王泓霖

摘 要：【目的】基于工業(yè)制造數(shù)字化轉型升級的要求，對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺進行設計，實現(xiàn)工業(yè)設備的智能化管理。【方法】通過對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺建設背景及發(fā)展趨勢的研究，從邊緣連接層、基礎設施、平臺即服務（PaaS）、區(qū)塊鏈即服務（BaaS）、軟件即服務（SaaS）、安全態(tài)勢感知及綜合防護服務、二級標識解析節(jié)點系統(tǒng)等方面出發(fā)，搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺，并驗證工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺的整體效益。【結果】工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺的建設不僅能有效解決工業(yè)設備運營監(jiān)管難題，形成完善的設備運維生命周期閉環(huán)，還能實現(xiàn)監(jiān)測工業(yè)設備運行狀態(tài)、預測預警和性能優(yōu)化的目的?！窘Y論】隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，需要不斷優(yōu)化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺的功能，助力工業(yè)制造高質量發(fā)展。

關鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺；工業(yè)設備上云；產(chǎn)業(yè)發(fā)展；工業(yè)制造

中圖分類號：TP393.09 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ?文章編號：1003-5168（2023）14-0031-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.14.006

Research on Cloud Platform Construction Scheme on Industrial Internet

WANG Honglin

（Weihai Electronic Information Technology Comprehensive Research Center of Ministry of Industry and

Information Technology，Weihai 264200，China）

Abstract：[Purposes] Based on the requirements of digital transformation and upgrading of industrial manufacturing， the cloud platform on the industrial Internet was designed to realize intelligent management of industrial equipment. [Methods] Through the research on the construction background and development trend of cloud platform on the industrial Internet， the cloud platform on the industrial Internet was built from the aspects of edge connection layer， infrastructure， platform as a service （PaaS）， blockchain as a service （BaaS）， software as a service （SaaS）， security situation awareness and comprehensive protection service， secondary identification resolution node system， and the overall benefits of the cloud platform on the industrial Internet are verified. [Findings] The construction of cloud platform on the industrial Internet can not only effectively solve the difficult problem of industrial equipment operation supervision and form a perfect closed-loop life cycle of equipment operation and maintenance， but also achieve the purposes of monitoring the operation state of industrial equipment， forecasting and early warning and optimizing performance. [Conclusions] Based on the continuous development of industrial Internet technology， it is necessary to continuously optimize the functions of the cloud platform on the industrial Internet to help the high-quality development of industrial manufacturing.

Keywords： industrial Internet platform; industrial equipment on the cloud; industrial development; industrial manufacturing

0 引言

我國經(jīng)濟已由高速增長階段轉向高質量發(fā)展階段，這就要求加快轉變經(jīng)濟發(fā)展方式，優(yōu)化經(jīng)濟結構，轉換增長動力。由于新冠疫情，制造業(yè)產(chǎn)能的準確評估、物資生產(chǎn)進度的實時監(jiān)控、物資品質信息的精準溯源及生產(chǎn)人員缺口情況下的產(chǎn)能保障、跨地域情況下供應鏈的高效協(xié)同，每一項都讓制造業(yè)迎來“大考”。當前制造企業(yè)出現(xiàn)各種問題，凸顯出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設對制造企業(yè)的重要性。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云是基于數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺為支撐，通過對工業(yè)設備數(shù)字化、網(wǎng)絡化的升級改造，將工業(yè)設備與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)相連，以此來實現(xiàn)對工業(yè)設備運行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、分析等，從而提升工業(yè)設備的整體能效。為適應我國工業(yè)數(shù)字化轉型升級建設需求，基于構建現(xiàn)代智能制造產(chǎn)業(yè)的要求，提出構建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺，實現(xiàn)對工業(yè)設備的實時監(jiān)測、故障診斷、優(yōu)化能效、提升交易能力等，從而達到提高工業(yè)設備利用效率、減少污染排放、防范化解經(jīng)濟風險、降低工業(yè)設備維護成本等目的。

