常亞洲， 邊 愷， 潘海濤， 李玄浩， 伊瑞涯， 孫戰(zhàn)勝， 趙洪滿

（1. 中國一拖集團有限公司，河南 洛陽 471033； 2. 中機建工有限公司，北京 100083）

0 引言

隨著云計算、大數據、物聯(lián)網、移動互聯(lián)網等新一代信息技術與各行業(yè)的深度融合，帶來制造模式、服務模式、生產方式、產業(yè)形態(tài)和產業(yè)分工格局不斷變革，全球創(chuàng)新體系也隨之轉變，創(chuàng)新載體從單個企業(yè)向跨領域多主體協(xié)同創(chuàng)新網絡轉變，創(chuàng)新流程從線性鏈式向協(xié)同并行轉變，創(chuàng)新模式由單一技術創(chuàng)新向技術創(chuàng)新與商業(yè)模式創(chuàng)新相結合轉變[1]。而具有跨界、融合、協(xié)同特征的新型創(chuàng)新載體?工業(yè)互聯(lián)網平臺創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)正在形成。農業(yè)裝備工業(yè)互聯(lián)網平臺，是基于農機全產業(yè)鏈傳感矩陣的人工智能大數據決策體系，圍繞智能農業(yè)機械全生命周期管理相關需求開發(fā)，通過物聯(lián)網平臺、大數據技術、智能制造技術、共享經濟與農業(yè)裝備相結合，研發(fā)智能數據采集系統(tǒng)和智能感知系統(tǒng)，通過各類傳感器、探測器、北斗終端等實現農機、農業(yè)數據的對接，為農業(yè)全產業(yè)鏈提供大數據支撐。平臺圍繞智能農業(yè)機械完成基礎系統(tǒng)搭建，農機電控信號和總線信號收集、傳輸、存儲、展示，以及基本的作業(yè)統(tǒng)計、報表分析等，將內外平臺對接，實現物聯(lián)網平臺與各系統(tǒng)對接，將產品外部數據與企業(yè)的業(yè)務系統(tǒng)打通，使產品數據直接服務于研發(fā)、生產、供應鏈、市場營銷等環(huán)節(jié)，整合需求與服務，推動商業(yè)模式變革。

1 必要性

1.1 新技術發(fā)展演進結果

工業(yè)互聯(lián)網（Industry Internet）的概念最早由GE于2012 年提出。隨后，GE 聯(lián)合IBM、思科、英特爾和AT&T 組建了工業(yè)互聯(lián)網聯(lián)盟（ Industry Internet Consortium，IIC），將這個概念大力推廣開來。IIC 指出，工業(yè)互聯(lián)網就是物聯(lián)網、機器、計算機和人員的互聯(lián)網絡，它通過使用高級數據分析驅動業(yè)務轉型，實現智能工業(yè)運營，體現了全球工業(yè)生態(tài)體系。工業(yè)互聯(lián)網概念一經提出后，立即在全球引起了極大的關注[2]。為了占據新一輪工業(yè)革命的制高點，美國、德國、日本等工業(yè)強國先后將工業(yè)互聯(lián)網提升到了國家戰(zhàn)略層面，紛紛布局工業(yè)互聯(lián)網平臺，加快推動制造業(yè)數字化轉型。2017 年11 月，國務院印發(fā)了《深化“互聯(lián)網+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網的指導意見》，正式推出了工業(yè)互聯(lián)網創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略?！熬W絡是基礎、平臺是核心、安全是保障”被視為工業(yè)互聯(lián)網體系架構中的3 大要素[3]。工業(yè)互聯(lián)網平臺成為促進我國制造業(yè)轉型升級、實現高質量發(fā)展的重要驅動，是企業(yè)數字化轉型的基石[4]。

1.2 數字化轉型升級需要

服務型制造能力成為決定制造企業(yè)競爭力的關鍵及利潤主要來源，傳統(tǒng)制造企業(yè)必須將業(yè)務重心從生產型制造向服務型制造轉移，適應全球制造業(yè)發(fā)展是制造業(yè)服務化，即以生產過程為主向服務型制造轉型的趨勢。物聯(lián)網應用功能越來越深入的拓展到農業(yè)機械、工程機械、動力系統(tǒng)、物流、家居、軍工等行業(yè)。各大企業(yè)或科研院所也在借助物聯(lián)網信息技術實現向服務型企業(yè)的轉型升級。以農機裝備檢修為例，傳統(tǒng)的農機檢修服務模式是農機故障?機主報修?人工調度配件?專業(yè)人員維修?農機恢復正常，其流程長、效率低，在農忙時節(jié)更是成本代價高。廣大農機用戶也不再滿足簡單的“三包”服務、換件、故障維修培訓等，轉而向智能化、信息化的故障自動診斷、自動報警、預測性維護等更高層次的平臺化遠程運維服務轉變。

