2018年4月4日，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺宣講團(tuán)第二季第二講繼續(xù)開講，由中國西電集團(tuán)中央研究院總經(jīng)理康鵬舉博士為大家分享“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的技術(shù)內(nèi)核和創(chuàng)新應(yīng)用”。“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺宣講團(tuán)”，在工信部信軟司大力支持下，由中國信息通信研究院、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、走向智能研究院主辦，通過組織線上線下宣講活動，邀請國內(nèi)著名專家、學(xué)者、企業(yè)家就工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書相關(guān)理念與技術(shù)發(fā)展體系開展宣貫活動。
以下為康鵬舉宣講圖文：
大家晚上好，很高興在這里和大家見面，共同探討工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺這個話題。下面我將分享一下我對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)及應(yīng)用的一些認(rèn)識。
一、控制的故事
人類的故事總結(jié)起來說就是關(guān)于控制的故事，更具體的說，就是控制能量的故事。蒸汽機的發(fā)明使人類進(jìn)入了機械化時代，而蒸汽機的核心控制裝置就是常說的調(diào)速器。通過這個裝置，人類實現(xiàn)了對蒸汽散發(fā)的能量的駕馭。當(dāng)瓦特發(fā)明了蒸汽機的調(diào)速器后，人們通過調(diào)節(jié)閥門開度，有效控制蒸汽的流量和壓力，從而驅(qū)動輪船、火車、汽車等交通運輸工具。后來，人類學(xué)會了駕馭電能，進(jìn)入電氣化時代，發(fā)電、輸電、用電，深入到人類生產(chǎn)力的各個方面，我們控制能量的手段更加多樣，也更加精準(zhǔn)�，F(xiàn)在，人類進(jìn)入到數(shù)字化時代和互聯(lián)網(wǎng)時代。
在數(shù)字化時代，數(shù)據(jù)和信息是一種特殊形式的能量，和機械化時代以前的蒸汽一樣，如果不知道如何駕馭，它們只能白白流失。數(shù)字化時代的企業(yè)要想成功，不僅需要擁有數(shù)據(jù)，還需要駕馭數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為商業(yè)價值。谷歌、百度、騰訊等，之所以成功，是因為她們找到了如何駕馭數(shù)據(jù)的真諦。當(dāng)人工智能廣泛應(yīng)用于能量控制的各個方面的時候，也就標(biāo)志著智能化時代的來臨。目前，我們還處在方興未艾的數(shù)字化時代，智能時代的探索階段。
二、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為數(shù)字化時代的典型特征，其核心理念就是要將機器，數(shù)據(jù)和人深度融合。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基石是極致的機器：性能極致、性價比極致、用戶體驗極致。極致與智能的機器個體，能夠相互連接，所組成的系統(tǒng)體現(xiàn)出指數(shù)效應(yīng)級的價值。設(shè)計極致的機器需要相應(yīng)的數(shù)字化設(shè)計手段和工具。
數(shù)字主線和數(shù)字孿生技術(shù)的進(jìn)步可以使設(shè)計和驗證在數(shù)字空間中虛擬進(jìn)行，讓工程師的創(chuàng)造潛力得到充分釋放。一臺智能的機器本身就是一個移動的（如旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機）或靜止的（如電力變壓器）數(shù)據(jù)中心。機器感知自我，也感知自己所處的環(huán)境，收集并積累大量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)有的在內(nèi)部流轉(zhuǎn)，有的與其它機器交流。數(shù)據(jù)是機器的表達(dá)，數(shù)據(jù)分析即是對表達(dá)的釋義，發(fā)掘其內(nèi)在的規(guī)律和特征。數(shù)據(jù)和分析詮釋了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更深層次的價值。
如何讓數(shù)據(jù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中有效流動起來，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為價值而不是將這種能量白白散失。賦能與人，讓人在整個能量控制過程中更有靈活性、更加關(guān)注目標(biāo)結(jié)果，讓創(chuàng)新更加自如；賦能與物，讓機器能夠自適應(yīng)、自診斷，具有“大腦”。賦能與人和物是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用創(chuàng)新的核心問題�？傊I(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺將會以新的業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)的方式為利益相關(guān)者營造獨特體驗和價值。
