河北省工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型研究

裘詠霄　王柳

摘 要：制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的主體，而互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)的深度融合，是國(guó)家發(fā)展新經(jīng)濟(jì)，為“中國(guó)制造”提升質(zhì)量，增加效率的重要措施之一。我國(guó)不僅僅是制造業(yè)大國(guó)，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也處于國(guó)際前列。將互聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)的技術(shù)融合到制造業(yè)中，能夠形成疊加效應(yīng)、聚合效應(yīng)、倍增效應(yīng)等，能夠有效促進(jìn)“雙創(chuàng)”快速發(fā)展，促進(jìn)培育新業(yè)態(tài)的產(chǎn)生，促進(jìn)生產(chǎn)體系的變革。黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展，習(xí)近平總書(shū)記在網(wǎng)絡(luò)安全和信息化工作座談會(huì)上指出“要著力推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合發(fā)展，以信息流帶動(dòng)技術(shù)流、資金流、人才流、物資流，促進(jìn)資源配置優(yōu)化”。李克強(qiáng)總理多次作出重要批示指示，強(qiáng)調(diào)指出“中國(guó)制造2025”的前途就在于“+互聯(lián)網(wǎng)”。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng);模型分析;系統(tǒng)構(gòu)建

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”這一概念由通用電氣于2012年提出，主要是指利用高級(jí)計(jì)算技術(shù)、傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)，將工業(yè)系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)高度融合，將人與數(shù)據(jù)、機(jī)器相連接，達(dá)到制造業(yè)與信息技術(shù)的高度融合。通過(guò)先進(jìn)的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)將虛擬技術(shù)與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)升級(jí)。

近年來(lái)，世界各國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，紛紛推出了各項(xiàng)支持政策、措施，加速工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展，培育制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)，積極搶占新工業(yè)革命的先機(jī)。

我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從起步階段到實(shí)踐應(yīng)用，經(jīng)歷了比較長(zhǎng)的階段，期間也離不開(kāi)國(guó)家的戰(zhàn)略指導(dǎo)、政策支持、技術(shù)培育等，目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用從單一領(lǐng)域逐漸向多領(lǐng)域多應(yīng)用拓展。

2 河北省工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀

河北省在過(guò)去十二年里工業(yè)總量排名全國(guó)第六，是名副其實(shí)的工業(yè)大省。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)代表了工業(yè)4.0時(shí)代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的基礎(chǔ)。而我省工業(yè)控制系統(tǒng)、高端工業(yè)軟件、云計(jì)算平臺(tái)等產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱仍然不足，工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)云等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)、平臺(tái)和應(yīng)用仍處于起步階段，各類信息系統(tǒng)的集成能力不足，亟需發(fā)展新經(jīng)濟(jì)培育新動(dòng)能，加速制造業(yè)提質(zhì)增效升級(jí)，建設(shè)制造強(qiáng)省。

2019年5月，河北省工信廳印發(fā)了《推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與先進(jìn)制造業(yè)深度融合發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)向目錄（2019年）》，該目錄重點(diǎn)指出了圍繞互聯(lián)網(wǎng)、平臺(tái)、安全三大體系，深入實(shí)施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，推動(dòng)制造業(yè)加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展，支持企業(yè)基于云架構(gòu)、疊加物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)信息技術(shù)，構(gòu)建企業(yè)級(jí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型分析

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)為支撐，應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)采集工業(yè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)、分析、處理之后，應(yīng)用于過(guò)程控制、信息處理等，實(shí)現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器的互聯(lián)、機(jī)器與人的互聯(lián)，即實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)與實(shí)際生產(chǎn)的結(jié)合。常規(guī)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)過(guò)程提供安全可靠的網(wǎng)絡(luò)連接，能夠?qū)⑿畔⒌奶幚斫Y(jié)果及時(shí)反饋生產(chǎn)，能夠依托系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理。

系統(tǒng)構(gòu)建方法與其他硬件、軟件系統(tǒng)構(gòu)建方法相似，需要從工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求出發(fā)，充分調(diào)研、分析之后，結(jié)合系統(tǒng)的功能性、安全性、擴(kuò)展性等，將系統(tǒng)劃分為不同層次，層次之間相互服務(wù)、相互支撐，各層均采用最適宜的技術(shù)，逐層構(gòu)建體系，逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。完成系統(tǒng)構(gòu)建可采用多視圖建模方法，如圖1所示，從不同視角出發(fā)，側(cè)重系統(tǒng)構(gòu)建的不同過(guò)程。商業(yè)視角側(cè)重于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的需求分析;功能視角側(cè)重于系統(tǒng)的功能分析與實(shí)現(xiàn)，包括各個(gè)功能模塊的定義及設(shè)計(jì);用法視角側(cè)重于系統(tǒng)整體的應(yīng)用場(chǎng)景分析;實(shí)用視角重點(diǎn)側(cè)重于后期的反饋及系統(tǒng)的完善。

