Cloudiip助力新一代智能制造

赵宏博

作为跨行业、跨领域的综合性工业互联网平台，Cloudiip已吸引全球数千家第三方大型工业企业（使用者）开展工业互联网应用实践，涉及多个工业大类行业，覆盖行业年产值超万亿元，每年帮助企业创效上百亿元、减排二氧化碳千万吨级，起到了良好的示范作用。

面对新一轮工业革命，中国工程院明确定义了数字化、网络化、智能化制造是智能制造的第三种基本范式，也可称为新一代智能制造，其最本质的特征是其信息系统增加了认知和学习的功能，信息系统不仅具有强大的感知、计算分析与控制能力，更具有学习提升、产生知识的能力。

工业互联网平台正是面向制造业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据的采集、汇聚、分析和服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的开放式工业云平台，其基于微服务架构的工业PaaS层所实现的工业知识沉淀、复用及创新，正为实现新一代智能制造HCPS系统（意识人体、信息虚体、物理实体）的“人机一体、授之以渔”提供了技术支撑。

当前，工业互联网平台作为制造强国、网络强国统筹推进的重要抓手和打造制造强国和网络强国的关键结合点，正成为全球主要国家和产业界布局的关键方向，正步入规模化扩张的战略窗口期。

中国虽然拥有完整的工业门类和全世界最庞大的制造业体系，但相较欧美发达国家，我国缺少跨行业、跨领域的工业巨头，打造符合中国特色的工业互联网平台时间紧迫、任务艰巨、使命伟大。

建成具有中国特色的跨行业、跨领域工业互联网平台，可充分发挥我国制造业门类齐全、独立完整、规模庞大以及互联网应用创新活跃、产业规模领先、人才资本聚集的叠加优势，有利于重构生产体系、引领组织变革、优化资源配置，有利于培育新技术、新产品、新业态、新模式，有利于打造新型制造体系，加快形成经济增长新动能以及精准、高效的供给体系。

构建自主可控的工业互联网平台Cloudiip

为深入贯彻落实《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》，打造国际领先的工业互联网平台，作为A股上市公司的大数据和工业软件领先企业，北京东方国信科技股份有限公司（简称东方国信）牵头，联合中国电子信息产业发展研究院、北京卫星制造厂、中信云网、360企业安全等单位，以创建自主可控具有国际竞争力的工业互联网平台为目标，以解决企业问题和价值需求为导向，直击设备管控和工艺优化两个痛点，紧抓工艺机理模型和大数据人工智能两条主线，融合制造网和消费网两张网，面向使用者和开发者两个方向，建设跨行业、跨领域并支撑创新、创业的民族自主可控且具有国际竞争力的工业互联网平台（见图1），实现设备、产线、工厂、集团、行业、生态、政府的全链条资源优化配置和数据智能流动，构建涵盖多行业多领域的工业互联网平台生态新体系，打造了集“边缘计算+工业PaaS+工业App”于一体的自主可控工业互联网平台Cloudiip。

目前，Cloudiip横跨29个工业大类（占整个工业行业大类70%以上），覆盖行业年产值超万亿元，面向精益研发、智能生产、高效管理、精准服务等领域，接入炼铁高炉、轨道交通装备、工业锅炉、风电设备、数控机床、工程机械、大中型电机、大中型空压机、热力设备、照明设备等20大类60余万台设备，汇聚全球4200余名活跃开发者，开发了上千个云化软件和工业App，累计服务全球46个国家的数千家大型工业企业，如中钢集团、中国中车、中国石化、国家电网、中航工业、联合利华等，初步建成了资源富集、开放共享、创新活跃、高效协同的工业互联网平台生态。

Cloudiip工業互联网平台体系架构

东方国信Cloudiip工业互联网平台是以“大数据+工业”的创新模式，并融合云计算、移动互联、物联网、大数据、人工智能等相关技术而形成开放式的云化工业操作系统。Cloudiip整体架构分为边缘层、IaaS层、工业PaaS层、工业SaaS层共4层的体系架构，如图2所示。

·边缘层是基础

提供支持上百种常用工业协议数据采集能力，并通过智能网关或工控机实现边缘端的配置、数据、模型与云端的互联互通。

·IaaS层是支撑

工业互联网平台采用国信自研的数据中心操作系统BDOS，对自建的IT基础设施、第三方基础设施如阿里云、腾讯云等实现了混合集成管理，屏蔽了底层IaaS资源的差异性，降低上层PaaS和SaaS使用资源的复杂度。