三、通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)數(shù)字化重塑
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺所構(gòu)建的業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)，將實現(xiàn)企業(yè)乃至整個行業(yè)的數(shù)字化重塑。應(yīng)用創(chuàng)新需要將多種數(shù)字技術(shù)進(jìn)行有效融合，包括：云計算、邊緣計算、認(rèn)知計算、智能終端、數(shù)字孿生、數(shù)字主線、數(shù)字化知識體系、移動通訊和物聯(lián)網(wǎng)等。通過這些技術(shù)的融合，我們可以重新構(gòu)建客戶及合作伙伴關(guān)系，以百萬級別的APP讓人、機器互動，提供極致和獨特的用戶體驗，重塑行業(yè)價值鏈和業(yè)務(wù)運營方式。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用并非局限于特定流程，如：庫存優(yōu)化或工廠車間的數(shù)字化、自動化，它涉及整合全產(chǎn)業(yè)價值鏈，包括：客戶交互、產(chǎn)品創(chuàng)意、產(chǎn)品設(shè)計、智能制造和資產(chǎn)優(yōu)化管理等諸多數(shù)字化流程。成功的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺將從根本上重新定義企業(yè)的經(jīng)營方式，以及企業(yè)與其利益相關(guān)者之間的互動方式。
四、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)元素
根據(jù)《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書》，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺涵蓋邊緣層、IaaS層、平臺層（也叫工業(yè)PaaS層）、應(yīng)用層（也叫工業(yè)SaaS層）以及貫穿上述各層級的安全防護(hù)。對應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的層級，我們來進(jìn)一步看一下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的具體技術(shù)元素。邊緣層是指智能機器、設(shè)備層。智能機器的“大腦”是由工業(yè)控制器諸如PLC，IPC，PAC，或特殊行業(yè)用的智能終端等承擔(dān)。機器的數(shù)字化和智能化是下一階段工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。目前，以邊緣機器智能為特征的下一代的智能終端技術(shù)正在開發(fā)中。
圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)元素
建立在以太網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上的鏈路連接解決了大部分機器的物理連接，Profinet、實時Ethernet等多種工業(yè)協(xié)議解決了局部通訊問題，但也制造了諸多信息孤島。異構(gòu)機器間統(tǒng)一的通信規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)能夠有效的打破孤島，雖然OPC-UA及NB-IOT等技術(shù)已經(jīng)有了實踐性的突破，但是實現(xiàn)真正的安全互聯(lián)互通，滿足工業(yè)控制的實時性等要求，機器與機器通訊層面需要繼續(xù)創(chuàng)新。
工業(yè)應(yīng)用場景通常是一組/群機器在一起協(xié)作運行滿足生產(chǎn)過程的需求。比如：發(fā)電廠、化工廠、水處理廠等。機器間的協(xié)同需要一個計算能力較強的計算平臺就地實現(xiàn)系統(tǒng)性、實時性強的優(yōu)化控制任務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)霧計算平臺的發(fā)展為工業(yè)霧計算技術(shù)創(chuàng)新提供了機遇。
通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的IaaS層和PaaS層實現(xiàn)機器數(shù)據(jù)上云，即實現(xiàn)基于云平臺的工業(yè)大數(shù)據(jù)的收集，儲存，提取等數(shù)據(jù)管理任務(wù)。由于有了工業(yè)霧計算層的過濾，進(jìn)入到云平臺的數(shù)據(jù)，具有時序和聚焦的雙重特征，更加有效，針對這種數(shù)據(jù)的收集和存儲不能再用傳統(tǒng)的處理方式，需要創(chuàng)新出適用于更高階數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)挖掘的面向?qū)ο蠛头⻊?wù)的數(shù)據(jù)積累新模式。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺賦能與人的特征屬性要求PaaS層提供給使用者簡單易用的通用性數(shù)據(jù)處理方式和工具集，快速、高效、敏捷的構(gòu)建業(yè)務(wù)，讓工業(yè)領(lǐng)域的行業(yè)專家能夠輕松眾創(chuàng)，讓構(gòu)建應(yīng)用的過程不再是一個編程的過程。