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺研究

1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺建設背景

工業(yè)設備上云是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺建設的切入點。工業(yè)設備上云作為一種先導性、引領性、示范性應用，將引導工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術和商業(yè)模式的迭代升級，帶動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的功能演進和規(guī)模商用。當前，全球經(jīng)濟進入重塑新階段，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革將有效帶動我國工業(yè)制造領域的創(chuàng)新發(fā)展。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是數(shù)字經(jīng)濟的產(chǎn)物，工業(yè)設備上云是傳統(tǒng)工業(yè)制造與互聯(lián)網(wǎng)技術融合后的產(chǎn)物。目前，國內外對工業(yè)設備上云產(chǎn)業(yè)的支持力度越來越大。進入新發(fā)展階段，中國高度重視工業(yè)設備上云工作。2018年工信部印發(fā)的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設及推廣指南》明確提出要實施工業(yè)設備上云“領跑者”計劃［1］；2022年工信部印發(fā)的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2021—2023年）》，對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展指出具體的發(fā)展路徑；2020年山東省政府印發(fā)的《關于加快推動工業(yè)設備上云 促進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展的指導意見》指出要大力發(fā)展工業(yè)設備上云；2021中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院信息化與軟件產(chǎn)業(yè)研究所工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究室發(fā)布的《“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺+設備上云”白皮書》中對工業(yè)設備上云的定位、技術要素及實施路徑等進行詳細闡述，提出我國工業(yè)設備上云產(chǎn)業(yè)具有良好的發(fā)展需求、巨大的發(fā)展?jié)摿皬V闊的應用場景；2022年工信部印發(fā)的《2022年第三批行業(yè)標準制修訂和外文版項目計劃的通知》對風電設備、火力發(fā)電設備、近海船舶設備及工業(yè)機器人等4項工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺設備上云系列行業(yè)標準正式立項。在一系列政策的支持下，中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和工業(yè)設備上云產(chǎn)業(yè)均取得巨大突破。截至2021年，我國已有100多個重點工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，連接的設備數(shù)量已經(jīng)超過7 000萬臺，我國工業(yè)設備上云產(chǎn)業(yè)規(guī)模也越來越大［2］。

雖然我國工業(yè)設備上云產(chǎn)業(yè)取得了優(yōu)異的成績，但我國工業(yè)設備上云產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較晚，工業(yè)設備上云產(chǎn)業(yè)面臨數(shù)據(jù)采集難、安全風險高、工業(yè)機理模型缺失、工業(yè)APP匱乏等問題，尤其是當前芯片等“卡脖子”技術尚未得到有效解決，導致我國工業(yè)設備上云產(chǎn)業(yè)發(fā)展還面臨巨大挑戰(zhàn)。我國要加快推進工業(yè)設備“智”改升級，推動工業(yè)設備數(shù)字化轉型升級。

1.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺發(fā)展趨勢

通過對我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺建設主要呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。

1.2.1 設備上云技術開發(fā)。技術開發(fā)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心要素。當前，工業(yè)設備上云存在信息“孤島”問題，嚴重制約工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。解決信息“孤島”的關鍵就是要加強技術創(chuàng)新，通過打造具有產(chǎn)業(yè)融合的大數(shù)據(jù)技術來增強設備上云產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。根據(jù)調查發(fā)現(xiàn)，目前關于設備上云技術的網(wǎng)絡開發(fā)都只是立足于幾種網(wǎng)絡共享技術，并沒有立足于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展。因此，基于設備間的異構性特征來開發(fā)物理層融合和MAC底層協(xié)議是設備融合發(fā)展的主要趨勢。

1.2.2 工業(yè)大數(shù)據(jù)處理。我國進入大數(shù)據(jù)發(fā)展新時代，大數(shù)據(jù)成為支撐工業(yè)設備上云的重要技術。在海量的數(shù)據(jù)信息環(huán)境中，及時充分地挖掘數(shù)據(jù)價值是提升工業(yè)制造水平的關鍵。當前，工業(yè)設備上云大數(shù)據(jù)技術能有效、快速地從工業(yè)設備中挖掘相應數(shù)據(jù)，但基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的開放性，導致數(shù)據(jù)存儲量較大，給工業(yè)設備上云帶來一定的技術挑戰(zhàn)。將數(shù)據(jù)處理由應用層向邊緣轉化，在感知層快速挖掘出有用的數(shù)據(jù)信息將成為工業(yè)設備上云產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要趨勢之一。

1.2.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全。安全是工業(yè)設備上云產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提。由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是開放的，是由各個架構體系連接而成的，必須重視網(wǎng)絡安全。工業(yè)設備上云增加工業(yè)企業(yè)間的聯(lián)系性，但工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的網(wǎng)絡防范技術相對比較單一，基于不同應用場景會存在一定的技術缺陷。因此，圍繞工業(yè)設備上云過程的數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析及應用等環(huán)節(jié)，構建系統(tǒng)的、有效的入侵防范體系、移動設備跨域認證法，將會成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展研究的熱點［3］。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺整體功能架構

2.1 邊緣連接層

基于邊緣連接提供數(shù)據(jù)應用全過程的服務支撐，實現(xiàn)設備數(shù)據(jù)的全面連接和融合，打破數(shù)據(jù)“孤島”，構建設備或生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的資源池；以設備數(shù)據(jù)為核心，構建集中化、統(tǒng)一化監(jiān)控管理，面向設備狀態(tài)，實現(xiàn)精準的運維保障；通過大數(shù)據(jù)學習，建立故障預測、壽命預測、劣化趨勢分析等創(chuàng)新應用，發(fā)掘設備的大數(shù)據(jù)價值；具備開放性服務能力，能快速構建和拓展應用，促進智能化場景的落地。物聯(lián)網(wǎng)平臺采用微服務來開發(fā)架構，可滿足百萬級海量設備的并發(fā)接入，并實時支持平臺的動態(tài)高可擴展性需求。

