20180829-工业互联网 标识解析 体系架构白皮书(征求意见稿)(1)(1)
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工业互联网标识解析标准化白皮书(2020年)2020年月前言近年来,以工业互联网为代表的新一代信息技术正在深度重构全球产业模式、企业形态和价值分工,并正在推动全球工业体系发生深刻变革。
标识解析体系作为工业互联网的关键神经系统,是支撑工业互联网网络互联互通的基础设施,也是实现工业互联网数据共享共用的关键。
目前,标识解析体系已初步建立,五大顶级节点间实现互联互通,标识应用成效初步显现,产业基础不断增强,标识解析已从概念形成普及进入到应用实践推广的新阶段。
但仍存在关键技术标准缺失、滞后等问题,亟需大力推进标准化工作,支撑标识解析技术创新及指导产业应用,加速科技成果转化,营造公平竞争的市场环境,激发各类市场主体活力,推动我国工业互联网创新成果向国际标准转化,以标准引领我国制造业高质量发展。
基于此,工业互联网产业产业联盟组织编写本白皮书,梳理标识解析标准化国内外发展现状,分析面向工业互联网场景的标准化新需求,完善现有标准体系框架,提出标准化工作的实施路径,最后结合当前现状给出了标准化工作建议。
目录1. 编写概述 (8)1.1 编写背景 (8)1.2 编写意义 (8)2.标识解析发展现状 (10)2.1 标识解析体系持续完善 (11)2.2 标识技术能力不断增强 (14)2.3 标识应用推广加速发展 (15)2.4 标识产业生态加速构建 (17)3.标识解析标准化国内外进展 (18)3.1国际标准化现状 (20)3.2国内标准化现状 (27)3.3小结 (32)4.标识解析标准化需求分析 (33)4.1整体架构需求 (33)4.2编码与存储需求 (34)4.3采集与处理需求 (35)4.4解析需求 (35)4.5数据与交互需求 (36)4.6设备与中间件需求 (37)4.7异构标识互操作需求 (38)4.8应用支撑需求 (38)5.标识解析标准化实施路径 (40)5.1标准化体系框架 (40)5.2标准研制和应用 (47)6.标准化工作建议 (49)1. 编写概述1.1 编写背景工业互联网标识解析体系是工业互联网网络体系的重要组成部分,是支撑工业互联网互联互通的神经枢纽。
1 概念工业互联网APP(以下简称工业APP)是基于工业互联网,承载工业知识和经验,满足特定需求的工业应用软件,是工业技术软件化的重要成果。
工业APP是面向工业产品全生命周期相关业务(设计、生产、实验、使用、保障、交易、服务等)的场景需求,把工业产品及相关技术过程中的知识、最佳实践及技术诀窍封装成应用软件。
其本质是企业知识和技术诀窍的模型化、模块化、标准化和软件化,能够有效促进知识的显性化、公有化、组织化、系统化,极大地便利了知识的应用和复用。
相对于传统工业软件,工业APP具有轻量化、定制化、专用化、灵活和复用的特点。
用户复用工业APP而被快速赋能,机器复用工业APP而快速优化,工业企业复用工业APP实现对制造资源的优化配置,从而创造和保持竞争优势。
在工业互联网平台环境下,有利于推进工业APP的开发、应用及共享,形成生态环境,促进知识的传播与复用,把知识经济推向新的时代。
1.1工业APP的形成知识承载方式的变迁。
知识最初只存在于人脑,后来人与知识分离,知识以文字和图片等方式外化于竹简、布帛和纸张上。
直到计算机出现,诸如机械、电子物理、化学等领域专业知识,工业生产实践经验及诀窍,基于已知工业机理构建的各类模型,逐步进入了计算机,形成早期的工业软件。
工业APP的出现促进了工业技术沉淀、传播和应用效率的极大提升。
目前知识的形成方式有两种。
大量的工业知识靠人形成,1保存在人脑、图文文献等载体中。
这种方式不利于传承,不利于持续改进,不利于知识管理。
要解决这些问题,不仅要把人脑中的隐性知识外化为显性知识,还要将知识标准化、代码化,固化在软件中。
