工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)“咖”解丨康凱：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)支撐下的“質(zhì)效雙升”的制造模式
作者：康凱 海信集團研發(fā)與供應鏈部副總經(jīng)理兼安全環(huán)保部副總經(jīng)理、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事
張倩 海信集團流程IT與數(shù)據(jù)管理部需求管理顧問
引言
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以說是一個新興事物，這個概念直到2012年才由通用電氣提出，并推出了Predix；但工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是一種在新技術支持下的生產(chǎn)關系變革，它誕生發(fā)展的基礎并不是新興事物，而是已經(jīng)在全球形成成熟產(chǎn)業(yè)鏈條的工業(yè)體系。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不是空中樓閣，而是必須建立在完善發(fā)達的工業(yè)基礎上，并且最終是要服務于企業(yè)的生產(chǎn)力發(fā)展。 海信集團始終將制造作為支撐企業(yè)發(fā)展的核心競爭力，以效益為導向，在“技術創(chuàng)新”與“NPS管理”的雙擎驅(qū)動下，通過與互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)的深度融合，實現(xiàn)涵蓋設計、制造、供應鏈、服務全流程協(xié)同網(wǎng)絡，體系驅(qū)動、綜合施策、內(nèi)涵發(fā)展，打造“質(zhì)效雙升”的制造模式。 海信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設實踐 海信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺1.0從2016年開始建設，是以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務產(chǎn)出為驅(qū)動、為制造業(yè)企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化的工業(yè)企業(yè)架構，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用場景，以制造型企業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型或過程生產(chǎn)結果為驅(qū)動，融合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術架構、數(shù)據(jù)架構和安全架構為決策者提供可執(zhí)行的解決方案。包括基礎設施、基礎云平臺、工業(yè)PaaS、數(shù)字孿生與工業(yè)APP管理、工業(yè)APP、工業(yè)云運營平臺、接入控制層和工業(yè)云安全體系八個部分，分別提供云基礎設施服務、虛擬化/容器等基礎云服務、工業(yè)云PaaS平臺服務、工業(yè)APP管理服務、工業(yè)APP服務、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)接入服務、工業(yè)云運營服務和工業(yè)云安全服務。 2019年依托工信部工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展工程的資助啟動平臺2.0的升級建設。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺2.0主要結合工業(yè)大數(shù)據(jù)存儲分析、邊緣計算分析、工業(yè)數(shù)據(jù)智能和工控系統(tǒng)等先進技術，面向研發(fā)設計、生產(chǎn)工藝質(zhì)量、智能制造、設備運行、運營管理等業(yè)務方向和場景，打造可復制和可推廣的工業(yè)數(shù)據(jù)、機理模型和智能算法資源池，形成有效支撐行業(yè)發(fā)展的工業(yè)智能APP和應用解決方案，推動海信集團“質(zhì)效雙升”的制造模式的創(chuàng)新應用和推廣。 在建設過程中，從以下幾個方面保證技術的落地效果： 1)在邊緣層重視智能化網(wǎng)絡技術，通過協(xié)同感知提升傳感精度和效率，通過軟件定義網(wǎng)絡按需分配帶寬和拓撲，通過云端一體方式分配計算能力和資源，從而能夠在現(xiàn)有技術條件下最大化接入效率； 2)在IaaS層注意成熟技術和先進理念的融合，通過精心組織資源提高資源利用率、易用性并保證多層認知安全體制； 3)在基礎PaaS層依賴開放的PaaS層技術，如容器、Kubernetes、DevOps工具鏈等，技術路線符合業(yè)界PaaS層技術發(fā)展的主流和趨勢。在此基礎之上，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務場景為目標，構建工業(yè)云PaaS服務。工業(yè)服務以Http/Https協(xié)議為主，遵照云服務開發(fā)與設計的一般性原則，技術路線可行且風險可控。集成側，以開放的Oauth2.0協(xié)議作為云服務集成的標準，支持服務之間的身份認證，提升服務之間的訪問控制能力。