SaaS層主要進(jìn)行工業(yè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用以及將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為商業(yè)價值。通過建模、計算、分析，讓形成的結(jié)果具象化展示出來，針對特定的商業(yè)目標(biāo)，開發(fā)特定功能的APP，可以是報告、控制、優(yōu)化等。這種商業(yè)價值的體現(xiàn)，由數(shù)以萬計的APP承載。通過數(shù)據(jù)提升整個企業(yè)的運營效率，關(guān)乎協(xié)作的效率，流程的精簡，從而提質(zhì)增效。
五、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)
圖2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為工控與自動化行業(yè)開拓了一個新的技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)中的每一項創(chuàng)新都在為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展做著積極的貢獻(xiàn)，也為未來企業(yè)的發(fā)展帶來了機遇。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代將催生新一代的智能傳感企業(yè)，智能終端企業(yè)，嵌入式控制企業(yè)，專注工控網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的企業(yè)，網(wǎng)絡(luò)安全方案解決商，技術(shù)產(chǎn)品提供商，工業(yè)云平臺及相關(guān)服務(wù)提供商，工業(yè)大數(shù)據(jù)分析、可視化工具的提供者，以及各個垂直行業(yè)解決方案的集成商和服務(wù)商。這個生態(tài)系統(tǒng)異常龐大，技術(shù)門徑多樣，可以說百花齊放。
六、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺創(chuàng)新
1、智能終端技術(shù)
工業(yè)行業(yè)的異構(gòu)多樣性決定了市場對智能終端的需求是多樣化的。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)領(lǐng)域?qū)ζ湔J(rèn)知的不斷加深，智能終端技術(shù)創(chuàng)新有了新的機遇，比如：輕量級操作系統(tǒng)或無操作系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)終端平臺可以用來開發(fā)低成本的工業(yè)智能終端；借助開源軟件技術(shù)開發(fā)下一代低成本高性能的開源工控裝置，如開源PLC，開源IPC，開源PAC等；多核工控機的出現(xiàn)為開發(fā)下一代高端工業(yè)控制器、工業(yè)邊緣計算平臺和工業(yè)霧計算平臺打下了良好的基礎(chǔ)；借助CPU虛擬化技術(shù)開發(fā)多操作系統(tǒng)的虛擬控制器可以有效支持工業(yè)APP在邊緣和霧端的部署；智能終端設(shè)備支持機器直接上工業(yè)云平臺等。因此，智能終端必須支持多種通信協(xié)議，如：MQTT，HTTP，RESTFUL，DDS，CAN bus，EtherCAT，Modbus，OPC-UA，PROFINET，ZigBee，WIFI等以滿足不同行業(yè)的數(shù)據(jù)連接的要求。
虛擬化技術(shù)的發(fā)展能夠使一臺工業(yè)控制器同時支持多種操作系統(tǒng)，如Windows，Debian，Arduino，Ubuntu，Linux Mbed，Yocto，RTOS，F(xiàn)edora，Android，TI-RTOS，Raspbian等，從而以極其靈活的配置方式支持多種應(yīng)用開發(fā)環(huán)境和計算語言。智能終端不僅滿足于傳統(tǒng)實時控制的需求，還將建立信息孤島之間的連接橋梁，將高級應(yīng)用（邊緣計算、人工智能）在機器端就地部署，讓機器有了“大腦”。
2、工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺
工業(yè)數(shù)據(jù)的特殊性和復(fù)雜性對工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺提出了特殊的要求。工業(yè)數(shù)據(jù)包括機器數(shù)據(jù)，傳感器數(shù)據(jù)，環(huán)境數(shù)據(jù)，設(shè)計數(shù)據(jù)，文檔數(shù)據(jù)，記錄，多媒體數(shù)據(jù)，網(wǎng)頁數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)制造過程數(shù)據(jù)，能量數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)平臺必須有效支撐對這些結(jié)構(gòu)差異、時序差異、“臟”的大數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，高效使用、共享、以及價值轉(zhuǎn)化。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代之前，工業(yè)數(shù)據(jù)的處理的主要關(guān)注點是如何實時的處理和利用機器數(shù)據(jù)，所以實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展，幾乎每個工控系統(tǒng)提供商都有自己的實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代，實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)已無法滿足工業(yè)大數(shù)據(jù)的需求。