2021工业互联网标识应用白皮书.pdf
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1、工业互联网标识应用白皮书(2021)工业互联网标识应用白皮书(2021)工业互联网产业联盟(AII)2021 年 12 月编写说明编写说明工业互联网标识解析体系构建以来,节点建设及应用落地工作初见成效,工业互联网标识的大规模、创新型应用将成为接下来工业互联网标识解析体系建设工作推进的重点。目前已有企业开展工业互联网标识应用探索,在此基础上,工业互联网产业联盟(以下简称“联盟/AII”)联合多家企业共同编写和发布 工业互联网标识应用白皮书。2020 年 12 月 28 日工业互联网标识管理办法发布,2021 年6 月 1 日起已正式实施。与此同时,北京、上海、广州、武汉、重庆五大国家顶级节点持续
2、稳定运行,南京、贵阳两大灾备节点启动建设,初步形成分层授权、“东西南北中”的一体化格局。二级节点建设形成规模,截至 2021 年 11 月,上线二级节点 165 个,分布于 25 个省(自治区、直辖市),覆盖机械、材料、食品等 32 个重点行业,接入企业超过 45000 家,标识注册总量突破 690 亿。工业互联网标识解析体系将继续发挥网络基础设施的作用,以工业互联网标识应用作为抓手,推动企业数字化转型。目前工业互联网标识应用已经围绕工业场景中的产品设备、过程流程、产业资源这三个垂直层级构建出了产业生态体系,积聚了一批产业生态伙伴共同推进工业互联网标识应用的探索与落地。在国内外新的经济形势下,
3、企业应结合自身特点,深度挖掘工业互联网标识应用的价值,加快企业数字化的步伐。也希望能与产、学、研、用等业内同仁等共享成果,共谋工业互联网标识应用新发展。组织单位:组织单位:工业互联网产业联盟牵头编写单位:牵头编写单位:中国信息通信研究院参与编写单位:参与编写单位:(排名不分先后)北京泰尔英福网络科技有限公司、中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司、中船黄埔文冲船舶有限公司、合医(北京)网络科技有限公司、北京华信瑞德信息有限公司、紫光云技术有限公司、江苏中天互联科技有限公司、海洋石油富岛有限公司、桐乡市五疆科技发展有限公司、广东鑫兴科技有限公司等。感谢以上单位对联盟工作的大力支持。编写组主要成
4、员:编写组主要成员:罗松、刘澍、李瑞兴、刘巍、刘东坡、曾西平、尚攀、董超、叶子豪、时晓光、李铭岩、许丽、王剑、刘文站、时宗胜、张扬、区景安、许浩、王会成、张晓目录一、工业互联网标识应用概述.31.1 工业互联网标识应用发展背景.31.2 工业互联网标识应用概念与特征.4二、工业互联网标识应用发展态势.72.1 工业互联网标识应用需求.72.2 工业互联网标识应用发展现状.82.3 工业互联网标识应用图谱.102.4 工业互联网标识应用实施架构.122.5 工业互联网标识应用模式.13三、工业互联网标识应用发展面临的挑战.243.1 标识应用给企业带来的价值体现尚不显著.243.2 标识应用带来
5、的数据连接和赋能效应不充分.243.3 标识应用的商业模式仍在探索.25四、工业互联网标识应用发展趋势及展望.254.1 主动标识载体技术应用是未来标识应用的重要着力点.254.2 工业互联网标识应用与 5G 融合应用具备巨大发展空间.264.3 工业互联网标识应用将构建多跨的知识模型体系.274.4 工业互联网标识应用助力中小企业实现数字化转型.284.5 新型标识支持高安全可信标识应用实现技术融合发展.28五、工业互联网标识应用案例汇编.295.1 产品设备层.295.2 过程流程层.325.3 产业资源层.34一、工业互联网标识应用概述1.1 工业互联网标识应用发展背景工业互联网是第四次