还有大量的知识隐藏在数据之中,需要通过统计、分析、机器学习等方法对现有的工业大数据的分析与挖掘,找到故障模式、缺陷特征、最佳工艺参数等人难把握的知识,将其固化在软件中。
封装了工业知识的智能工业APP,对人和机器快速高效赋能,突破了知识应用对人脑和人体所在时空的限制,最终直接驱动工业设备及工业业务,在赛博空间(Cyberspace)形成强大数字劳动力,极大地促进社会生产力的发展。
工业和信息化部、教育部、科学技术部等十二部门近日印发《工业互联网标识解析体系“贯通”行动计划(2024—2026年)》,提出到2026年,我国建成自主可控的标识解析体系,在制造业及经济社会重点领域初步实现规模应用,对推动企业数字化转型、畅通产业链供应链、促进大中小企业和一二三产业融通发展的支撑作用不断增强。
工业互联网是第四次工业革命的重要基石,是数字经济与实体经济深度融合的关键底座,是新型工业化的战略性基础设施。
工业互联网标识解析体系通过促进产业链上下游数据互通、信息共享,已成为工业互联网的重要纽带和神经系统,为提升产业链供应链韧性和安全水平提供新的路径。
《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出打造自主可控的标识解析体系。
为深入实施工业互联网创新发展战略,推动工业互联网标识解析赋能千行百业,决定开展工业互联网标识解析体系“贯通”行动。
一、总体要求(一)指导思想以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,全面贯彻党的二十大精神,立足新发展阶段,完整、准确、全面贯彻新发展理念,服务构建新发展格局,着力推动工业互联网高质量发展,提升工业互联网标识解析体系应用赋能水平,加速工业大数据循环,优化全产业链、全价值链、全生命周期管理与服务,为推进新型工业化,加快建设制造强国、网络强国、数字中国提供有力支撑。
(二)总体目标到2026年,建成自主可控的标识解析体系,在制造业及经济社会重点领域初步实现规模应用,对推动企业数字化转型、畅通产业链供应链、促进大中小企业和一二三产业融通发展的支撑作用不断增强。
———规模应用关键指标大幅提升。
标识解析体系服务企业数突破50万家,在60个行业应用推广标识解析体系,累计注册量突破6000亿个,日均解析量达3亿次以上,主动标识载体部署超过5000万枚,骨干企业应用普及率高于行业平均水平。
———重点领域标识应用成效凸显。
在生产制造、消费品工业、绿色低碳、安全生产等领域初步实现规模应用,行业“链主”企业带动作用进一步提升,在数字医疗、城市治理、产业集群等领域树立一批样板标杆。
工业互联网信息模型白皮书(征求意见稿)2020年4月目录一、概述 (1)(一)构建工业互联网信息模型将助力工业互联网信息交互 (1)(二)传统工业垂直领域信息模型难以满足工业互联网协同发展需求 (3)(三)构建工业互联网信息模型将推动工业互联网的高质量发展 (4)二、3IM的内涵 (4)(一)3IM的范围 (4)(二)3IM的定义 (6)三、3IM的应用 (7)(一)设备-设备闭环 (8)(二)设备/系统-信息系统闭环 (8)(三)设备/系统-信息系统-应用闭环 (9)(四)企业-产品-用户闭环 (9)四、3IM的框架 (10)(一)3IM基本框架 (10)(二)3IM的包含与被包含关系 (11)(三)3IM包含的关键要素 (14)(四)3IM和工业互联网体系架构的关系 (14)五、构建3IM的主要步骤 (17)(一)需求确定 (17)(二)了解现状 (18)(三)定义信息模型 (18)(四)搭建信息模型实例 (18)(五)测试验证 (19)(六)部署实施 (19)(七)推广应用 (20)六、附件 (20)(一)应用场景概览 (20)(二)机械工业仪器仪表综合技术经济研究所制造装备信息模型 (21)(三)中国科学院沈阳自动化研究所机器视觉信息模型 (24)(四)华为技术有限公司OceanConnect IoT云服务信息模型 (27)前言受各国战略引领和市场推动影响,全球工业互联网信息的应用呈现加速发展态势,各企业和研究单位纷纷涉足工业互联网信息标准化领域,试图寻找一种有效可靠的方法,实现信息的互联互通互操作。
