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摘要：隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，有關(guān)這項(xiàng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)、原理、應(yīng)用等方面將如何演化的問(wèn)題備受關(guān)注。與消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比較，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最大的不同之處在于它與工廠里的設(shè)備緊密相連，這是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)之所以復(fù)雜的重要根源。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)也與此有緊密的聯(lián)系。此外，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中還出現(xiàn)了云計(jì)算、邊緣計(jì)算等新的計(jì)算環(huán)境。這些變化自然會(huì)進(jìn)一步增加企業(yè)信息系統(tǒng)的復(fù)雜性。所以，針對(duì)工業(yè)設(shè)備的多樣性和多變性，采用平臺(tái)化的開(kāi)發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)技術(shù)體系將成為一種必然的選擇。平臺(tái)工具和可復(fù)用組件的應(yīng)用有效地提升了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的效率。此外，具有社區(qū)性質(zhì)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)模式的出現(xiàn)也將引發(fā)這一領(lǐng)域服務(wù)業(yè)態(tài)的發(fā)展，這也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。本文對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)化與服務(wù)化的發(fā)展問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)模式，并對(duì)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；平臺(tái)化；服務(wù)化；云計(jì)算；邊緣計(jì)算

1 引言

2012年美國(guó)GE提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，2013年德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上提出工業(yè)4.0，隨后在全球工業(yè)界引起極大反響。這兩種工業(yè)信息技術(shù)的應(yīng)用范式有著相同的特性，都需要工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集和處理，并都通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。工業(yè)社會(huì)十分看好在大量工業(yè)設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)之后可能帶來(lái)的巨大變革的機(jī)會(huì)，人們相信工業(yè)數(shù)據(jù)將在互聯(lián)網(wǎng)上獲得更多價(jià)值的體現(xiàn)，從而為新一輪的工業(yè)革命積蓄力量。鑒于此，許多工業(yè)軟件的提供商加入了研究、開(kāi)發(fā)和推廣工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的行列。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)正式發(fā)布的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)軟件有100多種，其中包括一部分工業(yè)PaaS和網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。這些工業(yè)軟件和技術(shù)的推出加速了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也加速了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。然而

在這一進(jìn)程中，由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，也有可能會(huì)出現(xiàn)一些與互聯(lián)網(wǎng)原則相悖的問(wèn)題，例如不同供應(yīng)商提供的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)軟件之間可能互不兼容。從目前的發(fā)展情況來(lái)看，這種可能性是非常大的。因此，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界都要努力從體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)開(kāi)始，深入探討工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)科學(xué)的發(fā)展模型。本文提出平臺(tái)化和服務(wù)化的發(fā)展問(wèn)題，除了說(shuō)明它們與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的關(guān)系外，還指出了平臺(tái)化和服務(wù)化技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)現(xiàn)方法，以及它們能夠成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的理由。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是在自動(dòng)化和信息化技術(shù)發(fā)展到一定程度，但工業(yè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用還處于較低水平的背景下提出的一種工業(yè)生產(chǎn)治理模式。它利用了互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)與云計(jì)算資源，試圖通過(guò)數(shù)據(jù)的大規(guī)模采集和處理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)更加精細(xì)化和更加適應(yīng)外部動(dòng)態(tài)環(huán)境的管理。企業(yè)加入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的目的就是要讓生產(chǎn)更加透明，只有這樣才能更有效地利用企業(yè)的資產(chǎn)，創(chuàng)造更多的財(cái)富。在這里，我們使用“加入”而不是“建設(shè)”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，是因?yàn)樗罱K將成為工業(yè)社會(huì)的一種公共服務(wù)機(jī)制，就像今天的移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)一樣，“入網(wǎng)”就能獲得各種各樣的信息服務(wù)，而不需要任何用戶自行“組網(wǎng)”。

