工業(yè)軟件一體化與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析路徑

一、前言

近年來，隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）、邊緣計算、第五代移動通信（5G）、區(qū)塊鏈等信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，新的生產(chǎn)方式、組織方式、商業(yè)模式不斷涌現(xiàn)；世界正處于工業(yè)經(jīng)濟(jì)向數(shù)字經(jīng)濟(jì)加速轉(zhuǎn)型的過渡期，以數(shù)字經(jīng)濟(jì)為核心的產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展成為趨勢。工業(yè)信息化是數(shù)字經(jīng)濟(jì)與工業(yè)融合的典型代表，依賴工業(yè)軟件的發(fā)展革新。

工業(yè)軟件作為工業(yè) 4.0 時代實現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵要素，是實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級的核心與“靈魂”，迎來了空前的發(fā)展機(jī)遇。工業(yè)軟件成為具有工業(yè)品意義的“軟零件、軟部件、軟機(jī)器”，是不可或缺的工業(yè)軟裝備。在工業(yè)企業(yè)中，依靠工業(yè)軟件提升產(chǎn)品價值、降低制造成本、提高核心競爭力，是“兩化融合”的切入點和突破口，對推進(jìn)工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與產(chǎn)業(yè)升級、保持經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)較快發(fā)展具有重要意義。

工業(yè)軟件指在工業(yè)領(lǐng)域設(shè)計、生產(chǎn)、管理等環(huán)節(jié)應(yīng)用的軟件，可劃分為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件以及介于兩者之間的中間件；具體發(fā)展主要分為三階段：軟件本身的發(fā)展階段；軟件的協(xié)同應(yīng)用階段，重在業(yè)務(wù)流程的串通與優(yōu)化；“工業(yè)云”階段，不再是單一軟件，而是集成多類功能并提供“軟件 +服務(wù)”整體解決方案。目前，工業(yè)軟件一體化是主流趨勢，通過技術(shù)手段將若干個相互獨立的工業(yè)軟件以橫向或縱向的方式進(jìn)行集成，實現(xiàn)工業(yè)軟件的異構(gòu)數(shù)據(jù)互通、企業(yè)協(xié)同優(yōu)化、產(chǎn)業(yè)鏈資源配置。

工業(yè)軟件廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，伴隨著產(chǎn)品從研發(fā)到生產(chǎn)再到銷售及售后服務(wù)的全生命周期。世界工業(yè)軟件市場發(fā)展平穩(wěn)，2019 年產(chǎn)值約為4100 億美元。我國工業(yè)體系規(guī)模龐大，加之正在從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變，使得工業(yè)軟件成為亟需且應(yīng)用范圍和深度在不斷擴(kuò)大；2016—2019 年，我國工業(yè)軟件產(chǎn)品收入年復(fù)合增長率為 16%，超過世界平均水平；2019 年工業(yè)軟件產(chǎn)品收入達(dá)1720 億元。

在新基建、雙循環(huán)的背景下，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化將助推工業(yè)軟件一體化的快速發(fā)展；與其他新基建要素加速融合，形成產(chǎn)業(yè)鏈上完整的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，補(bǔ)齊工業(yè)企業(yè)短板，加速數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的快速興起和應(yīng)用推廣，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析與工業(yè)軟件一體化成為驅(qū)動行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要動力，賦予智能制造更為豐富的內(nèi)涵特征和應(yīng)用場景。面對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的顯著趨勢與迫切挑戰(zhàn)，本文針對工業(yè)軟件一體化與標(biāo)識解析路徑展開研究，分析應(yīng)用需求、梳理發(fā)展現(xiàn)狀、剖析面臨問題，提出新技術(shù)思路、論證新技術(shù)架構(gòu)、提出發(fā)展建議，以期為工業(yè)軟件行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供基礎(chǔ)參考。

二、工業(yè)軟件一體化需求分析

工業(yè)軟件服務(wù)于工業(yè)流程中的特殊環(huán)節(jié)，需要通過數(shù)據(jù)集成來覆蓋產(chǎn)品全生命周期的各類應(yīng)用。工業(yè)軟件圍繞產(chǎn)品、生產(chǎn)、業(yè)務(wù)三大主線部署應(yīng)用，每款工業(yè)軟件可能只適用于單一的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)（見圖 1）。

圖 1 工業(yè)軟件業(yè)務(wù)場景

工業(yè)軟件主要分為設(shè)計研發(fā)類工業(yè)軟件，如計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助工程（CAE）、計算機(jī)輔助制造（CAM）、計算機(jī)輔助工藝（CAPP）等；信息管理類工業(yè)軟件，如產(chǎn)品生命周期管理（PLM）、企業(yè)資源計劃（ERP）、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）等；工業(yè)控制類工業(yè)軟件，如數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）、可編程邏輯控制單元（PLC）等。在工業(yè)產(chǎn)品的全生命周期內(nèi)，需要多類工業(yè)軟件的協(xié)同合作，因而跨軟件的數(shù)據(jù)互操作極為重要。

