工業(yè)云技術(shù)現(xiàn)狀及展望*

王玉芳,郭亮亮

(山西省信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

當(dāng)云計(jì)算資源虛擬化技術(shù)在各行各業(yè)開始嶄露頭角時(shí)，其展現(xiàn)出的巨大優(yōu)勢表現(xiàn)在降本增效、動(dòng)態(tài)共享、可靠擴(kuò)展等多個(gè)方面，全方面促進(jìn)了信息化技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的深層次融合，從底層架構(gòu)開始逐步在工業(yè)領(lǐng)域中產(chǎn)生巨大的變革，不僅局限于在企業(yè)資源計(jì)劃管理，而是聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各個(gè)生產(chǎn)要素，促進(jìn)企業(yè)資源、技術(shù)、員工、物流、客戶和運(yùn)營等管理方式得到優(yōu)化和創(chuàng)新[1]。

熟知的工業(yè)云是以提供云計(jì)算或以云計(jì)算為基礎(chǔ)衍生的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析功能的云服務(wù)，借助強(qiáng)大的云計(jì)算能力可以為產(chǎn)品的全生命周期管理提供技術(shù)支撐，例如產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)、質(zhì)量檢驗(yàn)環(huán)節(jié)、物流跟蹤環(huán)節(jié)、客戶管理環(huán)節(jié)等多方面進(jìn)行改進(jìn)[2]。如今，工業(yè)云服務(wù)廠商提供的云服務(wù)有三類，分別是工業(yè)軟件即服務(wù)(SaaS)、工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)和工業(yè)平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)。工業(yè)企業(yè)借助云平臺(tái)可以更好地實(shí)現(xiàn)企業(yè)運(yùn)營管理與底層生產(chǎn)管理之間的數(shù)據(jù)交融，打通管理層與生產(chǎn)設(shè)備層之間的信息壁壘，通過對企業(yè)的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，提取決定產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率等各個(gè)方面的關(guān)鍵因素，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源最大化利用，為企業(yè)決策者進(jìn)行決斷提供數(shù)據(jù)支撐。

1 工業(yè)云在制造中的地位和作用

云計(jì)算資源虛擬化技術(shù)不受傳統(tǒng)行業(yè)和軟硬件資源的約束,通過使用互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施，運(yùn)用其運(yùn)算、儲(chǔ)存和部署能力,整合工業(yè)生產(chǎn)資源和應(yīng)用,獲取、保存和分析工業(yè)數(shù)據(jù),為工業(yè)提供各種服務(wù)。

工業(yè)云是"互聯(lián)網(wǎng)+"制造的發(fā)展趨勢。從工業(yè)企業(yè)發(fā)展角度看,面臨著信息化建設(shè)的重大壓力,工業(yè)企業(yè)為了進(jìn)一步形成核心競爭力,就需要通過工業(yè)云的信息能力集成和利用社會(huì)上多種資源,進(jìn)一步優(yōu)化企業(yè)管理模式,并利用工業(yè)云的信息技術(shù)和服務(wù)模式進(jìn)行工業(yè)企業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈體系的協(xié)調(diào)、集成,以及整個(gè)價(jià)值鏈體系的重建。此外,該模型還能將企業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的大信息資源在工業(yè)云上共享,將大數(shù)據(jù)資源在工業(yè)云上保存，并借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)使工業(yè)企業(yè)突破壁壘,從而實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化和信息化的深度融合。通過設(shè)計(jì)基于工業(yè)云上的制造業(yè)管理與信息化體系,通過科學(xué)指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)調(diào)度和制造設(shè)備的優(yōu)化管理、故障診斷和安全運(yùn)營,能夠促進(jìn)工業(yè)企業(yè)智慧生產(chǎn),從而改變中國傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展模式,實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營中的智慧決策[3]。

2 工業(yè)云技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 工業(yè)界現(xiàn)狀

企業(yè)資源計(jì)劃、客戶關(guān)系管理(CRM)、產(chǎn)品生命周期管理(PLM)等產(chǎn)品和廠商相對成熟，并主要用于企業(yè)的經(jīng)營管理中。而伴隨云計(jì)算技術(shù)的興起和蓬勃發(fā)展，上述企業(yè)經(jīng)營管理軟件廠商都在不斷提出自己的基于云的企業(yè)管理產(chǎn)品和方案[4]。