目前，國(guó)內(nèi)外許多企業(yè)都發(fā)布了相應(yīng)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)軟件，例如美國(guó)GE的Predix，德國(guó)Siemens的Mindsphere，中國(guó)樹(shù)根互聯(lián)的Rootcloud等。這些軟件系統(tǒng)都有相似的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。它們都需要云計(jì)算環(huán) 境的支撐，都需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備與云計(jì)算環(huán)境，都需要通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)完成數(shù)據(jù)采集和上云的任務(wù)。但是在形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)社區(qū)，接入跨行業(yè)跨領(lǐng)域的企業(yè)數(shù)據(jù)等方面，很顯然還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)^[1,2]。而這是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)獲得工業(yè)社會(huì)普遍應(yīng)用的基本形態(tài)。另一方面，在應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展還面臨兩個(gè)重要挑戰(zhàn)。一是開(kāi)發(fā)成本很高，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要更多的工藝工程師的參與，但是目前的技術(shù)發(fā)展還不能滿足這一要求。大部分所謂開(kāi)放的技術(shù)仍然要求用戶具有連接復(fù)雜計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件接口（API）的能力。二是信息孤島問(wèn)題，傳統(tǒng)企業(yè)信息化最大的問(wèn)題就是產(chǎn)生大量的信息孤島，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)因其互聯(lián)互通特質(zhì)而應(yīng)該具有極強(qiáng)的消除信息孤島的潛力。但是，由于眾多的技術(shù)提供商根據(jù)它們自身的技術(shù)體系而建立的企業(yè)級(jí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，難以形成覆蓋整個(gè)工業(yè)社會(huì)的互聯(lián)網(wǎng)，這對(duì)整個(gè)工業(yè)社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展肯定是非常不利的。

實(shí)際上，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展問(wèn)題的背后，是關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)的體系架構(gòu)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及系統(tǒng)的復(fù)雜性如何設(shè)計(jì)、如何制訂和如何處理的問(wèn)題。其中，體系架構(gòu)是非常基礎(chǔ)性的問(wèn)題，它不僅決定了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成，更重要的是它界定了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)、任務(wù)和對(duì)應(yīng)的技術(shù)路線。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的重要性來(lái)源于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的人-機(jī)-物構(gòu)成的客觀需求，但是要建設(shè)這樣一個(gè)龐大的標(biāo)準(zhǔn)體系并不是一項(xiàng)容易的事情。每一個(gè)技術(shù)提供商都更傾向于強(qiáng)調(diào)他們的主張，而弱化對(duì)建設(shè)工業(yè)公共基礎(chǔ)設(shè)施的重視程度。再加上工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)本身就是一種典型的復(fù)雜大系統(tǒng)，要應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)更不是一件容易做到的事情。我們必須為此尋求一些新的發(fā)展模式。針對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的特點(diǎn)，將其發(fā)展納入到平臺(tái)化和服務(wù)化的框架中，這是本文提出應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的一種思路。

3 體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是典型的復(fù)雜大系統(tǒng)。因?yàn)樗鼘⒃O(shè)備、人和互聯(lián)網(wǎng)（含計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)）連接在一起，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。工業(yè)門(mén)類(lèi)很多，不同行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)、信息和決策的要求差異很大，這也進(jìn)一步增加了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜性。此外，由于生產(chǎn)工藝技術(shù)的提升，市場(chǎng)環(huán)境的變化等因素，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的需求幾乎每時(shí)每刻都在發(fā)生著不同程度的變化。目前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)模式大部分還停留在企業(yè)級(jí)的信息化系統(tǒng)層面上，開(kāi)發(fā)的人工與時(shí)間成本都非常高。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)涉及軟硬件的組成與結(jié)構(gòu)，工業(yè)數(shù)據(jù)的組成與結(jié)構(gòu)，以及相關(guān)技術(shù)資源的組成和應(yīng)用模式等。由此可見(jiàn)，如果要為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供一種全新的體系架構(gòu)，不僅要極大地降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且要極大地提升技術(shù)資源的復(fù)用性，只有這樣工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)才能真正發(fā)展起來(lái)。