上述技術都是業(yè)界開放的技術標準或事實規(guī)范，技術上具備完全的可行性，技術和項目風險可控； 4)在工業(yè)PaaS層引入了工業(yè)大數(shù)據(jù)和工業(yè)AI能力兩大能力服務中心，構建工業(yè)大數(shù)據(jù)資源池、工業(yè)機理模型資源池和工業(yè)智能算法資源池，為工業(yè)智能化應用場景提供完善的基礎； 5)在SaaS層，結合現(xiàn)有成熟核心應用進行基于微服務的重構，同時引入代碼自動生成技術降低開發(fā)難度，從而保證應用開發(fā)的可行性。 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的總體框架包括工控層、邊緣層、IaaS層、基礎PaaS、工業(yè)PaaS層和SaaS層，如下圖所示。
按照服務定位不同，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺包括三類、十種核心服務，分別提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺運行基礎支撐、領域核心和工業(yè)應用集成三大場景下的核心服務，如下圖所示。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心能力中心建設主要集中在以下幾個子平臺：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺、工業(yè)AI平臺和信數(shù)平臺。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺利用工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)現(xiàn)場總線、工業(yè)無線網(wǎng)絡等先進通訊技術，支持23種以上的工業(yè)通訊協(xié)議，實現(xiàn)工業(yè)資源數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，拓展了機器與機器、機器與人、機器與環(huán)境之間連接的深度和廣度，形成便捷、高效的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息通道。對采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)解析、格式轉(zhuǎn)換、元數(shù)據(jù)提取、初步清洗等預處理工作。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺融合網(wǎng)絡、計算、存儲、應用等核心能力，提供邊緣智能服務，滿足工業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實施業(yè)務、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求，更有效地利用計算資源。同時，通過工業(yè)控制系統(tǒng)（如分布式控制系統(tǒng)、可編程邏輯控制器等），對智能設備進行實時、精準、安全、可靠的控制。
1、先進行與開放性：海信集團物聯(lián)網(wǎng)平臺基于微服務架構，支持消息隊列的方式實時分發(fā)工業(yè)數(shù)據(jù)到不同的平臺和服務。開放的平臺微服務組件提供對上層應用的有效支撐，容器化的管理管理方式，支持各類工業(yè)APP的接入和部署。
2、服務與效率特性：平臺支持JAVA等開發(fā)語言，提供開放的應用開發(fā)框架和開發(fā)工具，幫助開發(fā)者快速的開發(fā)應用，平臺提供豐富的數(shù)據(jù)建模，滿足不同場景、不同行業(yè)的開發(fā)需求。
3、并聯(lián)與共享特性：物聯(lián)網(wǎng)平臺兼容多種工業(yè)通訊協(xié)議，支持上百種主流的工業(yè)協(xié)議，支持定制私有協(xié)議驅(qū)動。平臺具有豐富的可復用成熟組件，豐富的API接口與培訓文檔，可供在平臺進行二次開發(fā)。
4、穩(wěn)定與安全特性：嵌入式硬件服務器JACE作為部署在設備側的邊緣計算模塊，具備高吞吐并發(fā)能力、斷點續(xù)傳和掉電保持能力，滿足海量工業(yè)數(shù)據(jù)的高并發(fā)處理需求。平臺對數(shù)據(jù)、通信、權限、用戶等方面具有多重的安全策略保障，滿足工控網(wǎng)的安全探測并提供工控防護措施，具備一定的容錯機制。所有的上層軟件應用，全部運行在K8S的容器框架內(nèi)，架構安全可靠。每個應用的訪問都支持SSL加密連接。應用數(shù)據(jù)可通過網(wǎng)絡文件系統(tǒng)或分布式文件系統(tǒng)保存在服務端。通過權限管理機制來實現(xiàn)數(shù)據(jù)隔離。
5、創(chuàng)新與引領特性：物聯(lián)網(wǎng)平臺與海信現(xiàn)有平臺及未來要求匹配，提供面向多種工業(yè)場景的機理模型，并提供兩類工業(yè)APP：設備全生命周期管理系統(tǒng)、設備數(shù)據(jù)實時分析系統(tǒng)。
信智AI平臺是領先的機器學習平臺，支持當下最流行的機器學習及深度學習框架，提供了數(shù)據(jù)標注、數(shù)據(jù)分析探索、模型建模訓練、統(tǒng)一模型庫管理、模型推理等功能；平臺架構靈活開放，支持R、Python、PySpark多種語言，基礎資源可靈活調(diào)度；三位一體的建模方式，支持業(yè)務人員、算法工程師、數(shù)據(jù)科學家不同人員使用；支持場景建模閉環(huán)自學習，可持續(xù)迭代優(yōu)化。