（一）宏觀需求

工業(yè)軟件的信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重阻礙了企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。一個工業(yè)產(chǎn)品在其全生命周期中可能涉及跨功能、跨學(xué)科、跨品牌的多種工業(yè)軟件，相應(yīng)的底層邏輯、數(shù)據(jù)格式、應(yīng)用場景區(qū)別明顯；在一個完整的工業(yè)流程中，研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)控制、信息管理等工業(yè)軟件，其數(shù)據(jù)、指令、信號的傳遞層層受阻，導(dǎo)致生產(chǎn)鏈條難以實現(xiàn)有效承接。

①研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件側(cè)重于基礎(chǔ)學(xué)科，覆蓋產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計階段，工具屬性明顯；②生產(chǎn)控制類工業(yè)軟件側(cè)重于產(chǎn)品生產(chǎn)的流程和工藝，工程屬性明顯；③信息管理類工業(yè)軟件側(cè)重于企業(yè)的業(yè)務(wù)管理與業(yè)務(wù)模型，管理屬性明顯。這些工業(yè)軟件由不同廠商提供，服務(wù)于不同業(yè)務(wù)、涉及多種學(xué)科，加之各軟件之間沒有集成，造成企業(yè)在各個業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)存在多個信息孤島，影響了產(chǎn)品的設(shè)計迭代周期、質(zhì)量追溯效果、供應(yīng)鏈金融效率。

目前，國內(nèi)外工業(yè)軟件廠商、工業(yè)企業(yè)積極關(guān)注工業(yè)軟件的一體化集成，追求各工業(yè)軟件的數(shù)據(jù)無縫地在設(shè)計生產(chǎn)流程中雙向傳遞。發(fā)達(dá)國家率先建立了相對完整而又特色鮮明的工業(yè)體系，依托信息技術(shù)進(jìn)步實施了工業(yè)軟件一體化建設(shè)。相比之下我國的行業(yè)發(fā)展存在差距，可能制約制造強(qiáng)國建設(shè)進(jìn)程。因此，隨著我國智能制造能力的穩(wěn)步提升，推動工業(yè)軟件一體化是完善并強(qiáng)化工業(yè)體系的迫切需求。工業(yè)軟件一體化集成既可保障智能制造、高端制造發(fā)展，加速工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的廣泛落地應(yīng)用，也可提高工業(yè)軟件的行業(yè)滲透率，形成良好的規(guī)模效應(yīng)和協(xié)同優(yōu)勢。

（二）技術(shù)需求

產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同是工業(yè)的發(fā)展趨勢，也是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的終極目標(biāo)之一。而在當(dāng)前，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同對工業(yè)軟件的要求極為苛刻，要么只能使用指定的軟件，要么需要高昂的對接成本（多數(shù)情況下也只能實現(xiàn)指定的功能），收益率極低。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同制造在以下方面對工業(yè)軟件一體化提出了技術(shù)需求。

1. 縮短產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的迭代時間

異構(gòu) PDM 之間的產(chǎn)品信息獲取困難，進(jìn)度難以掌控，異地協(xié)同設(shè)計評估手段也顯缺乏。不同企業(yè)、不同產(chǎn)品的開發(fā)數(shù)據(jù)通常分別存儲在各自的PDM 數(shù)據(jù)庫中，跨企業(yè)的 PDM 設(shè)計數(shù)據(jù)查詢、共享困難。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的過程中，沒有統(tǒng)一的對象元數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)（如產(chǎn)品類、名稱、標(biāo)識編碼、版本、產(chǎn)品對象的數(shù)據(jù)與文檔），產(chǎn)品數(shù)據(jù)的異構(gòu)特性使得數(shù)據(jù)的惟一性、一致性、實時性很難保證。異構(gòu) PDM 之間缺乏產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計過程的統(tǒng)一管理能力，主廠商很難第一時間從供應(yīng)商處獲取采購件、外協(xié)工裝的設(shè)計開發(fā)進(jìn)度，設(shè)計需求、進(jìn)度要求的更改也很難實時傳遞至采購件供應(yīng)商，導(dǎo)致無法及時評估外協(xié)部件能否滿足總體設(shè)計需求。對于產(chǎn)品的異地協(xié)同開發(fā)，企業(yè)間的信息傳遞等非開發(fā)性工作環(huán)節(jié)耗時過多，影響了產(chǎn)品設(shè)計周期，亟需可靠高效的多人異地協(xié)同評估手段，開展產(chǎn)品的異地協(xié)同評估。標(biāo)識解析與工業(yè)軟件一體化技術(shù)能夠打通項目管理信息孤島，輔助項目高效管控，保持生產(chǎn)執(zhí)行對工藝優(yōu)化的快速響應(yīng)，提升工藝柔性能力。

