基于標識解析的5G工業互聯網平臺在產業監管和企業服務中的實踐

許毅鵬 萬剛 中國聯合網絡通信有限公司江西省分公司 南昌市 330096

周曉龍 中國聯合網絡通信有限公司研究院 北京市 100176

0 引言

當前，互聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術持續創新并與制造業加速滲透融合，正在引發新一輪工業革命。發展工業互聯網已經成為全球產業布局的新方向，以及領軍企業競爭的新賽道。建設與推廣工業互聯網平臺是工業互聯網創新發展的關鍵，全球制造業龍頭企業、信息和通信技術（ICT）領先企業、互聯網企業均基于各自優勢，從不同的層面和角度搭建了工業互聯網平臺，助力產業轉型升級和創新發展。加快建設和推廣具有自主知識產權、具備生態凝聚力和國際競爭力的工業互聯網平臺，推動我國制造業沿著數字化、網絡化、智能化方向加速演進升級，也是我國搶占新一輪全球產業競爭制高點的必然選擇。

1 平臺建設需求

在政策指引下，涌現出一批工業互聯網平臺。但制約平臺發展的問題依然存在。一是很多平臺缺乏足夠的應用場景，空有技術展示的功能，但因缺乏足夠多的應用場景，其使用效率并不高。二是“信息孤島”阻礙了制造資源、數據的集成共享和創新應用。制造企業的數字化、網絡化程度決定了工業互聯網平臺的集成應用水平。我國企業數字化基礎總體上較為薄弱，數字化能力參差不齊。企業內部之間，產業鏈上下游之間，跨領域各類生產設備與信息系統之間，還存在很多“信息孤島”，影響了進一步的協同應用。三是開源社區建設滯后，產業生態亟待完善。開發者數量以及平臺企業的生態合作伙伴類型和數量相對匱乏，難以形成有效的資源匯聚效應，制約了我國工業互聯網平臺建設和工業應用程序的良性生態建設。面向多行業、多領域、多場景的工業APP應用缺乏，開發者與用戶相互促進、雙向迭代的雙邊市場生態遠未形成。四是工業互聯網平臺發展是一個長期迭代、試錯、演進的過程，由于平臺技術研發投入成本較高，平臺回報周期較長，很多企業尚在投入階段，大部分平臺直接帶來的收益在企業整體利潤中占比并不高。

本平臺從以上問題入手，設計平臺架構，滿足“端邊管用”的構建維度，通過對微服務的靈活調用和配置，降低工業APP開發門檻和開發成本，實現工業技術的全方位傳承和快速復用?；诠I互聯網平臺，圍繞江西“2+6+N”特色產業的工業互聯網轉型需求，匯聚供需對接、協同制造、設備聯網、生產管理、大數據分析、人工智能、成果推廣、企業培訓等一系列解決方案，形成聯動輻射效應，促進工業互聯網面向更多垂直行業領域應用推廣，形成具有引領作用的行業級、區域級、企業級工業互聯網平臺。依托系統的建設與推廣，整合地方制造資源，實現跨企業、跨行業、跨區域的產業鏈協同共享、優化資源配置能力及生產制造優化方式。

2 解決方案

江西聯通工業互聯網平臺，從當前工業互聯網面臨的眾多共性技術問題入手，設計平臺架構，依托國內首款基于云原生架構設計的開發平臺，其提供的開發服務云能夠依托自主可控的集成開發環境，利用豐富的微服務組件、API、SDK工具包等，基于獨創的第五代云端動態領域建模系統，可在云端多租戶架構下，通過低代碼的可視化開發平臺快速實現通用性SaaS應用、工業APP開發和個性化定制。

平臺滿足“端邊管用”的構建維度，并對其中涉及的關鍵技術突破進行重點投入，整體上實現滿足20類行業、企業全價值鏈上的行業應用和業務管控需求，推進工業互聯網從“建平臺”走向“用平臺”的發展進程。

2.1 技術方案

工業互聯網平臺遵循邊緣層、IaaS、PaaS、SaaS及工業APP應用4層架構標準，并接入工業安全防護體系，打通外部信息系統接入，實現了端、邊、云、網、PaaS中臺、SaaS應用一體化的平臺能力。

