工业互联网平台助力产业生态构建

刘廉如 张忠平 肖 力

1 宜通世纪物联网研究院(广州)有限公司 广州 510665

2 基本立子(北京)科技发展有限公司 北京 100012

1 工业互联网发展概述

随着世界范围内新一轮科技革命创新发展蓬勃兴起，加快推进制造业的数字化转型被上升到国家的战略高度，德国工业4.0、美国先进制造伙伴计划、中国制造2025等一系列国家战略相继推出。工业互联网作为支撑制造业数字化转型发展的关键基础设施，新一代信息技术与制造业的融合产物，成为建设制造强国的重要抓手。

在云计算、大数据、物联网和人工智能等新一代信息技术的推动下，系统搭建以网络、平台、安全为核心的功能体系，加快信息通信技术在制造业更广泛、更深入的融合应用，构建数字化和智能化驱动的工业新型生态是实现我国制造业数字化转型升级的关键所在，也是工业领域智能化变革的重要推手。

全球工业互联网发展正处于规模扩张、格局未定的关键时期，各个国家都高度重视和积极布局，希望抢占工业互联网这一战略制高点，收获新一轮工业革命带来的经济发展红利。目前，我国工业互联网发展面临着标准体系不完善，产业支撑能力不强，现实基础能力不高，核心技术和关键平台综合能力不足，制造企业数字化网络化水平整体不高等一系列问题[1]；因此，围绕核心标准、技术、平台，把握工业互联网“数字化、网络化、智能化”本质特征，推动新一代信息技术和制造业实体经济深度融合，助力先进制造业智能化发展，为制造强国建设赋予新动能，是大力发展工业互联网的工作着力点。

1.1 国家政策标准

工业互联网体现了工业技术和信息通信技术的跨界融合，涉及到软件、硬件、网络、平台安全等多方面的集成，以及不同场景、不同模式下的专业领域应用，因此，需要相关标准的指导和引领。以国际电工委员会(IEC)、美国工业互联网联盟(IIC)、德国工业4.0平台、中国工业互联网产业联盟(AII)为代表的标准组织均在积极布局推进工业互联网标准化工作。总体而言，工业互联网标准化还处于起步阶段，将面临长期的探索与研究过程，标准组织多将工作重点放在了顶层设计、参考架构、基础共性、需求用例、关键技术和安全等方面。美国工业互联网联盟于2015年6月发布了《工业互联网参考架构》。2016年8月，中国工业互联网产业联盟也推出了《工业互联网体系架构》，涵盖了工业互联网的内涵、业务需求、体系架构、关键要素和实施目标[2]。

2015年，国务院颁布《中国制造2025》[3]作为制造强国战略的指导纲领，从国家层面引导中国制造业转型升级，坚持数字化、网络化、智能化为发展主线，持续激发制造业发展活力和创新动力，打造具有国际竞争力的智能制造业。2016年，国务院颁布了《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》[4]，提出围绕建设互联网与制造业融合“双创”平台为核心，积极培育催生新模式新业态，加快推动“中国制造”的提质增效，释放“互联网+”的能量。 2017年，是我国工业互联网发展的关键之年，国务院印发了《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》[1]，明确提出工业互联网发展“323行动”，即构建网络、平台、安全三大体系，推进大型企业集成创新和中小企业应用普及两类应用，健全产业、生态和国际化三大支撑，为落实我国工业互联网发展指明方向，为开创我国工业互联网发展新局面明确路径。

1.2 平台现状

工业互联网平台作为工业互联网的重要构成要素，是实现制造业数字化转型和智能化发展的助推器。工业互联网平台是连接工业全产业链、全价值链的枢纽，工业资源精准化配置的核心，包括海量泛在连接、知识沉淀积累、云化智化服务、应用开放创新四大主要特征[5]。

工业互联网平台的目标是实现工业资源的优化配置，全面提升行业效率，其对于制造业企业实现数字化转型主要的推动作用在于：1)实现工业企业智能化生产和管理优化；2)推动工业企业生产方式定制化、柔性化升级和业务模式创新。

从全球范围来看，工业互联网在技术体系方面已初步形成，产业生态持续发展成熟，应用场景日渐丰富繁荣。国外工业互联网平台的典型代表包括：GE的Predix平台、PTC的ThingWorx平台、ABB的ABB Ability平台、施耐德的EcoStruxure平台和西门子的MindSphere平台等。

