沈國(guó)華 胡敏銳 王源濤

摘要：傳統(tǒng)的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）軟件在進(jìn)行產(chǎn)品生命周期管理時(shí)存在許多局限性（例如互操作性、時(shí)效性）。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)具有良好的開放性，可以方便不同用戶訪問(wèn)產(chǎn)品生命周期的各階段〔生命起點(diǎn)（BOL），生命中期（MOL）和生命結(jié)束階段（EOL）〕，管理和控制與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，有助于解決產(chǎn)品生命周期管理中的諸多問(wèn)題。本文針對(duì)目前制造業(yè)產(chǎn)品生命周期管理中存在的問(wèn)題，調(diào)研了市場(chǎng)上主流的五款工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，提出了基于產(chǎn)品生命周期管理的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開放性框架，并以此對(duì)比了五種主流工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的特性，為自主開發(fā)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供了理論依據(jù)和為制造型企業(yè)選擇適合的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供了建議。

關(guān)鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；平臺(tái)化；產(chǎn)品生命周期管理；開放性

1 前言

產(chǎn)品生命周期管理（PLM）可以定義為一種應(yīng)用于企業(yè)內(nèi)部，以及在產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域具有協(xié)作關(guān)系的企業(yè)之間的，支持產(chǎn)品全生命周期的信息創(chuàng)建、管理、分發(fā)和應(yīng)用的一系列應(yīng)用解決方案，它能夠集成與產(chǎn)品相關(guān)的人力資源、流程、應(yīng)用系統(tǒng)和信息。PLM專注于數(shù)據(jù)（Data），信息（Information）和知識(shí)（Knowledge）以及如何正確使用它們服務(wù)于公司的業(yè)務(wù)和產(chǎn)品開發(fā)，并為客戶創(chuàng)造價(jià)值。對(duì)于制造業(yè)而言，數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)（簡(jiǎn)稱D-I-K）的內(nèi)容主要集中在機(jī)器設(shè)備上。首先，通過(guò)機(jī)器生成與過(guò)程和操作相關(guān)的數(shù)據(jù)（Data）；其次，使用數(shù)據(jù)分析平臺(tái)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有用的信息（Information）；最后工作人員將此信息轉(zhuǎn)化為可操作的知識(shí)（Knowledge）。然而，在產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段，不同的工作人員掌握的D-I-K不同，且彼此理解也有可能不同，導(dǎo)致協(xié)作困難，難以進(jìn)行產(chǎn)品生命周期的管理。

與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種技術(shù)和方法，例如傳感器、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)，可以為產(chǎn)品生命周期管理提供重要且新穎的解決方案。例如提供對(duì)許多與PLM相關(guān)的工作人員的實(shí)時(shí)訪問(wèn)和反饋。很顯然，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將超越傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化的功能，將降低制造業(yè)價(jià)值鏈中各階段的交易成本，提高制造業(yè)的運(yùn)營(yíng)效率。由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念和技術(shù)最近才逐步被完善，針對(duì)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的PLM解決方案的研究較少，主要集中于各種類型的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在加強(qiáng)與產(chǎn)品生命周期及其產(chǎn)品生命周期各階段的相關(guān)D-I-K管理中的應(yīng)用。因此，本文主要解決以下兩個(gè)問(wèn)題：（1）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的開放性PLM中D-I-K管理中作用是什么？如何基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)構(gòu)建開放性的不同維度的PLM；（2）如何根據(jù)自身企業(yè)的狀況選擇和設(shè)計(jì)不同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

為了解決上述問(wèn)題，本文選擇市場(chǎng)上主流的五款工業(yè)互聯(lián)平臺(tái)，分析其開放性在產(chǎn)品生命周期中的作用，以解決PLM環(huán)境中的D-I-K管理中的各種問(wèn)題，為自主開發(fā)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和制造型企業(yè)選擇工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供了理論依據(jù)。

2 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的制造業(yè)產(chǎn)品生命

2.1周期管理模型構(gòu)建

本文的目的是確定基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的開放性如何解決制造業(yè)產(chǎn)品生命周期（PLM）中D-I-K的關(guān)鍵問(wèn)題。為此，我們收集了市場(chǎng)上主流的五款工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)（GE Predix，Microsoft Azure，PTC Thing Worx，Cyber Ville以及Kaa IoT平臺(tái)）的數(shù)據(jù)，以了解這些平臺(tái)如何在產(chǎn)品生命周期內(nèi)以及生命周期各階段之間解決D-I-K的關(guān)鍵問(wèn)題，并建立相關(guān)的理論框架，提供了制造業(yè)產(chǎn)品生命周期設(shè)計(jì)中工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的選擇標(biāo)準(zhǔn)。為了研究上述內(nèi)容，本文提出了一種理論框架，用以描述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的開放性及產(chǎn)品生命周期的不同維度和子維度，如圖1所示。

