儀器儀表行業(yè)標(biāo)識(shí)解析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

武麗英

(上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院有限公司，上海 200233)

0 引言

近年來(lái)，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，作為數(shù)據(jù)獲取的感知和測(cè)量工具，儀器儀表地位日益提升，已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展的核心和關(guān)鍵。但是儀器儀表行業(yè)多為中小企業(yè)，往往存在數(shù)字化水平參差不齊、產(chǎn)品編碼規(guī)則根據(jù)自身需要制定、生產(chǎn)過(guò)程重復(fù)賦碼等管理痛點(diǎn)；整個(gè)行業(yè)缺乏統(tǒng)一、有效的手段進(jìn)行信息匯聚。隨著產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，形成了一個(gè)又一個(gè)的信息孤島，難以實(shí)現(xiàn)儀器儀表產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)協(xié)同?；谶@樣的現(xiàn)狀，儀器儀表產(chǎn)業(yè)必須緊跟國(guó)家戰(zhàn)略，應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)之間的數(shù)據(jù)互通和產(chǎn)品各個(gè)環(huán)節(jié)的全生命周期管控。

本文提出通過(guò)應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析技術(shù)，建立儀器儀表行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析二級(jí)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，統(tǒng)一儀器儀表行業(yè)的編碼，對(duì)接國(guó)家頂級(jí)節(jié)點(diǎn)和企業(yè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)儀器儀表全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)協(xié)同。這將有效促進(jìn)儀器儀表的質(zhì)量管理、重要產(chǎn)品追溯、產(chǎn)品全生命周期管理等的應(yīng)用，支撐整個(gè)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

儀器儀表行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析二級(jí)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分為應(yīng)用層、解析層、基礎(chǔ)設(shè)施層、邊緣層。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

邊緣層主要是企業(yè)的各類信息系統(tǒng)與物理設(shè)備。信息系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)集成工具，將數(shù)據(jù)提取到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。物理設(shè)備通過(guò)邊緣信息采集終端與設(shè)備的物理接口(如RS-232、RS-485、以太網(wǎng)、CAN總線等)對(duì)接，將各類工業(yè)協(xié)議轉(zhuǎn)換后提取設(shè)備實(shí)施工況信息[1]傳輸至平臺(tái)。這可以實(shí)現(xiàn)并解決儀器儀表行業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集范圍、類型和規(guī)模等問(wèn)題。所有的數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)平臺(tái)層進(jìn)行收集和歸攏，從而實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)低成本、高可靠的存儲(chǔ)和管理。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 System architecture

平臺(tái)層主要提供二級(jí)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)軟件支撐環(huán)境，包括標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、標(biāo)識(shí)注冊(cè)解析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)的申請(qǐng)、注冊(cè)、分配、解析、數(shù)據(jù)更新等標(biāo)識(shí)解析相關(guān)業(yè)務(wù)功能，并與國(guó)家頂級(jí)節(jié)點(diǎn)連通。

基礎(chǔ)設(shè)施層提供云計(jì)算平臺(tái)的基礎(chǔ)硬件支撐環(huán)境。本系統(tǒng)采用自建智能磁盤控制器(intelligent disk controller，IDC)數(shù)據(jù)中心并應(yīng)用第三方云數(shù)據(jù)中心，建立雙活數(shù)據(jù)中心的解決方案。

應(yīng)用層為企業(yè)提供輕量化的應(yīng)用(application, App)，結(jié)合基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)即服務(wù)(platform as a service,PaaS)平臺(tái)的應(yīng)用管理和應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，面向儀器儀表的零部件企業(yè)、制造企業(yè)、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和用戶企業(yè)等終端提供系統(tǒng)核心服務(wù)，包括供應(yīng)鏈管理、產(chǎn)品追溯、生產(chǎn)制造管理等基于標(biāo)識(shí)解析的集成創(chuàng)新應(yīng)用。各類應(yīng)用服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)的互聯(lián)互通，從而支撐各類不同的終端設(shè)備訪問(wèn)[1]。

