WellinCloud工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺--賦能工業(yè)

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           2020年3月20日，工信部發(fā)布的《關(guān)于推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的通知》，首次正式提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新型基礎(chǔ)設(shè)施（即“新基建”）。4月9日，中共中央、國務(wù)院公布的《關(guān)于構(gòu)建更加完善的要素市場化配置體制機制的意見》里又明確指出了數(shù)據(jù)是一種新型生產(chǎn)要素。

2017年12月27日，國務(wù)院發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》提出：“到2020年，培育30萬個面向特定行業(yè)、特定場景的工業(yè)APP，推動30萬家企業(yè)應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺開展研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、運營管理等業(yè)務(wù)。到2025年，培育百萬工業(yè)APP，實現(xiàn)百萬家企業(yè)上云。”工業(yè)App是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，是工業(yè)知識沉淀、轉(zhuǎn)化和應(yīng)用的重要載體。

建設(shè)面向新型生產(chǎn)要素的工業(yè)APP開發(fā)系統(tǒng)，突破工業(yè)領(lǐng)域智能生產(chǎn)面臨的關(guān)鍵需求和技術(shù)問題，實現(xiàn)工業(yè)App在生產(chǎn)制造領(lǐng)域的重大進展突破，完成工業(yè)生產(chǎn)從“經(jīng)驗驅(qū)動”向“數(shù)據(jù)驅(qū)動”的轉(zhuǎn)變，是我國從工業(yè)“制造”邁向“智造”的關(guān)鍵。

一、工業(yè)領(lǐng)域智能生產(chǎn)面臨的困難

長期的實踐證明，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的應(yīng)用落地無法繞過企業(yè)智能生產(chǎn)面臨的幾大難題：

1、工業(yè)數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性

（1）數(shù)據(jù)來源及構(gòu)成的復(fù)雜性--工業(yè)數(shù)據(jù)來自現(xiàn)場不同的設(shè)備、系統(tǒng)，包含各種數(shù)值型、結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化、音視頻等幾十種數(shù)據(jù)類型。邊云協(xié)同首先需要解決工業(yè)現(xiàn)場多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)采集、解析的難題。

表1 豐富的數(shù)據(jù)類型

（2）數(shù)據(jù)處理方法的復(fù)雜性--工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)從時間維度上可以劃分為實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)，這三種時態(tài)的數(shù)據(jù)需要采取差異化處理方式，才能更好滿足工業(yè)生產(chǎn)的具體業(yè)務(wù)要求。

表2 時態(tài)數(shù)據(jù)的處理

（3）三種時態(tài)數(shù)據(jù)邊云協(xié)同的傳遞方向--三種時態(tài)的工業(yè)數(shù)據(jù)需要分類分級，在企業(yè)內(nèi)外網(wǎng)之間、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的云邊端進行及時、有效的互通、互傳，以滿足工業(yè)數(shù)據(jù)在企業(yè)內(nèi)和企業(yè)間的存儲、計算分析和協(xié)同的業(yè)務(wù)需求。

表3 時態(tài)數(shù)據(jù)的處理和傳遞

2、工業(yè)模型積累的漫長性

工業(yè)模型是對工業(yè)技術(shù)、知識和經(jīng)驗的積累，需要針對各行業(yè)特定場景的工業(yè)需求進行量身定制，解決重點行業(yè)痛點問題。工業(yè)模型的落地需要經(jīng)歷理論推理、實驗驗證、模擬擇優(yōu)、大數(shù)據(jù)分析四個階段才能真正掌握工業(yè)模型的內(nèi)在機理，整個過程既漫長又異常復(fù)雜。

需攻克工業(yè)模型訓(xùn)練和現(xiàn)有工業(yè)人的知識經(jīng)驗融合難題，可有效縮短模型訓(xùn)練周期。工業(yè)模型根據(jù)其所在的行業(yè)應(yīng)用場景，可以分為通用模型、專業(yè)模型和工程模型，其中通用模型可以作為共性技術(shù)重復(fù)使用；行業(yè)模型具有某個細分行業(yè)的廣泛適用性；工程模型是針對特定產(chǎn)線設(shè)備構(gòu)建的專門服務(wù)特定企業(yè)生產(chǎn)制造的工業(yè)模型。