·工业PaaS层是核心

按照平台架构职责分为两大子平台。

PaaS-D工业大数据平台，是以自研的行云数据库X-Cloud和数据治理平台BDG为底层数据服务环境，整合关系型数据库、时序数据库、文本数据库等多款产品，提供工业大数据存储、管理、计算、分析和服务能力。

PaaS-P工业应用开发平台，提供支持传统工业软件快速云化的自研软件如动态模型引擎、流程引擎、动态表单工具、开发平台与IDE插件等，和支持构建新型工业APP的自研工具如微服务治理平台、工业建模工具、数据挖掘工具、二三维组态软件等，同时大量融合了工业领域常用的流程工具、仿真工具和行业知识和机理基础工具。

BDOS数据中心操作系统对两大PaaS平台进行基础资源混合和弹性供给，通过企业云计算基础资源交付系统（BDD）、企业云应用部署和运行平台（BCM）、企业云计算软件链路监控分析平台（Blogic）和企业云计算软件控制台（BConsole）四大组件，实现了计算软件、硬件资源的统一管理平台，实现对计算软硬件资源的高效利用，重点提供弹性计算软件平台服务能力；提供对高并发，突发流量大等业务的快速响应支撑能力；提供调测、部署、运行操作的全栈管控平台，实现应用程序敏捷开发，快速部署。

·工业SaaS层是关键

构建了跨行业、跨领域、跨区域工业SaaS云平台。

围绕研发设计优化、设备管理优化、生产执行优化、运营管理优化、产品全生命周期管理优化、供应链协同优化等制造应用场景，提供云化工业软件和新型工业App上千个，为百万工业App上云奠定基础。

面向钢铁、煤炭、化工等流程行业和航天、电子、轨道交通等离散行业，形成具有行业纵深解决方案的工业SaaS子云20余朵，为百万工业企业上云提供支撑。

Cloudiip工业互联网平台的创新应用实践

作为跨行业、跨领域的综合性工业互联网平台，Cloudiip已吸引全球数千家第三方大型工业企业（使用者）开展工业互联网应用实践，涉及多个工业大类行业，覆盖行业年产值超万亿元，每年帮助企业创效上百亿元、减排二氧化碳千万吨级，起到了良好的示范作用。

平台面向冶金、钢铁、工程机械、轻工、电力、航空等29个工业大类，覆盖了炼铁高炉、工业锅炉、轨道交通、空压机等高耗能、高污染、高通用性和高价值的设备，汇聚了海量工具集、模型库、数据库和知识库。

在此基础上，结合物联网、大数据、人工智能等技术的集成创新应用，在工业现场面向生产制造全过程、全产业链和产品全生命周期，针对研发设计、采购供应、生产制造、运营管理、企业管理、仓储物流和产品服务等应用场景存在的问题形成了相应的解决方案。

Cloudiip平台解决的主要问题包括：设备互联互通、异构系统集成、研发设计、采购供应、生产制造、运营管理、企业管理、仓储物流和产品服务等，形成了各类工业App（见图3）。

典型案例及应用效果

围绕重点行业特定场景应用需求，Cloudiip工业互联网平台建设了炼铁云、能源云、空压云、风电云等20多专业云，汇聚了海量工具集、模型库、数据库和知识库。

在此基础上，结合物联网、大数据、人工智能等技术的集成创新应用，面向生产制造全过程、全产业链和产品全生命周期，Cloudiip平台在全球46个国家和国内29个省份推广应用，涵盖设备管理优化、研发设计优化、运营管理优化、生产执行优化、产品全生命周期管理优化、供应链协同优化等典型应用场景，带动重点行业设备利用率提升10%以上、设备能耗降低3%以上，产品维护和服务成本降低50%以上。

以下分别从装备、行业、领域等不同维度，介绍Cloudiip平台和制造业结合的典型案例及应用效果。

面向高耗能设备：工业锅炉云

我国在用工业锅炉约有62万台，其中燃煤锅炉约有47万台，占比80%左右，年消耗标准煤约4亿吨，约占全国煤炭消费总量的1/4（见图4）。

针对我国工业锅炉地理分布点多面广、管理分散、工艺设计改进缺乏协同、技术装备选配有失合宜、日常运营质量良莠不齐、环保治理设施配备不够、产业发展水平创新乏力等问题，通过锅炉云安全联通企业集群内外部网络，提供实时参数监测、异常数据报警、KPI指标对标、时序数据可视化分析、生产工艺经济调度、运营实绩评估、经营成本动态监控、重点设备安全寿命监管、故障预测与诊断、运行方式优化指导、系统实时仿真、远程预测性维护等，实现生产现场运行实时透明、关键技术经济因素预警、节能减排技术优化推送、大数据平台智能决策、专业化诊断、核心数据行业对标、全生命周期服务优化、运行实绩指标考核、生产管理报告分析等，到2020年，预期推动40%工业锅炉上云，降低能耗10%～25%。