近年来,国内外一些研究组织和单位机构陆续开展了信息模型的相关研究工作,信息模型技术方向的研究成果也得到不断丰富。
国内方面,中国信息通信研究院、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、中科院沈阳自动化研究所、华为等单位针对信息模型相关技术展开研究,涉及到信息模型的通用建模规则、模型元素定义、语义化描述方法以及信息模型统一描述等内容。
工业互联网平台安全白皮书(报告来源/作者:国家工业信息安全发展研究中心和工业信息安全产业发展联盟)本白皮书旨在共商工业互联网平台安全,共筑产业生态,主要分为六个部分。
第一部分介绍了国内外工业互联网平台发展情况。
第二部分梳理了工业互联网平台安全防护现状。
第三部分分析了工业互联网平台安全需求与边界。
第四部分提出了包含防护对象、安全角色、安全威胁、安全措施、生命周期五大视角的工业互联网平台安全参考框架。
第五部分汇编总结了保障工业互联网平台安全的关键技术。
第六部分从政策标准、安全技术、产业协同三个方面对工业互联网平台安全发展进行展望。
一、工业互联网平台发展情况(一)工业互联网平台概述国际主流工业大国都在大力推进工业互联网建设,并以工业互联网平台为引擎,探索工业制造业数字化、智能化转型发展新模式。
工业互联网平台是面向制造业数字化、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,支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台。
目前,业界已基本形成智能终端(边缘)+云架构+工业APP的工业互联网平台技术架构,一方面平台承载工业知识与微服务,向上支撑工业APP和云化工业软件的开发和部署,为企业客户提供各类应用服务;另一方面工业互联网平台向下实现海量的多源设备、异构系统的数据采集、交互和传输,支持软硬件资源和开发工具的接入、控制及应用。
随着国内外对工业互联网平台变革性质和重要作用的认识不断深入,制造企业、自动化企业、通信企业、互联网企业等各类主体聚焦自身核心能力,基于公有云、私有云或混合云构建面向不同行业领域、不同技术架构、不同运行模式的工业互联网平台,旨在提升设备连接、设备管理、数据存储及处理、数据高级分析、软件应用管理、平台应用开发、整合集成等服务能力,用于满足工业领域设备产品管理、业务运营优化、社会化资源协作三个方面的需求,以实现降低成本、提高效率、提升产品和服务品质、创造新价值四大成效。
工业互联网标识解析标准化白皮书(2020年)2020年月前言近年来,以工业互联网为代表的新一代信息技术正在深度重构全球产业模式、企业形态和价值分工,并正在推动全球工业体系发生深刻变革。
标识解析体系作为工业互联网的关键神经系统,是支撑工业互联网网络互联互通的基础设施,也是实现工业互联网数据共享共用的关键。
目前,标识解析体系已初步建立,五大顶级节点间实现互联互通,标识应用成效初步显现,产业基础不断增强,标识解析已从概念形成普及进入到应用实践推广的新阶段。
但仍存在关键技术标准缺失、滞后等问题,亟需大力推进标准化工作,支撑标识解析技术创新及指导产业应用,加速科技成果转化,营造公平竞争的市场环境,激发各类市场主体活力,推动我国工业互联网创新成果向国际标准转化,以标准引领我国制造业高质量发展。
基于此,工业互联网产业产业联盟组织编写本白皮书,梳理标识解析标准化国内外发展现状,分析面向工业互联网场景的标准化新需求,完善现有标准体系框架,提出标准化工作的实施路径,最后结合当前现状给出了标准化工作建议。