就目前國內(nèi)外工業(yè)云的建立與使用情況來說,國內(nèi)外工業(yè)云的應(yīng)用范疇主要局限在CAD，CAE等應(yīng)用的SaaS業(yè)務(wù),而且目前的工業(yè)云大多是由政府主導(dǎo)或牽頭組織，部分企業(yè)意識(shí)不夠，缺乏原生動(dòng)力，因此能夠真正服務(wù)工業(yè)企業(yè)的內(nèi)容和產(chǎn)品并不多。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷深化和云計(jì)算資源虛擬化技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，在工業(yè)自動(dòng)化程度較高的領(lǐng)域中，我國自主設(shè)計(jì)和開發(fā)的工業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺(tái)開始逐漸出現(xiàn)并落地，如三一重工的控制中心(ECC)客戶服務(wù)平臺(tái)、徐工與阿里攜手搭建的“徐工工業(yè)云”、華為物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)等。

2.2 學(xué)術(shù)界現(xiàn)狀

由于目前工業(yè)公司信息化體系,大多是根據(jù)典型的三級(jí)架構(gòu)：公司管理人員(ERP)、制造實(shí)施層(MES)、流程控制層(PCS)構(gòu)建的,所以目前很多企業(yè)研發(fā)工作的主要目標(biāo)就是把層級(jí)劃分的功能和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到工業(yè)云上,從而促進(jìn)公司的IT體系向扁平化方向發(fā)展。

在企業(yè)管理層方面。云制造業(yè)務(wù)重點(diǎn)在企業(yè)生產(chǎn)軟資源、生產(chǎn)能力與計(jì)算資源的層面上進(jìn)行管理,缺少企業(yè)面向生產(chǎn)流程的云端化監(jiān)測和管理,以及企業(yè)設(shè)備資源的網(wǎng)絡(luò)化整合運(yùn)營、生產(chǎn)安全監(jiān)控以及企業(yè)制造流程優(yōu)化管理和決策云業(yè)務(wù),也因此抑制了云制造模式的高速發(fā)展。

在產(chǎn)品執(zhí)行層方面。產(chǎn)品的復(fù)雜度和差異化,使得目前制造執(zhí)行系統(tǒng)很難建立完全統(tǒng)一的方案和平臺(tái),而更多的是對具體實(shí)際生產(chǎn)流程和某一產(chǎn)業(yè)問題的解決方案[5]。

在過程控制層方面。相對于傳統(tǒng)制造執(zhí)行系統(tǒng)的復(fù)雜,對于工業(yè)生產(chǎn)流程的質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)也是目前使用云計(jì)算技術(shù)較多的應(yīng)用領(lǐng)域。因此各類基于云計(jì)算技術(shù)的能耗、質(zhì)量、物料、工業(yè)生產(chǎn)流程等的監(jiān)測系統(tǒng)也云涌現(xiàn)出了很多[6]。但目前，這類監(jiān)測系統(tǒng)僅是利用工業(yè)云技術(shù)完成了底層數(shù)據(jù)的采集、報(bào)表等統(tǒng)計(jì)工作，并沒有揭示生產(chǎn)數(shù)據(jù)背后的信息，并未對決策者決斷提供更有效的數(shù)據(jù)支撐。

2.3 工業(yè)云關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀

工業(yè)云的應(yīng)用雖然取得了巨大的成效，但是隨著應(yīng)用的深入，一些關(guān)鍵技術(shù)亟需被攻克，如虛擬化技術(shù)、可靠性技術(shù)、實(shí)時(shí)性技術(shù)、安全技術(shù)和人機(jī)交互技術(shù)[7]。