開發(fā)工業(yè)數(shù)據(jù)湖技術(shù)勢在必行。如何有效地整合大數(shù)據(jù)領(lǐng)域已有的技術(shù)，如：Hadoop、Spark、Historian、Docker等為工業(yè)大數(shù)據(jù)管理與分析所用是關(guān)鍵，形成工業(yè)數(shù)據(jù)湖技術(shù)。工業(yè)數(shù)據(jù)湖技術(shù)包括工業(yè)數(shù)據(jù)的儲存，提取，歸類，查詢，發(fā)布，共享等。工業(yè)數(shù)據(jù)湖可伸縮，彈性擴(kuò)展，能夠?qū)①Y源最優(yōu)化配置，可以有效支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)的流動、存儲、預(yù)處理和業(yè)務(wù)APP的調(diào)用。
3、大數(shù)據(jù)挖掘分析
工業(yè)大數(shù)據(jù)猶如流動的能量，如果不控制（挖掘分析），就只能白白散失。有效分析工業(yè)數(shù)據(jù)需要特定的一組分析工具，根據(jù)具體的應(yīng)用場景做相應(yīng)的組合。常用的工業(yè)大數(shù)據(jù)分析方法有基于統(tǒng)計的，機器學(xué)習(xí)的，基于機理模型的，基于物理模型的（如多領(lǐng)域物理模型，壽命模型，失效模型等），基于信號處理的（如傅里葉變換，小波變換，卡阿曼濾波，壓縮傳感等）。綜合而言，將基于物理機理等的模型和基于數(shù)據(jù)的模型有機結(jié)合是最有效的分析體系。這個體系被定義為數(shù)字孿生。工業(yè)大數(shù)據(jù)是由物理系統(tǒng)原始提供的，物理系統(tǒng)中的機器是工程師按精確的物理知識設(shè)計的，物理知識的積累促進(jìn)了人類工業(yè)文明。數(shù)字孿生是人類物理知識的載體。
大數(shù)據(jù)挖掘分析以數(shù)字孿生為基礎(chǔ)進(jìn)行，讓強弱相關(guān)的數(shù)據(jù)都有了統(tǒng)一的組織�；谀Ｐ偷腁PP，基于業(yè)務(wù)單元的APP，讓復(fù)雜的分析類似搭積木式的構(gòu)建起來，由此催生出APP池技術(shù)，對數(shù)以萬計的APP進(jìn)行組織和壽命管理。
工業(yè)數(shù)據(jù)的來源多元化，其中有制造數(shù)據(jù)，質(zhì)量數(shù)據(jù)，運維數(shù)據(jù)，機器數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，流程數(shù)據(jù)以及其它類型的數(shù)據(jù)。這就需要通過有效的數(shù)據(jù)可視化工具以直觀的方式展現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的內(nèi)在信息。開源技術(shù)如：Tableau，Qlikview，F(xiàn)usionCharts，HighCharts，Datawrapper，Plotly，Sisense等為工業(yè)大數(shù)據(jù)的可視化提供了強力支撐。
4、人工智能
人工智能技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域得到一定程度的應(yīng)用并取得進(jìn)展，尤其是在語音識別，翻譯，圖像處理和自動駕駛等方面。當(dāng)我們通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺解決了工業(yè)數(shù)據(jù)源的問題后，人工智能在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用就水到渠成。工業(yè)行業(yè)目前的諸多挑戰(zhàn)如知識的管理，復(fù)雜系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計，控制，診斷與維護(hù)等都可以借助人工智能技術(shù)加以解決，屆時，人工智能技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的多個層級都會得到極大的發(fā)揮，尤其是促進(jìn)邊緣計算的發(fā)展和落地、霧計算和云端的高級應(yīng)用。
我們常常在思考：究竟什么是智能？要回答這個問題，我們先要了解人是怎么思考的。我們每個人大腦里有一對孿生兄弟，一個是急性子，一個是慢性子。人思考或做決策就靠這兩個系統(tǒng)，我們稱它們?yōu)橄到y(tǒng)一和系統(tǒng)二。系統(tǒng)一主要靠感覺無意識地做決定。比如，運動的時候，籃球過來要接，足球來了要踢，這是人的直覺反應(yīng)，不需要思考。系統(tǒng)二會謹(jǐn)慎，要做嚴(yán)密的邏輯思考和對未來的預(yù)判。人決策的時候，都會用到大腦中的系統(tǒng)一和系統(tǒng)二。所以，有時你會當(dāng)機立斷，有時會審時度勢，這就是系統(tǒng)一和系統(tǒng)二的平衡結(jié)果。要想培養(yǎng)系統(tǒng)二的能力，就要多讀書、思考，用邏輯去思維。人的智能就表現(xiàn)在系統(tǒng)一和系統(tǒng)二的平衡能力。
5、工業(yè)機器的智能
