痛點，借助標識解析技術，實現(xiàn)電子信息企業(yè)從原材料、發(fā)料、加工、電測、FQC（最終檢查驗證）、包裝/出貨的產(chǎn)品生命周期全流程追溯，包括生產(chǎn)過程中的六要素（人、機、料、法、環(huán)、測）的防錯與追溯，從而極大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量以及客戶的滿意度。整體架構如圖4所示。

通過對產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)采集，建立產(chǎn)品生產(chǎn)檔案，使得客戶可以監(jiān)測產(chǎn)品從原料到加工出廠前的全部信息，有效提高客戶對產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)服務的滿意度和忠誠度。針對不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，設計了不同的打碼方案，確保從物料到產(chǎn)品的各個階段均有碼可尋。這些定制化的打碼方案在行業(yè)內(nèi)具有創(chuàng)新性、領先性和可借鑒性。通過“定制化標碼技術+標識解析”，對產(chǎn)品全流程數(shù)據(jù)進行采集、分析和展示等，提高物料、設備、工藝等工廠內(nèi)元素的現(xiàn)場管理效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，幫助企業(yè)管理者更科學性的決策。

3 應用成效

目前平臺已接入50余款工業(yè)APP，封裝超20類機理，支持10大類工業(yè)設備，覆蓋20個行業(yè)，打造了標識十大應用領域，標識解析量超50萬，工業(yè)機理模型數(shù)十個，活躍開發(fā)者上千名，上云企業(yè)數(shù)超過1萬家，接入可監(jiān)測的工業(yè)設備數(shù)超過1萬臺套，預計幫助企業(yè)運營成本降低5%-30%。

此外，依托本平臺建立了多個區(qū)域子平臺：新余渝水區(qū)工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺、九江湖口畝產(chǎn)效益大數(shù)據(jù)平臺、南昌小藍經(jīng)濟開發(fā)區(qū)工業(yè)經(jīng)濟運行監(jiān)測平臺、贛州特色產(chǎn)業(yè)工業(yè)云平臺、贛州眾服聯(lián)協(xié)同服務平臺等，服務縣區(qū)和園區(qū)企業(yè)超1萬家，通過圍繞政府監(jiān)管和服務企業(yè)的理念，助力全省工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

本平臺的建設為工業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)結合提供了抓手。通過推動企業(yè)上云，為它們提供定制化服務，幫助客戶真正實現(xiàn)生產(chǎn)制造升級，降本增效和生產(chǎn)協(xié)同，激發(fā)創(chuàng)新活力和創(chuàng)造力，賦能產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉型升級。目前已為省內(nèi)多個頭部企業(yè)實施上云改造，旨在以點帶面，發(fā)揮頭部企業(yè)的輻射作用，帶動產(chǎn)業(yè)全鏈的轉型升級。對PCB（印刷電路板）行業(yè)頭部企業(yè)進行上云改造，助力企業(yè)的智能化、數(shù)字化改造。該項目在工信部組織的2019年全國企業(yè)上云典型案例遴選中脫穎而出，成為江西省唯一一家上榜企業(yè)（全國僅40家入圍）。此外，為金屬家具行業(yè)領跑企業(yè)江西某保險設備集團有限公司提供設備上云服務，該項目入圍工信部2020年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試點示范項目，類別為“5G＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”集成創(chuàng)新運用，也是江西省唯一入圍該類別的項目。

圖4 產(chǎn)品生命全流程追溯

4 結束語

江西聯(lián)通工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺對于打造新型工業(yè)，促進“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”融合發(fā)展具有重要作用，平臺提供社會化服務、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同、數(shù)字工廠、智能服務等應用及產(chǎn)業(yè)電商、供應鏈協(xié)同、制造協(xié)同、智能制造、設備遠程運維、數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)應用、5G+AI服務等產(chǎn)品方案，幫助企業(yè)打通全價值鏈，實現(xiàn)企業(yè)設備/物的連接與數(shù)字化、工廠車間的數(shù)字化、企業(yè)經(jīng)營與管理的數(shù)字化。同時產(chǎn)品的連接與數(shù)字化，實現(xiàn)產(chǎn)品即服務的應用，幫助企業(yè)從制造向服務轉型，通過平臺與產(chǎn)業(yè)鏈的合作伙伴銜接，進行數(shù)據(jù)共享、業(yè)務互通，實現(xiàn)與產(chǎn)業(yè)的共享、共贏、共生。