基于标识解析的5G工业互联网平台在产业监管和企业服务中的实践

许毅鹏 万刚 中国联合网络通信有限公司江西省分公司 南昌市 330096

周晓龙 中国联合网络通信有限公司研究院 北京市 100176

0 引言

当前，互联网、大数据、人工智能等新一代信息技术持续创新并与制造业加速渗透融合，正在引发新一轮工业革命。发展工业互联网已经成为全球产业布局的新方向，以及领军企业竞争的新赛道。建设与推广工业互联网平台是工业互联网创新发展的关键，全球制造业龙头企业、信息和通信技术（ICT）领先企业、互联网企业均基于各自优势，从不同的层面和角度搭建了工业互联网平台，助力产业转型升级和创新发展。加快建设和推广具有自主知识产权、具备生态凝聚力和国际竞争力的工业互联网平台，推动我国制造业沿着数字化、网络化、智能化方向加速演进升级，也是我国抢占新一轮全球产业竞争制高点的必然选择。

1 平台建设需求

在政策指引下，涌现出一批工业互联网平台。但制约平台发展的问题依然存在。一是很多平台缺乏足够的应用场景，空有技术展示的功能，但因缺乏足够多的应用场景，其使用效率并不高。二是“信息孤岛”阻碍了制造资源、数据的集成共享和创新应用。制造企业的数字化、网络化程度决定了工业互联网平台的集成应用水平。我国企业数字化基础总体上较为薄弱，数字化能力参差不齐。企业内部之间，产业链上下游之间，跨领域各类生产设备与信息系统之间，还存在很多“信息孤岛”，影响了进一步的协同应用。三是开源社区建设滞后，产业生态亟待完善。开发者数量以及平台企业的生态合作伙伴类型和数量相对匮乏，难以形成有效的资源汇聚效应，制约了我国工业互联网平台建设和工业应用程序的良性生态建设。面向多行业、多领域、多场景的工业APP应用缺乏，开发者与用户相互促进、双向迭代的双边市场生态远未形成。四是工业互联网平台发展是一个长期迭代、试错、演进的过程，由于平台技术研发投入成本较高，平台回报周期较长，很多企业尚在投入阶段，大部分平台直接带来的收益在企业整体利润中占比并不高。

本平台从以上问题入手，设计平台架构，满足“端边管用”的构建维度，通过对微服务的灵活调用和配置，降低工业APP开发门槛和开发成本，实现工业技术的全方位传承和快速复用。基于工业互联网平台，围绕江西“2+6+N”特色产业的工业互联网转型需求，汇聚供需对接、协同制造、设备联网、生产管理、大数据分析、人工智能、成果推广、企业培训等一系列解决方案，形成联动辐射效应，促进工业互联网面向更多垂直行业领域应用推广，形成具有引领作用的行业级、区域级、企业级工业互联网平台。依托系统的建设与推广，整合地方制造资源，实现跨企业、跨行业、跨区域的产业链协同共享、优化资源配置能力及生产制造优化方式。

2 解决方案

江西联通工业互联网平台，从当前工业互联网面临的众多共性技术问题入手，设计平台架构，依托国内首款基于云原生架构设计的开发平台，其提供的开发服务云能够依托自主可控的集成开发环境，利用丰富的微服务组件、API、SDK工具包等，基于独创的第五代云端动态领域建模系统，可在云端多租户架构下，通过低代码的可视化开发平台快速实现通用性SaaS应用、工业APP开发和个性化定制。

平台满足“端边管用”的构建维度，并对其中涉及的关键技术突破进行重点投入，整体上实现满足20类行业、企业全价值链上的行业应用和业务管控需求，推进工业互联网从“建平台”走向“用平台”的发展进程。

2.1 技术方案

工业互联网平台遵循边缘层、IaaS、PaaS、SaaS及工业APP应用4层架构标准，并接入工业安全防护体系，打通外部信息系统接入，实现了端、边、云、网、PaaS中台、SaaS应用一体化的平台能力。

