(網經社訊)[摘要] 工業(yè)互聯(lián)網作為國家推進“中國制造2025”的主要方向，是制造強國和網絡強國的重要支撐。然而，工業(yè)互聯(lián)網作為新興技術，受限于建設可借鑒經驗少、實踐路線和標準規(guī)范欠缺等方面因素，國內工業(yè)互聯(lián)網普遍存在建設應用進度緩慢等問題。設備聯(lián)網作為工業(yè)互聯(lián)網的核心和關鍵技術之一，是工業(yè)互聯(lián)網平臺核心競爭力的關鍵。文章提出一套以設備聯(lián)網為依托，以PaaS平臺為核心的工業(yè)互聯(lián)網實踐架構，基本明確了平臺宏觀架構和解決了開放靈活的實施應用問題。平臺在貴州省區(qū)域正得到積極的推廣和試用，希望可以為工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展提供可行的參考。
前言
隨著新一代信息技術與制造業(yè)深度融合，工業(yè)互聯(lián)網成為推動制造業(yè)轉型升級、發(fā)展實體經濟的新型基礎設施。工業(yè)互聯(lián)網平臺是實體經濟全要素連接的樞紐、資源配置的中心和智能制造的大腦，是我國工業(yè)實現(xiàn)換道超車的重要機遇[1]。在工業(yè)互聯(lián)網平臺建設和應用實踐中，設備聯(lián)網及云化智能管理，技術層級覆蓋了IIOT、IaaS、PaaS和SaaS，應用層級涵蓋邊緣計算、數據存儲、建模預測分析、設備工控信息安全等，是工業(yè)互聯(lián)網的核心和關鍵技術之一。誠然，實現(xiàn)和普及設備聯(lián)網，是工業(yè)制造業(yè)企業(yè)實現(xiàn)提質增效，工業(yè)互聯(lián)網平臺的建設和運營者實現(xiàn)合理高效運營和推廣的關鍵手段和過程[2]。
1 設備聯(lián)網的意義、挑戰(zhàn)及分析
1.1 設備聯(lián)網的重要意義
設備聯(lián)網是工業(yè)制造業(yè)企業(yè)實現(xiàn)信息化、數字化、智能化的關鍵，也是推進工業(yè)物聯(lián)網建設的核心，通過設備聯(lián)網可推進企業(yè)在生產制造和運營等環(huán)節(jié)的有效管控，可實現(xiàn)設備優(yōu)化利用及預測性維護、企業(yè)領導決策、運營及營銷等工作提供全方面、多維度的依據和參考[3]。在生產制造方面，一是實現(xiàn)設備資源共享，盤活企業(yè)設備資產，提升資產利用率;二是實現(xiàn)設備預測性維護，縮短設備宕機時間，降低設備故障給企業(yè)帶來的生產影響;三是利用在線分發(fā)和版本控制實現(xiàn)生產研發(fā)和制造管理協(xié)同，加速企業(yè)設計研發(fā)。在業(yè)務運營方面，一是實現(xiàn)企業(yè)設計、銷售等全生命周期的管控和提高生產運營效率，優(yōu)化生產流程及規(guī)避“接私活”隱患;二是結合物聯(lián)網的設備數據應用，賦能人力資源;三是實現(xiàn)遠程設備遠程診斷、故障處理，以及多人協(xié)同式操控;四是通過多維度設備相關數據采集和挖掘分析，實現(xiàn)精準營銷。
1.2 設備聯(lián)網的問題和挑戰(zhàn)
物聯(lián)網技術在工業(yè)領域的應用已成為業(yè)內焦點，但也面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)[4]。一是平臺及工控安全不可控，針對紛繁復雜的網絡環(huán)境，還缺乏可行的安全解決方案有效防御和解除攻擊[5];二是平臺規(guī)范和標準不同統(tǒng)一，盡管工業(yè)互聯(lián)網平臺迎來了“百花齊放，百家爭鳴”的局面，但各自建設的API接口、業(yè)務系統(tǒng)、設備網關等互通共享難，開放性、可拓展性較差[6];三是設備和傳感器投入成本高，物聯(lián)網系統(tǒng)中運行大量傳感器和、設備、網絡和存儲都是企業(yè)的消耗[7];四是設備和平臺請求及響應延時性比較高，用戶體驗較差，5G技術在硬件加速、平臺分布式、數據分布式等方面有一定普及和應用前景[8]。
