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中国信息通信研究院总工程师余晓晖
加快建设发展工业互联网,促进新一代信息技术与制造业的深度融合创新,对推动实体经济转型升级,大力发展数字经济,打造制造强国、网络强国具有重要意义.作为发展工业互联网的重要载体与关键核心,工业互联网平台是实现工业智能化的神经中枢系统,为制造生产中的数据汇聚、建模分析、应用开发、资源调度和监测管理等提供支撑.国务院关于《深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》明确需加快工业互联网平台建设,提出“突破数据集成、平台管理、开发工具、微服务框架、建模分析等关键技术瓶颈”,并“开展工业互联网平台适配性、可靠性、安全性等方面试验验证,推动平台功能不断完善”.
一、新型信息技术推动工业互联网平台发展
工业互联网平台需要解决多类工业设备接入、多源工业数据集成、海量数据管理与处理、工业数据建模分析、工业应用创新与集成、工业知识积累迭代实现等一系列问题,涉及七大类关键技术,分别为数据集成和边缘处理技术、IaaS 技术、平台使能技术、数据管理技术、应用开发和微服务技术、工业数据建模与分析技术、安全技术.目前,这七类技术都正处于快速发展阶段,并对工业互联网平台的构建和发展产生深远影响.
PaaS 技术、新型集成技术和容器技术正加速改变信息系统的构建和组织方式.一是基于通用PaaS 的二次开发成为工业PaaS 主要构建方式,为上层工业App 开发屏蔽设备连接、软件集成与部署、计算资源调度的复杂性.二是新型集成技术成为平台能力开放的重要手段,通过支撑多源异构系统快速集成,为能力开放、知识共享奠定基础.三是容器技术支撑平台及应用的灵活部署,适应工业场景中海量个性化开发需求.
边缘计算技术极大地拓展了平台收集和管理数据的范围和能力.一是边缘侧多协议转化技术应用强化平台数据接入能力,实现传感器、控制系统、管理软件等不同来源的海量数据在云端的集成与汇聚.二是边缘数据处理和缓存技术有效提升平台承载能力,正成为当前主流平台的共同选择.三是边缘分析技术显著增强平台实时分析能力,通过边缘分析以及与云端的协同,更好满足工业用户对实时性和可靠性的要求.
微服务等新型开发框架驱动工业软件开发方式不断变革.一方面,基于微服务的开发方式支持多种开发工具和编程语言,并通过将通用功能进行模块化封装和复用,加快应用部署速度,降低应用维护成本.另一方面,基于图形拖拽的开发方式降低了对开发人员编程基础、开发经验的要求,使其可以专注于功能设计,从而降低应用开发的门槛.
工业机理与数据科学深度融合则正在引发工业应用的创新浪潮.一是对工业机理的深入理解是进行工业数据分析的重要前提,工业经验知识成为工业互联网平台的核心能力与竞争优势.
二是大数据、机器学习技术驱动工业数据分析能力跨越式提升,大数据、机器学习、人工智能等方法成为平台必备工具.三是数据科学与工业机理结合有效支撑复杂数据分析,数据分析方法与工业机理知识正在加速融合.四是工业知识正基于平台快速积累并实现高效传播与复用,并推动新知识持续产生.
二、测试验证规范工业互联网平台建设应用
工业互联网平台核心功能包括三个方面：一是基础支撑能力,能够基于先进的计算架构和高性能的云计算基础设施,支撑海量异构数据的采集、接入、存储、处理和计算；二是工业操作系统能力,能够向下对接海量设备、自身承载工业知识, 对外开放开发环境与接口,向上承载工业APP,实现工业资源的优化配置与制造体系的智能驱动；三是应用服务能力,能够基于工业数据、知识、资源等的汇聚,实现软件工具共享、云端业务集成应用、制造和服务能力交易、业务和模式创新以及合作生态构建.工业互联网平台测试验证主要围绕这三方面核心能力展开.
在基础支撑能力测试方面,一是多类数据接入和协议转换测试,支持传感器、控制器、工业设备、智能产品、工控系统、智能网关、工业软件等来源数据的格式转换和统一.二是工业数据边缘处理测试,在设备和云端边缘侧提供一定的数据预处理、存储和分析能力,并且可实现平台对接入设备的控制.三是连接管理测试,支持有线、无线网络接入,并能满足工业场景所需的并发能力和实时接入需求.四是云计算服务能力测试,能够提供多种计算、存储和资源配置能力,以及提供负载均衡、弹性伸缩、容器等多种服务.
在工业操作系统能力测试方面,一是开发环境测试,提供多种开发语言和多种开发工具,实现应用的快速创建和扩展.二是资源管理测试,能够实时监控云端应用需求并自动分配相应的底层资源,实现不同租户应用和服务的隔离.三是数据管理测试,通过不同数据管理引擎实现海量工业数据的分区选择、存储、编目与索引等.四是工业数据分析测试,提供批处理计算和流处理计算框架,支持海量数据清洗和预处理以及分析计算.五是工业算法模型测试,具备各类典型机器学习和深度挖掘算法库,提供基于专业知识和经验的工业机理模型库.六是微服务架构测试,支撑基于微型服务单元集成的“ 松耦合”应用开发和部署.
在应用服务能力测试方面,一是工具软件服务测试,提供云化的研发设计、生产管理、运营管理等软件.二是业务集成应用服务测试,支持制造企业横向、纵向和端到端的数据、系统、资源等集成共享和协同交互.三是制造和服务交易能力测试,支持研发设计和生产能力进行在线对接与交易,促进制造企业资源最优配置和使用效率最大化.四是系统解决方案集成应用测试,提供大量可复用的工业微服务和丰富的工业APP, 构建数字化、网络化、智能化整体解决方案.五是基于工业PaaS 的创新应用服务测试,支持开发者利用平台进行创新应用开发和发布,形成持续创新生态.
三、推进建议
突破工业互联网平台共性技术.一是提升平台异构数据接入能力,突破智能传感、边缘计算、数据协议转换等关键基础技术.二是构建云计算与大数据基础,进行云基础设施、数据库管理、分布式计算等共性技术集成应用.三是强化平台工具与服务支撑,促进工业知识与数据分析方法深度融合创新,构建支持多种语言的开发环境和微服务架构,提供各类创新开发工具及工业微服务.
构建工业互联网平台标准体系.统筹推进工业互联网平台标准体系建设,完善平台功能参考架构,加快关键技术标准研制,支持行业应用标准制定,形成一批基础共性标准、技术性能标准、行业应用标准及安全保障标准.组织开展标准试验验证工作,促进标准试验验证环境建设、仿真系统及相关测试工具开发与应用.
开展平台基础共性能力测试.面向设备接入、边缘计算、云计算、API 接口等支撑工业互联网平台构建的基础共性技术,以及对平台数据管理、大数据处理、微服务和应用开发环境等不同类型工具,支持科研院所、高校与企业合作开展测试验证系统建设工作,搭建具备通用性和扩展性的平台测试验证环境,开发针对多源异构数据集成、边缘数据处理、数据网络传输、云计算拓展等能力或场景的测试用例,促进工业互联网平台技术创新,加速平台构建.
加快平台应用服务能力验证.聚焦工业互联网平台解决方案及服务能力,支持工业企业搭建工业应用验证场景,对平台软件工具共享、业务系统集成和工业APP 等基础服务能力开展验证,并进行基于平台的个性化、网络化协同、智能化生产等完整解决方案验证和示范,支撑工业互联网快速应用推广.
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