面向大量通用设备：空压云

空压机作为工业领域通用设备，是生產企业基础设施之一，目前中国市场存量设备大于200万台，其中大中型约50万台。

作为通用设备，压缩机占全国工业用电的33%，其中空压机每年消耗全国工业用电量10%，节能改造潜力巨大。同时，作为工业领域的核心设备，因为监测保养不到位引起的空压机故障所导致的企业生产中断也给企业带来不必要的损失。通过空压云平台实现设备监测、故障预警、预约服务、节能分析等众多服务，还可以将空压机的厂商、服务商、用户紧密地联系起来（见图5），进行节能改造，预期到2020年，推动30%的（大型）空压机上云，并进行针对性的节能改造，从而实现降低能耗5%，提升设备完好率4%。

面向流程行业：炼铁云

目前，平台已接入高炉210座，行业覆盖率超20%，拥有两个实现单体5000万元营收的杀手级工业App，获评《世界金属导报》“2017年十大钢铁技术进展”，实现了单座高炉降本增效2400万元/年（如图6）。

预期全行业推广可降低成本百亿元，减排二氧化碳千万吨。应用场景涵盖设备管理优化、研发设计优化、运营管理优化、生产执行优化、产品全生命周期管理优化。

典型案例，如为年产值近千亿元的酒钢集团建立了炼铁大数据平台，实现了炼铁高炉的安全生产、智能生产、能耗优化、成本降低，累计创效超亿元，荣获省部级科技奖2项。

面向流程行业：化工云

目前平台已覆盖石油化工、日化、快消品等不同类型的化工企业，基于对化工生产过程的物料物流、库存监控、工艺诊断及优化、能耗管理、质量追溯等，实现了原料节省1%～4%，资源节约5%～30%，能源消耗减少5%～15%，包装物流成本降低5%的成效（见图7）。

面向离散行业：轨道交通云

平台服务的轨道交通设备数量上千辆，形成12个大应用，覆盖了智能制造、数字化服务和全质量管理等领域，开展车辆运行状态在线监测及设备预测性维护，基于大数据分析的预测性维修平台和专家系统，实现从故障维修、计划维修向预测性维修转变，降低维修成本，减少维修时间，提升列车运营的效率，避免重大恶性事故发生。

面向离散行业：光伏云

依托平台智能化运维服务，可及时发现故障隐患，现场派单运维，减少故障次数和维修时间，大大提高发电效率。平均每座电站发电时间提高120小时/年。通过订单流程管理生产相结合及物料全生命周期追溯管理，减少环节流通时间，降低成本5%。

面向领域：能源云

平台涵盖了钢铁、化工、食品、电力等耗能行业，目前接入了全球35个国家554个工厂的近14万设备数据，主要解决运营管理优化和生产执行优化的问题。

以联合利华为例，全球35个国家368家工厂1269个用户的实时能源消耗，均可在平台监测对标，实现能源节约5%至20%、水节约5%到30%、原材料节约1%、包装节约5%。

面向领域：3D打印增材制造云

面向增材制造的军民融合工业互联网子平台已在北京卫星制造厂有限公司各类产品的生产过程中进行了全面的应用，在产品全生命周期管理优化、生产执行优化等方面取得了显著的效果，大幅提升了生产效率，确保了制造能力的持续提升（见图8）。

面向开发者的工业互联网平台实现工业技术软件化“人机一体、授之以渔”

利用Cloudiip平台工业PaaS层提供的存储资源、工具资源，可完成工业技术软件化涉及的工业技术数字化和数据加工、基于微服务架构的建模和封装、工业App场景应用等各个关键环节，形成工业App开发的标准流程，实现OT与IT的融合。具体包含：

（1）通过工业数据、知识经验、行业标准、典型案例等海量的工业技术基础资源汇聚，实现了工业技术的显性化。

（2）利用工业互联网平台大数据技术对工业App基础资源进行分析挖掘，形成可沉淀的知识与可提炼模型的数据资源，完成了工业技术的数字化。

（3）基于平台微服务架构，完成规律性工业技术的机理建模，关联性工业技术的大数据人工智能建模，管理型工业技术的流程建模，实现工业技术的模型化。

（4）利用平台提供的模型调用、模型集成、模型部署、可视化开发、App测试、App发布等工业App开发工具，实现工业技术可视化、产品化、系统化。

（5）针对关键的应用场景，实现工业技术智能迭代升级，完成了工业技术的智能化。