目录1. 编写概述 (8)1.1 编写背景 (8)1.2 编写意义 (8)2.标识解析发展现状 (10)2.1 标识解析体系持续完善 (11)2.2 标识技术能力不断增强 (14)2.3 标识应用推广加速发展 (15)2.4 标识产业生态加速构建 (17)3.标识解析标准化国内外进展 (18)3.1国际标准化现状 (20)3.2国内标准化现状 (27)3.3小结 (32)4.标识解析标准化需求分析 (33)4.1整体架构需求 (33)4.2编码与存储需求 (34)4.3采集与处理需求 (35)4.4解析需求 (35)4.5数据与交互需求 (36)4.6设备与中间件需求 (37)4.7异构标识互操作需求 (38)4.8应用支撑需求 (38)5.标识解析标准化实施路径 (40)5.1标准化体系框架 (40)5.2标准研制和应用 (47)6.标准化工作建议 (49)1. 编写概述1.1 编写背景工业互联网标识解析体系是工业互联网网络体系的重要组成部分,是支撑工业互联网互联互通的神经枢纽。
工业互联网标识解析体系架构白皮书(征求意见稿)工业互联网产业联盟(AII)2018年编写说明近年来,随着互联网和新一代信息技术与传统行业的加速融合,全球新一轮科技革命和产业变革正蓬勃兴起,一系列新的生产方式、组织方式和商业模式不断涌现,工业互联网也随之应运而生,并正在推动全球工业体系发生深刻变革。
工业互联网的本质是以机器、原材料、控制系统、信息系统、产品以及人之间的网络互联为基础,通过对工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析,实现智能控制、运营优化和生产组织方式变革。
标识及标识解析技术是实现工业互联网快速发展的关键技术。
其中,工业互联网标识是指能够唯一识别机器、产品、算法、工序等制造业物理资源和虚拟资源的身份符号。
工业互联网标识类似于互联网域名,赋予每一个产品、零部件、机器设备唯一的“身份证”,以实现资源区分和管理。
工业互联网标识解析是指能够根据标识编码查询目标对象网络位置或者相关信息的系统装置。
工业互联网标识解析类似于互联网域名解析,可以通过产品标识查询存储产品信息的服务器地址,或者直接查询产品信息以及相关服务。
指导单位:工业和信息化部牵头编写单位:中国信息通信研究院编写组成员:目录一、标识解析的内涵与外延 (1)(一) 标识解析的内涵 (1)(二) 标识解析的意义 (2)二、工业互联网标识解析应用场景与需求 (5)(一) 工业互联网标识解析典型应用场景 (5)(二) 工业互联网标识解析需求分析 (13)三、工业互联网标识解析体系功能架构 (17)(一) 功能框架 (17)(二) 基础资源 (18)(三) 关键角色 (21)四、工业互联网标识解析体系实施架构 (23)五、工业互联网标识解析体系管理架构 (27)(一) 开展工业互联网标识解析体系管理架构设计的意义 28(二) 工业互联网标识解析体系管理架构设计 (29)六、工业互联网标识解析体系发展趋势 (33)一、标识解析的内涵与外延(一) 标识解析的内涵工业互联网标识解析体系是工业互联网网络架构的重要组成部分,是维护全球工业互联网稳定运行的重要基础设施和服务,其作用就类似于互联网领域的域名解析系统(DNS)。
工业互联网标识解析体系的核心包括标识编码和解析系统两部分:一是标识编码,能够唯一识别机器、产品等物理资源和算法、工序等虚拟资源的身份符号,类似于“身份证”;二是解析系统,能够根据标识编码查询目标对象网络位置或者相关信息的系统装置,对机器和物品进行唯一性的定位和信息查询,是实现全球供应链系统和企业生产系统的精准对接、产品全生命周期管理和智能化服务的前提和基础。
目前国内外存在许多不同的标识解析体系技术方案,但大都仅在个别领域做了初步探索,散而弱,不能满足工业互联网发展需要。
互联网领域美国通过掌控域名系统根服务器,形成国际互联网单边治理格局,工业互联网为我国提供了建设自主可控标识解析体系的时间窗口和改变网络治理格局的历史机遇。
因此,亟需国家统筹协调,发挥产业各方力量,形成体系化推进,提升国际话语权和影响力。
