工業互聯網平臺賦能工業企業高質量發展機制研究
——以某企業為例

楊民志

(南京市江寧區企業服務中心，江蘇 南京 211100)

0 引言

近年來，新一代信息技術發展迅猛，物聯網、5G等各類新技術迭代速度加快，一批以高新技術為特征的企業不斷成長，為經濟發展注入新的活力。新一代信息技術不斷拓展至各類應用場景。其中，工業生產更是直接受益者，傳統的生產方式不斷向智能制造轉變。數字化、網絡化、智能化水平不斷提升。工業互聯網作為新一代信息技術和工業制造融合的產物，在新一代工業革命的浪潮中突圍而出，成為企業轉型發展的關鍵支撐。工業互聯網平臺憑借其廣泛的連接能力、強大的數據分析與處理能力、全面的平臺化服務能力、快速開發及構建良好用戶體驗的應用能力等，可幫助企業快速方便地實現數字化提升，并且逐步構建全面的工業互聯網發展體系。

1 江寧區工業互聯網發展基本情況

江寧區是南京市發展工業經濟的重要板塊，規模以上工業企業超過1 700家，構建了“5+4+1”現代產業體系，涉及智能電網、高端裝備制造等多個產業門類，企業數量眾多，產業基礎雄厚，為發展工業互聯網奠定了良好的基礎。江寧區現已建成省級工業互聯網示范平臺8個，省級工業互聯網標桿工廠6家，省級示范智能工廠5家，省級示范智能車間40家。2022年上半年，江寧區作為南京市唯一地區，推進制造業智能化改造和數字化轉型相關工作受到省政府辦督查激勵。

2 工業互聯網平臺技術方案

江寧區聚集了大量工業企業，工業互聯網在工業生產中的重要性逐步顯現，現以江寧區某企業工業互聯網平臺為例，分析其技術方案。該平臺采用模型驅動的開發模式，可根據不同行業、不同需求、不用應用場景建立行業機理模型、業務模型、設備模型及數據分析算法，通過組件、容器、事件等方式快速配置滿足不同企業需要的軟件系統。

平臺內置了MESPDMWMSAPS數據可視化BI數據分析等豐富的工業軟件及工業App，覆蓋研發設計、銷售、制造、服務等各個環節，各系統間的數據無縫集成，形成產銷研一體化管理體系。平臺架構如圖1所示。

圖1 平臺架構

2.1 平臺基礎能力

該工業互聯網平臺利用大數據云計算技術，通過工業App對生產設計、企業經營管理及用戶交互中各種數據進行充分挖掘，為企業研發、生產、營銷、交易、服務等活動提供服務，從而大幅縮短產品設計周期、提高產品性能、提升生產效率、降低運營成本，為企業轉型發展賦能。

平臺支持關系型和非關系型等多種類數據庫，如SQL Server，Oracle，MySQL，MongoDB，Influxdb等，充分運用Redis緩存技術，數據庫分片、分表分庫技術，數據庫讀寫分離技術等解決數據存儲和應用問題；平臺使用的主要開發工具有IntelliJ Idea，VSCode，HBuilderX,開發語言主要有Java，C++，JavaScript，TypeScript；平臺中采用了Drools規則引擎，集成了大量的Opta Planner優化算法、遺傳算法、啟發式算法、退火模擬算法、禁忌搜索算法等；平臺利用Java平臺多解釋器(JVM)和Java生成的中間碼，實現同一套代碼在不同平臺如Windows，Linux，Unix等下的重復應用；平臺提供了眾多的工業應用標準行業包如PDM、MES、APS、WMS、MDC、仿真等，每個行業包由眾多的工業微服務組成，同時利用HBuilderX強大功能，可快速生成客戶需要的各類工業App，提供與IaaS高度兼容的管理組件。