我国工业互联网发展建设仍处于初期阶段，基础和能力相对薄弱，跨行业的综合性平台尚未形成，面向特定行业和领域的平台影响力不足，亟待抓住工业互联网平台发展的战略机遇期，培育一批解决行业共性问题的综合能力平台和面向企业专业领域的专业平台，推动制造业与互联网深入融合发展。国内工业互联网平台的典型代表包括航天云网INDICS平台、树根互联的根云平台、海尔的COSMOPlat平台、浪潮工业互联网平台、基本立子的立子云平台、用友工业互联网平台等。在行业标准方面，2017年，中国通信标准化协会(CCSA)新设立“工业互联网特设任务组(ST8)”，下设总体与应用、网络互联、标识解析、数据与平台和安全5个子工作组。数据和平台子工作组积极开展工业互联网平台相关的标准制订工作，已经立项了《工业互联网平台通用技术要求》和《工业互联网平台应用管理接口要求》两项行业标准(如图1)。

图1 工业互联网平台参考架构[6]

2 立子云平台

立子云平台集“设备管理”和“应用使能”为一体，通过和连接管理平台的松耦合集成，为打破工业互联网行业碎片化提供了有力支撑，整合产业链上下游合作伙伴，为工业企业客户提供“一站式”解决方案奠定了坚实基础。

立子云平台是基于云计算、微服务架构的物联网PaaS平台，提供海量设备连接管理、数据统计分析与展示、轻量应用灵活扩展、多层次的开发架构、端到端安全保障等功能。

2.1 功能架构

立子云平台功能架构主要由三个业务功能层次组成，如图2所示，包含设备连接管理层、数据分析管理层和应用拓展层。

图2 立子云平台功能架构图

1)设备连接管理层。平台提供通用的 API 接口和Agent 工具，帮助各类设备实现快速接入。其中，设备端 Agent 可以通过 Java SE、Java ME、 C++、OSGi 等编程环境进行开发，服务器端 Agent 可以实现与跟踪协议、专有协议、数据收集协议等设备进行通讯连接。

2)数据分析管理层。平台通过对设备进行连接、管理、配置，实现对采集数据进行存储、计算、阈值监测、按预先定义的规则响应、聚合、图形化显示等，为上层各类应用提供原始数据和预处理数据支持。平台原生的应用程序可以实现批量操作、多租户管理、数据存储、报警和事件、数据管理和设备管理等通用功能。

3)应用拓展层。平台为用户提供开放的应用整合、强大的开发环境，帮助用户轻松实现与企业CRM、 ERP等系统的业务对接。其中平台提供设备库、智能应用开发包等开发者工具，并且可以通过短信接口、位置接口、文本语音转换等功能接口来整合外部系统(如图3)。

图3 立子云平台与连接管理平台Jasper集成示意图

2.2 集成部署

立子云平台提供灵活的部署方式，包括基于多租户云的SaaS模式和内部部署(私有云部署)。平台可以根据实际设备接入量的需求，按需灵活的配置计算、存储等节点资源，实现快速的业务调整与匹配。

为适配工业互联网终端设备不同的通讯链路和多样化的接入协议，立子云平台使用Agent进行协议的适配转换，降低设备接入的难度，加快设备接入速度(如图4)。

图4 立子云设备集成模式示意图

立子云提供两类Agent来实现设备的集成接入。一种是服务器端Agent，即“云网关”模式，运行在云侧，通过在平台侧进行协议解析和转换，实现设备与平台进行集成对接；另一种是设备端Agent，分别在终端设备或网关设备开发并安装Agent程序，实现与平台的对接。从Agent安装的位置来划分，包括通

信模组、微控制单元和网关。设备集成接入模式对比如表1所示。

表1 设备集成接入模式对比表

2.3 安全保障

立子云平台充分考虑工业控制和网络联接等多方面引入的安全风险，聚焦设备安全、控制安全、网络安全、应用安全和数据安全等5大安全域。安全策略从静态被动的防御机制向动态主动转变。平台通过基于事件的智能化规则定制，实时监测触发条件，当触发条件达到阈值时，实时触发告警或相关操作，达到主动预防的目的。