(二) 标识解析的意义1.标识解析体系是网络治理格局的关键近三十年来,域名系统作为重要的网络基础设施之一,始终是全球互联网正常运转的重要支撑,域名资源和根服务器的管理权之争也长期成为互联网治理的焦点议题。
一是域名、标识等网络基础资源的分配具有重要意义。
为了保证唯一性,任何域名、标识一经分配,则任何人不得重复申请和使用。
因此考虑到国家地理位置、企业品牌商标、文化和习俗等方面原因,网络基础资源的分配具有一定竞争性。
同时为了便于分配和管理,域名、标识等普遍使用分级、分段编码机制。
因此根服务器节点的管理机构通常负责受理和注册顶级前缀,把持网络基础资源分配入口。
任何域名、标识顶级前缀的申请、审核、受理,以及后续信息变更都在根服务器节点管理机构政策要求下进行。
二是标识解析系统运营机制属于互联网治理规则范畴。
为提高系统稳定性和服务效率,标识解析系统通常设有多个根服务器节点。
而根服务器节点的选取、不同根服务器节点之间的互联互通,甚至其商业模式等问题,都涉及到多个不同利益相关方,需要国际社会统一协商,才能得到广泛认可。
三是根服务器节点扮演全球网络服务的关键入口角色。
以域名系统为例,任何域名解析查询,都需要得到根服务器指引,所以根服务器稳定高效的运作对保证互联网应用环境、稳定、促进互联网上层业务进一步发展具有重要意义。
目前工业互联网尚未形成全球大规模部署和应用的标识解析体系,存在构建新型标识解析体系的可能性和窗口期,就为在一定程度上改善网络治理格局带来了新的契机。
2.标识解析体系是维护网络主权的屏障标识解析体系是网络互联互通的重要基础设施。
互联网中用户与网站之间的通信,首先需要经过域名系统进行信息寻址;工业互联网中机器与机器之间、机器与产品之间的通信,首先需要经过工业互联网标识解析系统进行信息寻址。
根服务器节点又是影响标识解析体系发挥互联互通作用的关键。
正常情况下,根服务器节点是联通各个国家、地区标识解析系统的枢纽。
当用户所查询的信息不在本国范围内时,则可通过根服务器节点将请求转发到其他国家或地区。
但如果发生极端情况,掌握根服务器节点控制权的国家,则可以通过在根区数据文件中删除敌对国家顶级前缀的方式造成对方网络中断,使得其他人都无法在网络中寻找到该国服务和信息。
掌控标识解析服务还是分析国民经济的重要抓手。
目前,数据已经成为互联网和工业互联网的核心所在。
而通过分析互联网域名系统数据,可以判断一个国家互联网网站数量、互联网公司服务器地理分布、网民查询和使用互联网的趋势等关键信息;通过分析工业互联网标识解析系统数据,可以判断一个国家工业门类、产品目录、企业数量、行业分布、地理分布、企业间互联情况、供应链情况等关键信息,甚至可能间接反映出一个国家的经济运行状况。
3.标识解析体系是网络空间创新的起点在互联网时代,TCP/IP协议为主机和主机之间通信提供了技术保障,将不同的异构网络连接到一起,而大量的应用创新则起源于DNS域名系统的诞生。
首先,域名为网站提供了人类用户容易识别和记忆的名称,使得上网不再需要复杂的专业知识;其次,随着网站数量的快速增加,当我们无法记住越来越多的网站域名之后,由“域名到IP地址”提供一对一查询服务的DNS域名系统就激发了由“关键词到网址”提供一对多、多对多查询服务的搜索引擎,雅虎、谷歌、百度等一批互联网巨头应运而生;最后,考虑到用户建立自己的网站,不仅仅需要购买域名和IP地址,还需要一个相对模板化的空间来降低开发难度,所以早期互联网公司都是提供网络空间租借等服务,最后演变为可以提供虚拟计算资源、存储资源、网络资源的云计算。
在工业互联网时代,新一代信息技术(IT)与传统操作技术(OT)加速融合,正在激发出智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸等许多新模式新业态。
由于目标对象的不同、服务粒度的不同、技术方案的不同,工业互联网标识解析体系可能成为未来网络空间创新的起点。