平臺提供以下數據的管控措施：

(1)數據監測。數據實時展示，可滿足對采集點數據實時、歷史監測業務。

(2)數據存儲安全策略。不同安全級別的數據存儲策略，基于私有數據庫存儲和基于數據安全級別的數據存儲。

(3)網絡資源管控。包括自動關閉閑置的資源，根據負載來調節CPU的頻率以降低功耗并提供關于數據中心整體功耗的統計圖與機房溫度的分布圖等來提升能源的管理，并相應地減少浪費。

數據庫架構如圖2所示。

圖2 數據庫架構

2.2 平臺管理能力

2.2.1 平臺具有無感知的底層資源的應用自動化運維能力

通過模板化、可視化的應用編排，通過Docker和KUBERNETES等容器技術，幫助客戶快速自動化部署；提供應用拓撲、監控、告警、日志、調用鏈等能力，保證客戶業務不中斷、滾動升級，幫助客戶實現自動化運維。

2.2.2 資源調度分配能力

本研究提供了應用所依賴的從硬件到軟件的完整的開發運行環境和資源管理機制，針對系統在資源監控和資源調度方面存在的問題進行數學建模與分析，使用基于負載預測的資源調度機制作為其解決方案，實現平臺資源的靈活配置、提高資源利用率，并對云控制器、資源監控器、負載分析器等系統組件進行優化和改進。

2.2.3 提供標準化的編程框架和服務能力

通過開放性的設計，能夠支持多種不同的編程語言、技術框架和服務，從而為應用開發人員提供了廣泛的選擇，可大大提升開發人員的效率，不斷基于標準化、自動化和數據化，為PaaS平臺中承載的核心應用提供更加可靠的不間斷連續服務[1]。

數據的存儲與處理是作為基礎軟件的重要應用單元，是信息基礎設施建設的重要組成部分，也是信息系統的靈魂和關鍵所在。平臺可提供關系型數據庫、非關系型數據庫、實時數據庫等多種類型數據的存儲方式。同時，在數據處理上采用計算與存儲分離、冷熱數據分離、分布式存儲等方式，實現數據的負載均衡，提高數據存儲及運行的高效性。目前，平臺通過專業的壓力測試可對20 000并發數實現無感化運行。

3 市場應用

該企業工業互聯網平臺具有廣泛的行業適用性，部署快捷，可為工業企業實現數字化轉型提供技術支撐。某工業企業為提高生產管理水平，提升產品的可靠性，縮短生產周期，提出了利用該工業互聯網平臺，實施信息化改造。結合企業現場情況和實際需求，形成了以下實施方案。

3.1 實施方案

(1)重新部署實施企業原ERP軟件。

(2)ERP所實現的功能：供應鏈管理、財務票據管理、成本管理、物流條碼管理、供應商協同管理等。

(3)重新部署MES3.0，并為保證信息一體化，并將ERP、MES統一實施及二開。

(4)實現現有設備的數字化改造，加裝各類傳感器，實現如溫度、濕度、電量、能耗等數據采集，并采用工業總線方式對數據進行采集。

(5)統一各信息化系統數據源并劃分相關模塊功能及定義相關數據接口。

(6)實現生產資源的數字化，包括人員、設備、物料、工裝、載具等，并通過條碼、RFID、視覺識別等技術，實現生產過程的可識別性。

(7)通過MES系統實現生產執行情況的記錄與反饋，包括車間計劃與調度、工藝執行與管理、生產過程質量管理、生產物流管理、車間設備管理等功能。

(8)實現軟件與智能檢測裝備的雙向通信與集成。

3.2 實現效果

項目實施前，產品的設計、客戶下單、生產、質量管控、售后服務的各個環節的產品數據和信息處于孤立狀態。項目實施后，充分發揮了工業互聯網平臺的作用。上述各個環節均在平臺中操作，實現了數據共享，并可實時查詢，以無隙、互通的方式提升信息的綜合利用率。

