工业互联网平台:新型制造系统的神经中枢

  当前,全球新一轮产业变革蓬勃兴起,制造业重新成为全球经济发展的焦点。发达国家纷纷采取重大举措,推动制造业转型升级。工业互联网作为新一代信息技术与工业系统全方位深度融合的产物,是制造业转型升级的加速器和助推器,对拉动实体经济具有重要作用。

  伴随着当前制造业变革与数字经济浪潮的交汇融合,云计算、物联网、大数据等信息技术与制造技术、工业知识的集成创新不断加剧,工业互联网平台应运而生。

  在制造企业转型中发挥核心支撑作用

  工业互联网平台作为工业互联网的三大要素之一,是新型制造系统的数字化神经中枢,是工业资源配置的核心,在制造企业转型中发挥着如下4方面的核心支撑作用。

  一是促进传统工业云平台的迭代升级,大幅提升工业知识生产、传播、利用效率,形成海量开放APP应用与工业用户之间相互促进、双向迭代的生态体系。二是扮演新工业体系的“操作系统”,发挥着类似于Windows、Android和iOS系统的重要作用,支撑构建基于软件定义的高度灵活与智能的工业体系。三是作为资源集聚共享的有效载体,推动资源、主体、知识集聚共享,形成社会化的协同生产方式和组织模式。四是打造制造企业竞争新优势的关键抓手,不断建立、巩固和强化工业智能化新优势。

  对于企业来说,工业互联网平台可以实现智能化生产管理,提高生产效率,降低运营成本,实现商业模式创新,以及跨企业、跨区域、跨行业的资源和能力聚集,打造更加高效的协同设计、制造和服务体系。

  工业互联网平台体系架构

  工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化、智能化需求,构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系,支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台,包括边缘、平台(工业PaaS)、应用三大核心层级。可以认为,工业互联网平台是工业云平台的延伸发展,其本质是在传统云平台的基础上叠加物联网、大数据、人工智能等新兴技术,构建更精准、实时、高效的数据采集体系,建设包括存储、集成、访问、分析、管理功能的使能平台,实现工业技术、经验、知识的模型化、软件化、复用化,以工业APP的形式为制造企业各类创新应用,最终形成资源富集、多方参与、合作共赢、协同演进的制造业生态。工业互联网平台的功能架构如图1所示。

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图1  工业互联网平台功能架构图

  其中,第一层是边缘,通过大范围、深层次的数据采集,以及异构数据的协议转换与边缘处理,构建工业互联网平台的数据基础;第二层是平台,基于通用PaaS叠加大数据处理、工业数据分析、工业微服务等创新功能,构建可扩展的开放式云操作系统;第三层是应用,形成满足不同行业、不同场景的工业SaaS和工业APP,形成工业互联网平台的最终价值。

  此外,工业互联网平台还包括IaaS基础设施,以及涵盖整个工业系统的安全管理体系,这些构成了工业互联网平台的基础支撑和重要保障。

  工业互联网平台技术标准

  工业互联网平台需要解决多类工业设备接入、多源工业数据集成、海量数据管理与处理、工业数据建模分析、工业应用创新与集成、工业知识积累迭代实现等一系列问题,涉及七大类关键技术,分别为数据集成和边缘处理技术、IaaS技术、平台使能技术、数据管理技术、应用开发和微服务技术、工业数据建模与分析技术和安全技术。

  在7类技术中,通用平台使能技术、工业数据建模与分析技术、数据集成与边缘处理技术、应用开发和微服务技术正快速发展。在平台层,PaaS技术、新型集成技术和容器技术正加速改变信息系统的构建和组织方式。在边缘层,边缘计算技术极大地拓展了平台收集和数据管理的范围和能力。在应用层,微服务等新型开发框架驱动工业软件开发方式不断变革,而工业机理与数据科学深度融合则正在引发工业应用的创新浪潮。

  标准是技术和产业发展的基础和先导,是当前抢占工业互联网制高点和话语权的重点争夺领域。德国、美国等发达国家纷纷在工业互联网领域布局标准。比如,在20世纪的近40年时间里,德国每年3.3%的GDP增长中,标准的贡献占到了0.9%,仅次于资本投入。

  为加快我国工业互联网发展,推进工业互联网产学研用协同发展,2016年2月1日,工业、信息通信业、互联网等领域的百余家单位共同发起成立工业互联网产业联盟,发布了多项研究成果,推动工业互联网产业应用实践取得实质性进展。

