李 君 ，邱君降，竇克勤

（國家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心，北京 100040）

0 引言

當前，全球制造業(yè)正從數(shù)字化階段向網(wǎng)絡(luò)化階段加速邁進，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺成為全球制造業(yè)競爭的新焦點。發(fā)達國家行業(yè)龍頭企業(yè)均將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為戰(zhàn)略布局的重要方向，并逐步構(gòu)建自主掌控的平臺布局能力，如提供資產(chǎn)性能優(yōu)化服務(wù)的通用電氣-Predix、基于云開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的西門子-MindSphere等標桿性平臺。我國制造業(yè)龍頭企業(yè)、ICT領(lǐng)先企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)主導(dǎo)企業(yè)基于各自優(yōu)勢，紛紛加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺布局，如樹根互聯(lián)-根云、海爾-COSMOPlat、航天云網(wǎng)-INDICS、阿里云-ET工業(yè)大腦、華為-OceanConnect IoT、東方國信-BIOP、和利時-HiaCloud等?？傮w來看，我國具備加快建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎(chǔ)和優(yōu)勢，但在技術(shù)突破、平臺應(yīng)用水平、行業(yè)覆蓋范圍以及生態(tài)構(gòu)建等方面仍需縮短與國際先進平臺之間的差距。

圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的參考架構(gòu)、功能和價值，學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的學者紛紛展開研究，形成了一系列研究成果。如美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）提出了包括邊緣層、平臺層、企業(yè)層的平臺系統(tǒng)架構(gòu)，并提出平臺在位置感知、通信范式、計算分配、通用資源管理等方面的功能要求[1]；Jasmin Guth等人聚焦物聯(lián)網(wǎng)平臺，構(gòu)建包括傳感器和執(zhí)行器、工業(yè)設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、物聯(lián)網(wǎng)集成中間件及應(yīng)用等通用架構(gòu)[2]；國家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心對20余家國內(nèi)外主流工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺進行對比分析，闡述平臺作用機理和發(fā)展路徑，并提出我國發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的對策建議[3-5]；我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系架構(gòu)，論述了平臺在推動企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、催生新型產(chǎn)業(yè)體系等方面的作用[6]；王喜文通過解析通用電氣Predix平臺和西門子MindSphere平臺的核心功能和運營定位，提出了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的“協(xié)聯(lián)網(wǎng)”的制造網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想[7]；李廣乾認為，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是一種新興制造業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，較傳統(tǒng)制造業(yè)相比，呈現(xiàn)出具有統(tǒng)一標準、改變分工格局、打造平臺化生態(tài)等重要特點[8]；王峰從服務(wù)對象、主攻方向等視角出發(fā)，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺劃分為資產(chǎn)優(yōu)化平臺、資源配置平臺、通用使能平臺等三種類型，并分別論述了各類平臺對實體經(jīng)濟的應(yīng)用價值[9]。

圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基本框架

總體看來，已有研究大多是在分析國內(nèi)外典型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎(chǔ)上，討論平臺架構(gòu)、功能和應(yīng)用價值，但平臺架構(gòu)及核心功能尚未形成統(tǒng)一認知，且在建設(shè)運營參與主體、開放價值生態(tài)等方面存在一定局限性。針對這一問題，本文提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺參考架構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上提出平臺應(yīng)具備的核心功能及其在企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、社會資源配置、工業(yè)知識創(chuàng)新等方面的應(yīng)用價值。

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的參考架構(gòu)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是面向制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求的開放式、專業(yè)化服務(wù)平臺，以工業(yè)思維和能力與IT思維和能力的集成、融合、創(chuàng)新為基礎(chǔ)，實現(xiàn)工業(yè)全要素泛在連接、彈性供給、高效配置，是加速制造業(yè)創(chuàng)新體系和發(fā)展模式轉(zhuǎn)變的重要引擎。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基本框架由基礎(chǔ)設(shè)施層（IaaS）、平臺層（PaaS）、應(yīng)用層（SaaS）三大層級構(gòu)成，如圖1、圖2所示。

1.1 基礎(chǔ)設(shè)施層（IaaS）

基礎(chǔ)設(shè)施層（IaaS）是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的運行基礎(chǔ)，由IT基礎(chǔ)設(shè)施提供商為平臺建設(shè)與運營提供虛擬化的計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源，為平臺層（PaaS）、應(yīng)用層（SaaS）的功能運行、能力構(gòu)建及服務(wù)供給提供高性能的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等云基礎(chǔ)設(shè)施。