該企業信息化改造項目基于信息一體化平臺(集成軟件平臺)的基礎上，全面采用智能制造裝備，通過ERP、MES、質保系統、CAA、虛擬仿真、智能檢測臺、信息安全系統構成的信息一體化平臺，與智能制造裝備的協同應用，建設高度互聯互動的管理及制造系統，實現智能車間的整體規劃目標，實現了以下效果。

3.2.1 實現自動排產、精準預測交期

項目實施前，在客戶合同形成之后，需由市場部人員與生產部門反復溝通，確認庫存物料、生產排程，這種模式不僅費時、費力，而且容易出錯。項目實施后，客戶訂單由ERP系統通過自動分析庫存物料情況后，將生產指令下達給MES系統，MES系統自動把生產計劃下達給生產設備及物流系統，實現了自動、優化、動態的排產，大幅提高率生產效能，同時做到了交期的精準預測。

3.2.2 節約大量人力成本

項目實施前，檢測臺須多人進行干預作業，項目實施后，通過信息化管控及智能檢測平臺等智能裝備的應用，大大減少了操作人員且可滿足生產可靠性、安全性的要求，節約了大量的人力資源，同時實現了產量倍增。

3.2.3 大幅減少庫存、釋放庫存資金

在公司制造模式實施前，庫存情況不清楚，不停采購，嚴重影響了公司資金周轉率。項目完成后順利實現了柔性制造，由此無需再有大量庫存品。

3.2.4 有效提升產品合格率、進一步確保產品質量

由于采用大量智能檢測檢驗裝備，并實施了全方位的信息化的質量管控，這使得產品從投料開始、到產品的檢查、測試均形成了全過程的數據鏈，有利于分析并及時解決質量問題。在以上綜合方案實施之后，產品質量得到了保證。

3.2.5 實現能源有效管控

項目實施前，能源的管控處于人工管控狀態，不能有效地、科學地管理和利用能源，從而造成能源浪費。項目實施后，采用的傳感及檢測技術，對生產、辦公等能源消耗進行了實時采集和動態調整，有效地降低了能耗。

4 應用場景

平臺是工業互聯網的中樞，也是資源高效配置的核心[2]。工業互聯網平臺圍繞生產運營中各要素進行數字化建模，可實現信息化系統間以及信息化與智能裝備間的數據集成與共享，構建端到端的業務流程體系。通過生產過程中，對各設備進行數據采集并以數據驅動的方式建立車間級的數字孿生系統，形成企業的數據資產，并通過BI數據分析系統對數據資產進行匯聚、處理、加工。根據不同業務部門對數據資產進行多維度、多角度的分析，挖掘數據的價值，為企業決策提供支撐。工業互聯網平臺可以在以下場景為企業發展進行賦能。

4.1 生產過程場景

在工業生產方面，工業互聯網平臺針對生產車間的工業設備，進行實時數據采集，并對采集到的物料數據、工藝數據、質量數據等進行分析，將分析結果再次反饋給生產過程，從而選擇最佳生產方案，實現工業生產的全鏈條優化[3]。

4.2 資源配置場景

在生產資源配置方面，企業的訂單數據、物料數據、庫存數據可通過工業互聯網平臺進行匯聚，并優化出合適的資源配置方案，提供給設計端、生產端、倉庫端。在協同設計、協同采購、協同生產等生產資源配置與協同場景方面，實現最大價值。

4.3 產品生命周期管理場景

在產品生命周期管理方面，工業互聯網平臺采集工業產品的設計、采購、生產、營銷、物流、運行和維修等全生命周期數據，通過對這些數據進行實時監控和集成分析，追蹤產品動態并不斷優化產品質量，為產品信息追溯、產品全程運輸和產品優化設計等產品生命周期管理場景提供保障。