2. 降低質(zhì)量信息追溯難度并提高信用

質(zhì)量信息追溯過程的數(shù)據(jù)開放不足、相互孤立，導(dǎo)致企業(yè)間存在信任危機(jī)；解決方案缺乏開放的開源工具，導(dǎo)致技術(shù)要求高、開發(fā)難度大。單個工業(yè)軟件覆蓋面有限，質(zhì)量追溯很難實現(xiàn)全鏈條覆蓋，標(biāo)識數(shù)據(jù)的開放不足進(jìn)一步制約了產(chǎn)品追溯體系建設(shè)。工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)、流通、監(jiān)管等過程分屬不同部門管理，相應(yīng)平臺互相獨立（不直接連通）；區(qū)域性、行業(yè)性質(zhì)量追溯平臺設(shè)置重疊，跨區(qū)域、跨行業(yè)數(shù)據(jù)需求難以滿足的問題隨之而來。追溯信息難辨真?zhèn)?、可信追溯新技術(shù)不成熟等，弱化了追溯數(shù)據(jù)的可靠性及應(yīng)用價值。追溯數(shù)據(jù)僅來源于單一企業(yè)內(nèi)或少數(shù)相關(guān)聯(lián)企業(yè)，無法確保產(chǎn)品信息準(zhǔn)確，致使追溯范圍產(chǎn)生局限性；企業(yè)與客戶在產(chǎn)品質(zhì)量與信用信息方面存在不對等，可能導(dǎo)致賣方投機(jī)、消費(fèi)者失信等情況。標(biāo)識數(shù)據(jù)的有效溯源，將突破消費(fèi)者與廠商之間的信息交互壁壘，提升售后產(chǎn)品的信息透明度。

3. 破除企業(yè)“業(yè)財融合”的信息壁壘

產(chǎn)品供應(yīng)鏈?zhǔn)苋芷跀?shù)據(jù)壁壘的影響，造成供應(yīng)鏈金融長期存在“強(qiáng)需求”“弱信用”的矛盾；核心企業(yè)滲透產(chǎn)業(yè)全鏈條難度大，對二級以上供應(yīng)商的信用傳遞不足，而小微企業(yè)信用自證與融資困難問題突出。銀行認(rèn)可的是核心企業(yè)控貨與調(diào)節(jié)銷售能力，在無法可靠獲取上下游企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的情況下，僅有對上游供應(yīng)商（核心企業(yè)有直接的應(yīng)付賬款義務(wù)）提供預(yù)付款或注資的意愿，由此導(dǎo)致二級、三級供應(yīng)商 / 經(jīng)銷商的融資需求得不到滿足，供應(yīng)鏈金融的業(yè)務(wù)總量受到制約。標(biāo)識解析與工業(yè)軟件一體化能夠構(gòu)建支撐“雙循環(huán)”新格局下的供應(yīng)鏈信息全球互通，通過實時動態(tài)、全面精準(zhǔn)的供應(yīng)鏈金融能力來加強(qiáng)企業(yè)信譽(yù)評估體系。

三、工業(yè)軟件一體化發(fā)展現(xiàn)狀

（一）國際龍頭企業(yè)主導(dǎo)行業(yè)發(fā)展

國際龍頭企業(yè)立足自身特色，通過兼并收購快速擴(kuò)充能力，形成了平臺化、云化的工業(yè)軟件生態(tài)，以工業(yè)軟件云平臺的方式進(jìn)行跨工業(yè)軟件的數(shù)據(jù)集成。達(dá)索系統(tǒng)集團(tuán)、西門子股份公司的相關(guān)產(chǎn)品代表了國際工業(yè)軟件一體化的發(fā)展趨勢 。

2019 年，達(dá)索系統(tǒng)公司將 SolidWorks 軟件更名為 3D Experience，說明單一軟件工具品牌的重要性趨于弱化，平臺成為工業(yè)軟件發(fā)展的主要方向；以 3D Experience 平臺為基礎(chǔ)，構(gòu)建并實現(xiàn) 3D 設(shè)計、工程、3DCAD、建模、仿真、數(shù)據(jù)管理、流程管理，可為中小企業(yè)用戶提供統(tǒng)一的數(shù)字環(huán)境。

西門子股份公司積極打造數(shù)字化能力手段，長期堅持“數(shù)字孿生”戰(zhàn)略，較多通過收購方式獲得所需的工業(yè)軟件；2016 年推出的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng) MindSphere，即基于亞馬遜公司的基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）提供平臺服務(wù)。向下連接各類設(shè)備，提供統(tǒng)一接口，實現(xiàn)不同設(shè)備之間的互聯(lián)互通；向上為各類應(yīng)用軟件提供開發(fā)、運(yùn)營等環(huán)境，支持工業(yè)企業(yè)客戶在同一平臺實現(xiàn)對生產(chǎn)流程所有數(shù)據(jù)的收集與分析，據(jù)此優(yōu)化運(yùn)行效率。

（二）分散技術(shù)方案國內(nèi)應(yīng)用普遍

國內(nèi)工業(yè)軟件企業(yè)較多針對目標(biāo)用戶的特定場景，采用各種數(shù)據(jù)一體化技術(shù)方案進(jìn)行異構(gòu)系統(tǒng)之間的集成。

①網(wǎng)頁抓取技術(shù)，主要針對歷史遺留的老舊系統(tǒng)、關(guān)聯(lián)原有業(yè)務(wù)邏輯較為復(fù)雜的系統(tǒng)，企業(yè)內(nèi)外部系統(tǒng)隔離、第三方服務(wù)化接口協(xié)調(diào)開發(fā)困難等情況，開展數(shù)據(jù)一體化處理及系統(tǒng)集成。

②數(shù)據(jù)庫日志變化技術(shù)，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行特定的配置，監(jiān)控數(shù)據(jù)庫日志及其變化并以消息中間件的方式傳播數(shù)據(jù)變化；一般用于企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)之間的一體化，不依賴于第三方系統(tǒng)的接口，可滿足一定的數(shù)據(jù)實時性要求。