在PaaS层着力打造了5个通用PaaS开发平台，从开发、数据、AI支持、设备连接、系统连接等提供全方面的开发支持能力。并且开发了大量的工业基础组件，与生态伙伴一起通过应用市场提供给客户丰富的场景化应用。平台总架构如图1所示。

2.1.1 边缘层

边缘层作为基础层，主要通过连接传感器、工业控制系统等边缘节点，将设备、系统、产品、软件等要素数据实时采集，将异构数据连接到云平台，并能支持灵活实时的前端数据处理与业务逻辑处理。边缘层主要功能分为：多设备控制、多工厂服务、数据计算与融合。

通过在边缘层的深层次数据采集，实现不同协议数据的基层汇集，将具有信息接口的设备、控制器通过协议解析、转换实现接入，对难于实现数据采集的设备、节点物等，通过加装传感器，以及接入边缘智能网关实现接入。

边缘层在云和现场之间，向下支持现场各种设备的接入，向上与云端对接。对于具有业务实时处理、确定性时延、安全与隐私保护的数据处理需求，则引入边缘计算服务，通过数据优化实现数据聚合、数据的统一服务与呈现，灵活高效的服务于边缘应用。

边缘层通过IoT连接、ERP连接器、条码/二维码、FRID等连接器，与前端设备、物料、业务系统连接，完成数据的采集、协议解析、数据清洗、数据处理。同时通过边缘计算与5G网络的结合，为设备提供计算、控制与智能化调度等端边协同应用。

2.1.2 IaaS层

IaaS层作为支持层，主要支撑平台的基础资源配置和算力提供，通过联通公有云、私有云、混合云等服务方式提供的云计算平台对平台进行云部署，并对平台的基础资源进行调度，并且根据区域、行业等平台差异，完成平台的多云适配，提供高质量、高稳定的云支持能力。

2.1.3 工业PaaS层

PaaS 平台层由开发平台、数据中台、连接平台、AI平台、IoT平台组成，提供前端高效的业务支撑能力和扩展能力。

开发平台是基于云原生架构的云开发服务平台，采用了全新的分布式架构，由微服务架构、容器服务、DevOps等为代表的云原生基础架构组成，提供了云端低代码的可视化开发平台，支持在多租户模式下也能界面模型设计、建模，能够为不同客户定制个性化应用。

数据中台是持续赋能和产生收益的中台，提供数据管理、基础管理、模型数据管理，帮助用户快速对业务数据进行数据建模。通过高效的数据存储、分布式数据计算和5G 带来的高可用数据湖生态，通过数据清洗、数据挖掘等持续提炼数据价值，并且生成工业大数据。

连接平台通过业务模型、长连接通道、5G模组适配器、5G边缘算盒连接器、ERP适配器、模型解析器等功能，为对接外部业务提供便利，外部业务快速集成平台。

AI平台是业务赋能型平台，为其他应用提供不同类型的服务，通过人工智能技术结合5G特性对数据、业务等多方面赋能，加速应用的成熟度。

IoT平台是硬件设备连接平台通过设备连接、边缘算盒、工业通讯协议等方式帮助硬件设备，特别是工业场景下的特种设备快速连接平台，实现对设备的管控一体化。

2.1.4 SaaS及工业APP应用层

提供了政府对云服务商上云监管和产业经济监测功能；提供了供使用者直接操作使用的SaaS服务，涵盖了在江西市场具有商务和产品成熟度优势的协同类应用和工业企业上云应用，平台基于PaaS平台提供产业电商、产业协同、供应链、产品服务等。平台构建了良好的工业APP创新环境，使开发者基于平台数据及微服务功能实现应用创新。

