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摘要：標(biāo)識解析技術(shù)在重要產(chǎn)品追溯及物流領(lǐng)域已經(jīng)取得了成功，但是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)應(yīng)用仍有一定局限性。通過對工業(yè)生產(chǎn)全過程標(biāo)識技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，基于語義化技術(shù)提出了適用于工業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)識解析應(yīng)用系統(tǒng)，以支撐跨企業(yè)、跨行業(yè)以及跨區(qū)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：標(biāo)識解析；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；工業(yè)生產(chǎn)；語義

Abstract: Identification and resolution technology has been successfully applied in important products trace and logistics field. Therefore, there are still some limitations in the application of product manufacturing process in industrial Internet. Through the analysis of the present situation of identification and resolution technology in the whole process of industrial production, an identification and resolution application system based on the semantic analysis technology which is suitable for industrial production is proposed to support the comprehensive application of industrial Internet across enterprises, industries and regions.

Key words: Identification; Industrial internet; Industrial production; Semantic

1　引言

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)集成了物聯(lián)網(wǎng)、移動寬帶、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)成果，并與制造業(yè)深度融合，形成新的業(yè)態(tài)和應(yīng)用模式，是互聯(lián)網(wǎng)從消費(fèi)領(lǐng)域向生產(chǎn)領(lǐng)域、從虛擬經(jīng)濟(jì)向?qū)嶓w經(jīng)濟(jì)拓展的核心載體，是工業(yè)智能化發(fā)展的關(guān)鍵。標(biāo)識解析是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，不同于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識體系將更加針對工業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析是實(shí)現(xiàn)貫穿工業(yè)生產(chǎn)全生命周期，包括制造實(shí)體、過程、產(chǎn)品等相關(guān)數(shù)據(jù)信息互通的關(guān)鍵技術(shù)。隨著我國工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)制造過程數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化水平的不斷提升，覆蓋工廠生產(chǎn)過程的大量生產(chǎn)/運(yùn)行數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)與管理網(wǎng)絡(luò)中的管理數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)/工藝數(shù)據(jù)交互需求 日益增加，數(shù)據(jù)內(nèi)容擴(kuò)展到包含產(chǎn)品、人員、在制品、物料、設(shè)備工裝、工具模具、文檔、物流單元、位置、單位、部門和供應(yīng)商等在內(nèi)的制造全流程全要素?cái)?shù)據(jù)。因此為實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨行業(yè)、跨企業(yè)間的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享與流動，引入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析技術(shù)，將這些海量、異構(gòu)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)識與解析，實(shí)現(xiàn)海量異構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的可互聯(lián)、可理解與可共享，將有效指導(dǎo)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)高效運(yùn)行。因此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系在生產(chǎn)制造過程中的應(yīng)用將成為具有代表性的一類標(biāo)識解析應(yīng)用模式。

同時工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系發(fā)展受到了國務(wù)院、工信部等政府部門的高度重視。2017年11月，國務(wù)院《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》指出，“構(gòu)建標(biāo)識解析服務(wù)體系，支持各級標(biāo)識解析節(jié)點(diǎn)和遞歸節(jié)點(diǎn)建設(shè)，利用標(biāo)識實(shí)現(xiàn)全球供應(yīng)鏈系統(tǒng)和企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)間精準(zhǔn)對接，以及跨企業(yè)、跨地區(qū)、跨行業(yè)的產(chǎn)品全生命周期管理，促進(jìn)信息資源集成共享”；2018年11月，工信部部長苗圩在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略咨詢專家委員會第一次會議中強(qiáng)調(diào)，要“加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系建設(shè)，推進(jìn)國家頂級節(jié)點(diǎn)、二級節(jié)點(diǎn)建設(shè)，提高標(biāo)識解析供給能力，加大探索標(biāo)識解析集成應(yīng)用”。

2　國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析

不同于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系圍繞IT側(cè)來進(jìn)行，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是覆蓋IT側(cè)與OT側(cè)網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施。在標(biāo)識解析方面，由于傳統(tǒng)IT系統(tǒng)和OT系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)起源不同，使得IT側(cè)和OT側(cè)標(biāo)識解析技術(shù)發(fā)展方向與使用模式也不盡相同。國際上IT側(cè)標(biāo)識解析主流技術(shù)主要包括MAC與IP地址、IP地址與域名、URN（handle）、Web Service、SWE，以及物聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)識解析體系如EPC編碼、uCode編碼、RFID標(biāo)準(zhǔn)體系、OID、re：ClaimID、IoT@Work等。在我國，IT側(cè)標(biāo)識解析體系以Ecode編碼和CPC編碼為代表。

