工業互聯網上云平臺建設方案研究

王泓霖

摘 要：【目的】基于工業制造數字化轉型升級的要求，對工業互聯網上云平臺進行設計，實現工業設備的智能化管理。【方法】通過對工業互聯網上云平臺建設背景及發展趨勢的研究，從邊緣連接層、基礎設施、平臺即服務（PaaS）、區塊鏈即服務（BaaS）、軟件即服務（SaaS）、安全態勢感知及綜合防護服務、二級標識解析節點系統等方面出發，搭建工業互聯網上云平臺，并驗證工業互聯網上云平臺的整體效益。【結果】工業互聯網上云平臺的建設不僅能有效解決工業設備運營監管難題，形成完善的設備運維生命周期閉環，還能實現監測工業設備運行狀態、預測預警和性能優化的目的。【結論】隨著工業互聯網技術的不斷發展，需要不斷優化工業互聯網上云平臺的功能，助力工業制造高質量發展。

關鍵詞：工業互聯網平臺；工業設備上云；產業發展；工業制造

中圖分類號：TP393.09 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ?文章編號：1003-5168（2023）14-0031-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.14.006

Research on Cloud Platform Construction Scheme on Industrial Internet

WANG Honglin

（Weihai Electronic Information Technology Comprehensive Research Center of Ministry of Industry and

Information Technology，Weihai 264200，China）

Abstract：[Purposes] Based on the requirements of digital transformation and upgrading of industrial manufacturing， the cloud platform on the industrial Internet was designed to realize intelligent management of industrial equipment. [Methods] Through the research on the construction background and development trend of cloud platform on the industrial Internet， the cloud platform on the industrial Internet was built from the aspects of edge connection layer， infrastructure， platform as a service （PaaS）， blockchain as a service （BaaS）， software as a service （SaaS）， security situation awareness and comprehensive protection service， secondary identification resolution node system， and the overall benefits of the cloud platform on the industrial Internet are verified. [Findings] The construction of cloud platform on the industrial Internet can not only effectively solve the difficult problem of industrial equipment operation supervision and form a perfect closed-loop life cycle of equipment operation and maintenance， but also achieve the purposes of monitoring the operation state of industrial equipment， forecasting and early warning and optimizing performance. [Conclusions] Based on the continuous development of industrial Internet technology， it is necessary to continuously optimize the functions of the cloud platform on the industrial Internet to help the high-quality development of industrial manufacturing.

Keywords： industrial Internet platform; industrial equipment on the cloud; industrial development; industrial manufacturing

0 引言

我國經濟已由高速增長階段轉向高質量發展階段，這就要求加快轉變經濟發展方式，優化經濟結構，轉換增長動力。由于新冠疫情，制造業產能的準確評估、物資生產進度的實時監控、物資品質信息的精準溯源及生產人員缺口情況下的產能保障、跨地域情況下供應鏈的高效協同，每一項都讓制造業迎來“大考”。當前制造企業出現各種問題，凸顯出工業互聯網平臺建設對制造企業的重要性。工業互聯網上云是基于數字經濟發展的必然趨勢，以工業互聯網平臺為支撐，通過對工業設備數字化、網絡化的升級改造，將工業設備與工業互聯網系統相連，以此來實現對工業設備運行數據的實時監測、分析等，從而提升工業設備的整體能效。為適應我國工業數字化轉型升級建設需求，基于構建現代智能制造產業的要求，提出構建工業互聯網上云平臺，實現對工業設備的實時監測、故障診斷、優化能效、提升交易能力等，從而達到提高工業設備利用效率、減少污染排放、防范化解經濟風險、降低工業設備維護成本等目的。