2.2 基礎設施即服務（IaaS）層

IaaS層作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的底座，可實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺資源的彈性和按需擴展，同時能滿足平臺企業(yè)上云需求。IaaS層集中建設高性能計算集群和普通計算集群，可形成集中式高性能存儲、對象存儲、分部署存儲等模式，采用面向未來的同構混合架構，對客戶的私有云和公有云進行同構混合管理。在同一個云管平臺中按照“統(tǒng)一門戶、統(tǒng)一認證、統(tǒng)一運營、統(tǒng)一運維、統(tǒng)一北向API、統(tǒng)一服務目錄、統(tǒng)一操作系統(tǒng)、統(tǒng)一技術體系”原則，實現(xiàn)同構混合。建設時可結合威海本地運營商數(shù)據(jù)中心的建設情況，按照資源整合與投入利用效率最大化原則來統(tǒng)籌建設數(shù)據(jù)中心資源，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺提供穩(wěn)定運行的基礎環(huán)境。

2.3 平臺即服務（PaaS）層

PaaS層為工業(yè)應用軟件開發(fā)提供平臺支撐，由通用PaaS（IPaaS）和應用PaaS（APaaS）構成。通用PaaS包括開發(fā)工具庫、開發(fā)腳本庫、應用部署庫、中間件，提供應用開發(fā)、部署的基礎能力；應用PaaS包括四大公共庫和四大開發(fā)池，即設備知識庫、微服務組件庫、機理模型庫、算法模型庫和微服務開發(fā)池、應用系統(tǒng)開發(fā)池、自動化設備開發(fā)池、大數(shù)據(jù)開發(fā)池，為工業(yè)應用開發(fā)提供所需的豐富資源服務。

2.4 區(qū)塊鏈即服務（BaaS）層

區(qū)塊鏈即服務（Blockchain as a Service，BaaS）是指將工業(yè)區(qū)塊鏈框架嵌入到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中，利用區(qū)塊鏈服務基礎設施的部署和管理優(yōu)勢，提供便捷、高性能的區(qū)塊鏈生態(tài)環(huán)境和生態(tài)配套服務，從而構建安全可信、穩(wěn)定可靠、快速高效的工業(yè)區(qū)塊鏈服務［4］。

2.5 軟件即服務（SaaS）層

SaaS層是面向特定場景的，可提供場景化的云化智能工廠解決方案和行業(yè)內的供需對接交易平臺服務。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺的SaaS分為工業(yè)經(jīng)營應用、創(chuàng)新場景化工業(yè)應用等服務，為工業(yè)企業(yè)提供從咨詢測評、運營管理到協(xié)同制造、設備后服務等全方位的精細化服務，形成智能制造核心能力評估服務、智能制造監(jiān)測平臺服務等場景化解決方案。

2.6 安全態(tài)勢感知及綜合防護服務

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺服務的對象以工業(yè)企業(yè)為主，目的是幫助企業(yè)實現(xiàn)全面數(shù)字化，因此，對安全風險進行控制是非常重要的。需要開展安全態(tài)勢感知和綜合防護平臺建設，為工業(yè)APP發(fā)布的業(yè)務系統(tǒng)提供安全風險監(jiān)測服務，包括高可用性風險監(jiān)測、非法篡改風險監(jiān)測、平臺漏洞風險監(jiān)測和平臺合規(guī)性風險監(jiān)測等。通過大數(shù)據(jù)引擎技術來收集各業(yè)務應用系統(tǒng)的脆弱性信息數(shù)據(jù)，建立基于安全威脅的信息安全數(shù)據(jù)倉庫；通過定制化數(shù)據(jù)清洗和篩選技術處理后，從不同安全維度出發(fā)，將各業(yè)務信息系統(tǒng)安全狀況直觀地展示給工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺運營中心。

2.7 二級標識解析節(jié)點系統(tǒng)

標識解析二級節(jié)點上接國家頂級節(jié)點，下接企業(yè)節(jié)點，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析系統(tǒng)重要組成部分。二級解析節(jié)點平臺利用標識和標簽技術，通過云平臺將消費者、企業(yè)、流通連接起來，從而打通供應鏈每個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)各類割裂數(shù)據(jù)的集成和應用，打造更加高質量的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。在此基礎上孵化行業(yè)應用，提供全面的產(chǎn)品防偽溯源、供應鏈管理、精準營銷、品牌建設等［5］。