4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建

出于對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型架構(gòu)的開(kāi)放性、可互操作性、可互交換性的考慮，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型根據(jù)系統(tǒng)功能及系統(tǒng)管理，將系統(tǒng)模塊分為了功能模塊及管理模塊。功能模塊主要包括三個(gè)不同層次，傳感層、平臺(tái)層及應(yīng)用層;管理模塊采用PDCA方法分別從“策劃-實(shí)施-測(cè)評(píng)-處置”角度，通過(guò)明確管理職責(zé)，夯實(shí)基礎(chǔ)保障，規(guī)范實(shí)施過(guò)程，如圖2所示。

4.1 感知層

主要實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)的互聯(lián)、數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)預(yù)處理工作，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最底層，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)及硬件基礎(chǔ)。一是利用各種設(shè)備傳感器實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備的海量數(shù)據(jù)的采集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，如多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的歸一化;二是為上層提供支撐，如數(shù)據(jù)的匯聚處理，上傳至云端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

4.2 平臺(tái)層

該層主要集中了大數(shù)據(jù)的分析、處理工作，同時(shí)依靠互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。一是將底層數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)自動(dòng)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值;二是為工業(yè)生產(chǎn)的管理提供數(shù)據(jù)支持，供管理者參考;三是為上層應(yīng)用的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。

4.3 應(yīng)用層

將下層提供的數(shù)據(jù)、服務(wù)與技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)等相結(jié)合，形成能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景、不同硬件設(shè)備的SaaS，并為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員、管理人員及消費(fèi)者提供不同接口，為各類用戶提供服務(wù)，為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等多個(gè)環(huán)節(jié)提供了創(chuàng)新性業(yè)務(wù)應(yīng)用。

上述三個(gè)層次在工作過(guò)程中均需要以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了所有的工業(yè)設(shè)備、資產(chǎn)、物理系統(tǒng)的連接;能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)互通能力、應(yīng)用層的通訊。

此外，管理模塊采用PDCA方法，即“策劃-實(shí)施-測(cè)評(píng)-處置”，依據(jù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)及生產(chǎn)情況進(jìn)行管理職責(zé)、基礎(chǔ)保障、實(shí)施過(guò)程及測(cè)評(píng)與改進(jìn)。其中，P（Plan） 策劃，包括方針和目標(biāo)的確定，以及活動(dòng)規(guī)劃的制定;D（Do）實(shí)施，根據(jù)已知的信息，設(shè)計(jì)具體的方法、方案和計(jì)劃布局;再根據(jù)設(shè)計(jì)和布局，進(jìn)行具體運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃中的內(nèi)容;C（Check）測(cè)評(píng)，總結(jié)執(zhí)行計(jì)劃的結(jié)果，分清哪些對(duì)了，哪些錯(cuò)了，明確效果，找出問(wèn)題;A（Act）處置，對(duì)總結(jié)檢查的結(jié)果進(jìn)行處理，對(duì)成功的經(jīng)驗(yàn)加以肯定，并予以標(biāo)準(zhǔn)化;對(duì)于失敗的教訓(xùn)也要總結(jié)，引起重視。對(duì)于沒(méi)有解決的問(wèn)題，應(yīng)提交給下一個(gè)PDCA循環(huán)中去解決。

以上四個(gè)過(guò)程不是運(yùn)行一次就結(jié)束，而是周而復(fù)始的進(jìn)行，一個(gè)循環(huán)完了，解決一些問(wèn)題，未解決的問(wèn)題進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，這樣階梯式上升的。

5 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為工業(yè)領(lǐng)域不同設(shè)備、設(shè)備與管理者之間真正實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)，促進(jìn)了智能管理與生產(chǎn)。對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及平臺(tái)等方面的研究，仍有許多需要繼續(xù)深入的地方，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠有力推進(jìn)了現(xiàn)代工業(yè)的技術(shù)革命，助力工業(yè)4.0與中國(guó)制造2015。

河北省教育廳河北省高等學(xué)校科學(xué)研究項(xiàng)目：河北省工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型研究，項(xiàng)目編號(hào)：Z2018016。

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