電機行業工業互聯網標識解析體系研究*

王鴻鵠, 李光耀

(上海電科電機科技有限公司，上海 200063)

0 引 言

工業互聯網作為新一代信息通信技術與工業經濟深度融合下的關鍵基礎設施、新型應用模式和全新工業生態體系，加速了全球工業供應鏈、產業鏈、價值鏈的重塑再造，日益成為各國搶占新工業革命制高點以及改造提升傳統制造業、塑造未來產業競爭力的戰略選擇。

工業互聯網標識解析體系作為工業互聯網的重要組成部分，是支撐工業互聯網互聯互通的基礎[1-3]。工信部印發的《工業互聯網創新發展行動計劃(2021—2023年)》文件中，將標識解析增強行動作為下階段工業互聯網發展的重點任務之一，提出了具體要求：完善標識解析體系建設，建立標識編碼分配協調機制，提升國家頂級節點服務能力，引導建設運營標識解析二級節點和遞歸節點，建設兼容開放、服務全球的標識解析服務系統，推動標識解析與區塊鏈、大數據等技術融合創新，提升數據綜合服務能力，增強對域名等網絡基礎資源的支撐能力[4]。

我國工業互聯網標識解析體系由國家頂級節點、二級節點和企業節點構成。我國已在廣州、上海、北京、重慶、武漢建立了五個根節點；截至2021年8月，全國已上線二級節點達156個，累計標識注冊總量386億，涵蓋40余個行業[5-12]，服務企業超過24 000家。

電機是機電能量轉換的核心工業裝備。電機及其系統運行工況多樣，運行狀態涉及的知識領域較多，有電路系統、磁路系統、絕緣系統、機械系統等。同時，數據種類繁雜，如輸入輸出數據、管網負荷數據、相關工藝數據及產品產量等，數據類型也多為非結構化。因此，本文通過建設電機行業工業互聯網標識解析體系對電機產品進行統一編碼和管理，以幫助保障電機產品的安全、可靠和高效運行。

1 電機制造行業工業互聯網發展現狀

目前，我國的電機行業云平臺有“電機工業互聯網云平臺”“中國電機行業云服務平臺”“電機預測性維護平臺”等。國內外很多電機制造業企業開始研發屬于自己的云平臺，開發標識追溯系統。但是目前看來，企業自己開發信息系統，存在以下不足。

(1) 電機生產企業自行開發的系統僅適用于企業自身產品，而最終用戶往往會同時采用多家企業的電機產品，這樣就需要面對多個企業的應用程序，造成學習量大和應用不便的問題，降低了用戶的使用意愿。

(2) 目前電機生產企業開發的系統以信息檢索功能為主，靜態數據難以給企業帶來大數據動態采集的功能應用，在當前工業互聯網全面應用階段難以體現系統的優越性。

(3) 沒有電機工業互聯網二級節點標識系統的行業級標識系統，無法實現數據互聯。企業自主研發的編碼標識，僅能夠在自己企業與用戶之間進行溝通操作，不利于整個行業數據的互聯互通，造成編碼標識的局限性。

目前電機行業沒有統一的工業互聯網平臺，從用戶的易用性和整個工業互聯網的互聯互通角度，建立一個電機行業通用的產品編碼和解析平臺是必要的，能避免重復投入，也能避免形成互聯網信息孤島。為此，上海電器科學研究所(集團)有限公司牽頭建設了電機制造行業標識解析二級節點，可支撐實現全國電機產品的產業鏈、全領域的廣發互聯，促進信息資源集成共享。

2 電機制造行業工業互聯網標識解析總體設計思路

電機行業標識解析二級節點應用服務平臺的總體架構采用現有行業二級節點應用服務平臺的通用技術方案，同時結合電機行業自身的特色進行改進和提升，通過將標識解析與工業數據分析、物聯網等技術相結合，打造針對行業痛點的標識解析二級節點應用服務平臺。電機行業標識解析二級節點應用服務平臺采用先進的四層架構，分別為邊緣層、IaaS層、平臺層(工業PaaS)和應用層(工業SaaS)。第一層為邊緣層，實現大范圍、深層次的數據采集以及異構數據的協議轉換與邊緣處理。第二層為IaaS層，是二級節點的基礎設施層，主要包括各類服務器、網絡、存儲等基礎設施服務設計，采用云服務搭建IaaS各類基礎服務。第三層是平臺層(工業PaaS)，包括應用開發、工業微服務組件庫和標識解析二級節點基礎服務系統，沉淀了工業機理模型，構建可擴展的開發式云平臺。在平臺層中部署集成標識解析二級節點系統，供SaaS層用戶通過REST API和SDK開發基于標識解析的創新應用。頂層為應用層(工業SaaS)，包括大量基于工業互聯網標識解析技術的集成創新應用。系統架構如圖1所示。

電機行業標識解析體系是工業互聯網標識解析的一個組成部分，二級節點主要由管理體系、功能體系和應用體系組成。管理體系主要用于規范二級節點建設行業運營的相關管理要求，包括編碼規范、技術標準、管理規范和運營規范等。從功能體系出發，電機行業工業互聯網標識解析系統由標識注冊、標識解析、業務管理、數據管理和安全保障5部分組成。電機行業工業互聯網標識解析作為工業互聯網標識解析的一部分，其功能體系與國家頂級節點一脈相承，和其他上下游行業協調一致。在應用體系建設方面，結合電機制造行業的特點，提出了產品追溯、協同設計、供應鏈管理和遠程運維4種應用場景。

