工業互聯網“咖”解丨康凱：工業互聯網支撐下的“質效雙升”的制造模式
作者：康凱 海信集團研發與供應鏈部副總經理兼安全環保部副總經理、工業互聯網產業聯盟理事
張倩 海信集團流程IT與數據管理部需求管理顧問
引言
工業互聯網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；但工業互聯網本質上是一種在新技術支持下的生產關系變革，它誕生發展的基礎并不是新興事物，而是已經在全球形成成熟產業鏈條的工業體系。工業互聯網不是空中樓閣，而是必須建立在完善發達的工業基礎上，并且最終是要服務于企業的生產力發展。 海信集團始終將制造作為支撐企業發展的核心競爭力，以效益為導向，在“技術創新”與“NPS管理”的雙擎驅動下，通過與互聯網、云計算、大數據的深度融合，實現涵蓋設計、制造、供應鏈、服務全流程協同網絡，體系驅動、綜合施策、內涵發展，打造“質效雙升”的制造模式。 海信工業互聯網建設實踐 海信工業互聯網平臺1.0從2016年開始建設，是以工業互聯網的業務產出為驅動、為制造業企業實現數字化、網絡化和智能化的工業企業架構，基于工業互聯網的應用場景，以制造型企業戰略轉型或過程生產結果為驅動，融合工業互聯網技術架構、數據架構和安全架構為決策者提供可執行的解決方案。包括基礎設施、基礎云平臺、工業PaaS、數字孿生與工業APP管理、工業APP、工業云運營平臺、接入控制層和工業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、工業云PaaS平臺服務、工業APP管理服務、工業APP服務、工業物聯網接入服務、工業云運營服務和工業云安全服務。 2019年依托工信部工業互聯網創新發展工程的資助啟動平臺2.0的升級建設。工業互聯網平臺2.0主要結合工業大數據存儲分析、邊緣計算分析、工業數據智能和工控系統等先進技術，面向研發設計、生產工藝質量、智能制造、設備運行、運營管理等業務方向和場景，打造可復制和可推廣的工業數據、機理模型和智能算法資源池，形成有效支撐行業發展的工業智能APP和應用解決方案，推動海信集團“質效雙升”的制造模式的創新應用和推廣。 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絡技術，通過協同感知提升傳感精度和效率，通過軟件定義網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，技術路線符合業界PaaS層技術發展的主流和趨勢。在此基礎之上，以工業互聯網業務場景為目標，構建工業云PaaS服務。工業服務以Http/Https協議為主，遵照云服務開發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。上述技術都是業界開放的技術標準或事實規范，技術上具備完全的可行性，技術和項目風險可控； 4)在工業PaaS層引入了工業大數據和工業AI能力兩大能力服務中心，構建工業大數據資源池、工業機理模型資源池和工業智能算法資源池，為工業智能化應用場景提供完善的基礎； 5)在SaaS層，結合現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難度，從而保證應用開發的可行性。 工業互聯網平臺的總體框架包括工控層、邊緣層、IaaS層、基礎PaaS、工業PaaS層和SaaS層，如下圖所示。
按照服務定位不同，工業互聯網平臺包括三類、十種核心服務，分別提供工業互聯網平臺運行基礎支撐、領域核心和工業應用集成三大場景下的核心服務，如下圖所示。
工業互聯網平臺的核心能力中心建設主要集中在以下幾個子平臺：工業物聯網平臺、工業AI平臺和信數平臺。
工業物聯網平臺利用工業以太網、工業現場總線、工業無線網絡等先進通訊技術，支持23種以上的工業通訊協議，實現工業資源數據的互聯互通，拓展了機器與機器、機器與人、機器與環境之間連接的深度和廣度，形成便捷、高效的工業物聯網信息通道。對采集到的數據進行數據解析、格式轉換、元數據提取、初步清洗等預處理工作。
工業物聯網平臺融合網絡、計算、存儲、應用等核心能力，提供邊緣智能服務，滿足工業數字化在敏捷連接、實施業務、數據優化、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，通過工業控制系統（如分布式控制系統、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：海信集團物聯網平臺基于微服務架構，支持消息隊列的方式實時分發工業數據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APP的接入和部署。