國際上OT側(cè)標(biāo)識編碼側(cè)重于細(xì)分領(lǐng)域數(shù)據(jù)字典的制定，對于實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)層面一般不做更多規(guī)定，工業(yè)領(lǐng)域的標(biāo)識體系構(gòu)建主要是從工業(yè)生產(chǎn)面臨的具體問題出發(fā)，具有分層、異構(gòu)、碎片化特征。工業(yè)領(lǐng)域標(biāo)識重在進(jìn)行信息的無異議交互，以IEC、ISO、IEEE為主導(dǎo)進(jìn)行的數(shù)據(jù)標(biāo)識體系構(gòu)建，例如IEC 61360、IEC61987、ecl@ss等。國內(nèi)OT側(cè)標(biāo)識解析主要有工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)儀表身份標(biāo)識協(xié)議，該標(biāo)準(zhǔn)旨在制定工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中儀器儀表的身份標(biāo)識，通過制定統(tǒng)一格式的編碼來實(shí)現(xiàn)儀器儀表的唯一身份標(biāo)識，用于工業(yè)儀器儀表之間的身份發(fā)布，是儀器儀表間互聯(lián)互通的重要基礎(chǔ)。

當(dāng)前IT側(cè)標(biāo)識解析技術(shù)體系與OT側(cè)標(biāo)識解析技術(shù)體系均有一定局限性。IT側(cè)標(biāo)識解析技術(shù)目前從標(biāo)識對象、標(biāo)識載體到應(yīng)用模式側(cè)重于對實(shí)體的元數(shù)據(jù)進(jìn)行接口級別的標(biāo)識；OT側(cè)標(biāo)識解析技術(shù)以領(lǐng)域數(shù)據(jù)字典形式為主，致力于實(shí)現(xiàn)對工業(yè)產(chǎn)品、裝備的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化定義，但是數(shù)據(jù)字典應(yīng)用形式單一，無法支持工業(yè)生產(chǎn)過程的動態(tài)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)以及跨環(huán)節(jié)綜合應(yīng)用。

因此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系在工業(yè)生產(chǎn)過程中的深度應(yīng)用，需要充分考慮IT側(cè)與OT側(cè)標(biāo)識解析體系的現(xiàn)狀及應(yīng)用優(yōu)勢點(diǎn)，充分發(fā)揮二者長處，實(shí)現(xiàn)無縫融合，助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全環(huán)節(jié)信息交互共享。

3　標(biāo)識解析在生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)中應(yīng)用現(xiàn)狀分析

目前，標(biāo)識解析體系已經(jīng)在供應(yīng)鏈中物品自動化跟蹤和追溯成熟應(yīng)用，在物流供應(yīng)鏈中對物品進(jìn)行跟蹤和追溯對于實(shí)現(xiàn)高效的物流管理和商業(yè)運(yùn)作具有重要意義。但是生產(chǎn)制造過程的數(shù)據(jù)共享仍然停留在點(diǎn)對點(diǎn)、一對一的系統(tǒng)集成階段，缺乏基礎(chǔ)設(shè)施級支持。如圖1所示，工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)制造全過程貫穿生產(chǎn)訂單、設(shè)計(jì)、工藝、計(jì)劃、倉儲采購、物流、生產(chǎn)、裝配、質(zhì)量以及售后服務(wù)各環(huán)節(jié)。按照IEC對數(shù)據(jù)兼容性分級的劃分，從低到高可以分為可共存、可互聯(lián)、可協(xié)同和可互操作；從標(biāo)識技術(shù)的成熟度發(fā)展角度區(qū)分，可以分為標(biāo)識化水平、標(biāo)準(zhǔn)化水平以及應(yīng)用水平，其中標(biāo)識化水平指該環(huán)節(jié)中產(chǎn)品、設(shè)備以及相關(guān)因素?cái)?shù)據(jù)的標(biāo)識編碼進(jìn)展，標(biāo)準(zhǔn)化水平指該環(huán)節(jié)中對其涵蓋的產(chǎn)品、生產(chǎn)全要素的標(biāo)準(zhǔn)覆蓋范圍，應(yīng)用水平指該環(huán)節(jié)中應(yīng)用系統(tǒng)能夠提供的服務(wù)能力和環(huán)節(jié)覆蓋能力，從這兩個角度出發(fā)，可以細(xì)粒度的對生產(chǎn)制造全流程標(biāo)識能力進(jìn)行分析。