圖1 電機制造行業標識解析二級節點應用服務平臺總體架構

3 電機制造行業工業互聯網標識解析建設情況

3.1 產品編碼

標識為產品的唯一編碼，是產品的“身份證”。針對電機行業已經制訂了團體標準《工業互聯網標識解析電機標識編碼規范》，2021年末報批。標準中對電機產品編碼進行了規范，致力于編碼的可讀性、差異性、科學性和規范性，確保電機行業標識解析系統的正常運行。電機的標識編碼結構和示例如圖2所示。

圖2 編碼結構

編碼示例：

88.242.10001/0220120211015YE4000000168

其中：“/”為分隔符，左側為標識前綴，對于企業是固定編碼，右側為標識后綴，為企業內部編碼；88為國家編碼；242為電機制造行業標識解析二級節點編碼；10001為企業編碼，不同企業的企業編碼各不相同；標識后綴的第1～2位為產品基礎分類代碼，02代表電動機，各代碼含義如表1所示；標識后綴的第3～5位為產品特征分類代碼，201代表三相異步電動機，各代碼含義如表2所示；標識后綴的第6～13位為日期代碼，20211015代表該電機的生產日期是2021年10月15日；標識后綴的第14～25位為企業自定義代碼，其中前4位推薦為產品系列名稱，YE4代表YE4系列電機產品，后8位為產品編號，168代表當日生產的第168臺產品。

表1 基礎分類代碼

表2 特征分類代碼

3.2 節點建設

電機制造行業標識解析二級節點于2021年2月完成部署，2021年4月接入正式環境，目前已有40余家企業完成了企業節點的注冊，并配置了相應的企業節點，實現了數據的互聯互通。電機產品標識注冊量超過500萬條，總解析量超過40萬次。

3.3 功能建設

基于電機產品的標識開發了專用的應用軟件，通過掃描電機表面的二維碼，能夠直接進入標識解析系統，實現對電機產品的追蹤以及供應鏈、協同設計和遠程運維的查詢和管理。該應用軟件的操作流程如圖3所示。

圖3 軟件工作流程

4 電機制造行業標識解析體系應用

針對標識解析系統中標識的特點，提出了電機行業標識解析體系的應用。

4.1 產品追溯

基于標識解析的關鍵產品追溯集成創新應用是一種可以對關鍵產品進行不定項追溯的系統，可應用在關鍵產品的生產、運輸、交易、營銷等各個環節。標識解析通過賦予產品、相關原料、設計方案唯一的標識碼，將與關鍵產品相關的各個環節串聯起來，為關鍵產品的追溯奠定技術基礎。

4.2 協同設計

基于標識解析的電機協同設計集成創新應用使電機的設計與零部件供應商、遠程運維、報廢回收等環節融為一體。通過設置不同使用權限，電機生產企業可以通過協同設計創新集成應用，形成從電機設計到生產、銷售、運維和報廢的閉環，通過各環節的反饋優化電機設計，提升電機質量，從而實現電機的協同設計。例如，通過對三相異步電動機電磁設計數學模型各模塊機理模型的研究，產生對應的機理模型，實現電動機的自動選型、自動設計、與行業水平對比優化、自動輸出電機設計方案的電磁設計功能。基于標識解析的電機協同設計集成創新應用的技術路線模型如圖4所示。

圖4 協同設計技術路線模型

基于設計中材料的用量和所用材料種類計算電機的綜合成本，再結合電機應用工況模型，可得到電機全生命周期能耗和電機的總能耗。通過與行業水平或標準進行比較，得到電機產品的節能水平和電機的投資回收期。

4.3 供應鏈管理

在不同的電機生產企業對供應鏈的評價中，根據本企業產品、工藝和設計等需求，對供應商進行選擇，這樣就需要對每一個供應商進行評估，如果電機制造企業為N家，零部件供應商為M家，則評估的工作量為N×M。如果運用電機工業互聯網二級節點，建立電機行業供應商服務平臺，所有供應商的產品鏈接到二級節點，這樣當電機制造企業選擇供應商時，僅需要訪問二級節點服務平臺，即可得到不同零件供應商的零部件產品信息，并通過各個企業對供應商產品的評價來確定自己的供應渠道，將工作量降為N+M。

4.4 遠程運維

在電機產品遠程運維過程中，通過電機產品編碼將電機產品與運維系統相關聯，通過運維系統中各類電機測試設備進行各類運行數據采集，測試電機的各種電氣參數性能和振動、噪聲等。通過數據分析獲得設備運行檢測數據規律或變化趨勢，在電機系統設備真正發生異常之前，及時發現設備的異常狀況并將相關的報警推送到二級節點，實現故障預警。故障預警可以在故障發生的早期甚至故障發生前進行設備的及時保養或采取針對性維護策略，消除設備的潛在隱患。

5 結 語

電機行業標識解析二級節點應用服務平臺是電機制造行業的專用標識解析平臺，是國家工業互聯網標識解析體系的組成部分。該平臺能夠對電機產品進行標識編碼，并能夠通過標識編碼實現電機的產品追溯、協同設計、供應鏈管理和遠程運維的數據溝通和功能應用，促進電機行業產品的數字化轉型和智能化升級。