2 功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

儀器儀表行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析二級(jí)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)[2]主要包括標(biāo)識(shí)注冊(cè)解析、業(yè)務(wù)管理和綜合應(yīng)用服務(wù)等，向下實(shí)現(xiàn)與企業(yè)節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)互通，向上實(shí)現(xiàn)與國(guó)家頂級(jí)節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)互通，從而接入整個(gè)國(guó)家的標(biāo)識(shí)解析體系[3]中。其核心系統(tǒng)主要包括標(biāo)識(shí)注冊(cè)、標(biāo)識(shí)解析、標(biāo)識(shí)查詢、數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)管理、運(yùn)行監(jiān)測(cè)等。

標(biāo)識(shí)注冊(cè)主要包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)編碼申請(qǐng)與分配、使用情況反饋、生命周期管理、標(biāo)識(shí)有效性管理、標(biāo)識(shí)分配使用情況信息收集以及標(biāo)識(shí)關(guān)聯(lián)信息采集等，并提供標(biāo)識(shí)注冊(cè)變更、刪除、實(shí)名審核、數(shù)據(jù)查詢、運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)等服務(wù)。

標(biāo)識(shí)解析主要為標(biāo)識(shí)體系分配的標(biāo)識(shí)提供公共解析服務(wù)，并響應(yīng)對(duì)標(biāo)識(shí)編碼的唯一性定位和標(biāo)識(shí)基礎(chǔ)應(yīng)用信息的查詢服務(wù)；同時(shí)，解析定位企業(yè)節(jié)點(diǎn)、企業(yè)信息系統(tǒng)等。另外，標(biāo)識(shí)解析支持接入認(rèn)證，保證解析過(guò)程安全可信。

標(biāo)識(shí)查詢主要是查詢已注冊(cè)的標(biāo)識(shí)信息，如對(duì)注冊(cè)的企業(yè)節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行查詢。二級(jí)節(jié)點(diǎn)支持標(biāo)識(shí)查詢，包括精準(zhǔn)查詢和模糊查詢。另外，標(biāo)識(shí)查詢支持權(quán)限控制管理，可根據(jù)不同角色用戶設(shè)置標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的查詢權(quán)限。

數(shù)據(jù)管理主要是對(duì)標(biāo)識(shí)注冊(cè)信息、標(biāo)識(shí)分配信息、標(biāo)識(shí)解析日志、標(biāo)識(shí)注冊(cè)或解析統(tǒng)計(jì)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，同時(shí)圍繞業(yè)務(wù)開(kāi)展基于標(biāo)識(shí)元數(shù)據(jù)、標(biāo)識(shí)主數(shù)據(jù)、標(biāo)識(shí)應(yīng)用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)挖掘。

業(yè)務(wù)管理主要是指工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)注冊(cè)、標(biāo)識(shí)解析相關(guān)的用戶管理、審核、統(tǒng)計(jì)展示等。其中，用戶管理包括對(duì)平臺(tái)管理員、企業(yè)用戶、審核員等的管理[3]；審核主要包括企業(yè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)法人資質(zhì)核驗(yàn)、自然人身份核驗(yàn)、企業(yè)節(jié)點(diǎn)或自然人網(wǎng)絡(luò)接入資源(IP地址、域名)合規(guī)核驗(yàn)和標(biāo)識(shí)名稱合規(guī)核驗(yàn)。

運(yùn)行監(jiān)測(cè)是對(duì)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，主要包括兩方面。一是二級(jí)節(jié)點(diǎn)接受國(guó)家頂級(jí)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)將系統(tǒng)運(yùn)行日志、運(yùn)行監(jiān)測(cè)狀態(tài)、安全狀態(tài)、異常情況等信息上報(bào)國(guó)家頂級(jí)節(jié)點(diǎn)。二是二級(jí)節(jié)點(diǎn)應(yīng)監(jiān)測(cè)其下所有企業(yè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀況，并要求所有企業(yè)節(jié)點(diǎn)接受國(guó)家頂級(jí)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，二級(jí)節(jié)點(diǎn)應(yīng)要求其下所有企業(yè)節(jié)點(diǎn)將系統(tǒng)運(yùn)行日志、運(yùn)行監(jiān)測(cè)狀態(tài)和安全狀態(tài)、異常情況等信息上報(bào)，并將收到的企業(yè)節(jié)點(diǎn)信息上報(bào)至國(guó)家頂級(jí)節(jié)點(diǎn)。