运用5G 特性，赋能工业制造，提供在智能制造、车联网、电力、能源等工业领域和在云VR/AR、无人机、机器人、AI识别、高清视频等多场景的5G+工业应用解决方案。

提供三大子平台：行业子平台、区域子平台和龙头企业子平台。围绕江西特色产业，在电子、有机硅、家具、钢铁、光伏、电瓷、变电等多个行业建立了行业子平台，在南昌、九江、赣州、新余等工业强市和特定区县建立了区域子平台，围绕“江字头”国有企业，电子、有色产业的龙头企业建立了龙头企业子平台，提供了基于5G的全连接智能化工厂及平台应用。

平台门户包括江西工业互联网门户和江西公共服务门户，分别对应企业和政府的访问入口。在江西公共服务门户平台中，政府可以实施云服务监管和产业经济监测等；在江西工业互联网门户中，企业可实名注册、登录。江西工业互联网门户具备完整的自助办理流程，企业一站式注册开通企业门户、企业官网、企业手机APP（包括Android及iOS），实现企业各端统一门户的信息与数据同步，并提供信息发布通知等基础服务，以云服务方式提供给企业使用。用户可通过PC Web门户、掌上门户、手机APP进行多屏接入统一门户平台，保证多屏下的账户、消息、应用、数据等的同步和统一。

2.2 平台技术核心

本平台以依托中国联通“云+网+X”立体化服务能力，叠加5G、物联网、边缘计算、大数据、AI人工智能等自有技术，构建边云协同的海量数据采集和分析应用的服务体系；支撑合作伙伴实现工业互联网系统技术和经验知识模型化，形成资源富集、多方参与、合作共赢的生态。工业物联、超级连接器、工业标识解析是整个平台技术的核心。

图2 物联网开发平台架构

2.2.1 工业物联

运用云边协同的体系架构，通过分析设备物联网应用的典型特征，抓住物联网应用的共性需求，由此建立设备物联网平台通用模型，将设备联网上云，将原有物联应用软件云化，构建基于云计算技术、边缘计算技术的物联网开放平台。物理网开发平台架构如图2所示。

工业设备数字化程度不一，其中包括高度数字化生产设备、已具备物联基础的智能设备、没有智能化的哑设备，这些智能化水平参差不齐的设备均错综复杂的分布在各工业现场。物联网平台的第一功能就是通过边缘计算使复杂工业现场下的设备上云，随着传感器技术、通信技术、嵌入式技术和分布式处理技术的迅速发展，本平台以多种传感器技术、射频技术、信息处理架构技术为基础，推出了多种物联网采集的边缘解决方案，构成了实时准确感知、测量和监控现实物理世界的硬件支撑平台。在工业设备和中间控制系统之上，工业物联子平台提供物联网网关设备，连接设备、边缘系统。构建物联设备协议解析池，实现通用和个性协议的逐步积累，加快设备连接上云。

2.2.2 工业标识解析

本平台通过建设工业互联网标识解析体系，推动工业领域标识解析的标准和规范的制定，如标识解析整体架构、数据管理、分布式注册、可信解析、多源异构信息管理、标识数据互操作等关键技术标准。通过“前缀+企业内部编码”形式，将不同行业和企业采用的标识编码体系统一化、规范化和社会化，使得物料、配件、产品等，在流通过程中不需要再次编码或者重新粘贴标签，既可以提高工作效率，又可以实现物品信息的准确关联和自动获取，为全产业的信息共享提供基础支撑。工业标识解析平台架构如图3所示。

目前，平台已形成针对电子信息、汽车、民爆等行业的标准解决方案。各行业都有其特有行业特性，其中电子信息行业具有工序长、机器多、数据杂的生产特征，以PCB电路板产业为例，单产品工序达16道，每道工序又有数个流程，如电镀工序就有磨板机、沉铜、电镀等流程，复杂的工序流程给产品质量追溯管理带来极大困难。目前电子信息行业无法做到全流程产品质量追溯，一旦产品出现质量问题，需要耗费大量人力物力来准确定位出现问题的环节。电子信息企业亟需以统一的编码标识解析体系为基础建设一个低成本、高效率的产品追溯平台，以保证产品质量达到行业生产管理规范要求。