圖1 工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)制造全過程

（1）生產(chǎn)訂單環(huán)節(jié)

生產(chǎn)訂單環(huán)節(jié)的標(biāo)識化水平以及標(biāo)準(zhǔn)化水平是比較高的，原因在于生產(chǎn)訂單過程主要發(fā)生在IT側(cè)，具有可復(fù)制性及通用性，當(dāng)前的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析模型可以覆蓋到生產(chǎn)訂單中的各類數(shù)據(jù)信息，并且能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的分類與映射，生成具有一定標(biāo)準(zhǔn)化水平的生產(chǎn)訂單。

（2）設(shè)計(jì)、工藝、計(jì)劃環(huán)節(jié)與倉儲、采購物流環(huán)節(jié)

設(shè)計(jì)、工藝、計(jì)劃環(huán)節(jié)與倉儲、采購物流環(huán)節(jié)的標(biāo)識化水平與標(biāo)準(zhǔn)化水平相似，兩個環(huán)節(jié)中標(biāo)識化水平處在可互聯(lián)級別，標(biāo)準(zhǔn)化水平以及應(yīng)用水平處在可協(xié)同級別。每個工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)具有一套完善的設(shè)計(jì)加工計(jì)劃以及物料從采購到倉儲、運(yùn)輸?shù)耐暾墓?yīng)系統(tǒng)，因此在兩個環(huán)節(jié)中標(biāo)識化處在中等水平。

（3）生產(chǎn)裝配環(huán)節(jié)

生產(chǎn)裝配環(huán)節(jié)的標(biāo)識技術(shù)應(yīng)用水平在數(shù)據(jù)可兼容性以及覆蓋范圍、標(biāo)準(zhǔn)化水平綜合是比較低的，原因在于生產(chǎn)裝配過程不具有通用特性且其細(xì)分環(huán)節(jié)相互耦合嚴(yán)重，當(dāng)前標(biāo)識解析的應(yīng)用模式難以直接復(fù)制到生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中去，導(dǎo)致在整個工業(yè)產(chǎn)品全生命周期中的數(shù)據(jù)分析至關(guān)重要，但是卻尚無基礎(chǔ)設(shè)施級別的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)支持實(shí)現(xiàn)全流程數(shù)據(jù)共享與綜合應(yīng)用。

（4）質(zhì)量服務(wù)環(huán)節(jié)

質(zhì)量服務(wù)環(huán)節(jié)的標(biāo)識技術(shù)應(yīng)用水平在數(shù)據(jù)可兼容性以及覆蓋范圍、標(biāo)準(zhǔn)化水平處于中等，處于可協(xié)同級別，原因在于產(chǎn)品加工完成后難以獲取其設(shè)計(jì)、加工以及生產(chǎn)裝配過程中的詳細(xì)數(shù)據(jù)信息，無法進(jìn)行質(zhì)量信息源頭數(shù)據(jù)的有針對性分析，其質(zhì)量信息以及服務(wù)信息停留在各自的系統(tǒng)中，可以用于指導(dǎo)其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)，但是無法達(dá)到互操作級別。

綜上，工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)制造全過程中雖然部分階段環(huán)境應(yīng)用了標(biāo)識技術(shù)，但是從全局角度來看，仍然停留在各個系統(tǒng)之間只能相互協(xié)同工作，數(shù)據(jù)共享也只是在點(diǎn)對點(diǎn)的系統(tǒng)集成階段，無法進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)全流程的互操作。由于企業(yè)生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)可互操作水平低，例如細(xì)粒度成本核算、生產(chǎn)過程全流程數(shù)據(jù)可追溯以及質(zhì)量問題的細(xì)粒度分析等場景需求難以滿足，因此考慮引入語義技術(shù)來打破各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)標(biāo)識應(yīng)用壁壘，將各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息通過語義數(shù)據(jù)標(biāo)識建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，以支撐全局?jǐn)?shù)據(jù)標(biāo)識互聯(lián)互通互操作需求。