5 面臨挑戰

5.1 平臺基礎性能力不足

單個工廠內往往存在大量的異構設備，標準協議各不相同。面對復雜的設備連接情況，平臺間“數據孤島”、算法庫與模型庫缺乏等問題仍然存在，還未能實現系統、數據、算法模型及應用的集成與統一管理。另外，平臺基礎工業軟件能力不足，僅有少數平臺具備簡單的建模工具，絕大多數平臺未將建模集成至平臺。

5.2 跨界能力偏弱

跨行業跨領域的工業互聯網平臺對企業的行業知識、工具和模型的供給能力要求很高，需要企業具備一整套的技術解決方案，全面進行設備連接、數據采集和分析、平臺維護等。目前來看，大部分工廠還集中在企業級的工業互聯網平臺研發建設階段，跨行業跨領域的工業互聯網平臺還有待大量的行業知識沉淀和核心技術攻關。

5.3 數據價值利用不足

構建基于海量工業大數據分析體系是工業互聯網區別于傳統數字化、網絡化、智能化解決方案的最重要特征。在企業研發、生產、配送、庫存等環節，工業互聯網平臺可以采集到大量數據，但是面對大量數據，缺乏有效的數據分析，還沒有太多的場景利用，數據價值未能得到充分體現。未能從整體上形成場景化應用解決方案，工業互聯網平臺應用水平較低。

6 相關建議

6.1 建設技術中臺

基于云原生微服務技術，提供主流微服務框架和完整的服務治理能力，提供IaaS基礎資源的多云適配和接入，屏蔽底層基礎資源位置等差異，實現基礎資源跨域共享與調度。按照彈性伸縮輕松應對業務變化，支持按照多種彈性伸縮策略(如時間策略、資源和業務指標策略)，自動判斷、快速觸發云應用/服務的彈性伸縮，以便輕松平滑地應對各種業務變化。建設一站式運維平臺，融入AIOps理念，提升運維管理效率，保證業務的穩定性。

本研究通過無侵入接入技術和“管、診、治”的服務體系，幫助用戶以微服務的方式快速構建穩定、可靠、彈性的分布式應用，徹底解決系統、數據、算法模型及應用的集成與統一管理等問題。

6.2 引入“低代碼”平臺

本研究將低代碼平臺貫徹到數據生產加工利用的主要過程，通過向導式配置化數據采集、可視化指標標簽配置生成、自動化智能化數據挖掘建模，模板化可視化數據分析。本研究讓更多需求人員、業務人員能簡單、快速、便捷地構建工業企業級生產應用，提升端到端的效率，創建更大的價值。通過“低代碼”，平臺完成智能數據精煉、數據資產沉淀和數據服務共享，助力客戶加速數據利用，提升數據價值，為工業企業數字化轉型注智賦能。

6.3 構建數據工廠

數據工廠圍繞企業數據生產加工利用的全過程，以用戶為中心提供從數據標準設計，數據集成匯聚，數據開發治理，數據資產管理，價值數據應用，數據運維管理的智能化、便捷化全棧數據服務能力，依托“數據工廠”幫助工業企業業務數據資源匯聚，實現數據統一管理、數據資產沉淀共享，避免重復開發，提升用數效率，發揮數據價值，賦能生產經營。分角色打造覆蓋規劃設計、采集匯聚、開發治理、資產沉淀、分析利用、運維管理的數據治理智能化全流程的一站式數據工廠，通過流程指引、智能加強、分工協作，完成智能數據精煉、數據資產沉淀和數據價值利用。

7 結語

新一代信息技術的應用不斷加快工業互聯網發展，平臺建設是工業互聯網的關鍵核心，加大工業互聯網平臺推廣應用力度，將大幅提升企業信息化水平，進一步降低企業數字化轉型的門檻，對企業在協同生產、產品溯源等多方面起到幫助作用。平臺發展對工業互聯網的支撐作用日益明顯，將帶來工業經濟發展新的變革，形成智能化發展的新業態和新模式，是深化“互聯網+先進制造業”的重要基石，也是推進地區發展的有力基礎。