6、工业革命的重要基石和关键路径。结合我国产业实践,工业互联网为我国产业实现数字化、网络化、智能化转型升级提供了现实路径。工业互联网标识作为机器、产品等物理资源和算法、工艺等虚拟资源唯一的“身份证”编码,承载了这些物理与虚拟资源编码背后的数据,是工业互联网实现人与人、人与物、人与机器数据互联的重要基因。工业互联网标识应用以网络为基础、平台为中枢、数据为要素、安全为保障,与区块链、大数据、人工智能等技术的深度融合,重塑企业形态、产业链与价值链。工业互联网标识应用已经在能源、石化、机械、船舶、医疗、食品等多个行业落地,在与制造业和信息通信等多领域技术的融合集成中显现了巨大的生命力和创造力,为进一步创造
7、新的工业互联网发展动能奠定了基础。图 1 工业互联网标识应用发展概况1.2 工业互联网标识应用概念与特征1.2.1 工业互联网标识应用概念工业互联网标识应用(Identifier Applications)是指结合行业应用场景,依托分布式数据架构的工业互联网标识解析体系,基于工业互联网标识解析系统平台,将编码规范、数据规范进行有机的结合,以工业互联网标识为数据流转的桥梁,牵引数据在行业间、平台间、企业间、系统间流转,向用户提供产品全生命周期管理、设备运行维护、供应链协同、生产运营优化、产业链协同等应用软件。工业互联网标识应用一般需要包含业务逻辑、数据对象模型、数据对象交换模型、行业领域机理模型
8、、模型算法等要素。1.2.2 工业互联网标识应用典型特征1.编码统一性编码统一性是指工业互联网标识均按照统一规范制定。工业互联网标识编码由标识前缀与标识后缀组成,前缀与后缀之间以 UTF-8 字符“/”分隔。其中标识前缀由国家代码、行业代码、企业代码组成,用于唯一标识企业主体。标识后缀码由对象代码和安全代码组成,安全代码为可选。通过统一前缀的工业互联网标识,工业互联网标识应用能够定位唯一识别机器、产品等物理资源和数据、算法等虚拟资源的身份。通过解析,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。图 2 工业互联网标识统一编码规范2.数据统一性数
9、据统一性是指标识解析节点企业会定义基于场景需求的工业互联网标识应用的元数据、主数据,并建立元数据库、主数据库。企业根据元数据库、主数据库给出标识对象对应的属性值,以支持基于工业互联网标识解析体系的各种创新应用。3.接口统一性接口统一性是指标识解析二级节点需要与标识解析国家顶级节点、标识解析企业节点、标识解析递归节点对接,并满足相应的接口规范要求。标识解析节点提供开放端口,接受并响应标识解析递归节点查询。标识解析二级节点提供标识公共基础平台服务,能够对外提供规范的 API 接口,为工业互联网标识应用提供支撑和服务能力,并支持第三方开展工业互联网标识应用的自定义创新。4.数据多跨性数据多跨性是指通
10、过给每一个对象赋予具备统一编码规范、数据规范、解析规范的标识,以工业互联网标识应用的牵引,实现跨地域、跨行业、跨企业的信息查询和共享。工业互联网标识应用通过为各种物理资源和虚拟资源分配标识的方式,为推进数据互通提供实现路径,同时与行业特性深度融合,深入挖掘企业痛点和场景需求,对现有工业系统和操作流程进行改造,发挥工业互联网标识应用的价值。图 3 工业互联网标识解析助力数据多跨二、工业互联网标识应用发展态势2.1 工业互联网标识应用需求无论是离散行业还是流程行业,企业信息化建设程度到哪个层级,都面临着设备类型及业务系统多样化、数据类型复杂、产业链上下游企业众多、企业广泛需要使用不同规范的标识编码
11、标记各类要素的实际情况。一方面,不同系统的编码和解析方式不尽相同,造成跨工序、跨系统的数据流通存在障碍,增加了生产管控协同与企业一体化运营的难度。另一方面,针对产业链上各环节生产的各类产品,需要通过标识对产品采购、生产、运输、使用等全生命周期信息进行标记,产业链有建立完整的产品全生命周期数字化档案的需求。第三,不同企业的编码和解析方式不同,造成跨企业的数据流通存在障碍,增加了上游供应商、第三方物流服务商、核心生产商等产业链、供应链各方协同的难度。亟需一套兼容不同技术、能实现够跨系统、跨层级、跨地域数据流转的基础体系。基于工业互联网标识解析体系,为行业上下游企业设备、产品等都将赋予唯一的工业互联