4　語義技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析中應(yīng)用

語義分析技術(shù)適用于解決工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵過程所面臨的異構(gòu)元數(shù)據(jù)/設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)/生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)/管理數(shù)據(jù)的統(tǒng)一語義標(biāo)識映射、跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)無歧義解析、面向業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的標(biāo)識解析等問題，能夠?qū)悩?gòu)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一的標(biāo)識并且解析，而且將各類標(biāo)識解析通過語義分析技術(shù)建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，結(jié)合企業(yè)的自身數(shù)據(jù)信息將這些關(guān)聯(lián)關(guān)系實(shí)例化，用于信息檢索，能夠兼容市場中主流的分類標(biāo)識編碼并且進(jìn)行解析，同時能夠與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析國家節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)對接與同步。其參考應(yīng)用流程如圖2所示。

圖2 基于語義的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析應(yīng)用參考流程

（1）生產(chǎn)現(xiàn)場將各類數(shù)據(jù)，包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)等通過標(biāo)識注冊、標(biāo)識解析以及語義分析及模糊匹配存儲到實(shí)例級標(biāo)識數(shù)據(jù)本體庫中，實(shí)例級語義標(biāo)識本體庫是對企業(yè)的所有數(shù)據(jù)信息的實(shí)例化存儲，企業(yè)的數(shù)據(jù)來源主要包括了各類數(shù)據(jù)庫以及電子文檔等。

（2）概念級語義標(biāo)識基準(zhǔn)庫主要存儲工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中通用的概念級語義數(shù)據(jù)信息，具體的數(shù)據(jù)集為當(dāng)前相關(guān)國際國家標(biāo)準(zhǔn)，各類數(shù)據(jù)集通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具實(shí)現(xiàn)對概念級通用標(biāo)識基準(zhǔn)庫的數(shù)據(jù)對接；行業(yè)概念級標(biāo)識數(shù)據(jù)語義基準(zhǔn)庫的構(gòu)建流程與概念級語義標(biāo)識基準(zhǔn)庫的構(gòu)建路程相似，具體的數(shù)據(jù)集來源為各個行業(yè)的數(shù)據(jù)字典定義以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容；結(jié)合概念級語義標(biāo)識基準(zhǔn)庫的數(shù)據(jù)信息來構(gòu)建出行業(yè)概念級標(biāo)識數(shù)據(jù)語義基準(zhǔn)庫；概念級標(biāo)識數(shù)據(jù)語義基準(zhǔn)庫可以與行業(yè)概念級標(biāo)識數(shù)據(jù)語義基準(zhǔn)庫進(jìn)行拆分聚合，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，三個數(shù)據(jù)基準(zhǔn)庫通過倒排索引、實(shí)體類聚索引、路徑索引、時空關(guān)聯(lián)索引以及三元組索引等方式建立綜合檢索系統(tǒng)，供終端用戶進(jìn)行檢索。

（3）終端用戶通過語義檢索以及關(guān)聯(lián)查詢對概念庫及實(shí)例庫進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，后將檢索結(jié)果按需返回給用戶。

5　結(jié)論

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識是實(shí)現(xiàn)全球供應(yīng)鏈系統(tǒng)和企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)間精準(zhǔn)對接、以及跨企業(yè)、跨地區(qū)、跨行業(yè)的產(chǎn)品全生命周期管理的重要技術(shù)支撐。但是企業(yè)生產(chǎn)過程中的各類數(shù)據(jù)標(biāo)識化、標(biāo)準(zhǔn)化以及應(yīng)用模式仍然停留在實(shí)體信息獲取的淺應(yīng)用層面，標(biāo)識解析體系在生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)共享應(yīng)用中所應(yīng)發(fā)揮的作用尚未充分體現(xiàn)出來。通過對當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中標(biāo)識解析的應(yīng)用水平、標(biāo)準(zhǔn)化水平進(jìn)行深入細(xì)粒度分析，引入語義技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有跨行業(yè)、跨地區(qū)、跨企業(yè)的綜合標(biāo)識解析數(shù)據(jù)互通互操作應(yīng)用系統(tǒng)，將為標(biāo)識解析體系在工業(yè)生產(chǎn)過程中的深入應(yīng)用提供支持。

★本文受“智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化與新模式應(yīng)用項(xiàng)目工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用協(xié)議及數(shù)據(jù)互認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)研究與試驗(yàn)驗(yàn)證”項(xiàng)目資助。

作者簡介：

曾鵬，中國自動化學(xué)會邊緣計(jì)算專業(yè)委員會主任，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所所長助理，研究員，博士生導(dǎo)師，中國科學(xué)院網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，入選國家“萬人計(jì)劃”創(chuàng)新領(lǐng)軍人才。研究領(lǐng)域包括工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)信息處理、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算等。

摘自《自動化博覽》2019年11月刊