綜合應(yīng)用服務(wù)主要為產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)提供基于標(biāo)識(shí)解析的各種應(yīng)用服務(wù)，如供應(yīng)鏈管理、產(chǎn)品追溯管理和產(chǎn)品全生命周期管理等。

3 創(chuàng)新應(yīng)用

儀器儀表行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析二級(jí)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，是制造、應(yīng)用儀器儀表的企業(yè)和用戶獲得標(biāo)識(shí)編碼注冊(cè)和標(biāo)識(shí)解析服務(wù)的基礎(chǔ)。其既要支持本行業(yè)內(nèi)部針對(duì)零部件、設(shè)備、產(chǎn)品等物理實(shí)體資源，以及算法、工藝等虛擬資源的標(biāo)識(shí)注冊(cè)和標(biāo)識(shí)解析，又要通過(guò)建立面向儀器儀表行業(yè)的標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行規(guī)范，實(shí)現(xiàn)跨企業(yè)、跨區(qū)域的數(shù)據(jù)整合，打通企業(yè)間信息數(shù)據(jù)孤島，實(shí)現(xiàn)儀器儀表制造行業(yè)標(biāo)識(shí)解析集成創(chuàng)新應(yīng)用。該系統(tǒng)支持各種對(duì)象的標(biāo)識(shí)管理，包括零部件、設(shè)備、軟件、算法等對(duì)象標(biāo)識(shí)的注冊(cè)、變更、解析以及信息管理等，支持用戶通過(guò)二級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)企業(yè)、產(chǎn)品、設(shè)備等信息進(jìn)行查詢或管理。

基于標(biāo)識(shí)解析二級(jí)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建的儀器儀表工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，不僅包括供應(yīng)鏈管理、全生命周期管理、產(chǎn)品追溯等典型標(biāo)識(shí)應(yīng)用，還可與智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、規(guī)?；ㄖ啤⒎?wù)化延伸等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用結(jié)合。它通過(guò)對(duì)儀器儀表領(lǐng)域的人、機(jī)、物進(jìn)行唯一身份標(biāo)識(shí)和解析，實(shí)現(xiàn)縱向、橫向和端到端的信息采集、信息關(guān)聯(lián)、信息共享。以下列舉了提供基于標(biāo)識(shí)解析的供應(yīng)鏈管理和產(chǎn)品追溯管理二種典型的創(chuàng)新應(yīng)用[4]。

3.1 供應(yīng)鏈管理應(yīng)用

通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析二級(jí)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的統(tǒng)一標(biāo)識(shí)和數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈上下游企業(yè)間產(chǎn)品信息的互聯(lián)互通。

企業(yè)的產(chǎn)品供應(yīng)鏈管理主要涉及零部件采購(gòu)、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品銷售、產(chǎn)品售后四個(gè)主要環(huán)節(jié)。構(gòu)建基于標(biāo)識(shí)解析的供應(yīng)鏈管理應(yīng)用服務(wù)，能夠打破儀器儀表企業(yè)與上游原材料和零配件供應(yīng)、下游終端客戶間的信息孤島與業(yè)務(wù)孤島，從而實(shí)現(xiàn)上下游企業(yè)供應(yīng)鏈協(xié)同，集成產(chǎn)業(yè)鏈上各類企業(yè)的核心能力和資源，有效地規(guī)劃和管理產(chǎn)業(yè)鏈上的供應(yīng)采購(gòu)、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、物流、信息流的融合。

供應(yīng)鏈管理應(yīng)用如圖2所示。

圖2 供應(yīng)鏈管理應(yīng)用Fig.2 Supply chain management applications

基于標(biāo)識(shí)的供應(yīng)鏈管理應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從訂單形成、車間制造、成品入庫(kù)、銷售出廠到用戶接收的整個(gè)過(guò)程的控制和管理，從而降低庫(kù)存成本，提高生產(chǎn)效率，提升市場(chǎng)服務(wù)響應(yīng)速度。