首先,标识数据采集从“人为输入域名网址”转变为扫描二维码、射频识别(RFID)等自动化手段;其次,标识数据处理和查询从面向主机的DNS协议转变为面向数据的Handle协议等;最后,标识数据应用从单一的网站浏览转变为产品追溯、供应链管理、全生命周期管理等新模式。
二、工业互联网标识解析应用场景与需求(一) 工业互联网标识解析典型应用场景目前,工业互联网应用模式主要可以归纳为智能化生产、个性化定制、网络化协同、服务化延伸等四类业务场景,标识编码和标识解析服务在四类场景中均发挥重要支撑作用。
1.标识解析在智能化生产中的应用工业互联网中的“智能化生产”是指实现从单个机器到产线、车间乃至整个工厂的智能决策和动态优化,显著提升全流程生产效率、提高质量、降低成本。
从实现角度看,智能化生产可以分为两种基本模式。
一是叠加式网络,局部改造。
即在现有制造系统基础上,通过部署嵌入式系统和新型网络,实现现场数据的采集和集成,并开展大数据分析优化,实现智能生产与管理。
例如华为为某酒企实施的智能工厂改造,在原有自动控制设备基础上,部署基于4G的无线宽带集群系统,实时采集温度、湿度、成分比例、设备状况等各类参数,依据大数据分析结果进行优化控制,产能提升40%、能耗下降30%。
二是集成式网络,全面改造。
即部署新型工业网络同时实现控制与现场数据采集,通过新型数据集成软件,实现各类传感器、控制系统和软件数据的集成,并在此基础上通过大数据分析实现智能生产与管理。
例如海尔沈阳无人工厂,全面集成生产管控、物流管理、企业管理、设计平台等系统,实现单线五百多种型号产品的柔性制造,大幅削减物流配送距离。
以智能化生产的第一种实现方式,即“叠加式网络,局部改造”为例,使用标识解析的具体应用流程如下图所示:第一步:对监测设备或者传感器进行打码标识,可以是内嵌的虚拟标识,也可以是外部附着的 RFID 电子标签等。
第二步:当监测设备或传感器首次接入网络时,向工业数据平台进行注册,或者直接向企业标识解析系统进行注册。
第三步:当工业数据平台需要查询监测设备或传感器所采集的数据时,先通过标识解析系统获取监测设备或传感器的地址,然后建立通信来查询具体数据。
2.标识解析在个性化定制中的应用工业互联网中的“个性化定制”是指基于互联网获取用户个性化需求,通过灵活组织设计、制造资源和生产流程,实现低成本大规模定制。
从实现角度看,个性化定制应用中利用互联网平台和智能工厂建设,将用户需求直接转化为生产排单,开展以用户为中心的个性定制与按需生产,有效满足市场多样化需求,解决制造业长期存在的库存和产能问题,实现产销动态平衡。
一是众创定制。
借助互联网平台,大众发起、参与企业新产品研制。
海尔天铂空调由用户提出创意、30多名发烧友共同交互设计、一千多名用户参与支持,在设计的同时即实现了万名用户预约下单的业绩。
二是深度定制。
通过互联网平台,用户与企业一对一交互产品设计元素和细节,企业根据用户个性化需求利用柔性生产线定制生产,如红领集团、鲁泰纺织、尚品宅配等。
个性化定制场景中,假定产品具有主体原材料,则使用标识解析的具体应用流程如下图所示:第一步:定制平台生成订单标识 ID 及对应的订单描述文件Profile。
第二步:订单进入企业资源计划(ERP),ERP根据订单生成工序系列,然后每个工序又匹配物料。
此时该信息还会被传递给供应链管理系统(SCM),来决定供货和调度。
第三步:生产执行系统(MES)根据 ERP 给出的订单号或者其他方式进行原材料编码,然后通过 RFID 标签、二维码等形式对原材料进行打码标识。
第四步:生产设备读取标签信息,识别主体原材料标识ID。
第五步:根据主体原材料标识 ID,查询 ERP 中对应的订单描述文件 Profile 和关联工序,然后机器进行相应处理3.标识解析在网络化协同中的应用工业互联网中的“网络化协同”是指形成众包众创、协同设计、协同制造、垂直电商等一系列新模式,大幅降低新产品开发制造成本、缩短产品上市周期。