12、网标识,借助二维码、RFID、条码,以及工业数据采集、大数据分析等技术提供工业互联网标识应用服务,广泛开展产品全生命周期管理、产品质量管理、供应链优化管理、生产运维管理等工业互联网标识应用。针对不同行业、场景、需求,以工业互联网标识应用为牵引,助力企业价值提升,实现各全要素、全产业链、全价值链的全面连接。2.2 工业互联网标识应用发展现状1.工业互联网标识应用发展初具规模化,发展路径逐渐明晰1.工业互联网标识应用发展初具规模化,发展路径逐渐明晰工业互联网标识数据资源池已经具备一定规模。截止到 2021 年11 月,标识解析注册量已经超过 690 亿,这意味着整个工业互联网标识解析体系已经拥有了
13、超过 690 亿的底层数据。工业互联网标识数据覆盖人、机、料、发、环等产业链各环节、各要素。工业互联网标识应用覆盖机械、材料、石化、家电等 32 个重点行业。工业互联网标识应用已摸索出通用的规模化发展路径。基于工业互联网标识应用对象的侧重点,将工业互联网标识应用体系分为产品设备、过程流程、产业资源三个层次。工业互联网标识应用以数据应用为核心,以数据模型单点优化、业务模型线性互联、知识模型全局赋能自下而上数据流指导决策优化和模式创新,形成数据优化闭环。图 4 大型企业和中小企业主要标识应用占比2.工业互联网标识应用发展不均衡,深度融合型应用成为深化发展方向2.工业互联网标识应用发展不均衡,深度融
14、合型应用成为深化发展方向工业互联网标识应用实现了从 0 到 1 的突破,但目前产业仍处于培育期,缺乏打通行业多环节、高融合性的应用,应用企业数量有限,工业互联网标识应用互联互通的价值未发挥。设备和产品管理在工业互联网标识应用中数量最多、范围最广。从整体来看,工业互联网标识应用主要集中在产品及设备管理相关场景,尤其是产品追溯、设备状态管理、防伪追溯、产品质量管理。产品追溯应用已经在大型企业和中小型企业广泛应用,在设备状态检测场景的应用大型企业多于中小型企业。在生产制造和运营优化场景中,工业互联网标识应用也有了部分探索。在这些场景中,大型企业应用覆盖率远高于中小企业。生产制造和运营优化管理是企业降
15、本增效发挥空间最大,产生价值最高的环节,也是数字化转型的关键。通过数据的采集处理分析各类型过程数据,优化生产过程,提高生产效率。中小型企业受制于投入较大、价值体现不显著等原因影响,应用落地较缓慢。产业资源协同应用程度普遍不高,且大型企业占绝对优势。产业协同应用零散分布,应用实践覆盖最高的协同制造也仅为 14%。跨系统、跨企业、跨行业数据汇聚共享是实现产业资源优化配置、产业转型升级的关键,但由于涉及主体较多、应用较为分散,应用覆盖明显低于其他两个层级。3.工业互联网标识应用不断创新探索,加速产业生态良性发展3.工业互联网标识应用不断创新探索,加速产业生态良性发展利用工业互联网主动标识载体技术的创
16、新型应用取得进展。工业互联网主动标识载体应用已在汽车、热力、能源、磨具等多个领域开展应用试点。在汽车制造领域,主动标识载体技术应用于生产设备智能管理和关键零部件供需分析应用,助力汽车制造工业总装智慧工厂建设,提升汽车制造行业智能化发展水平。在新能源汽车安全预警应用领域,利用主动标识载体技术协助平台快速锁定问题车辆,实现基于标识系统的实时目标车辆监测,确保传输数据的精准度,赋能新能源汽车运行安全预警系统,提高数据应用的及时性和精准度,降低数据传输成本。创新型工业互联网标识应用的落地与发展,也推动了工业互联网标识应用与芯片、智能终端、物联网、通信模组等行业与技术的融合,加速了工业互联网标识应用产业