在PaaS層著力打造了5個通用PaaS開發平臺，從開發、數據、AI支持、設備連接、系統連接等提供全方面的開發支持能力。并且開發了大量的工業基礎組件，與生態伙伴一起通過應用市場提供給客戶豐富的場景化應用。平臺總架構如圖1所示。

2.1.1 邊緣層

邊緣層作為基礎層，主要通過連接傳感器、工業控制系統等邊緣節點，將設備、系統、產品、軟件等要素數據實時采集，將異構數據連接到云平臺，并能支持靈活實時的前端數據處理與業務邏輯處理。邊緣層主要功能分為：多設備控制、多工廠服務、數據計算與融合。

通過在邊緣層的深層次數據采集，實現不同協議數據的基層匯集，將具有信息接口的設備、控制器通過協議解析、轉換實現接入，對難于實現數據采集的設備、節點物等，通過加裝傳感器，以及接入邊緣智能網關實現接入。

邊緣層在云和現場之間，向下支持現場各種設備的接入，向上與云端對接。對于具有業務實時處理、確定性時延、安全與隱私保護的數據處理需求，則引入邊緣計算服務，通過數據優化實現數據聚合、數據的統一服務與呈現，靈活高效的服務于邊緣應用。

邊緣層通過IoT連接、ERP連接器、條碼/二維碼、FRID等連接器，與前端設備、物料、業務系統連接，完成數據的采集、協議解析、數據清洗、數據處理。同時通過邊緣計算與5G網絡的結合，為設備提供計算、控制與智能化調度等端邊協同應用。

2.1.2 IaaS層

IaaS層作為支持層，主要支撐平臺的基礎資源配置和算力提供，通過聯通公有云、私有云、混合云等服務方式提供的云計算平臺對平臺進行云部署，并對平臺的基礎資源進行調度，并且根據區域、行業等平臺差異，完成平臺的多云適配，提供高質量、高穩定的云支持能力。

2.1.3 工業PaaS層

PaaS 平臺層由開發平臺、數據中臺、連接平臺、AI平臺、IoT平臺組成，提供前端高效的業務支撐能力和擴展能力。

開發平臺是基于云原生架構的云開發服務平臺，采用了全新的分布式架構，由微服務架構、容器服務、DevOps等為代表的云原生基礎架構組成，提供了云端低代碼的可視化開發平臺，支持在多租戶模式下也能界面模型設計、建模，能夠為不同客戶定制個性化應用。

數據中臺是持續賦能和產生收益的中臺，提供數據管理、基礎管理、模型數據管理，幫助用戶快速對業務數據進行數據建模。通過高效的數據存儲、分布式數據計算和5G 帶來的高可用數據湖生態，通過數據清洗、數據挖掘等持續提煉數據價值，并且生成工業大數據。

連接平臺通過業務模型、長連接通道、5G模組適配器、5G邊緣算盒連接器、ERP適配器、模型解析器等功能，為對接外部業務提供便利，外部業務快速集成平臺。

AI平臺是業務賦能型平臺，為其他應用提供不同類型的服務，通過人工智能技術結合5G特性對數據、業務等多方面賦能，加速應用的成熟度。

IoT平臺是硬件設備連接平臺通過設備連接、邊緣算盒、工業通訊協議等方式幫助硬件設備，特別是工業場景下的特種設備快速連接平臺，實現對設備的管控一體化。

2.1.4 SaaS及工業APP應用層

提供了政府對云服務商上云監管和產業經濟監測功能；提供了供使用者直接操作使用的SaaS服務，涵蓋了在江西市場具有商務和產品成熟度優勢的協同類應用和工業企業上云應用，平臺基于PaaS平臺提供產業電商、產業協同、供應鏈、產品服務等。平臺構建了良好的工業APP創新環境，使開發者基于平臺數據及微服務功能實現應用創新。