機器的智能化是指機器能像人一樣思考。我們需要開發(fā)這樣的機器控制技術(shù)，使機器的“大腦”像人一樣通過系統(tǒng)一和系統(tǒng)二的協(xié)作進(jìn)行感知，思考與決策。其中，系統(tǒng)一靠知覺、經(jīng)驗；系統(tǒng)二靠邏輯嚴(yán)密的運算、思考和分析。要實現(xiàn)機器的真正意義上的智能化，需要解決有關(guān)當(dāng)前、過去、未來知識的有效整合。如果機器學(xué)會整合過去的經(jīng)驗，利用先驗知識，學(xué)會能應(yīng)對當(dāng)前，能夠預(yù)測未來，這種機器就是一臺智慧機器。實施這種智能機器的設(shè)計需要相應(yīng)的硬件平臺和軟件平臺支持，再加上雙系統(tǒng)思維的理論框架指導(dǎo)�；诜答伒默F(xiàn)代控制理論可以很好地解決系統(tǒng)一的實施。系統(tǒng)二的實施目前還沒有很好的解決方案，需要開拓與創(chuàng)新。
七、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用創(chuàng)新
帶著關(guān)于智能的思考，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的應(yīng)用創(chuàng)新的圖景如下：
圖3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的應(yīng)用創(chuàng)新的圖景
機器作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊界節(jié)點，智能化是其必要的特征。這要求我們首先以工匠精神去設(shè)計，制造出極致的智能機器。智能機器作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基石，具備交互、預(yù)見及迅速反應(yīng)的能力。智能機器之間可以根據(jù)需要交談、求助、交流信息，對環(huán)境變化做出反應(yīng)，使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠創(chuàng)造預(yù)期的價值。智能機器可以運籌帷幄，在某種程度上像人一樣思考。下一步是將智能機器聯(lián)網(wǎng)運行，即機器上云。機器與機器，機器與人互聯(lián)需要以稀疏通訊的方式進(jìn)行設(shè)計，以避免機器被不相關(guān)數(shù)據(jù)信息淹沒。第三點，要將智能應(yīng)用在邊緣，霧端，云端合理分布式部署，有效實現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)化控制。第四點，通過數(shù)字化技術(shù)開發(fā)提升系統(tǒng)效率，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的工業(yè)APP。最后，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺重塑工業(yè)控制行業(yè)，重構(gòu)工控軟硬件生態(tài)系統(tǒng)。
1、邊緣計算
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基石是智能機器，這需要我們突破傳統(tǒng)PLC的框架，開辟與未來智能機器相匹配的智能終端平臺。這需要在終端硬件、軟件和應(yīng)用方面大膽創(chuàng)新，開拓工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代的PLC。這里我們給出一個可能的基于雙系統(tǒng)的智能終端解決方案。一臺能源設(shè)備的控制器可以由兩個信息處理芯片構(gòu)成：一個傳統(tǒng)的CPU芯片和一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片（NPU）。CPU芯片負(fù)責(zé)運行傳統(tǒng)的實時控制算法，實現(xiàn)上述“系統(tǒng)一”的功能。NPU芯片支撐人工智能算法和大數(shù)據(jù)的分析功能，實現(xiàn)上述“系統(tǒng)二”的功能。同時，系統(tǒng)二還承擔(dān)和云端安全連接的功能�？刂栖浖拈_發(fā)，部署，更新和升級都可以在云端遠(yuǎn)程進(jìn)行，實現(xiàn)現(xiàn)場的不停機升級。軟件部署形式采用APP推送。系統(tǒng)一和系統(tǒng)二之間采用安全隔離，保證實時控制的安全性。系統(tǒng)二除了做就地數(shù)據(jù)處理分析外，同時負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的整合，選擇合適的數(shù)據(jù)以合適的形式上傳到云端做進(jìn)一步處理。
2、霧計算
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代又可稱之為大物理-大數(shù)據(jù)的時代。在這個時代，如何將物理和數(shù)據(jù)結(jié)合創(chuàng)造更多的價值是關(guān)鍵。廠級控制是指對一個工廠范圍內(nèi)的所有機器做協(xié)同控制。這個廠級控制器和物聯(lián)網(wǎng)的霧計算平臺相對應(yīng)。這就是我們所說的工業(yè)霧計算平臺。工廠級控制平臺需要比智能終端更強大的計算能力以支持基于物理原理和大數(shù)據(jù)處理的實時控制算法。我們權(quán)且稱其為：智能現(xiàn)場代理器。它和智能終端相比，設(shè)計原理相似，區(qū)別是計算能力大大加強，APP的數(shù)目和規(guī)模也更大。
3、云計算
