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摘要：为助力制造业综合应用物联网 、大数据 、人工智能等新一代信息技术， 帮助制造企业改进生产管理， 推进智能制造改造升 级， 加速企业数字化与智能化转型， 研究了工业互联网平台的架构体系， 包括总体架构 、集成架构 、部署架构及平台安全体系， 并基于该架构体系研发了华润工业互联网平台 。平台由边缘层 、基础设施层 (IaaS)、 平台层 (PaaS)、 应用层 (SaaS) 组成， 边缘 层主要负责设备连接与数据采集， IaaS 层提供云计算资源， PaaS 层由数据中台 、技术中台 、业务中台等组成， SaaS 层为工业应用。 平台具备 IoT 边缘计算 、云平台服务 、大数据分析与治理 、工业模型服务 、App 快速开发 5 大能力， 在企业应用实践中取得了较好 成果， 入选 2022 年工信部“双跨”平台， 可为其他企业的工业互联网平台建设与应用提供参考。
关键词：工业互联网平台,数据中台,工业 App,技术中台,云计算,云平台,物联网
Industrial Internet Platform Architecture and Construction Practice
Pu Hanjun1. Wang Yuhua2. Xie Xiaopeng 3. Jiang Junfeng1. Wu Xiaodong1. Su Donglin1
( 1. China Resources Co., Ltd., Shenzhen, Guangdong 518057. China; 2. China Resources Cement Holdings Co., Ltd., Shenzhen, Guangdong
518001. China; 3. School of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641. China)
Abstract: In order to help the manufacturing industry comprehensively apply the new generation of information technologies such as Internet of
things, big data and artificial intelligence, help manufacturing enterprises improve production management, promote the transformation and
upgrading of intelligent manufacturing, and accelerate the transformation of enterprise digitalization and intellectualization , the architecture
system of industrial Internet platform are researched, including the overall architecture, integration architecture, deployment architecture and
platform security system. Based on the architecture, China Resources industrial Internet platform is developed. The platform is composed of
edge layer, IaaS (Infrastructure as a Service), PaaS (Platform as a Service) and SaaS (Software as a Service) layer. The edge layer is mainly
responsible for equipment connection and data collection. The IaaS layer provides cloud computing resources. The PaaS layer is composed of
data centralized platform, technology centralized platform, business centralized platform, etc. the SaaS layer includes industrial application.
Five capabilities: IoT (Internet of Things) and edge computing, cloud platform services, big data analysis and governance, industrial model
services, and rapid App development are contained in the platform. It has achieved good results in enterprise application practice and be
selected as the "double span" platform of the ministry of industry and information technology in 2022. which can provide reference for the construction and application of industrial Internet platforms for other enterprises .
