基于工业互联网平台参考架构、核心功能与应用价值研究

徐迪

（永高股份有限公司信息中心，浙江 台州 318020）

0 引言

就目前全球现状来看，几乎所有的全球制造业正在逐渐地从数字化阶段转向网络化阶段且转变速度很快，并且随着相关专家学者所提出工业互联网这一概念，其逐渐成为全世界的热点与焦点，诸如美国，德国等发达国家纷纷把工业的风向标指向工业互联网，将其作为重要的战略发展目标，并且自主地研发出一套属于自己的工业互联网相关架构，对其国家的工业发展起到了一定的促进作用。而我国的相关企业对工业互联网的研究并不落后，奋起直追，同时也取得了一些令人骄傲的成果，如阿里巴巴研发出了阿里云-ET工业大脑工业互联网架构、华为研发出了华为-OceanConnectIoT工业互联网架构以及海尔研发出了海尔-COSMOPlat工业互联网架构等一系列优秀的工业互联网架构体系。综上所述，我国强大的国力可以支持工业互联网的相关发展，并且具有一定的相关基础和优势，但是与发达国家较为完善的架构体系相比还具有一定的差距。

世界众多的专家学者纷纷投入到工业互联网的体系架构研究中去，并取得一系列丰硕的成果，美国的工业互联网联盟设计了一种系统架构，从而解决了位置感知、计算分配以及相关资源管理的常见系统问题[1]。Jasmin[2]等人提出了一种包括工业设备等结构的通用架构。我国国家工业信息安全研发中心在做了相关调研后提出了适合我国国情的工业互联网发展战略安排[3-5]，而我国的工业互联网发展联盟同样也提出了一种工业互联网平台体系架构，深入浅出的阐述了互联网工业架构对企业的相关帮助[6]。而我国学者也对工业互联网的相关研究投入了大量的时间，王喜文[7]分析了美国和德国的工业互联网特点，分别是注重服务以及衍生兼职和同时抓服务以及生产，而李广乾[8]的观点是我国应该重视工业互联网的相关体系建设，国家相关领导人以及部门应尽快将工业互联网的建设纳入制造计划中，同时将工业互联网作为深化企业改革以及国家互联网发展的主要目标，王峰[9]将工业互联网划分成三种类型，其划分标准为平台服务的对象以及所研究方法等。

1 工业互联网的整体架构设计

平台框架如图1所示。

图1 工业互联网平台的基本架构

（1）第一层为基础设施层，它是工业互联网的重要基石与基础设施，一般主要是由IT基础建设上为平台所专门搭建的，其主要是为平台层（PaaS）及其相关配套设施的相关功能运行以及不同功能及服务提供高性能的计算以及存储功能。

（2）平台层（PaaS）的构造较基础设施层（IaaS）的构造较为复杂，应用全生命周期服务环境与工具主要为企业提供应用开发与部署以及应用运行与优化等服务，工业微服务库主要由人机物法环工业全要素，微组件及微服务组成，IT微服务库主要由数据库。算法以及相关中间件组成，工业大数据管理主要由预处理、存储。分析、挖掘以及可视化等操作组成，开放资源接入与管理主要由资源连接与工业资源调度和管理组成，而最后的IT基础资源调度与管理则由一些基本的基础建设设施。资源调度以及运维管理等组成。主要是由该企业的相关平台商以及各类服务器的服务商提供相关的服务，共同来建设维持的，作用与“操作系统”相类似，对整个系统的顺利运行起着非常重要的作用。

（3）应用层（SaaS）是整个工业互联网发展的结晶，这一层的应用就比较实际化，如相关企业定制的APP以及相关不同行业定制的APP、产品生命周期管理相关应用APP，经营管控相关应用APP以及产业链运营相关应用APP等一系列专业化定制的APP组成。

2 工业互联网的核心功能

工业互联网平台应至少具备以下四个方面的核心功能：

图2 工业互联网

（1）分布式IT资源调度与管理，应该通购买、租聘等各种方式建设与企业工业互联网相关的云基础设施，通过各种不同的虚拟化技术来实现对计算等IT资源的统一管理。

（2）针对工业资源泛在连接与优化配置，简单来说就是推进工业化资源的数据可视化后在进行二次操作，从而达到对企业的资源的管理等目的。工业资源的连接与调用过程如图3所示。