運用5G 特性，賦能工業制造，提供在智能制造、車聯網、電力、能源等工業領域和在云VR/AR、無人機、機器人、AI識別、高清視頻等多場景的5G+工業應用解決方案。

提供三大子平臺：行業子平臺、區域子平臺和龍頭企業子平臺。圍繞江西特色產業，在電子、有機硅、家具、鋼鐵、光伏、電瓷、變電等多個行業建立了行業子平臺，在南昌、九江、贛州、新余等工業強市和特定區縣建立了區域子平臺，圍繞“江字頭”國有企業，電子、有色產業的龍頭企業建立了龍頭企業子平臺，提供了基于5G的全連接智能化工廠及平臺應用。

平臺門戶包括江西工業互聯網門戶和江西公共服務門戶，分別對應企業和政府的訪問入口。在江西公共服務門戶平臺中，政府可以實施云服務監管和產業經濟監測等；在江西工業互聯網門戶中，企業可實名注冊、登錄。江西工業互聯網門戶具備完整的自助辦理流程，企業一站式注冊開通企業門戶、企業官網、企業手機APP（包括Android及iOS），實現企業各端統一門戶的信息與數據同步，并提供信息發布通知等基礎服務，以云服務方式提供給企業使用。用戶可通過PC Web門戶、掌上門戶、手機APP進行多屏接入統一門戶平臺，保證多屏下的賬戶、消息、應用、數據等的同步和統一。

2.2 平臺技術核心

本平臺以依托中國聯通“云+網+X”立體化服務能力，疊加5G、物聯網、邊緣計算、大數據、AI人工智能等自有技術，構建邊云協同的海量數據采集和分析應用的服務體系；支撐合作伙伴實現工業互聯網系統技術和經驗知識模型化，形成資源富集、多方參與、合作共贏的生態。工業物聯、超級連接器、工業標識解析是整個平臺技術的核心。

圖2 物聯網開發平臺架構

2.2.1 工業物聯

運用云邊協同的體系架構，通過分析設備物聯網應用的典型特征，抓住物聯網應用的共性需求，由此建立設備物聯網平臺通用模型，將設備聯網上云，將原有物聯應用軟件云化，構建基于云計算技術、邊緣計算技術的物聯網開放平臺。物理網開發平臺架構如圖2所示。

工業設備數字化程度不一，其中包括高度數字化生產設備、已具備物聯基礎的智能設備、沒有智能化的啞設備，這些智能化水平參差不齊的設備均錯綜復雜的分布在各工業現場。物聯網平臺的第一功能就是通過邊緣計算使復雜工業現場下的設備上云，隨著傳感器技術、通信技術、嵌入式技術和分布式處理技術的迅速發展，本平臺以多種傳感器技術、射頻技術、信息處理架構技術為基礎，推出了多種物聯網采集的邊緣解決方案，構成了實時準確感知、測量和監控現實物理世界的硬件支撐平臺。在工業設備和中間控制系統之上，工業物聯子平臺提供物聯網網關設備，連接設備、邊緣系統。構建物聯設備協議解析池，實現通用和個性協議的逐步積累，加快設備連接上云。

2.2.2 工業標識解析

本平臺通過建設工業互聯網標識解析體系，推動工業領域標識解析的標準和規范的制定，如標識解析整體架構、數據管理、分布式注冊、可信解析、多源異構信息管理、標識數據互操作等關鍵技術標準。通過“前綴+企業內部編碼”形式，將不同行業和企業采用的標識編碼體系統一化、規范化和社會化，使得物料、配件、產品等，在流通過程中不需要再次編碼或者重新粘貼標簽，既可以提高工作效率，又可以實現物品信息的準確關聯和自動獲取，為全產業的信息共享提供基礎支撐。工業標識解析平臺架構如圖3所示。

目前，平臺已形成針對電子信息、汽車、民爆等行業的標準解決方案。各行業都有其特有行業特性，其中電子信息行業具有工序長、機器多、數據雜的生產特征，以PCB電路板產業為例，單產品工序達16道，每道工序又有數個流程，如電鍍工序就有磨板機、沉銅、電鍍等流程，復雜的工序流程給產品質量追溯管理帶來極大困難。目前電子信息行業無法做到全流程產品質量追溯，一旦產品出現質量問題，需要耗費大量人力物力來準確定位出現問題的環節。電子信息企業亟需以統一的編碼標識解析體系為基礎建設一個低成本、高效率的產品追溯平臺，以保證產品質量達到行業生產管理規范要求。