Key words: industrial internet platform; data centralized platform; industrial App; technical centralized platform; cloud computing; cloud platform; Internet of things
引言：工业互联网是新一代信息技术与制造业深度融合的 产物， 是以数字化 、网络化 、智能化为主要特征的新工 业革命关键基础设施， 日益成为新工业革命的关键支撑 和深化“互联网+先进制造业”以及“发展工业互联网， 推进智能制造”的重要举措， 将对未来工业发展产生全 方位 、深层次 、革命性影响 。工业互联网平台则是指面 向制造业数字化 、网络化 、智能化需求， 构建基于海量 数据采集 、汇聚 、分析的服务体系， 支撑制造资源泛在链接 、弹性供给 、高效的工业云平台， 是“人机物”互 联的支撑平台 。实施工业互联网， 从企业层面， 综合应 用大数据 、人工智能 、人机交互等新一代数字技术， 可 以帮助企业改进生产管理服务流程， 支撑企业数字化与 智能化转型升级， 促进企业实现高端产业发展， 推动产 品创新 、应用创新以及模式创新 。从国家层面， 通过跨 设备 、跨系统 、跨厂区 、跨地区的资源链接和高效协同， 加速重构生产体系 、引领组织变革 、优化资源配置， 打 造基于工业互联网平台的制造业生态， 不断巩固和强化制造业的垄断地位， 抢占全球新一轮产业竞争的制高点。 工业互联网是建设现代化产业的支撑， 是建设制造强国 与网络强国重要基础设施， 发展工业互联网是经济高质 量发展重要举措 。工业互联网成为近年的研究热点[ 1-9]， 但在平台建设实践方面， 所见文献报道不多， 笔者单位 基于自身产业的特点， 研发了 Resolink 工业互联网平台， 赋能智能制造， 取得了较好成果， 并于 2022 年 5 月获得 国家工信部“双跨”平台认证， 可为业界赋能， 并提供 参考价值。
1 平台架构研究
工业互联网平台是一个基于云的开放式工业操作系 统[9- 10] 。综合考虑流程型与离散型制造的特点， 基于 5G、 物联网 、大数据 、人工智能 、网络安全等技术构建， 以 智能 、高效 、无人 、安全为理念， 支持企业采集分析海 量数据， 开发工业应用。
1.1 平台总体架构
工业互联网平台总体架构如图 1 所示， 分为 4 层： 边 缘层 、基础设施层 ( IaaS )、 平台层 ( PaaS ) 及应用层 ( SaaS )。
边缘层是基础， 部署边缘 IoT 平台及配套实时数据库， 实现设备的接入 、协议的解析 、数据的采集与过滤 及部分边缘计算执行能力， 当存在反向控制时， 提供工 业控制安全管理能力。
IaaS 层是云计算平台[ 11- 12]， 能够支撑集团到各行业、 各工厂的网络连接， 服务器硬件资源弹性需求， 能实现 容器化部署与负载均衡， 并提供基于云的安全保障能力， 此层基于云计算平台 (华润云) 进行建设。
PaaS 是核心， PaaS 层包含了通用 PaaS 、数据中台 、 技术中台 、业务中台 。通用 PaaS 能与云计算深度融合，提供设备与资源管理 、故障恢复 、服务治理 、IoT Hub、 运维等能力; 数据中台提供工业大数据的存储 、算法模 型构建 、分析 、服务的能力; 技术中台提供可视化建模、 低代码全生命周期的应用开发与管理能力; 业务中台提 供通用性工业微服务组件库及制造能力服务库。
SaaS 层是关键， 平台提供通用性的 SaaS 服务池， 各 行业 (如水泥 、化工 、食品 、能源等) 根据本行业特性， 利用工业互联网平台提供的建模工具 、工业应用开发工 具等， 去构建本行业的 SaaS 池与 SaaS 服务， 构建智能生 产 、智能物流 、智能决策等工业 App。
1.2 平台集成架构
工 业 互 联 网 是 MES 、 PLM 、 PDM 、 CRM 、 MOM、 ERP 等传统的工业信息化软件与物联网 、云计算 、大数 据 、人工智能等互联网新兴技术结合而成的产物 。二者 的巧妙组合可以促使工业生产由“生产驱动”转变为 “数据驱动”， 进而帮助企业实现信息深度自感知 、智慧 优化 、 自决策 、精准控制自学习等功能的先进制造过程。 在实践应用中， 往往涉及与其他系统集成的问题， 工业 互联网平台与其他系统集成架构如图 2 所示。
分别从边缘 、IaaS 、PaaS 、SaaS 层与多个平台及系 统进行融合与集成 。在边缘层， 可以利用边缘层的 IOT 能力 、系统对接能力， 实现与工厂现场的传感器 、DCS、 SCADA 、PLC 、第三方系统 (如 MES 、WMS 、QMS) 等 进行系统集成 。在 PAAS 平台层， 利用 Open API 与各种 信息管理系统 (如 HRM 、OA 、企业微信 、供应链管理、 客户关系管理 、ERP 等) 集成 。通过工业互联网平台的 系统集成能力， 利用其松耦合 、快速迭代 、独特资源共 享的设计方式， 解决传统工业信息软件遗留下来的数据 信息孤岛等问题。
1.3 平台部署架构
工业互联网平台落地部署方式采用云边端架构[ 13- 14]。云： 在云平台上部署工业互联网平台， 主要包括工业互 联网平台的 Sass 应用， 以及 App 开发环境， 大数据治理、 分析 、云端工业 App 等; 边： 在各工厂/基地部署边缘平 台， 主要进行数据的实时采集 、存储， 带有实时数据库， 进行数据的边沿处理分析， 部署有工业现场 App; 端： 部署与生产设备层的工业网关 、移动终端等， 实现与人 与设备的连接以及数据的采集与交互。
1.4 平台安全体系
工业互联网平台涉及到云平台安全 、应用 、数据 、 网络及工控设备安全， 需建设统一安全管理与运营的体系。
( 1 ) 边缘端安全， 结合集团/企业安全身份管理系统 ( LDAP ) 及边缘单向隔离网闸， 并购买相关工业硬软件 来进行保障。
( 2 ) 工业云安全[ 15]， 依托云计算平台 (华润云) 安 全管理体系及合作商的安全管理与防护能力。