2.4 平台对比

工业互联网平台企业主要包括4类。1)装备与自动化企业。如和利时、GE、西门子和树根互联等，其平台是经验积累的载体，为创新服务模式提供支撑。2)制造企业。如海尔、富士康、航天云网、中船工业，其平台布局策略是将数字化转型经验转化为服务能力，并对外赋能。3)软件企业。如宝信、PTC、用友和东方国信等，其平台是实现能力拓展的手段。4)信息技术企业。如浪潮、阿里巴巴、华为、中国移动、立子科技等，其平台是向制造业领域延伸的抓手。典型工业互联网平台的横向对比如表2所示。

表2 工业互联网平台代表横向对比表[5]

3 立子云设备售后管理系统

设备售后维护场景是工业互联网平台在工业生产过程优化方面的代表性应用。针对设备制造企业无法获取售出设备运行状态，无法对设备故障进行预判，售后服务费用支出不可控等共性问题，立子云设备售后管理系统基于立子云平台的底层功能，实现设备运行状态实时监控及设备预测性维护，为设备制造企业实现精细化运营管理提供了有效手段。

3.1 功能架构

设备制造企业可以通过PC、手机、平板电脑等设备接入售后管理系统，实时监控设备整体运行状态，实现故障报警、客户管理、报表统计等功能，功能架构如图5所示。

图5 立子云设备售后管理系统功能架构图

1)设备管理。

设备分布：设备地理位置信息。

设备参数：接入任何已在PLC内部完成采集的参数，并可实现远程控制。

统计分析：统计在线、离线设备，查看故障信息和历史数据，并进行相关报表统计。

指标管理：对设备监控的各项指标进行配置管理。

故障诊断：开关机状态、运行时间统计，关键参数统计分析，故障诊断工具。

2)客户管理。

客户管理：了解单个客户设备数量及设备状态信息，设备厂商可以看到所有售出设备的相关信息。

权限管理：为不同用户配置相应权限，保证相关客户只能查看自身设备信息，保证不同客户之间的数据隔离。

页面设置：设置不同界面风格。

3)报警管理。

报警记录：对设备故障信息进行统计，重要、严重、主要、次要分类显示，进行优先级处理。

报警升级：对已经发生的报警，在特定时间内未处理，报警升级，提高报警级别。

创建报警：针对现场业务逻辑可以创建报警，对设备潜在故障进行预判，包括短信，Email信息推送等。

4)统计分析。对操作日志记录、设备故障次数、能耗等信息统计，同时可以分类别、分等级、分时段、分区域统计，并以报表、图形等方式展现统计结果。

3.2 案例

立子云售后设备管理系统已经在电梯设备、污水处理设备、制冷设备、机器手臂、锅炉和大型水泵等设备制造企业得到应用和验证。

以大型水泵厂商为例，水泵厂商通过立子云设备售后管理系统实现水泵运行状态监控、故障诊断与分析、能耗统计、数据分析、维保服务等功能。系统通过设置设备巡检，实现主动的预测性维护，变被动售后为主动服务，原厂维保率提高60%；通过优化运行参数，对高能耗设备进行优化，节能降耗；通过安全事故早排查，故障率、事故率降低30%；利用远程监控，平均售后处理时长降低30%；通过设备故障远程诊断和处理，降低维保支出50%以上；通过对备品备件有针对性备货，减少物流成本和冗余库存，同时，对UBI、设备租赁等新型商业模式提供了支撑。

图6 立子云设备售后管理系统界面图

4 总结

从技术发展趋势看，工业互联网呈现出终端智能化、联网泛在化、计算边缘化、网络扁平化、服务平台化等特点。工业互联网平台作为工业互联网的核心构成要素，是构建基于软件定义、服务驱动的新型工业生态体系的关键。工业互联网平台成为数据汇聚、数据存储、数据加工、数据分析、数据交换的中心，为工业大数据的发展提供有力支撑。

立子云作为工业互联网平台的代表之一，聚焦海量设备的连接管理、应用场景和环境的复杂多样、用户需求的个性多元等问题，充分利用5G、边缘计算和人工智能的先进技术，提高连接管理的灵活性、数据管理的安全性、应用开发的友好性、服务规模的扩展性，推动我国工业互联网平台体系的加速建立和完善。

[1] 国务院. 关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见[R]. 2017

[2] 工业互联网产业联盟. 工业互联网体系架构[S].2016

[3] 国务院. 中国制造2025[R].2015

[4] 国务院.关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见[R].2016

[5] 工业互联网产业联盟. 工业互联网平台白皮书[S].2017

[6] 工业互联网产业联盟. 工业互联网平台通用要求[S].2017

[7] 工业互联网产业联盟. 工业互联网平台标准体系框架[S].2018