1.3 支撐農機裝備跨越提升

近年來，國外農機裝備廣泛采用數字化設計與柔性化制造等組合技術，通過精準化和智能化控制、大型化聯(lián)合復式作業(yè)等，引領農機裝備向智能化、環(huán)保化、多功能方向發(fā)展。目前，我國農機制造水平穩(wěn)步提升，農業(yè)生產已從主要依靠人力畜力轉向主要依靠機械動力，進入了機械化為主導的新階段。但與發(fā)達國家相比，我國的農機裝備還有很大差距，并面臨在信息化、智能化應用方面差距拉大的嚴峻挑戰(zhàn)。一是從現代農機技術體系構建方面來看，國際競爭及我國復雜的農情決定了不能再靠簡單引進來推動我國農機產業(yè)發(fā)展，必須因地制宜構建自主可控的農機產業(yè)創(chuàng)新體系，充分利用國家戰(zhàn)略契機，實現農機制造技術和裝備水平提升。二是從農機裝備有效供給方面來說，我國現有農機裝備在品種種類、全程全面機械化、適合地域條件和特色作物農機裝備供給等方面亟待提升，與美國7 000 多種農機相比，我國目前僅有4 000 多種，且主要集中在大宗糧食作物，特殊地域、特色作物等領域幾乎空白。三是從現代農機裝備產品性能方面來講，我國農機產品性能方面處于中低端，在技術性能、制造水平、應用效能等方面與國外存在較大的差距，國外拖拉機產品廣泛采用電子控制系統(tǒng)、自動導航技術、線控技術、虛擬現實技術和液壓技術等高新技術。四是從現代農機產品可靠性方面來對比，國內產品可靠性難以滿足用戶需要。農機屬于季節(jié)性、高強度作業(yè)機械，可靠性直接關系到農時搶收、搶種的結果，影響用戶的切身利益。我國拖拉機、聯(lián)合收割機等標志性產品的平均故障間隔時間（MTBF）不到國際先進企業(yè)同類產品的2/3，達到國際領先水平的產品不到5%，難以滿足廣大農機用戶對農機的使用需求。

2 技術思路

農業(yè)裝備工業(yè)互聯(lián)網平臺建設要結合現代農業(yè)裝備特點，以物聯(lián)產品物聯(lián)網為手段，逐步擴展到數控加工中心等裝備數據應用，獲取海量數據，建設基于現代農機裝備監(jiān)控及運維管理系統(tǒng)平臺（包括APP 體系），逐步增加機理模型和人工智能算法，實現定位查找、狀態(tài)監(jiān)控、作業(yè)統(tǒng)計、數據分析、快速服務、預警報警、報障報修等功能，實現智能裝備的數字化、網絡化和可視化，建立智能裝備運行管理及全方位服務的大平臺創(chuàng)新生態(tài)，為提升產品品質、實施產品全壽命周期管理、提高服務品質和服務效率、發(fā)展現代化農業(yè)發(fā)揮重要作用?；谠破脚_，開發(fā)一套智能北斗終端數據采集系統(tǒng)；構建大數據分析模型庫及邊緣計算模塊；推廣使用智能裝備大數據管理工業(yè)互聯(lián)網平臺工業(yè)APP；建設一個智能裝備大數據管理工業(yè)互聯(lián)網平臺。

2.1 建立1 套平臺體系

平臺標準體系包括數據標準、業(yè)務應用接入標準、業(yè)務管理流程規(guī)范、安全運維標準等，如圖1 所示。從建設（數據標準、業(yè)務應用接入標準）與使用（業(yè)務管理流程規(guī)范、安全運維標準）兩個方面提供標準化的指導，為業(yè)務應用的全生命周期提供標準支撐。

圖1 平臺標準體系Fig. 1 Platform standard system

2.2 建立2 個門戶

2 個門戶包括PC 門戶和移動門戶，如圖2 所示。PC門戶為用戶提供服務，可能由1 到多個具體的門戶組成，分別服務于個人、機構、專用主題的應用使用需要。移動門戶則為移動端提供服務，包括使用者的注冊、能力申請與使用、應用上架與運營，PC 端的所有功能在移動端都能實現。