( 3 ) 数据安全， 利用租户隔离技术 、权限控制技术、 数据加密技术 、安全分区 、区块链[ 16]及隐私计算等技术 构建平台的数据安全体系。
( 4 ) 容灾， 平台采用容灾方案， 同时采用分布式集 群技术 (结合 K8S 集群 、消息集群及工业大数据集群) 为平台服务的关键模块或组件提供高可用性方案， 有效 避免系统因单台服务器 、虚拟机等失败或软件故障造成 服务不可用， 保证整个系统的高可用性。
2 工业互联网平台建设实践
笔者单位采用前述的平台架构 、集成架构 、部署架 构及安全设计， 研发了华润 Resolink 工业互联网平台， 在集团旗下多个业务单位推广应用。华润 Resolink 工业互联网平台具备 IoT 边缘计算 、云 平台服务 、大数据分析与治理 、工业模型服务 、App 快 速开发 5 大能力。
( 1 ) IoT 边缘计算 。平台支持 500+工业协议， 百万 级设备接入， 并具备实时边缘计算和高效云边协同能力。 通过平台能实现设备 IoT 连接的云网关 、协议管理 、设 备定义 、接入授权 、访问授权 、设备事件管理 、设备列 表 、设备监控 、命令服务等功能 。平台 IoT 管理界面如 图 3 所示。
( 2 ) 云平台服务 。平台采用分布式架构设计 、支持 弹性部署， 可动态扩容， 平台具有柔性扩展功能， 并能与 传统工业软件系统集成， 与大数据 、AI 平台协同， 形成 企业一体化运营整体能力 。通过平台界面可以实现微服 务、容器化的应用管理、服务管理、存储管理、配置管理、 路由管理、性能监控等， 支撑服务的柔性扩展与监控等。
( 3 ) 大数据分析与治理 。平台具有工业大数据分析 能力， 提供数据治理工具， 并能与集团大数据平台协同， 形成大数据分析治理能力 。通过数据治理工具界面操作 可实现元数据分类 、元数据管理 、数据标准管理 、数据 审核等业务。
( 4 ) 工业模型服务 。平台拥有丰富的工业机理模型， 提供大量蕴含工业技术 、知识 、经验的微服务架构的工 业数字化模型， 支持应用层快速 、灵活调用 。如图 4 所 示， 通过平台的工业模型建模工具， 来构建蕴含工业技 术 、知识 、经验的微服务架构的工业数字化模型， 支持 应用层快速 、灵活调用。( 5 ) App 快速开发 。平台提供强大的微服务组件库， 人性化 、低代码开发工具， 利用平台 IoT 管理 、工业模 型 、可视化页面设计， 低代码开发等工具， 可以实现模 块化 、积木式， 低代码快速构建工业 App 服务与应用， 为智能应用提供强大服务支撑能力 。App 快速开发界面 如图 5 所示。
3 平台应用与推广
目前， 所研发的工业互联网平台已在华润雪花啤酒、 华润水泥 、华润化学材料 、华润微电子等多家业务单元 展开应用， 并取得一定成果。
( 1 ) 华润雪花啤酒的推广应用
华润雪花啤酒基于工业互联网平台推进工控数据 、 一 线 人 工 记 录 的 移 动 数 据 采 集 与 线 上 化， 并 与 ERP、 LIMS 、LDAP 等相关系统集成， 实现业务线上化， 构建 生产侧进度监控与数据分析能力等， 逐步构建“工厂作 业指挥与信息平台”， 通过秦皇岛工厂试点形成标杆案 例， 并制定雪花生产数采及生产数据标准， 逐步依托工业 互联网平台， 推广到全国数十家工厂中去， 取得较好成效。
( 2 ) 华润水泥的推广应用
华润水泥融合智能制造应用场景， 积极塑造行业标杆， 构建智能工厂， 基于工业互联网平台构建了智能矿山 、智能设备 、智能物流 、智能质量等应用， 目前平 台及系统已推广至十余家工厂中应用， 提高了生产运营 管理效率， 提高产品质量， 降低生产成本， 取得了较好 成效 。
( 3 ) 华润化学材料的推广应用
华润化学材料基于工业互联网平台， 打造智能设备 管理平台 、设备在线监测及预测性维护 、数据综合集成 平台 、制造运营管理平台 MOM 、智能物流管理平台 、安 全环保系统 、决策指挥平台等， 打破数据孤岛， 以数据 为基础， 驱动企业实现打造卓越运营 、高效生产 、保障 安全 、绿色环保的化工企业的目标， 提升企业在市场中 的竞争力。
( 4 ) 华润微电子的推广应用
华润微电子基于工业互联网平台的动力源智能监控 试点项目， 以安盛工厂为试点， 以上下限预警为主要实 施范围， 实现动力源的可预警 、可分析 、可追溯 。未来， 将有更多的工艺段配备智能化预警设施， 工业互联网平 台将通过与大数据平台打通， 并接入 BIM 等数据可视化 应用， 实现系统集成 、数据分析与展示 。以“算法”之 力， 助力智能预警 、分析与决策。
该工业互联网平台建设与应用已取得了较好成果， 于 2022 年 5 月入选国家工信部“双跨”平台认证。
4 结束语
工业互联网平台的研究与实践， 助力制造企业实现 生产过程管理 、智能设备 、智能物流 、智慧能源 、智能 安环 、智能决策分析等， 可为业界平台建设与应用提供 一定的参考。
通过工业互联网平台， 在企业内部实现工业设备 、 信息系统 、业务流程 、产品与服务 、人员等的互联， 实 现 IT 网与工控网的互联， 实现从车间到决策层的纵向互 联， 同时利用平台拉通企业上下游供应链， 从而构建工 业领域的“人机物”互联的系统， 以互联+数据+模型的 形式把企业内部的人 、数据 、机器等连接起来为企业提 供标准化 、智能化服务。
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作者简介：
浦汉军 ( 1982- )， 男， 广西容县人， 博士 (后)， 高级工程师、 副教授， 研究领域为设备自动化 、制造信息化 、智能制造 、工 业互联网等。
王宇华 ( 1977- )， 男， 江苏东台人， 研究领域为制造信息化、 智能制造与工业互联网。
谢小鹏 ( 1961- )， 男， 江西樟树人， 博士， 教授， 研究领域为 机电系统设计 、摩擦学 、智能装备与系统 、智能制造等。
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