3.2 產(chǎn)品追溯管理應(yīng)用

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析二級(jí)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)涵蓋企業(yè)從生產(chǎn)、采購(gòu)、物流、財(cái)務(wù)到售后全生命周期的管理與數(shù)據(jù)采集，以及原材料、輔料和配件的全生命周期數(shù)據(jù)互聯(lián)、共享。

如果儀器儀表用戶在使用產(chǎn)品的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可采用標(biāo)識(shí)解析應(yīng)用，通過(guò)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)反饋問(wèn)題和建議，方便企業(yè)迅速采取有效措施，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的過(guò)程追溯。儀器儀表行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析二級(jí)節(jié)點(diǎn)支持各環(huán)節(jié)各儀器儀表的有效數(shù)據(jù)采集；支持在企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原料、工藝、生產(chǎn)、配送等環(huán)節(jié)信息整合和產(chǎn)品信息追溯；支持對(duì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量因素和管理因素進(jìn)行分析。

產(chǎn)品追溯管理應(yīng)用如圖3所示。

圖3 產(chǎn)品追溯管理應(yīng)用Fig.3 Product traceability management applications

通過(guò)對(duì)儀器儀表的各環(huán)節(jié)應(yīng)用標(biāo)識(shí)進(jìn)行解析，可以統(tǒng)一標(biāo)識(shí)。通過(guò)掃描整機(jī)二維碼就可以獲取該整機(jī)產(chǎn)品及相關(guān)核心零部件的信息追溯。使用標(biāo)識(shí)解析下的產(chǎn)品追溯應(yīng)用，為生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)及中轉(zhuǎn)提供統(tǒng)一編碼及解析規(guī)范。首先，在生產(chǎn)過(guò)程融入標(biāo)識(shí)解析體系，對(duì)機(jī)器、產(chǎn)品、車間、班組等物理資源以及工藝、算法、數(shù)據(jù)等虛擬資源的身份建立標(biāo)識(shí)[5]，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)賦碼及生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集關(guān)聯(lián)，形成入庫(kù)數(shù)據(jù)。其次，將倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程融入標(biāo)識(shí)解析體系，在倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)通過(guò)標(biāo)識(shí)管理實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)字化智能化，由系統(tǒng)平臺(tái)統(tǒng)一管理生產(chǎn)任務(wù)單、倉(cāng)庫(kù)入庫(kù)單、倉(cāng)庫(kù)出庫(kù)單等單據(jù)，詳細(xì)記錄產(chǎn)品流向信息，為終端查詢提供數(shù)據(jù)支持與服務(wù)。最后，從原材料和零件到貨到產(chǎn)品出廠的過(guò)程中,企業(yè)內(nèi)每一步工序都經(jīng)過(guò)質(zhì)檢環(huán)節(jié)上傳數(shù)據(jù)到統(tǒng)一的標(biāo)識(shí)下，可根據(jù)標(biāo)識(shí)解析出部件的質(zhì)檢信息，便于質(zhì)量追溯管理。

4 結(jié)論

通過(guò)在儀器儀表行業(yè)工業(yè)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析二級(jí)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，對(duì)儀器儀表統(tǒng)一標(biāo)識(shí)，不僅可以解決儀器儀表企業(yè)內(nèi)部全生命周期管理過(guò)程中的信息互聯(lián)共享和內(nèi)部集成，而且可以解決企業(yè)與企業(yè)之間、企業(yè)供應(yīng)鏈之間的內(nèi)外部集成，實(shí)現(xiàn)儀器儀表供應(yīng)鏈系統(tǒng)與企業(yè)信息系統(tǒng)間精準(zhǔn)對(duì)接，以及跨企業(yè)、跨地區(qū)、跨行業(yè)的產(chǎn)品全生命周期管理。這將促進(jìn)儀器儀表產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)、采購(gòu)、生產(chǎn)、檢測(cè)、倉(cāng)儲(chǔ)、物流、銷售、維護(hù)等信息有效共享，及時(shí)響應(yīng)客戶需求，從而提升儀器儀表產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，營(yíng)造二級(jí)節(jié)點(diǎn)支撐下的應(yīng)用生態(tài)。