工業(yè)云平臺的作用是整合機器、制造、業(yè)務(wù)、運營、運維以及其它數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)形成閉環(huán)，為整個產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)造價值。機器的智能終端通過現(xiàn)場代理器安全接入云端。云平臺由云平臺資源層，數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層三部分組成。其中，云平臺資源的配置必須靈活柔性，支持公有云和私有云的部署，以滿足工業(yè)用戶多樣性需求；數(shù)據(jù)層的設(shè)計要適合工業(yè)大數(shù)據(jù)處理的特點；應(yīng)用層必須能夠支持多種工業(yè)軟件的云端化和APP池化，以滿足行業(yè)用戶的不同需求。工業(yè)APP從應(yīng)用的角度可以分為以下幾類：資產(chǎn)優(yōu)化APP，流程優(yōu)化APP，賦能工具APP，產(chǎn)品設(shè)計APP，產(chǎn)品創(chuàng)意APP和知識管理APP等。為保證工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全，必須有一個點對點的安控系統(tǒng)解決方案和相應(yīng)的安控APP。用戶對APP的訪問還需要支持PC、平板、移動端等。
4、工業(yè)大數(shù)據(jù)湖
目前，工業(yè)云平臺的數(shù)據(jù)層基本是借用商業(yè)云平臺的數(shù)據(jù)層技術(shù)。工業(yè)云平臺數(shù)據(jù)層的下一個創(chuàng)新亮點是工業(yè)大數(shù)據(jù)湖，它將用來專門儲存，管理各類工業(yè)數(shù)據(jù)，如傳感器數(shù)據(jù)，機器設(shè)備數(shù)據(jù)，設(shè)計數(shù)據(jù)，監(jiān)控數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)ERP數(shù)據(jù)，多媒體數(shù)據(jù)，社交媒體數(shù)據(jù)，辦公數(shù)據(jù)等。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺需要配置相應(yīng)的工業(yè)大數(shù)據(jù)搜索工具，儲存工具，數(shù)據(jù)挖掘工具等做有效支撐，開發(fā)出適合工業(yè)大數(shù)據(jù)的索引、搜尋和交易的核心數(shù)據(jù)層技術(shù)。
5、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析
工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的過程是將數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)知識和物理知識有機結(jié)合起來，來回答三個問題：發(fā)生了什么？正在發(fā)生什么？將要發(fā)生什么？有了關(guān)于這三個問題的答案，就可以實施對整個工業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)化。為了實現(xiàn)、運維和業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化，選擇合適的算法和發(fā)掘知識的價值都是為實現(xiàn)上述三個問題服務(wù)的。傳統(tǒng)的基于業(yè)務(wù)點的數(shù)據(jù)分析已經(jīng)不能滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺級的需求，數(shù)字孿生技術(shù)體系和APP池技術(shù)將是一種突破。
美國的工業(yè)大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)相對形成的較好，培養(yǎng)了大批參與者從不同的側(cè)面和視角解決工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推廣與落地。其中，有人在解決數(shù)據(jù)源的問題，有人在開發(fā)開源平臺，有企業(yè)做數(shù)據(jù)平臺設(shè)施、APP開發(fā)平臺、算法，行業(yè)APP，有許多公司在做各個行業(yè)的垂直解決方案。這個生態(tài)系統(tǒng)是開放的，其中OpenStack、Docker、TensorFlow、Kafka、Hadoop、Spark等開源技術(shù)促進(jìn)了全球眾創(chuàng)。
6、數(shù)字孿生
圖4 數(shù)字孿生
數(shù)字孿生指的是物理機器及其所在的環(huán)境在數(shù)字空間的一種描述、映射或表征。數(shù)字孿生系統(tǒng)技術(shù)體系的內(nèi)容有：數(shù)字孿生語義（Ontology）技術(shù)、數(shù)字孿生知識體（Knowledge）技術(shù)和數(shù)字孿生數(shù)據(jù)體（Data Model & Meta-data Model）技術(shù)。數(shù)字孿生語義的是一種定義不同數(shù)字孿生的類型、性質(zhì)、以及相互關(guān)系的體系（a formal naming and definition of the types，properties，and interrelationships of the digital twins）。數(shù)字孿生知識體是對所代表的物理實體的機理、結(jié)構(gòu)、參數(shù)、設(shè)計和行為等的聚合。數(shù)字孿生數(shù)據(jù)體是對所代表的物理實體的現(xiàn)在和歷史所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流按照特定模型組織的集合，它還包括定義數(shù)據(jù)模型的元模型。