③服務(wù)與服務(wù)之間的數(shù)據(jù)交換及一體化，在同一個事務(wù)中實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的同時變化、同時回退且只允許同時成功、同時失敗。

④第三方調(diào)用應(yīng)用程序接口（API），針對企業(yè)的內(nèi)部異構(gòu)系統(tǒng)通常基于不同體系結(jié)構(gòu)和開發(fā)技術(shù)的情況，編寫結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL），將 SQL 語句自動轉(zhuǎn)化為開放 API（供第三方系統(tǒng)調(diào)用）。

⑤ Kafka 連接器集成，作為可擴(kuò)展流式數(shù)據(jù)傳輸工具，為智能化數(shù)據(jù)管理平臺提供相對成熟穩(wěn)定的基礎(chǔ)框架及工具，既可作為源端從數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù)到 Kafka，也可作為接收端從一個 Kafka 主題中將數(shù)據(jù)推送到數(shù)據(jù)庫 。

國內(nèi)企業(yè)用戶較多開展場景化的低成本改造，數(shù)據(jù)互通低效繁雜，難以形成規(guī)?；?yīng)。上述單一方案通常不足以全面解決企業(yè)在數(shù)據(jù)一體化、集成異構(gòu)系統(tǒng)等方面的需求，因此需要綜合采取多種方案，既造成系統(tǒng)難以維護(hù)和升級的問題，也影響協(xié)同合作效率和系統(tǒng)安全穩(wěn)定性。

四、工業(yè)軟件一體化現(xiàn)狀分析

（一）打通數(shù)據(jù)孤島效率低下

國內(nèi)工業(yè)軟件企業(yè)數(shù)量眾多，長期追求單點技術(shù)突破。應(yīng)用單點技術(shù)意味著數(shù)據(jù)孤島，導(dǎo)致流程冗長、數(shù)據(jù)失真，在數(shù)據(jù)互聯(lián)互通方面的壁壘越來越厚。打通數(shù)據(jù)孤島的傳統(tǒng)做法是采用數(shù)據(jù)抓取、數(shù)據(jù)庫接口等方式從軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫調(diào)取數(shù)據(jù)，由此間接實現(xiàn)跨軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一體化，但也存在一些突出問題。

一是進(jìn)口軟件占據(jù)市場主導(dǎo)地位的現(xiàn)象難以規(guī)避。國內(nèi)工業(yè)軟件市場尤其是核心軟件基本被國際品牌所占據(jù)，如 CAD 軟件 95% 以上采用進(jìn)口產(chǎn)品。國產(chǎn)工業(yè)軟件面臨著生態(tài)薄弱、建模與虛擬仿真能力不足、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失、綜合集成應(yīng)用程度偏低等基礎(chǔ)性問題，始終制約著國產(chǎn)工業(yè)軟件一體化的發(fā)展水平。

二是工業(yè)軟件發(fā)展投入居高不下。軟件數(shù)據(jù)資源是工業(yè)軟件供應(yīng)商的重要戰(zhàn)略資源，原始軟件廠商掌握著數(shù)據(jù)庫權(quán)限、數(shù)據(jù)字典，在請求一體化的過程中把握著話語權(quán)，在涉及自身利益的事項上不愿讓步，傾向于抬高接口費(fèi)用以彌補(bǔ)自身的可能損失。究其本質(zhì)，工業(yè)軟件是工業(yè)產(chǎn)品，需要很長的周期去積淀和發(fā)展；不同軟件的數(shù)據(jù)應(yīng)用模式差異明顯，分析原有數(shù)據(jù)庫、開展數(shù)據(jù)的篩選與再利用也是一項長周期、高成本的技術(shù)工作。

三是軟件系統(tǒng)串聯(lián)協(xié)調(diào)困難，這是國內(nèi)工業(yè)軟件一體化的主要挑戰(zhàn)。各個軟件系統(tǒng)通常分屬不同的軟件體系和供應(yīng)商，需要逐一尋求相應(yīng)軟件廠商協(xié)調(diào)配合，甚至一個模塊就需要多方共同參與協(xié)調(diào)，難度極大。國內(nèi)制造企業(yè)習(xí)慣于使用功能成熟的進(jìn)口工業(yè)軟件，但易受國際經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易形勢變化的干擾，合作協(xié)調(diào)的過程可能面臨額外阻力。此外，國內(nèi)工業(yè)軟件規(guī)范缺失，歸納集成運(yùn)用程度不高，加之國際工業(yè)軟件企業(yè)在規(guī)范層面也很難統(tǒng)一，給程序兼容、數(shù)據(jù)互聯(lián)互通構(gòu)成現(xiàn)實困難。

（二）整套采購國外工業(yè)軟件不可持續(xù)

盡管國際龍頭企業(yè)的工業(yè)軟件生態(tài)完善、技術(shù)成熟、功能齊備，但全面采購進(jìn)口產(chǎn)品來實現(xiàn)工業(yè)軟件集成面臨著現(xiàn)實問題。