由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是一種分布式的數(shù)字化大系統(tǒng)，所以它的軟硬件特征主要是數(shù)量多、分布廣。為了能夠提高工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的效率，便于整套網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行管理，其體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)按照一個(gè)整體來(lái)考慮。圖1是所有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)都具有的4層架構(gòu)，即從左到右分別為設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、核心層和應(yīng)用層。其中設(shè)備層，也稱(chēng)為邊緣層，是由工業(yè)設(shè)備的通訊部分和網(wǎng)關(guān)設(shè)備共同組成的。設(shè)備層中還有可能包含邊緣計(jì)算單元。網(wǎng)絡(luò)層，也稱(chēng)為通訊層，這是由互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的一種基礎(chǔ)設(shè)施，用于將工業(yè)設(shè)備與核心層聯(lián)系在一起。核心層是由云計(jì)算資源構(gòu)成的，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的中心。應(yīng)用層主要由人機(jī)交互的終端設(shè)備構(gòu)成，將各種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用過(guò)程或結(jié)果顯示在特定的軟件視窗上，同時(shí)也從這里輸入工業(yè)用戶的應(yīng)用需求。該架構(gòu)與業(yè)界通常認(rèn)為的三層架構(gòu)^[3]區(qū)別在于突出了基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)的作用，即這里所謂的網(wǎng)絡(luò)層。

圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的4層架構(gòu)

從圖1的體系架構(gòu)可以看出，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以連接的設(shè)備很多，可以執(zhí)行的應(yīng)用也很多，這些設(shè)備和應(yīng)用都依靠大量的數(shù)據(jù)保持著某種邏輯上的關(guān)系。為此，必須要有一種操作系統(tǒng)性質(zhì)的基礎(chǔ)軟件來(lái)維持這樣的關(guān)系，并且能夠適應(yīng)這種關(guān)系可能發(fā)生的各種變化。圖2是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)4層架構(gòu)基礎(chǔ)之上建立的一種新的體系架構(gòu)表達(dá)形式。其中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)核包含了大量的計(jì)算資產(chǎn)，它們的作用是對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果返回工業(yè)系統(tǒng)中的管理者與生產(chǎn)者，以及對(duì)應(yīng)的工業(yè)設(shè)備。我們把具有這種特征的內(nèi)核稱(chēng)為一種平臺(tái)。在平臺(tái)的外部包裹著一圈軟件服務(wù)資產(chǎn)，分別提供：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊服務(wù)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)、部署、運(yùn)維等后臺(tái)支持服務(wù)，工業(yè)APP數(shù)據(jù)通訊服務(wù)，以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與其它信息技術(shù)系統(tǒng)的第三方數(shù)據(jù)通訊服務(wù)。總之，這里所謂軟件服務(wù)資產(chǎn)本質(zhì)上就是一組與平臺(tái)外的信息系統(tǒng)維持?jǐn)?shù)據(jù)通訊的功能模塊。

圖2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)化與服務(wù)化結(jié)構(gòu)設(shè)想

4 平臺(tái)化和服務(wù)化技術(shù)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)化需要一個(gè)嚴(yán)格的定義，因?yàn)檫@涉及到整個(gè)工業(yè)大系統(tǒng)不同區(qū)域、不同應(yīng)用之間的互聯(lián)互通應(yīng)具備哪些特征的問(wèn)題，同時(shí)這也是相關(guān)技術(shù)研究與發(fā)展的必然要求^[4]。因此，面對(duì)如圖1所示的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，如果認(rèn)定它是平臺(tái)化的，則應(yīng)具有以下三個(gè)方面的特征：（1）要有特定的計(jì)算環(huán)境，使得工業(yè)用戶無(wú)論是在云計(jì)算還是邊緣計(jì)算環(huán)境中，都能夠依據(jù)統(tǒng)一的算法模型來(lái)建構(gòu)分布式的計(jì)算關(guān)系；（2）要有連接工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)源的快捷方法，包括通用網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用及其協(xié)議解析方法，并具有為不同的應(yīng)用提供互操作的能力，建立全網(wǎng)設(shè)備的互聯(lián)互通機(jī)制；（3）存在一定數(shù)量并可持續(xù)添加的公共技術(shù)資源，用于支撐各種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，滿足高效和低成本的要求。