1 工業互聯網上云平臺研究

1.1 工業互聯網上云平臺建設背景

工業設備上云是工業互聯網上云平臺建設的切入點。工業設備上云作為一種先導性、引領性、示范性應用，將引導工業互聯網平臺技術和商業模式的迭代升級，帶動工業互聯網平臺的功能演進和規模商用。當前，全球經濟進入重塑新階段，新一輪科技革命和產業變革將有效帶動我國工業制造領域的創新發展。工業互聯網平臺是數字經濟的產物，工業設備上云是傳統工業制造與互聯網技術融合后的產物。目前，國內外對工業設備上云產業的支持力度越來越大。進入新發展階段，中國高度重視工業設備上云工作。2018年工信部印發的《工業互聯網平臺建設及推廣指南》明確提出要實施工業設備上云“領跑者”計劃［1］；2022年工信部印發的《工業互聯網創新發展行動計劃（2021—2023年）》，對工業互聯網創新發展指出具體的發展路徑；2020年山東省政府印發的《關于加快推動工業設備上云 促進工業互聯網創新發展的指導意見》指出要大力發展工業設備上云；2021中國電子信息產業發展研究院信息化與軟件產業研究所工業互聯網研究室發布的《“工業互聯網平臺+設備上云”白皮書》中對工業設備上云的定位、技術要素及實施路徑等進行詳細闡述，提出我國工業設備上云產業具有良好的發展需求、巨大的發展潛力及廣闊的應用場景；2022年工信部印發的《2022年第三批行業標準制修訂和外文版項目計劃的通知》對風電設備、火力發電設備、近海船舶設備及工業機器人等4項工業互聯網平臺設備上云系列行業標準正式立項。在一系列政策的支持下，中國工業互聯網平臺和工業設備上云產業均取得巨大突破。截至2021年，我國已有100多個重點工業互聯網平臺，連接的設備數量已經超過7 000萬臺，我國工業設備上云產業規模也越來越大［2］。

雖然我國工業設備上云產業取得了優異的成績，但我國工業設備上云產業發展起步較晚，工業設備上云產業面臨數據采集難、安全風險高、工業機理模型缺失、工業APP匱乏等問題，尤其是當前芯片等“卡脖子”技術尚未得到有效解決，導致我國工業設備上云產業發展還面臨巨大挑戰。我國要加快推進工業設備“智”改升級，推動工業設備數字化轉型升級。

1.2 工業互聯網上云平臺發展趨勢

通過對我國工業互聯網平臺發展現狀進行分析，我國工業互聯網上云平臺建設主要呈現以下發展趨勢。

1.2.1 設備上云技術開發。技術開發是工業互聯網產業發展的核心要素。當前，工業設備上云存在信息“孤島”問題，嚴重制約工業互聯網產業的發展。解決信息“孤島”的關鍵就是要加強技術創新，通過打造具有產業融合的大數據技術來增強設備上云產業的發展。根據調查發現，目前關于設備上云技術的網絡開發都只是立足于幾種網絡共享技術，并沒有立足于工業互聯網產業整體發展。因此，基于設備間的異構性特征來開發物理層融合和MAC底層協議是設備融合發展的主要趨勢。

1.2.2 工業大數據處理。我國進入大數據發展新時代，大數據成為支撐工業設備上云的重要技術。在海量的數據信息環境中，及時充分地挖掘數據價值是提升工業制造水平的關鍵。當前，工業設備上云大數據技術能有效、快速地從工業設備中挖掘相應數據，但基于工業互聯網平臺的開放性，導致數據存儲量較大，給工業設備上云帶來一定的技術挑戰。將數據處理由應用層向邊緣轉化，在感知層快速挖掘出有用的數據信息將成為工業設備上云產業發展的主要趨勢之一。

1.2.3 工業互聯網安全。安全是工業設備上云產業發展的前提。由于工業互聯網平臺是開放的，是由各個架構體系連接而成的，必須重視網絡安全。工業設備上云增加工業企業間的聯系性，但工業互聯網平臺的網絡防范技術相對比較單一，基于不同應用場景會存在一定的技術缺陷。因此，圍繞工業設備上云過程的數據采集、傳輸、分析及應用等環節，構建系統的、有效的入侵防范體系、移動設備跨域認證法，將會成為工業互聯網平臺發展研究的熱點［3］。