圖2 平臺2 個門戶框架Fig. 2 Frame of two portals of platform

2.3 建立3 個中臺

3 個中臺包括技術中臺、數據中臺和業(yè)務中臺，從應用服務管理、數據資源管理、業(yè)務應用管理3 個方面為應用提供服務層、數據層及展示層的接入與共享支撐，如圖3 所示。每個中臺都需要體現體系建設中的工作內容，體現與整體框架之間的關系。

圖3 平臺3 個中臺框架Fig. 3 Frame of three middle platforms of platform

2.4 建立N 個應用

業(yè)務基于數據資源池與服務資源池，構建基于微服務應用的業(yè)務應用池。這類應用主要服務于公司日常工作的需要，先從集團自身開始、再逐步輻射到集團其他子單位、以及類似行業(yè)的其他企業(yè)需要。

2.5 物聯(lián)網接入平臺

可連接的工業(yè)設備種類11 類3 000 個，可連接開關量的設備數10 萬個，可管理的工業(yè)設備11 類3 000 個，可提供的操作控制功能種類26 類。

平臺是以農業(yè)機械智能化為基礎，通過前裝和后裝M2M 智能終端，使農業(yè)機械智能化。M2M 智能終端獲取農業(yè)機械運行工況、位置等海量數據，開展大數據分析，優(yōu)化管理和業(yè)務模式。

2.6 數據傳輸、控制平臺

本平臺設計運營商使用的現代農機裝備大數據管理平臺、用戶使用的APP、服務車/站使用的信息終端等多個遠程監(jiān)控終端，設定不同的權限獲取現代農機裝備的工作狀態(tài)信息及對裝備的遠程操作。其中遠程監(jiān)控平臺、服務車/站信息終端可批量對裝備進行管理控制，用戶APP 可獲取綁定的裝備信息。

2.7 與用戶和模塊進行綁定

通過現代農機裝備大數據管理平臺或用戶APP 將用戶的手機號與裝備模塊進行綁定，確保綁定的唯一性，可實時將綁定模塊所在的裝備狀態(tài)信息上傳到智能裝備大數據管理平臺、用戶APP、服務車顯示終端等，也可以進行遠程控制，平臺可向模塊綁定的手機發(fā)送催款、保養(yǎng)等信息。

2.8 定位與圍欄設定

通過裝備定位與狀態(tài)采集控制模塊中的北斗定位系統(tǒng)，對現代農機裝備進行實時定位，并可以通過現代農機裝備大數據管理平臺設定工作范圍，當現代農機裝備超出工作范圍時進行報警，另外用戶也可設定現代農機裝備的非法移動距離，保證裝備的停置安全。

2.9 遠程限速、停機控制

現代農機裝備定位與狀態(tài)采集控制模塊接入設備CAN 總線系統(tǒng)，可根據智能裝備大數據管理平臺發(fā)出的控制指令，對裝備進行限速、停機操作，實現裝備的高效管理控制。

2.10 定位與狀態(tài)采集控制模塊異常處理

現代農機裝備定位與狀態(tài)采集控制模塊無通信信號24 h 后，對現代農機裝備執(zhí)行停機操作；模塊被惡意拆除時，無法與裝備電動機通信，立即對裝備執(zhí)行停機操作；模塊供電電量過低時，通過遠程監(jiān)控平臺進行報警。

2.11 工作狀態(tài)信息獲取分析

裝備定位與狀態(tài)采集控制模塊可以將CAN 總線中各種設備狀態(tài)進行獲取上傳到遠程監(jiān)控中心進行分析處理，實時觀測裝備狀態(tài)，及時進行保養(yǎng)和維修，提高裝備的使用壽命及安全性?？梢栽谘b備上安裝土壤檢測、陀螺儀等傳感器，全方位地獲得作業(yè)環(huán)境信息，對裝備的作業(yè)進行智能化管理[5]。

2.12 故障、銷售、維修等信息分析

在收集大量數據的基礎上，通過與銷售、服務、質量等部門的結合，將裝備相關的故障、銷售、維修等信息接入智能裝備大數據管理平臺，對這些數據進行處理和分析，直觀地展示智能裝備的工作狀態(tài)及運營數據，為運營商的生產管理提供依據。

3 預期解決的問題

3.1 解決智能農業(yè)裝備加密通信問題

針對平臺對通信實時性、網絡吞吐量、覆蓋范圍等需求，提出協(xié)同通信網絡系統(tǒng)，規(guī)范基于不同開發(fā)系統(tǒng)、中間件技術研發(fā)的軟硬件設施接口標準、數據交互協(xié)議，最大化效率地進行數據分析、優(yōu)化、調度、決策等[6]。