從上述特征可知，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)化的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。采用統(tǒng)一算法模型的分布式計(jì)算環(huán)境，只要其計(jì)算單元的顆粒度合適，就能夠很好地利用分布特性解決工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題。另一方面，如果每個(gè)計(jì)算單元的結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，且采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的技術(shù)，那么在計(jì)算的可視化和可動(dòng)態(tài)重構(gòu)方面還能夠創(chuàng)造更有利的條件。平臺(tái)化另一個(gè)顯著好處在于用系統(tǒng)配置取代了大規(guī)模軟件的編程，同時(shí)也有效地解決了制約工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，即異構(gòu)工業(yè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)融合問(wèn)題。平臺(tái)化集成了數(shù)據(jù)的流動(dòng)通道，為設(shè)備或應(yīng)用之間的互聯(lián)互通創(chuàng)造了有利的條件。由于平臺(tái)化可支撐多項(xiàng)平行的任務(wù)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的公共技術(shù)資源（例如微服務(wù)或工業(yè)機(jī)理模型）均可采用與應(yīng)用完全對(duì)稱(chēng)的方式呈現(xiàn)，這對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)社區(qū)建設(shè)，以及軟件資源的復(fù)用和提高應(yīng)用開(kāi)發(fā)的效率來(lái)說(shuō)都是非常重要的。總之，平臺(tái)化更有利于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人、機(jī)、物的協(xié)同統(tǒng)一。

為了采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行計(jì)算，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種如圖3所示的虛擬計(jì)算環(huán)境。它利用內(nèi)存資源建立一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，并將計(jì)算過(guò)程等效于該數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)更新過(guò)程。因此，需要一種數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算機(jī)制。這個(gè)功能由圖3中的數(shù)據(jù)引擎模塊完成。內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中包含靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)引擎利用其中的靜態(tài)數(shù)據(jù)做驅(qū)動(dòng)，完成其動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的更新。為了讓工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)能夠滿足工程技術(shù)人員開(kāi)發(fā)相關(guān)應(yīng)用和未來(lái)社區(qū)生態(tài)的建設(shè)與發(fā)展的要求，我們引入了圖計(jì)算技術(shù)。應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員可以利用圖計(jì)算工具來(lái)構(gòu)建相關(guān)算法的圖結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有相對(duì)比較直觀的邏輯關(guān)系，它還能夠通過(guò)自動(dòng)編譯技術(shù)，將圖形結(jié)構(gòu)映射為特定的數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的無(wú)代碼開(kāi)發(fā)模式。借助這種圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)模型的映射關(guān)系，我們還可以輕松實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用計(jì)算的可視化和可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的功能。

圖3 數(shù)據(jù)引擎計(jì)算單元原理示意圖

平臺(tái)化為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)化也創(chuàng)造了有利條件。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中，工業(yè)用戶之所以需要大量的技術(shù)服務(wù)，主要原因是：（1）為了避免重復(fù)性的開(kāi)發(fā)；（2）為了充分利用平臺(tái)中的共享技術(shù)資源；（3）為了更專(zhuān)業(yè)地管理工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行與發(fā)展。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中，盡管服務(wù)提供方未必都能具備用戶企業(yè)的生產(chǎn)和管理專(zhuān)業(yè)知識(shí)，但是他們?nèi)匀荒軌蛟谲浖_(kāi)發(fā)工具提供，算法組件開(kāi)發(fā)，平臺(tái)部署，應(yīng)用運(yùn)行保障，以及工業(yè)數(shù)據(jù)處理方面提供十分專(zhuān)業(yè)的技術(shù)支持。在平臺(tái)化基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)化，其本質(zhì)作用主要體現(xiàn)在優(yōu)化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈上，努力將工業(yè)用戶應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的門(mén)檻降下來(lái)，例如采用大量的自動(dòng)配置的方式^[5]，讓工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用更依賴(lài)于技術(shù)的服務(wù)，而不是技術(shù)的開(kāi)發(fā)。只有這樣，才能滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求。

服務(wù)化也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要體現(xiàn)。這是產(chǎn)業(yè)鏈延伸的必然趨勢(shì)，也是引入云計(jì)算、邊緣計(jì)算后可支配算力大幅度提升的必然結(jié)果。當(dāng)然，服務(wù)化除了需要平臺(tái)化技術(shù)的支撐外，還需要從上述三個(gè)方面的需求出發(fā)，建立并持續(xù)完善服務(wù)的形式與內(nèi)含。一些具體的服務(wù)示例如表1所示。