圖2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)及其創(chuàng)新生態(tài)

1.2 平臺層（PaaS）

平臺層（PaaS）是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心，由平臺建設(shè)運營主體、各類微服務(wù)組件提供商、邊緣解決方案提供商等共同建設(shè)，提供應(yīng)用全生命周期服務(wù)環(huán)境與工具、微服務(wù)發(fā)布及調(diào)用環(huán)境與工具、工業(yè)微服務(wù)庫、IT微服務(wù)庫、工業(yè)大數(shù)據(jù)管理、開放資源接入與管理等功能，依托組件化的微服務(wù)、強大的大數(shù)據(jù)處理能力、高效的資源接入與管理、開放的開發(fā)環(huán)境工具，向下接入海量社會開放資源，向上支撐工業(yè)APP的開發(fā)部署與運行優(yōu)化，發(fā)揮著類似于“操作系統(tǒng)”的重要作用。

1.3 應(yīng)用層（SaaS）

應(yīng)用層（SaaS）是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的關(guān)鍵，通過激發(fā)全社會力量，依托各類開發(fā)者基于平臺提供的環(huán)境工具、資源與能力，圍繞特定應(yīng)用場景形成一系列工業(yè)APP，類型可包括品生命周期管理/經(jīng)營管控/產(chǎn)業(yè)鏈運營等各類典型場景的通用APP、行業(yè)級APP、企業(yè)級定制APP等，通過實現(xiàn)業(yè)務(wù)模型、技術(shù)、數(shù)據(jù)、資源等軟件化、模塊化、平臺化、通用化，加速工業(yè)知識復(fù)用和創(chuàng)新。各類工業(yè)APP的大規(guī)模應(yīng)用將有效促進社會資源的優(yōu)化配置，加快構(gòu)建基于平臺的開放創(chuàng)新生態(tài)。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心功能

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)具備分布式IT資源調(diào)度與管理，工業(yè)資源泛在連接與優(yōu)化配置，工業(yè)大數(shù)據(jù)管理與挖掘，微服務(wù)供給、管理與迭代優(yōu)化，覆蓋工業(yè)APP全生命周期的環(huán)境與工具服務(wù)，以及良性循環(huán)創(chuàng)新生態(tài)構(gòu)建等六個方面的核心功能。具體說明如下。

2.1 分布式IT資源調(diào)度與管理

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)建立IT軟硬件的異構(gòu)資源池并提供高效的資源調(diào)度與管理服務(wù)，通過實現(xiàn)IT能力平臺化，大幅降低企業(yè)信息化建設(shè)成本，加速企業(yè)數(shù)字化進程，推動核心業(yè)務(wù)向云端遷移，為運營技術(shù)（Operational Technology，縮寫為OT）和IT的融合和創(chuàng)新應(yīng)用提供基礎(chǔ)支撐。一是應(yīng)通過購買、租用、共建共享等方式，建設(shè)分布式云基礎(chǔ)設(shè)施（IaaS），通過虛擬化實現(xiàn)計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等IT資源的池化、統(tǒng)一管理。二是應(yīng)提供IT基礎(chǔ)資源調(diào)度與管理服務(wù)，實現(xiàn)對云基礎(chǔ)設(shè)施的動態(tài)均衡調(diào)度，并按用戶實際需求提供彈性擴容、多租戶資源隔離與按需計費等服務(wù)。

2.2 工業(yè)資源泛在連接與優(yōu)化配置

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)全面推動“人機物法環(huán)”等工業(yè)資源的數(shù)據(jù)化、模型化，通過制造能力的平臺化支撐全社會制造資源的動態(tài)配置。一是應(yīng)通過在邊緣側(cè)部署邊緣處理解決方案，接入并廣泛匯聚異布的專業(yè)技術(shù)人員技能、設(shè)備設(shè)施、產(chǎn)品及原材料、工控系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)等各類工業(yè)資源。二是應(yīng)將物理世界的資源要素在信息空間進行全要素重建，形成工業(yè)資源的數(shù)字孿生。三是應(yīng)可將數(shù)據(jù)化、模型化的工業(yè)資源進行加工、組合、優(yōu)化，形成模塊化的制造能力，并通過對工業(yè)資源基礎(chǔ)管理、動態(tài)調(diào)度、優(yōu)化配置等服務(wù)，促進制造能力的在線交易、動態(tài)配置、共享利用。工業(yè)資源的連接與調(diào)用過程如圖3所示。