由圖1可以看出，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的不同參與者根據(jù)自身定位（終端用戶、供應(yīng)方、平臺(tái)開發(fā)方）進(jìn)行平臺(tái)選擇，在用戶數(shù)量選擇方面，隨著自身定位（從終端用戶、供應(yīng)方，到平臺(tái)開發(fā)方），可選擇逐漸下降，而與其對(duì)應(yīng)的平臺(tái)開放性逐步提高，平臺(tái)開發(fā)方中共享模型的開放性是最高的。在PLM環(huán)境中，不同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開放性，在生命周期階段的D-I-K管理中具有不同的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于終端用戶，開放性集中表現(xiàn)在：（1）信息訪問(wèn)。涉及對(duì)鏈接到平臺(tái)或使用其功能的接口信息的訪問(wèn)。（2）訪問(wèn)成本。涉及與許可或?qū)＠M(fèi)用相關(guān)的訪問(wèn)成本。（3）平臺(tái)規(guī)則管理和控制。

對(duì)于供應(yīng)方，子維度側(cè)重于：（1）核心開發(fā)人員。在平臺(tái)公司工作的應(yīng)用程序開發(fā)人員相關(guān)開發(fā)應(yīng)用程序的開放性。（2）二次開發(fā)人員。第三方開發(fā)人員在平臺(tái)上開發(fā)應(yīng)用程序。（3）數(shù)據(jù)聚合人員。收集不同的基于交互的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)售給可以將其定位到終端用戶的平臺(tái)。

平臺(tái)提供商的開放性采用四個(gè)模型作為子維度，并按照開放性由高到低分別為：（1）專有模型。由一家公司開發(fā)并進(jìn)行經(jīng)銷，完全控制開放性。（2）許可模式。由單個(gè)公司開發(fā)平臺(tái)，然后許可給多個(gè)經(jīng)銷商進(jìn)行經(jīng)銷和實(shí)施。（3）合約模式。由多個(gè)公司合作開發(fā)平臺(tái)，轉(zhuǎn)由一家進(jìn)行經(jīng)銷和實(shí)施。（4）共享模型。這是目前開放性最高的模型，由多個(gè)公司合作開發(fā)平臺(tái)技術(shù)，然后彼此間相互競(jìng)爭(zhēng)，為最終用戶提供差異化但互相兼容的版本。

3 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開放性理論框架模型的典型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)分析

本節(jié)將根據(jù)上節(jié)提出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開放性理論框架，對(duì)市場(chǎng)上主流的五款工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行分析。

3.1 從PLM角度分析工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

表1展示了五個(gè)目前市場(chǎng)上的主流工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的詳細(xì)分析，不同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)具有不同的開放程度。Cyber Ville從產(chǎn)品生命周期的D-I-K管理角度來(lái)看是完全開放的，它遵循互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開源標(biāo)準(zhǔn)。互操作性是所有工業(yè)軟件解決方案（例如PLM，PDM，CRM，ERP）重點(diǎn)關(guān)注的性能之一，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中通過(guò)使用插件或微服務(wù)等技術(shù)來(lái)解決。為了創(chuàng)造數(shù)據(jù)和信息的價(jià)值，實(shí)時(shí)獲取這些數(shù)據(jù)和信息并實(shí)時(shí)提供基于這些數(shù)據(jù)的分析非常重要。作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的GE Predix和Microsoft Azure已將大數(shù)據(jù)技術(shù)整合到平臺(tái)架構(gòu)中，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和高級(jí)數(shù)據(jù)分析。對(duì)比傳統(tǒng)行業(yè)軟件解決方案PTC Thing Worx等平臺(tái)，Cyber Ville和GE Predix提供按需定制解決方案或“應(yīng)用程序”，最終使市場(chǎng)提供各種專用解決方案。這些專用解決方案或“應(yīng)用程序”為平臺(tái)的終端用戶創(chuàng)造了D-I-K的價(jià)值，最終形成“網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)”使該平臺(tái)更易得到市場(chǎng)認(rèn)可和普及。