一個抽象的、多維度、多分辨率的數(shù)字孿生數(shù)據(jù)體是開啟工業(yè)APP時代的“銀彈”。以數(shù)字孿生平臺體系為基礎(chǔ)的工業(yè)APP將打破現(xiàn)有工業(yè)軟件系統(tǒng)所形成的孤島，讓APP的開發(fā)有了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。貫穿產(chǎn)品的整個生命周期，我們都可以構(gòu)建出每一個階段的APP。如果我們試圖將這些工業(yè)APP分類的話，它們大致可以歸類為：數(shù)字孿生，數(shù)字主線和知識體系。數(shù)字孿生可以是多種表現(xiàn)形式，比如：由物理機理驅(qū)動的機理模型、產(chǎn)品的設(shè)計模型、數(shù)據(jù)驅(qū)動的相關(guān)模型、描述機器屬性的資產(chǎn)模型、用于控制的信息模型、以及機器性能模型等。
數(shù)字主線是指將產(chǎn)品在整個壽命周期內(nèi)串在一起的數(shù)字化平臺，是數(shù)字孿生、產(chǎn)品生命周期中每個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)及知識體系的載體。它就像針線一樣，貫穿機器生命周期的每個環(huán)節(jié)：客戶、市場需求，產(chǎn)品的創(chuàng)意，產(chǎn)品的設(shè)計，產(chǎn)品的仿真，產(chǎn)品的加工制造，產(chǎn)品的出廠檢驗，產(chǎn)品的投入和現(xiàn)場運行，最后到壽命結(jié)束。
知識體系是在數(shù)字孿生和數(shù)字主線中以模型的形式存在的抽象體。目前，這些技術(shù)體系的建立才剛剛開始，需要行業(yè)的廣泛參與創(chuàng)新，共同構(gòu)建數(shù)字化時代的工業(yè)軟件生態(tài)系統(tǒng)。
數(shù)字孿生技術(shù)為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用帶來了契機，無論是電力行業(yè)還是化工行業(yè)，垂直應(yīng)用變的有章可循。其核心就是需要構(gòu)建基于行業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)字孿生技術(shù)/平臺體系。這個體系必須能支撐機械、電氣、熱力等多領(lǐng)域的建模，包括：物理模型、機理模型、各種算法模型、機器學(xué)習(xí)模型及傳統(tǒng)的統(tǒng)計模型等。通過這些模型可以便捷地構(gòu)建各種用途的數(shù)字孿生。這個過程由建模平臺完成，該平臺必須具有完善的仿真能力，配置好的APP可以在該平臺上進(jìn)行虛擬驗證。
這個體系還包括實施平臺和工具平臺，處于建模平臺的上一層。在這里，驗證后的APP可以直接轉(zhuǎn)化為設(shè)計模型和源代碼在各種計算平臺上部署實施；可以有效集成各種工業(yè)知識和文檔，如用戶需求，設(shè)計文檔，測試文檔等。工具平臺也提供各式各樣的賦能工具，如：構(gòu)架設(shè)計工具，可視化工具，追蹤工具、集成工具、組態(tài)工具等以便APP跨行業(yè)實施部署。
數(shù)字孿生的部署與應(yīng)用
從計算資源和網(wǎng)絡(luò)資源有效利用的角度考慮，數(shù)字孿生必須以合理的方式在機器端（邊緣），廠級端（霧端）和云端部署，從而實現(xiàn)物理資產(chǎn)控制、管理，優(yōu)化，業(yè)務(wù)優(yōu)化、賦能等諸多工業(yè)應(yīng)用。物理資產(chǎn)控制內(nèi)容包括：傳感器數(shù)據(jù)實時處理與分析、高性能實時控制、執(zhí)行機構(gòu)監(jiān)控、閉環(huán)降載荷、自適應(yīng)控制、故障處理、安全停機、優(yōu)雅停機等。物理資產(chǎn)管理包括：遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程介入、遠(yuǎn)程升級、遠(yuǎn)程維護(hù)、性能評估、故障分析、資產(chǎn)可視化等。物理資產(chǎn)優(yōu)化含：智能增工、智能增效、智能增壽、智能改造、壽命管理、基于狀態(tài)的維護(hù)等。業(yè)務(wù)優(yōu)化涵蓋內(nèi)容有：預(yù)報、規(guī)劃、排產(chǎn)、調(diào)度、倉儲管理、資產(chǎn)跟蹤、追蹤等。賦能、流程優(yōu)化的任務(wù)有：工作流、查詢、文檔、手冊、多媒體、翻譯、用戶行為分析、合作、分享、按需設(shè)計，隨選工具等。
數(shù)字孿生的部署與應(yīng)用：遠(yuǎn)程診斷
遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的一個典型應(yīng)用。以遠(yuǎn)程診斷為例，一臺機器的診斷由多個分別部署在不同層級的數(shù)字孿生APP協(xié)作完成。在機器端（邊緣端），一般部署有實時處理要求的應(yīng)用APP，如傳感器、執(zhí)行器診斷、健康指標(biāo)與特征提取、周期數(shù)累計、特診提取、數(shù)據(jù)緩沖、診斷用線性模型的使用等；廠級端（霧端）部署實時性要求稍弱，但又需要大量計算的應(yīng)用APP，如模型自適應(yīng)、健康狀態(tài)特征值數(shù)據(jù)庫、模型訓(xùn)練、頻譜計算、小波變換、報警優(yōu)先級處理、事故錄波等。云端部署高計算量需求的APP，如高保真物理模型，壽命估計，模式識別，故障回放，故障追蹤，機器學(xué)習(xí)，場景演繹，相關(guān)分析，集群分析等。三個層級的APP分別處理機器本體、機器群體和系統(tǒng)群體所在范圍的診斷。實時性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y源、計算資源等都是決定APP分類部署的重要因素。