圖3 工業互聯網標識解析二級節點平臺架構

產品質量追溯管理方面，企業用戶對建立產品全生命周期檔案，對產品進行質量溯源的需求較為迫切。在打碼技術方面，采用現有的普通或單一的打碼方式，二維碼將在生產的過程中遭到損壞或遺失。在物料精確追溯管理方面，電子信息行業工序復雜，涉及到的物料數量多、品類廣、供應商眾多，物料管理難度大。在生產設備有效管理方面，電子信息企業具有生產任務緊、數字化自動化程度高等特點，生產設備的管理對企業正常生產非常重要。通過打造統一的編碼標識解析體系，實現生產設備的精確管理，為設備預防性周期維護保養計劃與執行提供最適當的提醒，減少因設備問題帶來的生產損失。

平臺針對以上行業痛點，借助標識解析技術，實現電子信息企業從原材料、發料、加工、電測、FQC（最終檢查驗證）、包裝/出貨的產品生命周期全流程追溯，包括生產過程中的六要素（人、機、料、法、環、測）的防錯與追溯，從而極大地提高了產品的質量以及客戶的滿意度。整體架構如圖4所示。

通過對產品全生命周期數據采集，建立產品生產檔案，使得客戶可以監測產品從原料到加工出廠前的全部信息，有效提高客戶對產品質量和企業服務的滿意度和忠誠度。針對不同的生產環節，設計了不同的打碼方案，確保從物料到產品的各個階段均有碼可尋。這些定制化的打碼方案在行業內具有創新性、領先性和可借鑒性。通過“定制化標碼技術+標識解析”，對產品全流程數據進行采集、分析和展示等，提高物料、設備、工藝等工廠內元素的現場管理效率，改善產品質量，幫助企業管理者更科學性的決策。

3 應用成效

目前平臺已接入50余款工業APP，封裝超20類機理，支持10大類工業設備，覆蓋20個行業，打造了標識十大應用領域，標識解析量超50萬，工業機理模型數十個，活躍開發者上千名，上云企業數超過1萬家，接入可監測的工業設備數超過1萬臺套，預計幫助企業運營成本降低5%-30%。

此外，依托本平臺建立了多個區域子平臺：新余渝水區工業大數據平臺、九江湖口畝產效益大數據平臺、南昌小藍經濟開發區工業經濟運行監測平臺、贛州特色產業工業云平臺、贛州眾服聯協同服務平臺等，服務縣區和園區企業超1萬家，通過圍繞政府監管和服務企業的理念，助力全省工業高質量發展。

本平臺的建設為工業與互聯網結合提供了抓手。通過推動企業上云，為它們提供定制化服務，幫助客戶真正實現生產制造升級，降本增效和生產協同，激發創新活力和創造力，賦能產業的數字化轉型升級。目前已為省內多個頭部企業實施上云改造，旨在以點帶面，發揮頭部企業的輻射作用，帶動產業全鏈的轉型升級。對PCB（印刷電路板）行業頭部企業進行上云改造，助力企業的智能化、數字化改造。該項目在工信部組織的2019年全國企業上云典型案例遴選中脫穎而出，成為江西省唯一一家上榜企業（全國僅40家入圍）。此外，為金屬家具行業領跑企業江西某保險設備集團有限公司提供設備上云服務，該項目入圍工信部2020年工業互聯網試點示范項目，類別為“5G＋工業互聯網”集成創新運用，也是江西省唯一入圍該類別的項目。

圖4 產品生命全流程追溯

4 結束語

江西聯通工業互聯網平臺對于打造新型工業，促進“互聯網+先進制造業”融合發展具有重要作用，平臺提供社會化服務、產業鏈協同、數字工廠、智能服務等應用及產業電商、供應鏈協同、制造協同、智能制造、設備遠程運維、數字孿生、大數據應用、5G+AI服務等產品方案，幫助企業打通全價值鏈，實現企業設備/物的連接與數字化、工廠車間的數字化、企業經營與管理的數字化。同時產品的連接與數字化，實現產品即服務的應用，幫助企業從制造向服務轉型，通過平臺與產業鏈的合作伙伴銜接，進行數據共享、業務互通，實現與產業的共享、共贏、共生。