圖3 基于平臺的工業(yè)資源連接與優(yōu)化配置

2.3 工業(yè)大數(shù)據(jù)管理與挖掘

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)具備海量工業(yè)數(shù)據(jù)匯聚共享、價值挖掘能力，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動加速構(gòu)建工業(yè)知識體系。一是應(yīng)提供海量、多源、異構(gòu)工業(yè)大數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、清洗、分級存儲、分析挖掘、可視化處理等功能，支撐海量數(shù)據(jù)的匯聚利用和核心價值挖掘。二是應(yīng)通過人機智能融合支持各參與主體快速將工業(yè)與IT技術(shù)、知識、經(jīng)驗、方法快速封裝為微服務(wù)及微組件，并基于平臺進行發(fā)布、調(diào)用運行、持續(xù)優(yōu)化，實現(xiàn)各參與主體知識的復(fù)用、傳播、提升，形成基于數(shù)據(jù)驅(qū)動、持續(xù)迭代的工業(yè)知識體系?；诠I(yè)大數(shù)據(jù)管理構(gòu)建微服務(wù)及微組件的過程如圖4所示。

圖4 基于工業(yè)大數(shù)據(jù)管理的微服務(wù)及微組件構(gòu)建

2.4 微服務(wù)供給、管理與迭代優(yōu)化

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)提供微服務(wù)的供給、管理與迭代優(yōu)化功能，一是支持各類微服務(wù)組件提供商，圍繞“人機物法環(huán)”等方面，快速構(gòu)建人員技能、設(shè)備/產(chǎn)品、生產(chǎn)資源、標準業(yè)務(wù)、工業(yè)環(huán)境等一系列高度解耦、可復(fù)用的工業(yè)微服務(wù)及微組件，以及數(shù)據(jù)庫、通用算法、中間件等方面的IT微服務(wù)及微組件。二是應(yīng)支持平臺建設(shè)運營主體對各類微服務(wù)及微組件進行認證、注銷等基礎(chǔ)管理，并結(jié)合工業(yè)APP的運行需求實現(xiàn)微服務(wù)及微組件的快速發(fā)現(xiàn)、編排與調(diào)用。三是支持各類微服務(wù)組件提供商結(jié)合工業(yè)微服務(wù)及微組件、IT微服務(wù)及微組件的使用情況，對其進行持續(xù)迭代優(yōu)化?；谄脚_進行微服務(wù)發(fā)布與迭代優(yōu)化的過程如圖5所示。

圖5 基于平臺的微服務(wù)發(fā)布調(diào)用與迭代優(yōu)化

2.5 覆蓋工業(yè)APP全生命周期的環(huán)境與工具服務(wù)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)構(gòu)建開發(fā)者社區(qū)，匯聚工業(yè)、IT、通信等領(lǐng)域的各類開發(fā)者，并提供覆蓋工業(yè)APP全生命周期的環(huán)境與工具服務(wù)，支持各類工業(yè)APP的開發(fā)、測試驗證、部署與運行優(yōu)化，為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供可用好用的工業(yè)APP。具體而言，平臺一方面應(yīng)提供方便易用的工業(yè)APP開發(fā)、測試驗證、仿真、部署等應(yīng)用開發(fā)與部署環(huán)境與工具，充分賦能各類開發(fā)者，快速將其掌握的工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗、知識和最佳實踐進行模型化、軟件化和再封裝，形成一系列實用性強的工業(yè)APP。另一方面，應(yīng)提供工業(yè)APP運行與優(yōu)化環(huán)境與工具，實現(xiàn)工業(yè)APP的運行與調(diào)度，并結(jié)合應(yīng)用情況對工業(yè)APP進行迭代優(yōu)化。工業(yè)APP開發(fā)與運行優(yōu)化過程如圖6所示。