3.2 提高工業(yè)互聯(lián)網平臺數據資源量和覆蓋范圍

數據資源量及覆蓋范圍是互聯(lián)網平臺能力、影響力最直觀的體現[7]。以國內農業(yè)平臺為例，目前普遍存在著缺乏數據量支撐的問題，對于環(huán)境、氣候、土壤等的監(jiān)測也往往是定點式監(jiān)測手段，數據的覆蓋范圍也會受到很大限制[8]。而通過本項目的實施，逐步將各種數據采集設備集成到農業(yè)裝備上，在農機作業(yè)過程中實時采集動態(tài)數據并實時回傳，對于數據的全范圍覆蓋及時效性都有著積極的作用，將使得數據產生更大的價值。

3.3 填補國內智能農業(yè)裝備工業(yè)互聯(lián)網平臺空白

目前越來越多的企業(yè)、投行、創(chuàng)業(yè)公司將目光聚焦到工業(yè)互聯(lián)網平臺的建設。以農業(yè)領域為例，涉農創(chuàng)業(yè)公司集中分布在生鮮B2B、電商、服務、科技、金融、供應鏈及土地等幾大行業(yè)，其中電商又分流為生鮮電商、農資電商、食品電商等細分賽道。通過項目實施，打造涵蓋技術、人才、平臺、政策及國際合作等要素互動融合的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，營造創(chuàng)新文化氛圍，發(fā)揮已有各類創(chuàng)新載體的作用，打破單元、組織、區(qū)域和行業(yè)的界限，形成高水平有特色的農機協(xié)同創(chuàng)新互聯(lián)網平臺，塑造我國制造業(yè)國際競爭新優(yōu)勢[9]。

3.4 打造大數據驅動服務型制造新模式

通過智能裝備主動獲取裝備作業(yè)工況、狀態(tài)信息等，通過協(xié)同通信網絡系統(tǒng)傳輸數據并進行大數據的挖掘分析，使用數學模型進行智能診斷、故障預測及監(jiān)控。通過數據計算、數據挖掘（成員關系服務、地理信息服務、感知數據服務等）推送至不同角色的終端手機，為公司生態(tài)圈內提供一整套“閉環(huán)感知智能信息感知系統(tǒng)”，實現對裝備信息的實時監(jiān)控，讓用戶實時了解相關數據內容信息。如智能裝備發(fā)生故障征兆或觸發(fā)預警信息等，將主動向用戶發(fā)布告警信息和操作指導，提前防止故障發(fā)生；同時向服務人員主動發(fā)布派工信息，指導服務人員對設備進行預防性維護，實現“報修-派工”的被動服務方式向“實時監(jiān)測-在線故障診斷-主動維護”的主動服務模式轉變。通過積累的智能裝備運行數據與環(huán)境感知數據，針對不同配件構建相應特征的仿真模型庫，為廠商優(yōu)化整機的設計提供可靠的依據[10-11]。

4 結束語

農業(yè)裝備工業(yè)互聯(lián)網平臺建設完成后，將形成面向農業(yè)機械行業(yè)上下游全流程應用場景的平臺及解決方案，平臺具有30 種以上類型設備規(guī)模接入能力，具備10 萬臺以上工業(yè)設備同時在線能力，通過一系列工業(yè)數據分析模型、機理模型、計算模塊、可視化仿真分析模型的建立實現海量大數據的分析和應用；通過工業(yè)APP 的推廣和應用，實現設計、生產、服務過程的工業(yè)知識經驗固化，形成知識共享庫，打造工業(yè)APP?；谄脚_所覆蓋的大量用戶，向行業(yè)內農機行業(yè)制造商、供應商、服務商、農機用戶、管理部門開放，圍繞裝備購買、使用、維修、配件供應、設備遠程運維和供應鏈協(xié)同等業(yè)務，以及農業(yè)機械化生產所需生產資料、科技服務、融資保險等需求，以農機裝備為核心的、為現代農業(yè)提供核心價值服務，打造成為現代農業(yè)裝備行業(yè)生態(tài)圈。探索新的業(yè)態(tài)，實現產業(yè)鏈上下游企業(yè)的數字化轉型及經濟高質量發(fā)展，助力中小企業(yè)上云上平臺實現數字化改造，促進現代農業(yè)裝備行業(yè)數字化轉型升級。