2 工業互聯網上云平臺整體功能架構

2.1 邊緣連接層

基于邊緣連接提供數據應用全過程的服務支撐，實現設備數據的全面連接和融合，打破數據“孤島”，構建設備或生產大數據的資源池；以設備數據為核心，構建集中化、統一化監控管理，面向設備狀態，實現精準的運維保障；通過大數據學習，建立故障預測、壽命預測、劣化趨勢分析等創新應用，發掘設備的大數據價值；具備開放性服務能力，能快速構建和拓展應用，促進智能化場景的落地。物聯網平臺采用微服務來開發架構，可滿足百萬級海量設備的并發接入，并實時支持平臺的動態高可擴展性需求。

2.2 基礎設施即服務（IaaS）層

IaaS層作為工業互聯網平臺的底座，可實現工業互聯網平臺資源的彈性和按需擴展，同時能滿足平臺企業上云需求。IaaS層集中建設高性能計算集群和普通計算集群，可形成集中式高性能存儲、對象存儲、分部署存儲等模式，采用面向未來的同構混合架構，對客戶的私有云和公有云進行同構混合管理。在同一個云管平臺中按照“統一門戶、統一認證、統一運營、統一運維、統一北向API、統一服務目錄、統一操作系統、統一技術體系”原則，實現同構混合。建設時可結合威海本地運營商數據中心的建設情況，按照資源整合與投入利用效率最大化原則來統籌建設數據中心資源，為工業互聯網平臺提供穩定運行的基礎環境。

2.3 平臺即服務（PaaS）層

PaaS層為工業應用軟件開發提供平臺支撐，由通用PaaS（IPaaS）和應用PaaS（APaaS）構成。通用PaaS包括開發工具庫、開發腳本庫、應用部署庫、中間件，提供應用開發、部署的基礎能力；應用PaaS包括四大公共庫和四大開發池，即設備知識庫、微服務組件庫、機理模型庫、算法模型庫和微服務開發池、應用系統開發池、自動化設備開發池、大數據開發池，為工業應用開發提供所需的豐富資源服務。

2.4 區塊鏈即服務（BaaS）層

區塊鏈即服務（Blockchain as a Service，BaaS）是指將工業區塊鏈框架嵌入到工業互聯網平臺中，利用區塊鏈服務基礎設施的部署和管理優勢，提供便捷、高性能的區塊鏈生態環境和生態配套服務，從而構建安全可信、穩定可靠、快速高效的工業區塊鏈服務［4］。

2.5 軟件即服務（SaaS）層

SaaS層是面向特定場景的，可提供場景化的云化智能工廠解決方案和行業內的供需對接交易平臺服務。工業互聯網上云平臺的SaaS分為工業經營應用、創新場景化工業應用等服務，為工業企業提供從咨詢測評、運營管理到協同制造、設備后服務等全方位的精細化服務，形成智能制造核心能力評估服務、智能制造監測平臺服務等場景化解決方案。

2.6 安全態勢感知及綜合防護服務

工業互聯網平臺服務的對象以工業企業為主，目的是幫助企業實現全面數字化，因此，對安全風險進行控制是非常重要的。需要開展安全態勢感知和綜合防護平臺建設，為工業APP發布的業務系統提供安全風險監測服務，包括高可用性風險監測、非法篡改風險監測、平臺漏洞風險監測和平臺合規性風險監測等。通過大數據引擎技術來收集各業務應用系統的脆弱性信息數據，建立基于安全威脅的信息安全數據倉庫；通過定制化數據清洗和篩選技術處理后，從不同安全維度出發，將各業務信息系統安全狀況直觀地展示給工業互聯網平臺運營中心。

2.7 二級標識解析節點系統

標識解析二級節點上接國家頂級節點，下接企業節點，是工業互聯網標識解析系統重要組成部分。二級解析節點平臺利用標識和標簽技術，通過云平臺將消費者、企業、流通連接起來，從而打通供應鏈每個環節，實現各類割裂數據的集成和應用，打造更加高質量的產業生態。在此基礎上孵化行業應用，提供全面的產品防偽溯源、供應鏈管理、精準營銷、品牌建設等［5］。