虛擬化技術(shù)是工業(yè)生產(chǎn)云計(jì)算技術(shù)中不可或缺的核心基礎(chǔ)科技，由于工業(yè)生產(chǎn)云網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)要求對工業(yè)生產(chǎn)中的各種軟硬件資料實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)化和服務(wù)化管理工作,以達(dá)到信息共享和資源有效使用[8]。因此工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)的安全性需求相當(dāng)高,不過目前有關(guān)工業(yè)生產(chǎn)云的安全性研究成果還很少。工業(yè)生產(chǎn)的底層系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性要求較高,而這也是造成了工業(yè)生產(chǎn)云技術(shù)在這一方面使用得較少的客觀因素。工業(yè)生產(chǎn)安全管理信息技術(shù)主要涉及云生產(chǎn)終端的嵌入式系統(tǒng)可信硬件技術(shù)、云生產(chǎn)終端用戶可信連接與開發(fā)技術(shù)、云生產(chǎn)可信網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、云生產(chǎn)環(huán)境中的多層信息安全分離工藝技術(shù)等。

3 工業(yè)云信息安全技術(shù)展望

結(jié)合工業(yè)場景中各數(shù)據(jù)和對象的全生命周期，統(tǒng)一系統(tǒng)、設(shè)備、人員的數(shù)據(jù)采集、處理和存儲(chǔ)，借助工業(yè)云平臺(tái)強(qiáng)大的計(jì)算效能，探尋數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，融合模型分析、算法預(yù)測，提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高企業(yè)的效益。伴隨著對工業(yè)云依賴程度的提高，需要采取更高效的防止措施來保障工業(yè)云運(yùn)行安全。針對工業(yè)云網(wǎng)絡(luò)信息安全的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)出了如下三點(diǎn)發(fā)展方向：

1) 縱深防護(hù)。縱深防御是經(jīng)典的安全防護(hù)系統(tǒng)，在新一代信息技術(shù)結(jié)構(gòu)變化下的必然途徑。原來的可信界限已日漸縮小，而進(jìn)攻平面也在擴(kuò)大,過去的單層防線已無法維持，而縱深防護(hù)系統(tǒng)可大幅提升對信息安全的保護(hù)能力。當(dāng)各個(gè)安全環(huán)節(jié)協(xié)同作戰(zhàn)、優(yōu)勢互補(bǔ)或不足,將會(huì)產(chǎn)生良好的防護(hù)效應(yīng)。

2) 軟件定義。按照軟件定義安全性的設(shè)計(jì)原則，使用者的自由意志最關(guān)鍵，而傳統(tǒng)安全設(shè)備廠商則根據(jù)所約定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了細(xì)分，并提供相應(yīng)的安全設(shè)備，而使用者之間透過API層的交互，深度融合了這種傳統(tǒng)安全設(shè)備構(gòu)成一種有機(jī)的整體，從而提高了整機(jī)穩(wěn)定性。

3) 安全性設(shè)施虛擬。安全性設(shè)施虛擬化是安全性硬件設(shè)計(jì)的軟化亦，使用不同的虛擬化技術(shù),使用云平臺(tái)上標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)算單元?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)安全性設(shè)施。安全設(shè)備虛擬化帶來的優(yōu)勢是降低了生產(chǎn)成本、同時(shí)增加了靈活程度，甚至增加了并發(fā)性能。

4 結(jié)束語

不論是德國制造業(yè)4.0、美國制造業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或者《中國制造2025》,其主要特點(diǎn)都是高度智慧與交互，其宗旨都在于借助充分利用的信息通訊技術(shù)把產(chǎn)業(yè)、設(shè)備、信息資源與人有機(jī)融合到一起，從而促進(jìn)中國制造業(yè)向定制化、智能化和制造業(yè)服務(wù)化的方向轉(zhuǎn)變。工業(yè)云的發(fā)展思路將與制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向相符，即通過整合公司所需的網(wǎng)絡(luò)資源，向高集成性業(yè)務(wù)發(fā)展，通過提升公司業(yè)務(wù)等級(jí)、可靠性和安全性，以適應(yīng)公司未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的各種服務(wù)，以支持公司核心業(yè)務(wù)發(fā)展，尤其是工業(yè)4.0所需要的智能應(yīng)用。