3、工業(yè)場景需求的多樣性

工業(yè)生產(chǎn)場景的多樣性指的是智能生產(chǎn)環(huán)境下企業(yè)的供應(yīng)鏈協(xié)同，生產(chǎn)調(diào)度、設(shè)備管理、能耗預(yù)測分析、質(zhì)量檢測等業(yè)務(wù)的需求各異，不同業(yè)務(wù)所產(chǎn)生的工業(yè)數(shù)據(jù)和所使用的工業(yè)模型千差萬別。

圖1 多樣化的工業(yè)場景

以設(shè)備管理為例，為了達成設(shè)備壽命預(yù)測的業(yè)務(wù)目標，就需要對設(shè)備的啟停狀態(tài)、加工的產(chǎn)品、加工的時間、刀具振動、標準作業(yè)、加工音視頻等上百種結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進行采集，構(gòu)建基于高端設(shè)備的壽命預(yù)測工業(yè)模型，通過長時間的驗證和迭代訓(xùn)練，在邊緣側(cè)部署工業(yè)模型進行驗證，實現(xiàn)對設(shè)備的壽命預(yù)測。

二、亞控積累了獨特的邊云協(xié)同技術(shù)

1、雄厚的邊緣計算技術(shù)積累

圖2 中國HMI市場報告（來自ARC）

自主邊云技術(shù)超越國際巨頭。2018年，亞控科技已經(jīng)成為中國市場占有率排名第一的SCADA\HMI軟件廠商。從1995年-2020年，亞控科技監(jiān)控組態(tài)產(chǎn)品部署在30多萬個工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控現(xiàn)場。

據(jù)統(tǒng)計，截至2019年底：

v  全國346有生產(chǎn)許可的鋼廠的能源管理數(shù)據(jù)采集項目有一半以上采用亞控的組態(tài)王；

v  長慶油田石油當年總產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量1/8，而長慶油田8個采油廠76個生產(chǎn)作業(yè)區(qū)全部使用亞控的KingSCADA；

v  全國每10家熱力集團公司有6家的調(diào)度中心使用亞控的KingSCADA；

v  南水北調(diào)中線工程，80%的泵站、管理站、調(diào)度中心采用了亞控的KingSCADA；

v  從2017到2019年，60%以上的軍方的艦船（包括航空母艦）的“損管(即‘損害管制’)”監(jiān)控系統(tǒng)，都使用了亞控的組態(tài)王；

邊緣數(shù)據(jù)接入和協(xié)議解析能力全球領(lǐng)先。聚25年研發(fā)成果，亞控積累了5000多種數(shù)據(jù)采集驅(qū)動和支持的369種主流通訊協(xié)議數(shù)量雙雙排名世界第一，覆蓋國內(nèi)工業(yè)設(shè)備種類90%以上。形成了中國獨有的數(shù)字技術(shù)財富寶庫。

     2018年，硅谷動力評出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺及解決方案提供商，TOP10有8家，Top50中有29家采用亞控的采集產(chǎn)品。目前，亞控已經(jīng)與浪潮、阿里、華為、百度、樹根互聯(lián)、徐工、三一重工等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺達成戰(zhàn)略合作協(xié)議，為其提供設(shè)備接入服務(wù)。

2018年9月，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《工業(yè)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)業(yè)研究報告》，其中第六章數(shù)據(jù)采集典型產(chǎn)品和案例介紹部分提及的12家企業(yè)案例，有9家與亞控進行了數(shù)據(jù)采集方面的合作。