3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺工業(yè)設備上云系統(tǒng)效益

3.1 經(jīng)濟效益

3.1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺工業(yè)設備上云系統(tǒng)的應用能促進企業(yè)設備管理的科學化、規(guī)范化。提高工業(yè)設備科學化管理水平是提升工業(yè)設備經(jīng)濟效益的關鍵。通過構建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺設備上云系統(tǒng)，依托互聯(lián)網(wǎng)平臺對設備管理全過程進行有效監(jiān)督，制定事前、事中及事后相結合的設備運行管理評價體系，實現(xiàn)對工業(yè)設備的標準化管理，最大程度降低設備維修概率。

3.1.2 提高設備可利用率，增加收益。通過對設備的預防性維護，提高設備完好率，減少設備發(fā)生故障的時間，降低設備故障率，提高設備利用效率。

3.1.3 優(yōu)化安排維修資源，降低成本。維修成本高低是影響企業(yè)整體效率和高效生產(chǎn)的重要因素。在構建完成工業(yè)設備上云系統(tǒng)后，能立足于企業(yè)整體發(fā)展視角對設備相關資源進行實時跟蹤審計，提升企業(yè)庫存管理效率。同時，借助工業(yè)上云系統(tǒng)，按照工業(yè)設備的檢修計劃來合理安排資源的采購及使用，這樣能確保工業(yè)設備得到及時檢修，降低設備故障發(fā)生率。

3.1.4 ?設備運行過程更加透明。通過對設備數(shù)據(jù)的實時采集，可實時查看到設備運行狀況， 并對設備報警作出及時有效的處理，提高設備的利用率。

3.1.5 ?減少人員，降低成本。能有效減少程序管理人員的數(shù)量，縮短設計階段的開發(fā)時間，減少由人員操作失誤造成的程序版本調用錯誤，提高工作效率。通過對設備的遠程運維，可有效降低設備運維人員的差旅成本。

3.2 ?社會效益

有助于企業(yè)打造一個基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈的工業(yè)設備上云解決方案，實現(xiàn)全過程的數(shù)據(jù)采集、全要素的數(shù)據(jù)分析、全價值鏈的動態(tài)管理，為各工業(yè)產(chǎn)業(yè)提供示范效應。同時，構建一個可持續(xù)的基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的工業(yè)設備上云開發(fā)者生態(tài)。通過推出基于數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關的開源數(shù)據(jù)采集模塊，制定相應的開發(fā)機制、方法、工具，培養(yǎng)開發(fā)者社區(qū)，建立良好的運營機制，為將來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用和人才培養(yǎng)起到促進作用。

3.3 應用前景

打造基礎共性工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，推動工業(yè)產(chǎn)業(yè)智能化升級?；诠I(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的工業(yè)設備上云解決方案對電子信息、新材料、海洋等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和特色重點行業(yè)的各環(huán)節(jié)生產(chǎn)設備進行接口分析，可形成多種設備的數(shù)據(jù)采集方案，從技術層面來構建全面的基礎共性服務能力，包括物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集能力、海量數(shù)據(jù)的分析和建模能力、工業(yè)應用服務及組件開發(fā)能力、AI工業(yè)視覺資源應用能力、標識統(tǒng)一解析能力、安全態(tài)勢感知防護能力等，從而滿足不同行業(yè)企業(yè)的基礎共性應用場景數(shù)字化需求，在同行業(yè)企業(yè)中可大范圍復制推廣，能有效降低戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和特色重點行業(yè)設備上云的經(jīng)濟成本［6］。

4 結語

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為制造業(yè)數(shù)字化轉型的重要方向，構建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺是助力工業(yè)制造智能化生產(chǎn)、實現(xiàn)工業(yè)制造強國戰(zhàn)略的重要舉措。因此，為推動工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)工藝與互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的深度融合，需要建立完善的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上云平臺，來加速我國制造業(yè)升級轉型，促進制造業(yè)高質量發(fā)展。

參考文獻：

［1］陸峰.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需要解決的五個關鍵問題［J］.網(wǎng)絡安全和信息化，2020（7）：26-27.

［2］趙錕.山東省企業(yè)上云政策對上云水平影響研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學，2021.

［3］周忠亮.基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的設備健康管理系統(tǒng)的設計與應用［J］.石油化工設備技術，2022（6）：54-61，7.

［4］姬曉婷.“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺+設備上云”白皮書發(fā)布［N］.中國電子報，2021-10-29（004）.

［5］劉艷.重塑制造業(yè)之前 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺還要跨越哪些難關［N］.科技日報，2021-05-07（005）.

［6］余娜.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺創(chuàng)新發(fā)展論壇在烏鎮(zhèn)召開［N］.中國工業(yè)報，2021-12-14（002）.