一是高端制造工業(yè)軟件受國外技術(shù)掣肘風(fēng)險。雖然采購進(jìn)口工業(yè)軟件能夠最大化地解決工業(yè)軟件數(shù)據(jù)孤島問題，但眾多工業(yè)企業(yè)容易與進(jìn)口產(chǎn)品的生態(tài)體系進(jìn)行深度綁定。研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件是制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展所必備的核心工具，但自主產(chǎn)品應(yīng)用和迭代過程的缺失，必然阻礙高端制造所需關(guān)鍵工業(yè)軟件的自主研發(fā)，可能導(dǎo)致技術(shù)逐步落后而成為事實上的“卡脖子”環(huán)節(jié)，不利于我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。

二是工業(yè)企業(yè)可能面臨信息安全風(fēng)險。一些重要裝備行業(yè)大量應(yīng)用進(jìn)口工業(yè)軟件，且為了提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平而有加大應(yīng)用比例的趨勢；但進(jìn)口軟件的信息安全風(fēng)險難以絕對排除，若發(fā)生信息泄露和攻擊事件則可能造成嚴(yán)重后果。

三是工業(yè)軟件使用成本高昂。進(jìn)口工業(yè)軟件價格昂貴，使用門檻較高，國內(nèi)中小企業(yè)若全面采用必然面臨成本壓力。部分企業(yè)的工業(yè)軟件采購過程不夠?qū)I(yè)，甚至因盲目采購而造成不同廠商、多個品牌工業(yè)軟件并存的情況，重復(fù)采購耗費(fèi)了資源、加大了成本。

（三）解決問題的可能技術(shù)方向

隨著我國工業(yè)軟件企業(yè)綜合實力的提升，部分國產(chǎn)工業(yè)軟件能力進(jìn)步明顯，在替代進(jìn)口軟件為工業(yè)企業(yè)提供關(guān)鍵服務(wù)方面具有一定的基礎(chǔ)。然而，少量進(jìn)口軟件因底層技術(shù)的壁壘、使用慣性的延續(xù)，尚無法為國產(chǎn)軟件所替換；個別軟件的不可替代性將導(dǎo)致工業(yè)數(shù)據(jù)互通、軟件對接存在潛在問題，直接影響工業(yè)軟件體系國產(chǎn)化、一體化的進(jìn)程。一般認(rèn)為，工業(yè)軟件國產(chǎn)化主要受制于國際龍頭企業(yè)的工業(yè)軟件生態(tài)。

為適度脫離進(jìn)口工業(yè)軟件的生態(tài)體系、克服個別軟件難以替代等問題，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析技術(shù)是重要的發(fā)展方向：先由部分國產(chǎn)工業(yè)軟件替代進(jìn)口產(chǎn)品，打破進(jìn)口工業(yè)軟件生態(tài)體系事實上的壟斷地位，對于不可替代的國外工業(yè)軟件則暫時保留；隨后基于標(biāo)識解析的物理網(wǎng)關(guān)、API 接口、云組件等，全面實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、信息互通等功能。

這一思路的價值在于，一方面從標(biāo)識解析體系入手，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，促進(jìn)國產(chǎn)工業(yè)軟件的品牌生態(tài)、業(yè)務(wù)生態(tài)、功能生態(tài)建設(shè)，快速形成國產(chǎn)工業(yè)軟件統(tǒng)一協(xié)作的發(fā)展局面；另一方面，工業(yè)企業(yè)的數(shù)據(jù)經(jīng)由標(biāo)識解析中間件注冊到標(biāo)識解析體系，產(chǎn)業(yè)鏈上的其他企業(yè)可通過解析尋址找到相關(guān)數(shù)據(jù)的位置，再通過標(biāo)識解析中間件轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，由此實現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的企業(yè)間點對點傳輸。運(yùn)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析技術(shù)，支持實現(xiàn)國產(chǎn) / 進(jìn)口工業(yè)軟件的數(shù)據(jù)集成，打通供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，推動全局生產(chǎn)規(guī)劃的高效協(xié)同。

五、工業(yè)軟件一體化新策略——工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析

對于工業(yè)企業(yè)，依靠工業(yè)軟件提升工業(yè)產(chǎn)品價值、降低企業(yè)成本、提高核心競爭力，是“兩化融合”重要的切入點和突破口，因而推動工業(yè)軟件一體化是領(lǐng)域亟需。作為數(shù)字世界的身份證，標(biāo)識解析系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵核心設(shè)施；與物理網(wǎng)關(guān)、接口平臺、云一體化技術(shù)結(jié)合，可降低工業(yè)軟件一體化成本，提升工業(yè)軟件服務(wù)能力，賦能全產(chǎn)業(yè)鏈互聯(lián)互通（見圖 2）。

圖 2 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析的工業(yè)軟件一體化策略

在工業(yè)軟件一體化研究中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析要求對人、物、料均有唯一且無歧義的命名（即標(biāo)識，由字母、數(shù)字構(gòu)成），一般采用層次標(biāo)識。

以網(wǎng)關(guān)為例，命名規(guī)則定義為命名機(jī)構(gòu) – 物 – 硬件 –網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 – 物理層 – 網(wǎng)際互連協(xié)議（IP）地址；建立 chord 環(huán)，將各節(jié)點的 IP、資源等標(biāo)識作為建制（key），當(dāng)前存放節(jié)點唯一編碼（ID）為 value1，實際信息存儲的 IP 位置作為 value2，以此構(gòu)成鍵值對（key，value1，value2）；存儲階段采用哈希映射（Hash）將鍵值對分散在 chord 環(huán)上，在考慮負(fù)載均衡的情況下計算 3 個 replicas 的放置位置；查找階段根據(jù)目的資源的 key 來計算 Hash（key），查找方式為和弦算法。