圖3 驅(qū)動服務(wù)數(shù)量對比

2019年，亞控以《面向異構(gòu)協(xié)議兼容的亞控WellinCloud工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺測試床建設(shè)項目》申報的工信部組織的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展工程，創(chuàng)新性提出了解決工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺異構(gòu)協(xié)議兼容能力的建設(shè)方案，得到了專家的高度認可，最終以第一名中標。

2、獨創(chuàng)的邊云一體化建模技術(shù)方案

“一物一名通云邊”是將面向不同行業(yè)的物理實體，組態(tài)構(gòu)建為與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無關(guān)的數(shù)字映射體。該數(shù)字映射體將物理實體的多種數(shù)據(jù)和模型進行打包，并在邊云實現(xiàn)自由同步。用戶無論在何時、何地只需通過物理實體的唯一名稱（ID），就可以對這些數(shù)據(jù)和模型進行檢索、調(diào)用，而不需要關(guān)心這個映射體存儲在邊緣側(cè)還是云端，更不需要關(guān)注它們被存儲在哪個數(shù)據(jù)庫的哪個表里。用戶只需要簡單的培訓(xùn)就可以使用這一先進的邊云協(xié)同技術(shù)。該技術(shù)系國內(nèi)首創(chuàng)。

圖4 “一物一名通云邊”

工業(yè)模型云端一體化配置化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺自2014年發(fā)展至今，一直使用高級語言編程開發(fā)工業(yè)模型，開發(fā)周期長，維護難，質(zhì)量差。2019年，亞控成功把配置化（組態(tài)）技術(shù)應(yīng)用到了云邊協(xié)同的工業(yè)模型開發(fā)，工業(yè)人只需要通過可視化“拖、拉、拽”配置的方式就能自主完成開發(fā)，從此擺脫對IT人的依賴。目前，公司為聯(lián)通全要素連接平臺開發(fā)了包含機加、電子等十個行業(yè)人、機、料、法、環(huán)全要素300余個工業(yè)模型；為川能智網(wǎng)能源管理平臺面向設(shè)備級、系統(tǒng)級、管理級開發(fā)了200余個工業(yè)模型，實現(xiàn)對十余種能源介質(zhì)的用能計劃、實時監(jiān)測、報警分析、能耗預(yù)測。該技術(shù)系國內(nèi)首創(chuàng)。

3、創(chuàng)新性的模型訓(xùn)練技術(shù)

針對不同的工業(yè)場景需求，提供亞控科技獨創(chuàng)的“開環(huán)”“閉環(huán)”模型訓(xùn)練技術(shù)：

圖5 “閉環(huán)”邊云協(xié)同訓(xùn)練模式

“閉環(huán)”邊云協(xié)同的訓(xùn)練模式是工業(yè)模型在云上構(gòu)建和訓(xùn)練，部署到邊緣驗證，最終在云上聚合。與傳統(tǒng)的以云中心為核心的訓(xùn)練驗證方式不同，邊緣驗證不需要收集工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，只是收集最新的模型訓(xùn)練更新，從而避免用戶信息泄露。

圖6 “開環(huán)”邊云協(xié)同訓(xùn)練模式

“開環(huán)”邊云協(xié)同的訓(xùn)練模式是工業(yè)模型在云上構(gòu)建和初步訓(xùn)練，部署到邊緣驗證和深度訓(xùn)練，最終在邊緣聚合。這種方式可以充分利用和繼承“閉環(huán)”邊云協(xié)同訓(xùn)練結(jié)果，在邊緣側(cè)繼續(xù)進行深度訓(xùn)練，滿足用戶個性化應(yīng)用需求。

三、生產(chǎn)制造類工業(yè)App開發(fā)的難點

自2014年GE推出全球首款工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺以來，國內(nèi)也涌現(xiàn)出許多優(yōu)秀的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，以索為云網(wǎng)為代表的在研發(fā)設(shè)計領(lǐng)域、以三一根云為代表的在管理運營領(lǐng)域，都開發(fā)了數(shù)千個工業(yè)APP，為工業(yè)企業(yè)賦能，在研發(fā)和運維方面實現(xiàn)了業(yè)務(wù)模式的應(yīng)用創(chuàng)新。