1.3 本文設備聯(lián)網與工業(yè)互聯(lián)網平臺建設分析
實際來看，設備聯(lián)網與工業(yè)互聯(lián)網平臺的建設和發(fā)展正在國家和各省區(qū)的政策制度的指引下得到一定推進，處于方興未艾的狀態(tài)，還需行業(yè)領域的領航者積極去推動整個工業(yè)互聯(lián)網的網絡、平臺、安全向前發(fā)展。對于領域內技術的創(chuàng)新應用、平臺的開發(fā)打造、網絡及安全的性能提升和保障等都一定程度上因可借鑒經驗少、行業(yè)領域解決方案輸出能力欠缺、中小微企業(yè)本身信息化數字化水平偏低等原因受到牽制和影響。本文結合實際區(qū)域工業(yè)互聯(lián)網平臺的建設情況，提出了一個實踐架構模型，不斷探索和試錯容錯的方式來為平臺建設提供參考，力求為區(qū)域行業(yè)領域企業(yè)提供平臺級線上+線下的工業(yè)互聯(lián)網服務。
2設備聯(lián)網與工業(yè)互聯(lián)網實踐架構模型
基于工業(yè)互聯(lián)網平臺基礎，以平臺IIOT、IaaS、DaaS、PaaS和SaaS全覆蓋的業(yè)務和服務為目標，提出基于物聯(lián)網IOT系統(tǒng)的、面向電子信息行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網平臺實踐架構，見圖1，通過平臺的服務和能力積極帶動電子信息企業(yè)實現(xiàn)數字化、智能化管理，為大數據與實體經濟融合、企業(yè)上云提供支撐。
結合工業(yè)互聯(lián)網平臺各層次相關技術，整合集成和規(guī)劃布局了平臺架構、技術、服務及應用主要包含如下：
（1）在底層實施設備、系統(tǒng)、企業(yè)的上云，應用物聯(lián)網接入技術、邊緣計算技術、系統(tǒng)交互API等采集其（非）啞設備生產狀態(tài)等關鍵性能數據、系統(tǒng)核心業(yè)務數據、企業(yè)生產經營數據。
（2）利用計算資源、云基礎設施、存儲資源，以分布式云存儲方式進行對各類數據進行匯聚存儲和備份，進一步面向數據分析等提供DaaS的關鍵數據服務。
（3）打造PaaS運行環(huán)境及數據分析關鍵能力，利用彈性伸縮、容器編排、微服務治理、中間件構建容器和運行環(huán)境，運用行業(yè)領域機理模型、分布式技術和人工智能等構建相關技術及業(yè)務服務，提供PaaS級組件和平臺服務。
（4）通過各類關鍵業(yè)務API接口、微服務組件，為工業(yè)生態(tài)APP提供業(yè)務及功能保障，不斷豐富和完善行業(yè)APP，并面向其行業(yè)用戶提供生產制造、管理經營等生命周期的SaaS服務。
以工業(yè)互聯(lián)網平臺為核心依托，面向全產業(yè)鏈的企業(yè)提供工業(yè)互聯(lián)網應用服務，提升產業(yè)鏈協(xié)同與資源優(yōu)化配置能力，形成行業(yè)網絡化協(xié)同、服務型制造新模式，樹立行業(yè)標桿，加速推進企業(yè)工業(yè)化轉型升級和創(chuàng)新發(fā)展。本文設備聯(lián)網系統(tǒng)的核心業(yè)務及技術分析如下：
（1）微服務架構及大數據分析模型。以微服務技術架構作為PaaS物聯(lián)網平臺服務端系統(tǒng)實現(xiàn)，充分、便捷地支持設備及業(yè)務數據在申請和授權下可以快速進行上下行操作，加速用戶和開發(fā)者對其設備或數據的管理及研究。同時也為物聯(lián)網系統(tǒng)業(yè)務二次開發(fā)和快速構建定制化、個性化APP提供有力保障。集成和構建大數據機器學習、深度學習算法組件，通過設備歷史/實時數據進行有效的ETL后，開展訓練學習和預測分析工作，進一步豐富行業(yè)領域設備算法機理模型提供支撐，加速企業(yè)對設備相關業(yè)務的智能化管理。