數(shù)字孿生：控制應(yīng)用
另外一個例子是數(shù)字孿生在風(fēng)電場設(shè)備控制領(lǐng)域的應(yīng)用。有一些APP被部署在風(fēng)機控制器內(nèi)（邊緣端），有一些APP被部署在風(fēng)場控制服務(wù)器內(nèi)（霧端），還有一部分部署在云平臺上。一般情況下，機器端部署的是單個風(fēng)機的線性模型，或簡化模型；在風(fēng)場控制器內(nèi)部署的是整個風(fēng)場及環(huán)境的模型；在云端部署了高保真的物理機理模型，用于估算部件的壽命以及流體力學(xué)有關(guān)的的復(fù)雜計算，如尾流的計算仿真等。這些APP相互協(xié)作，在保證風(fēng)電資產(chǎn)壽命和可靠性的條件下，實現(xiàn)最大可能的風(fēng)能捕捉。這個閉環(huán)的優(yōu)化過程是100%自動化的，不需要人工介入。
八、軟件定義的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺
在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書》中，工信部信軟司副司長、中國信息化百人會執(zhí)委安筱鵬博士在前言中清晰簡明地指出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的本質(zhì)和定位——“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是傳統(tǒng)工業(yè)云平臺的迭代升級”，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是新工業(yè)體系的‘操作系統(tǒng)’”。
未來將是一個軟件定義的世界。隨著技術(shù)的發(fā)展，硬件趨于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，虛擬化和池化，硬件的功能及性能也將通過軟件來定義。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的發(fā)展將由軟件的進(jìn)步所主導(dǎo)。工業(yè)APP作為工業(yè)知識的載體，是未來工業(yè)數(shù)字化經(jīng)濟(jì)的主要驅(qū)動力。
根據(jù)《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》，到2020年，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系將初步形成，有望建成10個左右跨行業(yè)、跨領(lǐng)域，能夠支撐企業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化生產(chǎn)的企業(yè)級平臺；到2020年，我國還將利用推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的契機，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)。
機器的數(shù)字化、智能化將加速自動組態(tài)工業(yè)軟件的發(fā)展，工業(yè)APP制作流水線技術(shù)或許是創(chuàng)新的另一個關(guān)鍵點。為實現(xiàn)國家2020年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)，工業(yè)行業(yè)急需一款跨行業(yè)APP開發(fā)和部署的平臺，可以支持多種語言和開發(fā)環(huán)境，以組態(tài)的方式靈活實現(xiàn)各種工業(yè)應(yīng)用。大規(guī)模開發(fā)和部署工業(yè)APP是一項艱巨，但又必須完成的任務(wù)。
開源技術(shù)為打破行業(yè)技術(shù)壁壘提供了有力的武器。誰能夠通過開源、開放的平臺和工具，有效地組織大眾創(chuàng)新，有效地將片散化，孤島化的工業(yè)知識體系微服務(wù)化、APP化、系統(tǒng)化、價值化，誰將是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代的領(lǐng)頭羊。
人類的故事就是控制能量的歷史。在數(shù)字化時代，數(shù)據(jù)與信息是另外一種形式的能量，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)了技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用創(chuàng)新，和模式創(chuàng)新的工業(yè)新紀(jì)元，讓我們以更加開放、包容、智慧和創(chuàng)新的精神，打破機器-系統(tǒng)-人之間的壁壘，實現(xiàn)機器-機器、人-機器之間的高效協(xié)作與多系統(tǒng)的和諧共生，擁抱工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代的到來。
本次宣講到此結(jié)束，謝謝大家的熱心關(guān)注和寶貴的時間。
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本文標(biāo)題：康鵬舉：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的技術(shù)內(nèi)核與創(chuàng)新應(yīng)用
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