到目前為止，國內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺上可用的生產(chǎn)制造類工業(yè)APP還很少，政府有號召，企業(yè)有需求，為什么生產(chǎn)制造類工業(yè)APP積累依然這么慢？因為現(xiàn)有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)生產(chǎn)制造類工業(yè)APP都面臨三大難點：

1、復(fù)合型開發(fā)人才奇缺

工業(yè)APP的本質(zhì)是工業(yè)機理模型和工業(yè)技術(shù)的軟件化，工業(yè)know-how是核心。中國擁有世界上最齊全的工業(yè)門類，所涉及的工業(yè)知識非常豐富，這些工業(yè)知識在工業(yè)人腦子里，而信息技術(shù)掌握在IT人手中，據(jù)CSDN網(wǎng)站統(tǒng)計，中國IT人有600萬，在工業(yè)領(lǐng)域的預(yù)計50萬，工業(yè)人有4500萬，既有工業(yè)知識又掌握信息技術(shù)的復(fù)合型人才非常稀少。

2、工業(yè)APP通用性差、優(yōu)化迭代困難

現(xiàn)有的工業(yè)APP大多面向單個客戶定制開發(fā)，客戶需求情況有變化或新增一個客戶又需要根據(jù)新需求再定制開發(fā)新的工業(yè)APP，這樣的工業(yè)APP使用率很低，標準化、通用化的可能性極小，優(yōu)化迭代和復(fù)用都很困難。

解決問題的思路是把工業(yè)APP分解成若干可以復(fù)用的基礎(chǔ)共性類APP，根據(jù)客戶需求組裝，只需要定制不具有共性的部分，這樣就解決了通用性差、迭代困難的問題，然而“打散容易、重構(gòu)難”，原因在于工業(yè)APP接口沒有標準化，工業(yè)APP的接口很容易發(fā)生變化，很難找到所有工業(yè)APP的共性把接口固化下來。

3、工業(yè)APP支撐系統(tǒng)集成困難

生產(chǎn)制造按經(jīng)典的普度模型分五層：

圖 7 生產(chǎn)制造系統(tǒng)普度模型

L0-現(xiàn)場設(shè)備，L1-自動控制，L2-車間監(jiān)控，L3-制造執(zhí)行，L4-業(yè)務(wù)管理。理想情況下，五層系統(tǒng)之間聯(lián)動，從上而下形成PDCA（Plan,Do,Check,Action）的閉環(huán)，成為一個有機整體，數(shù)據(jù)自動流動，實現(xiàn)“看不見的自動化”，讓生產(chǎn)制造從固化、僵硬變得離散、輕靈。模型在實際應(yīng)用過程中，幾乎在每一層都遇到阻礙數(shù)據(jù)自動流動的問題，原因在于：

L0級存在問題 – 設(shè)備繁雜

設(shè)備“萬國牌”——目前中國工業(yè)設(shè)備保有量世界第一、設(shè)備種類數(shù)量世界第一、設(shè)備使用跨度時間長，存量大；同時中國也是工業(yè)設(shè)備增長最為迅猛的國家，增量大。加之現(xiàn)場設(shè)備大都是相對封閉的系統(tǒng)，接口缺失，這就給工業(yè)設(shè)備接入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來了非常巨大的挑戰(zhàn)。

L1級存在問題 – 協(xié)議多樣

“最后一米”不通——工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連通設(shè)備的“最后一米”就是采集設(shè)備中的數(shù)據(jù)。工業(yè)設(shè)備的數(shù)字化通過安裝各種工業(yè)控制器和采集器完成，數(shù)據(jù)采集通過和這些控制器或采集器以多達300余種通訊協(xié)議實現(xiàn)。由于設(shè)備種類繁多，數(shù)據(jù)鏈路、接口不一，協(xié)議多樣，順暢、穩(wěn)定地采集數(shù)據(jù)比較困難。