3.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的開放性分析

表1表明，Kaa IoT平臺(tái)，終端用戶可以完全訪問(wèn)信息（使用所有開放標(biāo)準(zhǔn)），而GE Predix只允許終端用戶訪問(wèn)用戶數(shù)據(jù)，不是平臺(tái)實(shí)例的源代碼由最終用戶實(shí)施。在獲取信息成本方面，Kaa IoT平臺(tái)是完全免費(fèi)的，因?yàn)镵aa IoT平臺(tái)的大量開發(fā)業(yè)務(wù)都是由開源社區(qū)提供的。但是Microsoft Azure、PTC Thing Worx和Cyber Ville等平臺(tái)對(duì)終端用戶收取費(fèi)用。即使收費(fèi)，GE Predix也允許有限的終端用戶訪問(wèn)信息。表2中提到的所有平臺(tái)都啟用了D-I-K管理，但其開放性差異較大。例如，從軟件供應(yīng)方來(lái)看，PTC Thing Worx和Microsoft Azure沒(méi)有核心開發(fā)人員，因?yàn)樗麄兊暮诵臉I(yè)務(wù)是由第三方開發(fā)人員提供的。Kaa IoT平臺(tái)和Cyber Ville的核心開發(fā)人員主要開發(fā)平臺(tái)的核心功能，并且沒(méi)有對(duì)客戶數(shù)據(jù)和信息的端到端訪問(wèn)。對(duì)于GE Predix，核心開發(fā)人員是主要的開發(fā)人員，因此他們可以訪問(wèn)大量客戶數(shù)據(jù)和信息，以便提供量身定制的解決方案。并非所有平臺(tái)都允許數(shù)據(jù)聚合人員訪問(wèn)數(shù)據(jù)，以便合并來(lái)自不同企業(yè)的類似數(shù)據(jù)，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這從另一方面也反映了制造業(yè)數(shù)據(jù)信息的高安全性和封閉性。不同的平臺(tái)開發(fā)商采用不同的開發(fā)模式。Cyber Ville和GE Predix采用專有模式，PTC Thing Worx和Microsoft Azure采用許可模式，Kaa IoT平臺(tái)遵循合約模式，目前還沒(méi)有主流的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)采用絕對(duì)開放的共享模式，其主要是為了制造業(yè)信息的安全。

4 結(jié)果與討論

本文的目的是分析和理解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在與D-I-K相關(guān)的產(chǎn)品生命周期管理中的作用，并為自主開發(fā)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和制造型企業(yè)選擇和評(píng)估工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供了理論依據(jù)。

從本文的敘述中發(fā)現(xiàn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)和平臺(tái)可以用于解決PLM各階段的D-I-K管理問(wèn)題。不同的平臺(tái)采用不同的方式來(lái)解決PLM中D-I-K管理的問(wèn)題。例如，Cyber Ville是采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)和信息的3D可視化管理方式；PTC Thing Worx采用平臺(tái)移動(dòng)應(yīng)用程序，使工作人員能夠利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息。更具體地說(shuō)，不同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)以其特有的開放性優(yōu)勢(shì)以結(jié)構(gòu)化的方式應(yīng)對(duì)制造業(yè)產(chǎn)品周期中的問(wèn)題，因此本文構(gòu)建了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開放性和產(chǎn)品生命周期之間的基本框架。

5 產(chǎn)品開發(fā)的意義與企業(yè)選擇工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建議

第一，許多工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)旨在支持互操作性和與外部軟件和硬件的連接，因此可以相對(duì)容易地促進(jìn)合作伙伴和客戶之間的信息交換，以及促進(jìn)和加速工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施。

第二，由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)處理數(shù)據(jù)和信息的能力存在明顯差異和不同側(cè)重點(diǎn)，因此企業(yè)選擇工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)時(shí)可以參考本文中提出的框架對(duì)總體效益和風(fēng)險(xiǎn)（短期和長(zhǎng)期）進(jìn)行評(píng)估。

第三，如果公司認(rèn)為產(chǎn)品生命周期對(duì)其業(yè)務(wù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益影響很大，可以依據(jù)本研究提出的框架考慮各種平臺(tái)的能力，以便更長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)管理數(shù)據(jù)以及解決其他PLM存在的問(wèn)題，例如，將MOL和EOL等不同生命周期階段連接到BOL的能力。

第四，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的開放性的整體影響應(yīng)在與平臺(tái)相關(guān)的決策中加以考慮。在選擇平臺(tái)時(shí)，公司應(yīng)該至少考慮：信息訪問(wèn)、訪問(wèn)成本和對(duì)二次開發(fā)人員的開放性。

第五，盡管開放性可以帶來(lái)巨大的好處，但開放性并不是免費(fèi)的，企業(yè)尤其是中小型企業(yè)在選擇工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)時(shí)不能只看短期的利益性，還要考慮是否能夠應(yīng)對(duì)潛在的與開放性相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)和問(wèn)題，如質(zhì)量控制、平臺(tái)管理或潛在的信息安全問(wèn)題。平臺(tái)的成本及其各種開放方式，尤其是長(zhǎng)期開放性，往往比它們提供的短期效益更難估計(jì)。如涉及國(guó)防安全的重點(diǎn)企業(yè)，選擇開放性高的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可能會(huì)帶了巨大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

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