图3 工业互联网标识解析二级节点平台架构

产品质量追溯管理方面，企业用户对建立产品全生命周期档案，对产品进行质量溯源的需求较为迫切。在打码技术方面，采用现有的普通或单一的打码方式，二维码将在生产的过程中遭到损坏或遗失。在物料精确追溯管理方面，电子信息行业工序复杂，涉及到的物料数量多、品类广、供应商众多，物料管理难度大。在生产设备有效管理方面，电子信息企业具有生产任务紧、数字化自动化程度高等特点，生产设备的管理对企业正常生产非常重要。通过打造统一的编码标识解析体系，实现生产设备的精确管理，为设备预防性周期维护保养计划与执行提供最适当的提醒，减少因设备问题带来的生产损失。

平台针对以上行业痛点，借助标识解析技术，实现电子信息企业从原材料、发料、加工、电测、FQC（最终检查验证）、包装/出货的产品生命周期全流程追溯，包括生产过程中的六要素（人、机、料、法、环、测）的防错与追溯，从而极大地提高了产品的质量以及客户的满意度。整体架构如图4所示。

通过对产品全生命周期数据采集，建立产品生产档案，使得客户可以监测产品从原料到加工出厂前的全部信息，有效提高客户对产品质量和企业服务的满意度和忠诚度。针对不同的生产环节，设计了不同的打码方案，确保从物料到产品的各个阶段均有码可寻。这些定制化的打码方案在行业内具有创新性、领先性和可借鉴性。通过“定制化标码技术+标识解析”，对产品全流程数据进行采集、分析和展示等，提高物料、设备、工艺等工厂内元素的现场管理效率，改善产品质量，帮助企业管理者更科学性的决策。

3 应用成效

目前平台已接入50余款工业APP，封装超20类机理，支持10大类工业设备，覆盖20个行业，打造了标识十大应用领域，标识解析量超50万，工业机理模型数十个，活跃开发者上千名，上云企业数超过1万家，接入可监测的工业设备数超过1万台套，预计帮助企业运营成本降低5%-30%。

此外，依托本平台建立了多个区域子平台：新余渝水区工业大数据平台、九江湖口亩产效益大数据平台、南昌小蓝经济开发区工业经济运行监测平台、赣州特色产业工业云平台、赣州众服联协同服务平台等，服务县区和园区企业超1万家，通过围绕政府监管和服务企业的理念，助力全省工业高质量发展。

本平台的建设为工业与互联网结合提供了抓手。通过推动企业上云，为它们提供定制化服务，帮助客户真正实现生产制造升级，降本增效和生产协同，激发创新活力和创造力，赋能产业的数字化转型升级。目前已为省内多个头部企业实施上云改造，旨在以点带面，发挥头部企业的辐射作用，带动产业全链的转型升级。对PCB（印刷电路板）行业头部企业进行上云改造，助力企业的智能化、数字化改造。该项目在工信部组织的2019年全国企业上云典型案例遴选中脱颖而出，成为江西省唯一一家上榜企业（全国仅40家入围）。此外，为金属家具行业领跑企业江西某保险设备集团有限公司提供设备上云服务，该项目入围工信部2020年工业互联网试点示范项目，类别为“5G＋工业互联网”集成创新运用，也是江西省唯一入围该类别的项目。

图4 产品生命全流程追溯

4 结束语

江西联通工业互联网平台对于打造新型工业，促进“互联网+先进制造业”融合发展具有重要作用，平台提供社会化服务、产业链协同、数字工厂、智能服务等应用及产业电商、供应链协同、制造协同、智能制造、设备远程运维、数字孪生、大数据应用、5G+AI服务等产品方案，帮助企业打通全价值链，实现企业设备/物的连接与数字化、工厂车间的数字化、企业经营与管理的数字化。同时产品的连接与数字化，实现产品即服务的应用，帮助企业从制造向服务转型，通过平台与产业链的合作伙伴衔接，进行数据共享、业务互通，实现与产业的共享、共赢、共生。