L2級存在問題 – 各自為戰(zhàn)

國內(nèi)外有數(shù)十家監(jiān)控軟件廠家，國外以西門子、霍尼韋爾、羅克韋爾、橫河為代表，國內(nèi)以亞控、力控、中控、和利時為代表，各廠家產(chǎn)品接入的設(shè)備實時、歷史數(shù)據(jù)有各自的存儲格式，互相之間不能統(tǒng)一，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺只能分別和每一款產(chǎn)品通過OPC(OLE for Process Control)的方式進行整合。

L3級存在問題 – 煙囪林立

工廠制造執(zhí)行有“空間離散”、“時間異步”的特點，異構(gòu)系統(tǒng)集成過程中，存在大量的“信息孤島”、“煙囪林立”的情況，相互之間在功能上不能關(guān)聯(lián)互助，信息難以共享互換，信息與業(yè)務(wù)流程和應(yīng)用相互脫節(jié)。

L4級存在問題 – 難以集成

業(yè)務(wù)管理層各系統(tǒng)相互構(gòu)成協(xié)同關(guān)系。只有集成在一起，才能提高產(chǎn)品附加值，縮短開發(fā)周期，加快投入市場速度，從根本上提高制造業(yè)的競爭力。

各系統(tǒng)間的集成工作已經(jīng)開展40年，至今未能很好解決，主要難點在于：各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)接口不一致，需要通過接口程序、中間庫表等方式做轉(zhuǎn)換傳遞；各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，需要通過全量、數(shù)據(jù)比較方式實現(xiàn)，繁瑣低效；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)種類繁多，包括物料、BOM(Bill of Material)、工藝數(shù)據(jù)、工序庫等，集成工作量大；各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)、功能有重疊，集成時難以妥善處理。

四、亞控發(fā)明了獨特的云原生技術(shù)

1、國內(nèi)首款工業(yè)APP全配置（組態(tài)）產(chǎn)品

2019年，亞控發(fā)布了KingAppPlatform（亞控產(chǎn)品），開發(fā)者只需要通過可視化“拖、拉、拽”配置的方式就能完成工業(yè)APP的配置（組態(tài)）開發(fā)。

圖 8 傳統(tǒng)開發(fā)方式VS云原生技術(shù)

2、與工互平臺全面合作

2019年8月，工信部發(fā)布的“2019 年跨行業(yè)跨領(lǐng)域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺清單公示”文件公示了十家“雙跨”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺， 其中海爾、航天云網(wǎng)、浪潮云、華為、阿里等8家和亞控達成了戰(zhàn)略合作協(xié)議。

3、工業(yè)APP積累提速

KingAppPlatform雖推出不到一年時間，但已吸引了一批合作伙伴和開發(fā)者，并在機加、電子、建筑等多個行業(yè)積累了進度、質(zhì)量、設(shè)備、物料、能源、安全、人員績效等方面500余個工業(yè)APP。

五、亞控WellinCloud工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

圖 9 WellinCloud工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺賦能工業(yè)

亞控科技2019年推出的WellinCloud工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，分數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集邊緣層-工業(yè)PaaS平臺層-工業(yè)APP應(yīng)用層三層架構(gòu)，采用了獨創(chuàng)的數(shù)據(jù)采集和解析技術(shù)、邊云協(xié)同技術(shù)、云原生技術(shù)和App隔離技術(shù)，通過共享公司25年積累下的5000余種工業(yè)設(shè)備驅(qū)動解決工業(yè)數(shù)據(jù)接入問題，提供讓4000萬工程師很容易掌握的工業(yè)App開發(fā)平臺和方法，幫助懂工業(yè)、懂制造，懂車間生產(chǎn)場景的工業(yè)人熟練、流暢、配置化地開發(fā)工業(yè)APP，徹底解決工業(yè)App“打散容易重構(gòu)難”、工業(yè)企業(yè)制造模型創(chuàng)新等一系列技術(shù)和業(yè)務(wù)難題，實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用落地，賦能企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。