表1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)服務(wù)類(lèi)型與服務(wù)示例

在避免重復(fù)性的開(kāi)發(fā)方面，技術(shù)服務(wù)提供方能夠從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與部署，常規(guī)應(yīng)用的算法開(kāi)發(fā)，以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范式等幾個(gè)方面提供經(jīng)過(guò)多個(gè)用戶應(yīng)用檢驗(yàn)的相對(duì)比較成熟的技術(shù)給新的用戶。隨著服務(wù)對(duì)象的不斷增加，這類(lèi)服務(wù)的質(zhì)量就會(huì)保持持續(xù)提升的趨勢(shì)。這對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的新用戶來(lái)說(shuō)是非常重要的。他們不用在復(fù)雜的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)上投入更多的人力、財(cái)力和物力，可以專(zhuān)注于他們企業(yè)專(zhuān)有的技術(shù)和管理問(wèn)題的解決。

在技術(shù)資源的共享方面，技術(shù)服務(wù)提供方需要在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上投資建設(shè)較大規(guī)模和較為復(fù)雜的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施（例如產(chǎn)品設(shè)計(jì)類(lèi)軟件、系統(tǒng)仿真類(lèi)軟件、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析類(lèi)軟件和工業(yè)共性技術(shù)算法軟件開(kāi)發(fā)包等），然后按需按時(shí)將資源分配給需要這些服務(wù)的企業(yè)用戶，避免了企業(yè)用戶自行投資但利用率又不是很高，運(yùn)行維護(hù)又非常復(fù)雜，升級(jí)成本也不菲的軟件系統(tǒng)，充分發(fā)揮工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)資源共享的作用。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行管理方面，技術(shù)服務(wù)提供方需要對(duì)用戶企業(yè)的IT資產(chǎn)，包括計(jì)算環(huán)境和應(yīng)用軟件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行不間斷的監(jiān)控管理，確保用戶企業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠滿足生產(chǎn)、管理的各項(xiàng)要求。這項(xiàng)服務(wù)的基礎(chǔ)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和管理對(duì)于用戶企業(yè)來(lái)說(shuō)足夠復(fù)雜，自行運(yùn)維的人力成本比較高，以及難以做到合理配置計(jì)算資源等情況。

鑒于以上分析，我們提出一種面向服務(wù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖4所示。其中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心部分是云平臺(tái)，除了數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)引擎陣列外，需要部署共享資源、運(yùn)維管理和開(kāi)發(fā)管理三個(gè)基本服務(wù)模塊。工廠設(shè)備的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)邊緣層后送入云平臺(tái)的數(shù)據(jù)碼頭進(jìn)行緩存處理。云平臺(tái)的服務(wù)窗口用于工廠管理和生產(chǎn)各項(xiàng)應(yīng)用的響應(yīng)，即應(yīng)用的可視化窗口。作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的第三方，技術(shù)服務(wù)提供方的主要任務(wù)包括與企業(yè)用戶連接，處理企業(yè)的應(yīng)用需求，調(diào)用解決方案庫(kù)，提供應(yīng)用開(kāi)發(fā)服務(wù)。另外通過(guò)云平臺(tái)的服務(wù)接口，獲取工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息，提供運(yùn)維管理，確保工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與企業(yè)生產(chǎn)管理過(guò)程保持同步。