图3 工业资源的连接与优化配置

（3）针对工业大数据管理与挖掘，此特点旨在建立一个数据信息共享，并且以各种数据为基础建设一个成熟可靠的工业互联网体系。基于工业大数据管理构建微服务及微组件的过程如图4所示。

图4 工业大数据管理的微服务及微组件构造

（4）针对微服务供给、管理与迭代优化，应该支持各提供商针对不同类的工业互联网微服务的组建，除此之外应该鼓励各企业针对自己的平台建立登录以及注销等基础操作，最后应该让各服务商结合企业的真实使用情况对其进行相关的优化迭代操作。基于平台进行微服务发布与迭代优化的过程如图5所示。

图5 平台的微服务发布调用与迭代优化

3 工业互联网平台的应用价值

成熟的工业互联网平台的成熟结构体系的建立，可降低企业的各种成本，从而令企业更快速地获利。并且合理有效地分配IT资源可以使企业进行更高效地生成活动，极大的降低了各方面的成本，应该合理分配资源，高效利用资源的目的。其中具体的应用价值主要包括：

（1）保证相关工业网络的连接性、传输型以及安全性，工业互联网的网络安全问题主要在于整个互联网平台堆栈基础的相关设备以及不同专业操作的安全性，总而言之，整个互联网的核心就围绕这些操作，特别是对网络安全性的相关操作，在互联网还不发达的年代，往往多种连接方式要么是无法实现的，要么是各种成本过高，而互联网高效地解决了这个问题，并为以后工业互联网的智能发展打下了牢固的基础。

（2）工业互联网具有一项特别关键且有决定意义的功能，就是在数据的使用上超越了SQL数据库中的架构化数据，并且能够充分的利用非结构化如视频，社交相关数据，以及半数据化数据例如一些时间序列数据，最终工业化互联网平台能够将这些数据统一成一个数据模型，这些对数据的处理功能是非常重要的。

（3）云计算在工业互联网领域中所占的比例是非常大的，在交付时，无论通过直接交付还是间接交付都需要通过云合作伙伴，比较常见的云合作伙伴在国外一般都是Amazon AWS，国内一般多用华为云或者阿里云，此时需要合作伙伴与供应厂一起构建一套基础架构服务，以保证虚拟化的计算资源如网络、服务器、数据中心等其他部分的安全性。

（4）工业互联网应该包括必要的工具，此工具的主要目的是用来创建新的基于API的整合应用程序，可以高效地将整个网络平台上的各个环节结合起来，除此之外还需要其具有较好的迁移性，比如能够较好较快地将旧的应用搬迁到新的应用上。

（5）工业互联网市场最明显的趋势就是多家服务商的战略定位的变迁。其主要原因是相关企业自己在寻找一条提升整个业务的道路，而不是提升某个具体模块的能力，在这种行情下，就需要大多数服务商提供一种现拿现用的应用程序，用来解决大多数企业对待特定的技术难点。

（6）现如今大多数的平台商以及供应商正在周围建立起一套生态模型，比如有些企业追求的是一种独立的应用架构体系，平台商也希望如此，因为这样就能够获取相关市场一部分的市场份额。在应对工业互联网这种大环境时，利用工业互联网领导产业转型是一个不错的选择，除此之外相关组织应该积极地持续追踪工业互联网行业的实时行情，因为此行业的发展必定是一个长久的趋势，在以后肯定会有优胜略汰，弱肉强食这种现象的发生，此时需要相关部门紧盯行情，以应对不同的紧急情况产生，构建工业互联网体系的同时也应该同时构建智能互联产品，以此来提升客户的使用体验，最重要的是要与专业的工业互联网服务商合作，因为企业与其技术上是相辅相成的。

4 结语

本文针对工业互联网的整体架构设计、工业互联网的核心功能以及工业互联网的应用价值这三个方面做了相关的阐述，为我国后续的相关工业互联网研究奠定了理论基础。