標(biāo)識解析技術(shù)能夠解決域名解析（DNS）服務(wù)單一、資源描述能力不強(qiáng)的問題，擴(kuò)展對物品、傳感器、服務(wù)等的主體標(biāo)識，克服基于 IP 尋址存在的單點負(fù)載過重、服務(wù)擁塞等不足，適應(yīng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIOT）海量數(shù)據(jù)超低時延的解析要求。標(biāo)識解析結(jié)果包括但不限于 IP 地址，可滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)多樣化、差異化需求。

（一）物理網(wǎng)關(guān)

作為企業(yè)內(nèi)部工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析的核心部件，物理網(wǎng)關(guān)是實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部工業(yè)軟件接駁工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息流通的核心技術(shù)。邊緣物聯(lián)網(wǎng)關(guān)具有軟件可定義、接口高度集成、網(wǎng)絡(luò)邊界數(shù)據(jù)隔離與交換等特性，提供強(qiáng)大的邊緣計算能力，適應(yīng)工業(yè)運(yùn)行條件；集成工業(yè)數(shù)據(jù)采集所需的一體化接口，如RS485、MBUS、HART、 遠(yuǎn) 距 離 無 線 電（LoRa）等，匹配復(fù)雜環(huán)境下的工業(yè)軟件一體化。物理網(wǎng)關(guān)擴(kuò)展開發(fā)能力完備，支持基于一體化工業(yè)軟件的二次開發(fā)，用戶自定義的數(shù)據(jù)格式、傳輸方向、接口功能；提供類似私有云服務(wù)，通過 IaaS、平臺即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS）3 種模式構(gòu)建企業(yè)內(nèi)部工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識體系。

高性能網(wǎng)絡(luò)處理平臺系統(tǒng)是物理網(wǎng)關(guān)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的典型應(yīng)用案例。平臺產(chǎn)品包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、IIoT 網(wǎng)關(guān)、應(yīng)用交付負(fù)載均衡設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)深度數(shù)據(jù)包檢測（DPI）設(shè)備，融合應(yīng)用分流設(shè)備，通用路由封裝（GRE）網(wǎng)關(guān)、虛擬隧道端點（vTEP）網(wǎng)關(guān)、虛擬路由器（vRouter）、虛擬防火墻（vFW），視覺信息顯示系統(tǒng)（vIDS），P1、P2、P3、P4 等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用產(chǎn)品。

以工業(yè)設(shè)備異構(gòu)數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）模塊為例，物理網(wǎng)關(guān)的核心支撐能力體現(xiàn)在三方面：

一是以非侵入的方式將企業(yè)內(nèi)部工業(yè)軟件系統(tǒng)中的信息進(jìn)行匯聚、轉(zhuǎn)換、整合、緩存，構(gòu)建實時查詢業(yè)務(wù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一入口；

二是非侵入式地獲取工業(yè)軟件信息，避免數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用接口層面的數(shù)據(jù)采集，而是直接從用戶頁面獲得所需數(shù)據(jù)內(nèi)容，提供配置、標(biāo)記工具輔助數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集；

三是一體化獲取工業(yè)設(shè)備信息，通過與常規(guī)工業(yè)數(shù)據(jù)兼容的采集接口直接采集工業(yè)設(shè)備信息，具有寬泛的設(shè)備接入能力（千臺設(shè)備規(guī)模）。此外，標(biāo)識解析區(qū)域服務(wù)器作為可選項，以中間件形式提供固定 IP、非固定 IP 的鏈路聯(lián)通功能，為中小型企業(yè)提供智能分布式標(biāo)識系統(tǒng)（IDIS）解決方案。

工業(yè)軟件一體化與標(biāo)識解析相結(jié)合，支持在平臺架構(gòu)上部署工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、IIoT 應(yīng)用模塊，支持傳輸控制協(xié)議（TCP）、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）、消息隊列遙測傳輸協(xié)議（MQTT）、受限應(yīng)用協(xié)議（CoAP）、Modbus 通信協(xié)議、程序總線網(wǎng)絡(luò)（PROFIBUS）、超文本傳輸協(xié)議（HTTP）、HTTP 安全版、KFAKA 等常用協(xié)議以及部分企業(yè)私有協(xié)議；支持外接 LoRa、行動熱點（Wi-Fi）、第四代移動通信（4G）、5G 等無線通信模塊，體現(xiàn)出性能高、可靠性高、部署靈活、成本低、維護(hù)簡單等應(yīng)用優(yōu)勢。

（二）接口平臺

接口是一種用于定義程序的協(xié)議，用于描述屬于任何類或結(jié)構(gòu)的一組相關(guān)行為，為應(yīng)用程序、開發(fā)人員提供基于軟件或硬件訪問一組例程的能力（無需訪問源碼或理解內(nèi)部工作機(jī)制）。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析系統(tǒng)的層次架構(gòu)中，接口平臺主要服務(wù)兩類對象：一是對于標(biāo)識解析體系，降低標(biāo)識接入企業(yè)應(yīng)用的技術(shù)門檻，讓各種工業(yè)企業(yè)信息系統(tǒng)在低代碼情況下進(jìn)行標(biāo)識體系一體化；二是對于工業(yè)企業(yè)信息系統(tǒng)的應(yīng)用，提供各類基于標(biāo)識的應(yīng)用場景接口，便于理解標(biāo)識用途并構(gòu)建技術(shù)支撐。