圖4 面向服務(wù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

5 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系的演化

在平臺(tái)化和服務(wù)化技術(shù)的推動(dòng)下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)體系也將會(huì)發(fā)生一些新的變化。首先是我們預(yù)測(cè)在不久的將來(lái)，平臺(tái)社區(qū)將會(huì)出現(xiàn)。在平臺(tái)化技術(shù)的推動(dòng)下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)、平臺(tái)構(gòu)成，以及應(yīng)用模式都會(huì)進(jìn)一步的演化，這不僅會(huì)推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，而且有可能盡快形成若干定型的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范式。增強(qiáng)應(yīng)用的共性基礎(chǔ)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)健康發(fā)展的重要力量。與此同時(shí)，這種演化還有利于信息技術(shù)的成長(zhǎng)空間從基于編程代碼的開(kāi)源社區(qū)向基于算法組態(tài)的開(kāi)源社區(qū)轉(zhuǎn)變。換言之，將會(huì)有更多的掌握工業(yè)知識(shí)的專(zhuān)業(yè)人員加入到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)體系的建設(shè)中來(lái)，這與純粹由信息技術(shù)的專(zhuān)業(yè)人員主導(dǎo)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更有利于該領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景是多樣和多變的，這就決定了它的應(yīng)用結(jié)構(gòu)要遠(yuǎn)比消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜很多。平臺(tái)社區(qū)的出現(xiàn)和建設(shè)，將在很大程度上提升共性知識(shí)的復(fù)用能力，從而有效降低工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的成本。我們從這些分析中不難看出，如果沒(méi)有這樣的變化，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展是難以維系的。

其次是我們預(yù)測(cè)在不久的將來(lái)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式會(huì)變得更加明顯，并進(jìn)入逐漸成熟的階段。目前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)的企業(yè)信息化發(fā)展模式還沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，雖然這里出現(xiàn)了云計(jì)算和互聯(lián)網(wǎng)這兩個(gè)新要素，但它們都僅僅是時(shí)空上的擴(kuò)張而已。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為一種新的業(yè)態(tài)，它的商業(yè)模式是什么，目前暫時(shí)還是比較模糊的。這就是為什么現(xiàn)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)可以多達(dá)上百種，甚至更多的根本原因。但是，隨著平臺(tái)化和服務(wù)化技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式已露出端倪。在邊緣層，通用網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品技術(shù)在平臺(tái)和服務(wù)的支撐下，將出現(xiàn)質(zhì)的飛躍，猶如幾年前移動(dòng)電話到智能手機(jī)的質(zhì)變一樣。另一方面，越來(lái)越強(qiáng)大的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)將吸引一部分第三方的技術(shù)服務(wù)提供方，產(chǎn)生從直接幫助企業(yè)用戶開(kāi)發(fā)應(yīng)用到間接提供高品質(zhì)數(shù)據(jù)服務(wù)的轉(zhuǎn)變。這兩方面的變化組合起來(lái)就能產(chǎn)生巨大的力量，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式上升到工業(yè)數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)商的層面。

企業(yè)用戶只需要將工廠設(shè)備和企業(yè)管理的數(shù)據(jù)經(jīng)由通用網(wǎng)關(guān)上傳到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的云平臺(tái)上，就可以通過(guò)選擇某種“套餐”的方式獲得從數(shù)據(jù)到財(cái)富的轉(zhuǎn)換成果。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在經(jīng)歷了這樣的蛻變之后，才會(huì)真正步入成熟發(fā)展的歷史階段。

6 結(jié)論

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提出的時(shí)間還不長(zhǎng)，相關(guān)實(shí)踐的積累也還十分有限。因此，現(xiàn)在對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)未來(lái)的總體走勢(shì)下結(jié)論，還為時(shí)尚早。但是，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)化和服務(wù)化這兩個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)是非常清晰的。這是由互聯(lián)網(wǎng)、設(shè)備接入和開(kāi)發(fā)者這三個(gè)方面的結(jié)合，以及信息技術(shù)發(fā)展的規(guī)律所決定的。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范的設(shè)定也對(duì)這一發(fā)展趨勢(shì)的形成起到了很重要的作用。工業(yè)界，特別是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提供商需要順應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，推出平臺(tái)化和服務(wù)化有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)和產(chǎn)品，搶占市場(chǎng)的先機(jī)。平臺(tái)化和服務(wù)化技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，還將進(jìn)一步推進(jìn)以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的新工業(yè)生態(tài)環(huán)境的建立，這對(duì)于最終引發(fā)新一輪的工業(yè)革命也有相當(dāng)重要的推動(dòng)作用。

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作者簡(jiǎn)介：

鄭　松，研究員，現(xiàn)任福州大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)與信息處理福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，福州大學(xué)先進(jìn)控制技術(shù)研究中心主任。主要研究方向?yàn)楣I(yè)自動(dòng)化的理論研究和分布式控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，從2015年開(kāi)始研究工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通用平臺(tái)技術(shù)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年2月刊