  2017年7月,中国通信标准化协会成立了工业互联网特设任务组,围绕核心标准、技术、平台加速开展工业互联网标准研制工作,开展了“工业互联网平台通用技术要求”“工业互联网平台应用接口要求”等行业标准制定,目前这些行业标准正在征求意见稿阶段。

  工业互联网平台应用

  2013年以来,工业互联网平台的理念和重要性逐渐被产业界所认识,全球各类产业主体积极布局,工业互联网平台已经进入全面爆发期。根据咨询机构IoT Analytics的统计,目前全球工业互联网平台数量超过150个。2017年以来平台发展步入快车道,仅我国就有数十个平台产品发布。

  支撑国家战略实施,企业积极布局工业互联网平台。如中国航天科工集团公司打造了我国首个国际工业互联网平台,以“云制造”为核心、以“互联网+智能制造”为主题、提供全方位综合型生产性服务的国际工业互联网平台,致力于形成“资源共享、能力协同、互利共赢”的国际工业云端生态。

  部分企业采用PaaS、微服务等新型架构搭建平台,为应用开发提供更好的能力支持,在提供自身平台服务的同时,着力打造繁荣的第三方应用创新生态。如GE基于开源PaaS架构Cloud Foundry构建Predix平台,并通过集成微服务架构等方式为应用开发者提供丰富支持,实现智能应用的快速构建、测试和部署。

  部分消费品生产企业基于个性化定制生产模式构建工业互联网平台,实现用户需求、设计资源与生产能力的全面打通。例如,海尔建设的COSMOPlat平台,将顾客需求、产品订单、合作生产、原料供应、产品设计、生产组装和智能分析等环节互联起来并进行实时通信和分析,以满足规模化定制需求。

  部分企业凭借运营及数据服务能力,通过强化工业连接及工业分析构建平台。例如,IBM Bluemix平台与博世合作,在平台部署博世物联网套件服务,进而帮助IBM提升底层设备物联及数据采集能力,并基于数据实现高级设备管理服务和云计算软件更新。

  安全是工业互联网的保障

  在工业互联网三大体系中,网络是基础,平台是核心,安全是保障。安全是工业互联网发展的前提和保障,只有构建覆盖工业互联网各防护对象、全产业链的安全体系,完善满足工业需求的安全技术能力和相应管理机制,才能有效识别和抵御安全威胁,化解安全风险,进而确保工业互联网健康有序发展。

  为工业互联网相关企业应对日益增长的安全威胁、部署安全防护措施提供指导,提升工业互联网企业整体安全防护能力。在工信部网安局指导下,中国互联网产业联盟研究提出了工业互联网安全框架(如图2所示)。

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图2  工业互联网安全框架

  工业互联网安全框架从防护对象、防护措施及防护管理3个视角构建。针对不同的防护对象部署相应的安全防护措施,根据实时监测结果发现网络中存在或即将发生的安全问题并及时做出响应。同时加强防护管理,明确基于安全目标持续改进的管理方针,保障工业互联网的持续安全。工业互联网安全框架的3个防护视角相辅相成、互为补充,形成一个完整、动态、持续的防护体系。

  发展建议

  当前,全球领先企业工业互联网平台正处于规划扩张的关键期,基于工业互联网平台的制造业生态是当前科技竞争高地,我们要抓住当前的发展机遇,推动我国工业互联网平台产业进步、应用繁荣。对此,笔者有如下建议。

  一是加强顶层设计,培育一批跨行业、跨领域的综合性平台。开展相关技术验证与测试评估,组织实施工业企业上云和工业企业APP培育工程,打造新型工业体系,加快形成培育经济增长新动能。

  二是加强平台建设,提升平台服务功能。组织开发者社区、企业、研究机构、高等院校等联合开展技术研究,将大数据、云计算、人工智能、机器学习等技术融入平台建设中,提升平台服务企业和行业的能力,切实满足工业转型升级需求。

  三是研究制定工业互联网平台标准体系,促进平台互联互通。制定工业数据交换、分析、管理开发工具API、微服务API等数据、接口和互联互通等重点领域标准,支撑不同类型、不同领域平台的互联互通和共享合作。

  四是提升安全防护水平,保障平台稳定可靠运行。加快推进数据加密、访问控制、漏洞监测等关键技术研发与应用,增强平台对非法入侵的甄别和抵抗能力。综合利用数据备份与恢复、冗余设计、容错设计等方法提升平台运行鲁棒性,加强性能监测与故障监测,及时发现和排除故障,确保平台整体稳定性。

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本文由来源 中国通信标准化协会,由 iotcn 整理编辑!

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