信數(shù)平臺是海信集團工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)分析產(chǎn)品平臺，針對集團內(nèi)存在大量數(shù)據(jù)孤島、數(shù)據(jù)斷點；數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一、指標繁雜、數(shù)據(jù)整合度弱；各系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺多、對業(yè)務場景支撐少、數(shù)字化氛圍較缺失的痛點，按照統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一管理、垂直整個、橫向共享的方向，搭建了集團級大數(shù)據(jù)平臺，對數(shù)據(jù)平臺統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理。利用平臺能力，服務于供應鏈、研發(fā)、營銷、消費者等大數(shù)據(jù)采集、存儲、調(diào)度、計算，深入研究數(shù)據(jù)應用，打造五類大數(shù)據(jù)應用場景，形成數(shù)據(jù)產(chǎn)品，建立大數(shù)據(jù)展示與分發(fā)平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)全鏈路敏捷分析與精準推送。
2015年海信集團首批通過工信部“兩化融合”體系評定以及國家首批智能制造綜合標準化類專項試點示范企業(yè)；2016年通過國家及山東省智能制造試點示范企業(yè)；2016年入選《中國“互聯(lián)網(wǎng)+”行動百佳實踐》案例；2017年海信電器成為首批國家綠色制造體系綠色工廠示范；2018年海信通信入選國家綠色制造體系綠色工廠示范。2019年海信集團《面向“高質(zhì)量好產(chǎn)品”工業(yè)數(shù)據(jù)智能的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺測試床項目》中標工信部“2019工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展工程”。
在海信集團平度家電產(chǎn)業(yè)園，新的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺投入使用后，將使整個產(chǎn)業(yè)鏈向智能化轉(zhuǎn)型。不僅滿足企業(yè)自身的應用需求，同時響應國家的戰(zhàn)略，賦能上下游企業(yè)，引領行業(yè)的發(fā)展。在建設過程中，數(shù)據(jù)的采集、設備的物聯(lián)、工業(yè)機理模型的搭建，至關重要。對于一個互聯(lián)網(wǎng)平臺來說，設備數(shù)據(jù)的采集是首要任務。園區(qū)內(nèi)平臺涉及的主要設備有一萬多臺，而且來自多個國家，通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)格式五花八門，要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)共享，首先要整合、打通其中的數(shù)據(jù)壁壘。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺不能僅僅依靠企業(yè)自身的力量完成開發(fā)，需要打造開放的生態(tài)體系來整合先進資源。在平度家電產(chǎn)業(yè)園，也引入了諸如青島奧利普自動化控制系統(tǒng)有限公司這樣的合伙作伴。因為承接這樣的業(yè)務，既需要精通企業(yè)的自動化和軟件技術，又需要熟悉家電行業(yè)的工業(yè)機理，這對企業(yè)綜合實力要求是很高的。而青島奧利普公司，與德國西門子有十年合作，已經(jīng)掌握了家電行業(yè)這方面的核心技術，擁有采集大數(shù)據(jù)，并形成業(yè)務分析和場景應用的能力。
目前平度家電產(chǎn)業(yè)園實現(xiàn)了部分人機互聯(lián)、機機互聯(lián)、和廠區(qū)與園區(qū)數(shù)據(jù)信息的互聯(lián)互通，使物料流、資金流和信息流實現(xiàn)了及時和透明，生產(chǎn)效率提高了28%，后期將會在全國各個園區(qū)展開相應的推廣工作。
海信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應用的策劃是結合集團“高質(zhì)量好產(chǎn)品”的戰(zhàn)略要求，立足自身實踐特點，打造具有差異化、前瞻性的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。平臺主要包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)以及工業(yè)AI等3大子平臺，完成產(chǎn)品設計、生產(chǎn)工藝、設備運行、運營管理等全流程的數(shù)據(jù)資源和制造資源集成。通過工業(yè)大數(shù)據(jù)存儲分析及工業(yè)AI等新技術的應用，在持續(xù)降本增效的同時，尋找技術創(chuàng)新和應用的突破點，探索能夠引領未來趨勢的路線和模式。
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