3 工業互聯網平臺工業設備上云系統效益

3.1 經濟效益

3.1.1 工業互聯網平臺工業設備上云系統的應用能促進企業設備管理的科學化、規范化。提高工業設備科學化管理水平是提升工業設備經濟效益的關鍵。通過構建工業互聯網平臺設備上云系統，依托互聯網平臺對設備管理全過程進行有效監督，制定事前、事中及事后相結合的設備運行管理評價體系，實現對工業設備的標準化管理，最大程度降低設備維修概率。

3.1.2 提高設備可利用率，增加收益。通過對設備的預防性維護，提高設備完好率，減少設備發生故障的時間，降低設備故障率，提高設備利用效率。

3.1.3 優化安排維修資源，降低成本。維修成本高低是影響企業整體效率和高效生產的重要因素。在構建完成工業設備上云系統后，能立足于企業整體發展視角對設備相關資源進行實時跟蹤審計，提升企業庫存管理效率。同時，借助工業上云系統，按照工業設備的檢修計劃來合理安排資源的采購及使用，這樣能確保工業設備得到及時檢修，降低設備故障發生率。

3.1.4 ?設備運行過程更加透明。通過對設備數據的實時采集，可實時查看到設備運行狀況， 并對設備報警作出及時有效的處理，提高設備的利用率。

3.1.5 ?減少人員，降低成本。能有效減少程序管理人員的數量，縮短設計階段的開發時間，減少由人員操作失誤造成的程序版本調用錯誤，提高工作效率。通過對設備的遠程運維，可有效降低設備運維人員的差旅成本。

3.2 ?社會效益

有助于企業打造一個基于工業互聯網平臺的全要素、全產業鏈、全價值鏈的工業設備上云解決方案，實現全過程的數據采集、全要素的數據分析、全價值鏈的動態管理，為各工業產業提供示范效應。同時，構建一個可持續的基于工業互聯網平臺的工業設備上云開發者生態。通過推出基于數據采集網關的開源數據采集模塊，制定相應的開發機制、方法、工具，培養開發者社區，建立良好的運營機制，為將來工業互聯網的應用和人才培養起到促進作用。

3.3 應用前景

打造基礎共性工業互聯網平臺，推動工業產業智能化升級。基于工業互聯網平臺的工業設備上云解決方案對電子信息、新材料、海洋等戰略性新興產業和特色重點行業的各環節生產設備進行接口分析，可形成多種設備的數據采集方案，從技術層面來構建全面的基礎共性服務能力，包括物聯網數據采集能力、海量數據的分析和建模能力、工業應用服務及組件開發能力、AI工業視覺資源應用能力、標識統一解析能力、安全態勢感知防護能力等，從而滿足不同行業企業的基礎共性應用場景數字化需求，在同行業企業中可大范圍復制推廣，能有效降低戰略性新興產業和特色重點行業設備上云的經濟成本［6］。

4 結語

工業互聯網已成為制造業數字化轉型的重要方向，構建工業互聯網上云平臺是助力工業制造智能化生產、實現工業制造強國戰略的重要舉措。因此，為推動工業企業生產工藝與互聯網系統的深度融合，需要建立完善的工業互聯網上云平臺，來加速我國制造業升級轉型，促進制造業高質量發展。

參考文獻：

［1］陸峰.工業互聯網發展需要解決的五個關鍵問題［J］.網絡安全和信息化，2020（7）：26-27.

［2］趙錕.山東省企業上云政策對上云水平影響研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學，2021.

［3］周忠亮.基于工業互聯網平臺的設備健康管理系統的設計與應用［J］.石油化工設備技術，2022（6）：54-61，7.

［4］姬曉婷.“工業互聯網平臺+設備上云”白皮書發布［N］.中國電子報，2021-10-29（004）.

［5］劉艷.重塑制造業之前 工業互聯網平臺還要跨越哪些難關［N］.科技日報，2021-05-07（005）.

［6］余娜.工業互聯網平臺創新發展論壇在烏鎮召開［N］.中國工業報，2021-12-14（002）.