2、服務與效率特性：平臺支持JAVA等開發語言，提供開放的應用開發框架和開發工具，幫助開發者快速的開發應用，平臺提供豐富的數據建模，滿足不同場景、不同行業的開發需求。
3、并聯與共享特性：物聯網平臺兼容多種工業通訊協議，支持上百種主流的工業協議，支持定制私有協議驅動。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。
4、穩定與安全特性：嵌入式硬件服務器JACE作為部署在設備側的邊緣計算模塊，具備高吞吐并發能力、斷點續傳和掉電保持能力，滿足海量工業數據的高并發處理需求。平臺對數據、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，架構安全可靠。每個應用的訪問都支持SSL加密連接。應用數據可通過網絡文件系統或分布式文件系統保存在服務端。通過權限管理機制來實現數據隔離。
5、創新與引領特性：物聯網平臺與海信現有平臺及未來要求匹配，提供面向多種工業場景的機理模型，并提供兩類工業APP：設備全生命周期管理系統、設備數據實時分析系統。
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，提供了數據標注、數據分析探索、模型建模訓練、統一模型庫管理、模型推理等功能；平臺架構靈活開放，支持R、Python、PySpark多種語言，基礎資源可靈活調度；三位一體的建模方式，支持業務人員、算法工程師、數據科學家不同人員使用；支持場景建模閉環自學習，可持續迭代優化。
信數平臺是海信集團工業大數據平臺的數據分析產品平臺，針對集團內存在大量數據孤島、數據斷點；數據標準不統一、指標繁雜、數據整合度弱；各系統數據平臺多、對業務場景支撐少、數字化氛圍較缺失的痛點，按照統一存儲、統一標準、統一管理、垂直整個、橫向共享的方向，搭建了集團級大數據平臺，對數據平臺統一調度、統一管理。利用平臺能力，服務于供應鏈、研發、營銷、消費者等大數據采集、存儲、調度、計算，深入研究數據應用，打造五類大數據應用場景，形成數據產品，建立大數據展示與分發平臺，實現數據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；2016年通過國家及山東省智能制造試點示范企業；2016年入選《中國“互聯網+”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“高質量好產品”工業數據智能的工業互聯網平臺測試床項目》中標工信部“2019工業互聯網創新發展工程”。
在海信集團平度家電產業園，新的工業互聯網平臺投入使用后，將使整個產業鏈向智能化轉型。不僅滿足企業自身的應用需求，同時響應國家的戰略，賦能上下游企業，引領行業的發展。在建設過程中，數據的采集、設備的物聯、工業機理模型的搭建，至關重要。對于一個互聯網平臺來說，設備數據的采集是首要任務。園區內平臺涉及的主要設備有一萬多臺，而且來自多個國家，通訊協議和數據格式五花八門，要實現數據的互聯共享，首先要整合、打通其中的數據壁壘。工業互聯網平臺不能僅僅依靠企業自身的力量完成開發，需要打造開放的生態體系來整合先進資源。在平度家電產業園，也引入了諸如青島奧利普自動化控制系統有限公司這樣的合伙作伴。因為承接這樣的業務，既需要精通企業的自動化和軟件技術，又需要熟悉家電行業的工業機理，這對企業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，已經掌握了家電行業這方面的核心技術，擁有采集大數據，并形成業務分析和場景應用的能力。
目前平度家電產業園實現了部分人機互聯、機機互聯、和廠區與園區數據信息的互聯互通，使物料流、資金流和信息流實現了及時和透明，生產效率提高了28%，后期將會在全國各個園區展開相應的推廣工作。
海信工業互聯網平臺應用的策劃是結合集團“高質量好產品”的戰略要求，立足自身實踐特點，打造具有差異化、前瞻性的工業互聯網平臺。平臺主要包括工業物聯網、工業大數據以及工業AI等3大子平臺，完成產品設計、生產工藝、設備運行、運營管理等全流程的數據資源和制造資源集成。通過工業大數據存儲分析及工業AI等新技術的應用，在持續降本增效的同時，尋找技術創新和應用的突破點，探索能夠引領未來趨勢的路線和模式。
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