2.6 良性循環(huán)創(chuàng)新生態(tài)構(gòu)建

圖6 基于平臺的工業(yè)APP全生命周期管理

除了以上五項核心功能，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)具備創(chuàng)新生態(tài)構(gòu)建能力，通過優(yōu)勢互補、強強聯(lián)合、跨界合作，打通技術(shù)和專業(yè)壁壘，共享數(shù)據(jù)資源，形成新型制造業(yè)創(chuàng)新生態(tài)。具體而言，應(yīng)以平臺建設(shè)運營商為主導(dǎo)，通過建立一套實現(xiàn)資源共享、動態(tài)協(xié)作的價值分享機制，廣泛匯聚IT基礎(chǔ)設(shè)施提供商、微服務(wù)組件提供商、邊緣解決方案提供商、工業(yè)資源擁有方、數(shù)據(jù)資源擁有方、工業(yè)APP開發(fā)者、工業(yè)APP用戶等，形成需求與供給高效精準匹配、應(yīng)用與服務(wù)持續(xù)迭代、多方共生共贏的良性發(fā)展生態(tài)，如圖7所示。

圖7 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的創(chuàng)新生態(tài)

3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用價值

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在充分發(fā)揮其核心功能的基礎(chǔ)上，可為降低企業(yè)信息化成本、優(yōu)化全社會資源配置、加速工業(yè)知識創(chuàng)新等提供有利契機。

通過IT資源的池化管理與彈性分配，降低企業(yè)信息化成本。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺提供分布式IT資源及其調(diào)度管理服務(wù)，通過對IT資源進行池化管理，構(gòu)建靈活簡便的資源域，滿足對資源的分級分域調(diào)度，從而實現(xiàn)資源的集約化管理與使用，有效契合企業(yè)的信息化需求，極大降低其軟硬件投入成本及信息化進入門檻，推動企業(yè)信息化水平快速提升。

【】【】

通過制造能力的在線交易和按需匹配，優(yōu)化社會資源配置。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通過廣泛連接工業(yè)資源、構(gòu)建資源的數(shù)字孿生、形成模塊化的制造能力、促進制造能力的供需對接，帶來全社會資源的網(wǎng)絡(luò)化動態(tài)配置，引導(dǎo)企業(yè)、行業(yè)、區(qū)域間制造能力互補，形成制造能力社會化共享的良好格局。

通過模塊化的方法工具和開放的價值生態(tài)，加速工業(yè)知識創(chuàng)新。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通過創(chuàng)新商業(yè)模式賦能平臺各參與方，提升各類創(chuàng)新主體理解、掌握和運用各類工業(yè)知識的能力，大幅降低創(chuàng)新門檻和創(chuàng)新成本，讓海量用戶企業(yè)、開發(fā)者成為工業(yè)知識創(chuàng)造的主體，推動工業(yè)知識加速創(chuàng)新、快速迭代，并推動工業(yè)知識在實踐中的深度應(yīng)用。

4 結(jié)束語

我國擁有完備的工業(yè)體系、創(chuàng)新引領(lǐng)的互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)、龐大的專業(yè)人才隊伍、超大規(guī)模的應(yīng)用市場需求，具備加快建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎(chǔ)和優(yōu)勢。本文提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺參考架構(gòu)，明確平臺應(yīng)具備的核心功能及應(yīng)用價值，將為引導(dǎo)我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設(shè)與發(fā)展，促進工業(yè)經(jīng)濟向數(shù)據(jù)驅(qū)動型創(chuàng)新體系和發(fā)展模式轉(zhuǎn)變提供有益借鑒。

[1]Industrial internet consortium working committees. The industrial internet of things volume G1:reference architecture[DB/OL].http://www.iiconsortium.org/IIC_PUB_G1_V1.80_2017-01-31.pdf, 2017-01-31.

[2]Guth J,Breitenbücher U, Falkenthal M, et al. A detailed analysis of IoT platform architectures:concepts, similarities, and differences[M].Internet of everything.Springer,Singapore,2018:81-101.

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[5]國家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心. 以開放價值生態(tài)替代封閉技術(shù)生態(tài),實現(xiàn)換道超車—關(guān)于我國發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的若干建議[DB/OL]. http://www.sohu.com/a /204162909_286727.

[6]工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書（2017）[DB/OL]. http://www.aii-alliance.org/ index.php? m=content &c=index&a=show&catid=23&id=186, 2017-12-01.

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