（2）工業(yè)物聯(lián)網網關。支持邊緣計算功能，視頻H265壓縮算法、GPS+北斗雙模定位技術、全網通4G網絡等。支持CAN、RS485、IO總線等數據采集方式，實現(xiàn)藍牙和Wi-Fi無線信號傳輸;支持智能電源管理，提供低功耗休眠管理功能;內嵌JavaScript引擎支持定制化應用的開發(fā)。適用于作業(yè)現(xiàn)場采集數據的網絡接入和網絡遠端控制指令的轉發(fā)，支持對智能終端硬件進行遠程調試、升級和測試等操作。
（3）規(guī)則引擎。物聯(lián)網規(guī)則引擎可高度定制和配置的數據組件，用于復雜的事件處理。使用規(guī)則引擎可以過濾，增強和轉換由物聯(lián)網網關傳入的消息，同時還可以觸發(fā)各種聯(lián)動操作，如通知或與外部系統(tǒng)通信。
（4）時間序列數據庫。時序序列數據庫通過使用特殊的存儲方式，可高效存儲和快速處理海量時序數據，相對于關系型數據庫，其存儲空間可減半，查詢速度極大提高。
本文以區(qū)域工業(yè)互聯(lián)網建設為核心，整合和開發(fā)物聯(lián)網IoT系統(tǒng)，以微服務開放架構，打造建設PaaS層數據采集和分析、大數據模型組件、應用管理環(huán)境、APP快速開發(fā)接口與組件，并面向企業(yè)、開發(fā)者提供SaaS層的綜合業(yè)務服務，面向行業(yè)領域、企業(yè)和用戶初步實踐發(fā)現(xiàn)，已基本具備可行、可復制和可推廣的能力和支撐保障。
3 結語
工業(yè)互聯(lián)網平臺及設備聯(lián)網建設的初衷和使命就是基于IIOT、IaaS、PaaS、SaaS等相關技術和理念研究和應用，不斷打造和完善面向區(qū)域行業(yè)的、覆蓋全技術層次和全生命周期業(yè)務流程的工業(yè)互聯(lián)網平臺，以微服務、開放開發(fā)、機制模型、工業(yè)APP等多種技術和形式，提供網絡協(xié)同、個性定制等綜合服務。后續(xù)將依托設備聯(lián)網，結合工業(yè)信息安全、標識解析的研究和應用，一是進一步研究、開發(fā)平臺級技術和應用服務，保障和提升用戶體驗;二是大力發(fā)展平臺—網絡—安全協(xié)同、配套的能力建設和應用，為打造可用好用的工業(yè)互聯(lián)網平臺提供支撐。
主要參考文獻
[1]中國電子技術標準化研究院.工業(yè)互聯(lián)網平臺標準化白皮書（2018）[Z].2018.
[2]呂弢華. NB-IoT在物聯(lián)網中部署重要性的探討[J]. 中國新通信，2017，19（8）：78-78.
[3]ATZORI，Luigi，IERA，et al. The Internet of Things：A Survey[J]. Computer Networks，2010，54（15）：2787-2805.
[4]Alharbi S， Rodriguez P， Maharaja R， et al. Secure the Internet of Things with Challenge Response Authentication in Fog Computing[C]// IEEE International Performance Computing & Communications Conference， 2017.
[5]張遠晶，畢然. 我國物聯(lián)網安全及解決方案研究[J]. 信息通信技術與政策，2019，296（2）：35-39.
[6]王合. 物聯(lián)網安全體系和關鍵技術探索[J]. 數字通信世界， 2019（2）：108.
[7]趙廣曄. 物聯(lián)網構建中的成本研究[J]. 中國電子商務， 2014（9）：53.
[8]王毅，王雨晗. 物聯(lián)網時代5G發(fā)展的挑戰(zhàn)與思考[J]. 廣西通信技術，2018，131（2）：5-8.（來源：中國管理信息化 文/楊靈運 鄧生雄 張昌福 王文宣 編選：網經社）