接口平臺通常采用微服務(wù)架構(gòu)。一個微服務(wù)就是一個獨立的實體，可以獨立部署和升級；微服務(wù)實例可被替換而不影響其他微服務(wù)。標(biāo)識解析接口平臺可拆分為標(biāo)識服務(wù)、主數(shù)據(jù)管理、元數(shù)據(jù)管理、大數(shù)據(jù)服務(wù)、業(yè)務(wù)場景服務(wù)、應(yīng)用軟件接口服務(wù)等模塊（見圖 3）。

圖 3 標(biāo)識解析接口平臺技術(shù)架構(gòu)

標(biāo)識服務(wù)模塊提供與標(biāo)識相關(guān)的能力服務(wù)，如解析、注冊、管理、安全、發(fā)現(xiàn)等標(biāo)識功能以及標(biāo)識涉及的主數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)管理能力。大數(shù)據(jù)服務(wù)主要提供非標(biāo)識數(shù)據(jù)的存儲、治理、分析、建模等能力。標(biāo)識應(yīng)用場景將標(biāo)識與業(yè)務(wù)結(jié)合起來，服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈等應(yīng)用軟件之間，企業(yè)間，行業(yè)間的數(shù)據(jù)關(guān)系應(yīng)用，豐富平臺能力。標(biāo)識與大數(shù)據(jù)中臺結(jié)合為應(yīng)用軟件提供數(shù)據(jù)中臺能力。工業(yè)信息應(yīng)用軟件接口分為從業(yè)務(wù)層面拆分的通用類、從廠家層面拆分的專用類，為工業(yè)企業(yè)提供原有應(yīng)用的接入標(biāo)識體系。例如，K/3Cloud 用于標(biāo)識解析系統(tǒng)與工業(yè)企業(yè)內(nèi)部 ERP 系統(tǒng)對接，以接口來實現(xiàn)標(biāo)識系統(tǒng)與工業(yè)軟件的信息及服務(wù)同步；通過標(biāo)識解析系統(tǒng)與 K/3Cloud 系統(tǒng)之間的信息互通，實現(xiàn)物流訂單信息的查看、保存、提交、審核、反審核、刪除等功能。接口平臺是一種輕量級、可維護(hù)、可伸縮的 Web 服務(wù)，以 RESTful 架構(gòu)方式實施開發(fā)；將物流訂單中的發(fā)貨物料信息、發(fā)貨時間、發(fā)貨計劃人、收貨信息等接入標(biāo)識服務(wù)，貫通了工業(yè)企業(yè)的內(nèi)部碼與物流碼，加速物流信息的流通速度，提升物流服務(wù)的準(zhǔn)確度。

（三）云組件技術(shù)

工業(yè)軟件與標(biāo)識解析組件的一體化涉及工業(yè)生產(chǎn)全流程、全生產(chǎn)要素的萬物互聯(lián)。云組件技術(shù)是有競爭力的解決方式，如基于微服務(wù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺能夠通過標(biāo)識解析方式實現(xiàn)工業(yè)軟件的一體化?；谠频摹皹?biāo)識解析與工業(yè)軟件一體化服務(wù)組件”，融合了互聯(lián)網(wǎng)微服務(wù)架構(gòu)、云化能力、中間件，對標(biāo)識解析與異構(gòu)工業(yè)軟件一體化中的共性問題進(jìn)行技術(shù)封裝，屏蔽操作環(huán)境差異；面向工業(yè)企業(yè)用戶提供標(biāo)準(zhǔn)化、便捷性的服務(wù)接口，提升一體化的效率與質(zhì)量，降低了開

發(fā)運(yùn)維難度（見圖 4）。

圖 4 云標(biāo)識微服務(wù)參考架構(gòu)

工業(yè)軟件云平臺由多個獨立的微服務(wù)組成，每個微服務(wù)都有專屬的業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)庫，便于技術(shù)升級、應(yīng)用靈活。云標(biāo)識微服務(wù)通過集成來自邊緣設(shè)備的標(biāo)識數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對設(shè)備消息的內(nèi)容解析、過濾提取、重新整合；進(jìn)而轉(zhuǎn)發(fā)到后端服務(wù)，無縫連接云平臺后端的存儲組件、函數(shù)計算、大數(shù)據(jù)分析套件、工業(yè)軟件應(yīng)用，打破設(shè)備及工業(yè)軟件之間的數(shù)據(jù)隔離。云標(biāo)識微服務(wù)對海量工業(yè)標(biāo)識進(jìn)行統(tǒng)一解析，使用消息隊列服務(wù)之上的 XML/JSON 等格式或者 RESTful Web 服務(wù)來實施風(fēng)險管理、流程管理；將統(tǒng)計數(shù)據(jù)或必要信息傳輸?shù)狡渌畔⒓夹g(shù)或操作技術(shù)系統(tǒng)，如 PLM、ERP、MES、SCM、倉儲管理系統(tǒng)（WMS）等。

六、工業(yè)軟件一體化與標(biāo)識解析的發(fā)展建議

（一）深化企業(yè)應(yīng)用，助力行業(yè)驅(qū)動

標(biāo)識解析推動工業(yè)軟件一體化產(chǎn)業(yè)技術(shù)革新和需求變遷。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析技術(shù)應(yīng)與互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、AI、智能感應(yīng)等技術(shù)進(jìn)行多層次融合，推動形成產(chǎn)品智能追溯、供應(yīng)鏈協(xié)同、產(chǎn)品全生命周期管理等創(chuàng)新技術(shù)變革。探索標(biāo)識解析與工業(yè)軟件的深化融合、與生產(chǎn)端數(shù)據(jù)的全面一體化，形成以供應(yīng)鏈為核心的信息流、物流、資金流等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)閉環(huán)。針對客戶需求日益?zhèn)€性化、多元化的趨勢，工業(yè)軟件一體化應(yīng)積極探索企業(yè)的市場精準(zhǔn)預(yù)判能力，發(fā)展精準(zhǔn)營銷的新模式，借助標(biāo)識實現(xiàn)海量用戶與企業(yè)間的交互一體化，使得大規(guī)模個性化定制、精準(zhǔn)高效決策等成為可能。

工業(yè)軟件一體化應(yīng)致力于優(yōu)化企業(yè)資源配置、賦能產(chǎn)業(yè)效率提升，通過標(biāo)識解析打通工業(yè)軟件以實現(xiàn)生產(chǎn)要素在世界范圍內(nèi)的高速流通。把握行業(yè)增長率變化、客戶需求切換、技術(shù)與營銷革新、行業(yè)日益全球化等驅(qū)動因素，堅持以企業(yè)需求為出發(fā)點，圍繞工業(yè)企業(yè)在產(chǎn)品生命周期各環(huán)節(jié)的需求來提煉場景，提供反映行業(yè)特征的中間件產(chǎn)品服務(wù)。

（二）打造產(chǎn)業(yè)生態(tài)，變革企業(yè)思想

標(biāo)識解析技術(shù)與工業(yè)軟件的融合，打通企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間的信息孤島，伴生的大量應(yīng)用場景也將成為企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展新的驅(qū)動力。建立解決方案供應(yīng)商目錄，培育一批中間件供應(yīng)商；持續(xù)建設(shè)中間件提供商、工業(yè)企業(yè)之間的需求反饋渠道，促進(jìn)中間件提供商快速掌握需求和使用反饋，加速中間件產(chǎn)品迭代。加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)研究與制定，以基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為先導(dǎo)，對標(biāo)識解析與工業(yè)軟件對接中間件的定義、特征、服務(wù)方式、部署模式等形成清晰認(rèn)識，更好指導(dǎo)工業(yè)企業(yè)對中間件服務(wù)的選擇、評價、拓展應(yīng)用。同步推動工業(yè)企業(yè)的經(jīng)營思想變革，鼓勵建立協(xié)同制造、質(zhì)量信用體系，做好行業(yè)協(xié)同推廣與示范工作。工業(yè)企業(yè)應(yīng)深入論證并積極謀劃，加快推進(jìn)企業(yè)內(nèi)部的數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級，實施配套人才培養(yǎng)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；通過統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、開放的架構(gòu)體系與接口，與各個垂直行業(yè)的合作伙伴展開深度合作并融合細(xì)分領(lǐng)域優(yōu)勢，形成工業(yè)產(chǎn)品全生命周期的專業(yè)數(shù)字化解決方案，驅(qū)動以數(shù)據(jù)為核心、以工業(yè)軟件互聯(lián)互通為目標(biāo)的生態(tài)體系建設(shè)。

（三）構(gòu)建培養(yǎng)機(jī)制，強(qiáng)化人才支撐

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析發(fā)展涉及系統(tǒng)建設(shè)、技術(shù)研究、應(yīng)用推廣、生態(tài)建設(shè)諸多方面，隨著多個國家重點項目的上線試運(yùn)行，相關(guān)建設(shè)已步入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵階段。建議加強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析與一體化方向的人才培育力度，注重人才培養(yǎng)成效（具備標(biāo)識應(yīng)用、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)等研究與應(yīng)用能力）并形成規(guī)模；培養(yǎng)機(jī)制與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的前沿發(fā)展相結(jié)合，持續(xù)推動前沿技術(shù)的工程化應(yīng)用。

工業(yè)軟件一體化方向的人才培養(yǎng)具有多學(xué)科、大跨度、深層次交叉等特點，對傳統(tǒng)制造業(yè)人才的轉(zhuǎn)型升級提出了新要求。培養(yǎng)重點是創(chuàng)新能力與操作能力兼具的復(fù)合型人才，既熟悉學(xué)術(shù)與基礎(chǔ)研究，也有較強(qiáng)的實踐應(yīng)用能力，適應(yīng)在復(fù)雜工作環(huán)境下解決疑難問題的工程需求，為工業(yè)軟件與標(biāo)識解析應(yīng)用的一體化和再創(chuàng)新提供智力保障。

轉(zhuǎn)載來源：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)前線

原文刊載于《中國工程科學(xué)》2022年 第24卷 第2期