17、生态的丰富与扩展,并催生出更多的融合型工业互联网标识应用的创新实践与探索。2.3 工业互联网标识应用图谱工业互联网标识应用图谱按照产品设备层、过程流程层、产业资源层三层架构,覆盖从单点应用、企业级应用到行业级应用的工业互联网标识应用全景图。图 5 工业互联网标识应用图谱1.产品设备层工业互联网标识应用在产品设备层通过传感器、数据采集设备、智能终端、主被动标识载体等构筑企业数据汇聚能力。围绕产品、设备(机理模型)、产线、车间等场景,依托工业互联网标识应用,通过对上述物理、虚拟对象进行唯一标识,将物理身份和数字身份映射,保障有源数据全面收集、积累。针对单点维度,面向产品全生命周期管理、产品防伪追溯
18、、产品质量管理、设备维护与监测、产品数字化交付等场景开展标识应用。2.过程流程层工业互联网标识应用在过程流程层依托产品设备层形成的标识数据资源池,开展了丰富的应用探索与落地。围绕生产、工艺、流程等场景开展了生产过程管理、供应链管理、运营优化、生产协同、生产安全管理等应用。工业互联网标识应用在过程流程层即带有通用化属性,也与行业属性密切结合。工业互联网标识应用在过程流程层,需要同大量的工业软件进行数据交互。通过给工业软件中的数据进行规范化标识,利用标识解析数据中间件与标识解析系统的对接,把工业数据注册到标识解析系统中,工业软件根据本地数据权限的规则,随时按需查询和交互工业数据。很多企业在发展过程
19、中,部分工厂采用国产软件、部分工厂采用国外软件,实际工作中就面临着数据交互难的问题。基于工业互联网标识应用进行数据打通帮助企业节约了大量开发成本,也丰富了工业互联网标识应用的数据与场景。3.产业资源层工业互联网标识应用在产业资源层以标识解析国家顶级节点为核心,依托标识解析二级节点和标识解析递归节点,形成统一管理、互联互通、高效可靠的基础设施。实现产业链、全要素的互通。基于标识数据资源池、行业级工业互联网平台的建设,打造产业链协同、数据资源共享、供应链金融、产融结合等应用。相对于过程流程层丰富的工业互联网标识应用,在产业资源层,工业互联网标识应用需要行业龙头牵引、产业资源注入、产业链相互协同,最
20、终形成价值链闭环,推动产业资源层工业互联网标识应用的推广落地。2.4 工业互联网标识应用实施架构图 6 工业互联网标识应用实施架构1.设备层级建设部署借助标签载体和数采设备,依托标识解析企业节点标识注册功能,对产业链全流程中唯一识别的物理实体和虚拟实体进行“一物一码”标识,形成企业底层数据资源池。物理实体如原材料、设备、人员、产成品,虚拟实体如订单、仓单、物流单、模型算法等。2.边缘层级建设部署部署标识解析中间件,形成可识别数据对象的管理和流转能力,同时与企业工业软件实现接口对接,协助企业提供标识注册、解析功能,快速实现工业互联网标识应用能力。3.企业层级建设部署产业链上下游及相关企业应以独立
21、建设或托管建设的方式建设标识解析企业节点并接入标识解析二级节点。标识解析企业节点应依托设备层与边缘层建设的能力,与企业内部工业软件、工业互联网平台实现横向对接打通,为企业提供工业互联网标识应用所需的注册、解析、统计、数据存储等基础能力。4.产业层级建设部署产业链头部企业或具备相关服务能力的行业企业可申请建设标识解析二级节点,负责建设和运营标识解析二级节点系统,面向企业或者个人提供标识注册、解析和数据管理等服务,起到承上启下的关键作用。与标识解析国家顶级节点对接,实现分级管理、全网解析。标识解析二级节点应充分发挥行业龙头的带动作用,利用其行业上下游辐射能力,实施行业级工业互联网标识应用。2.5
22、工业互联网标识应用模式基于产业情况,结合工业互联网标识应用的典型特征,围绕产品设备、过程流程、产业资源三个维度阐述工业互联网标识应用的模式与价值。2.5.1 产品设备层1.工业互联网标识应用模式主要围绕产品、设备(机理模型)、产线、车间等场景,依托工业互联网标识应用,通过对上述物理、虚拟对象进行唯一标识,将物理身份和数字身份映射,保障有源数据全面收集、积累,针对单点维度应用,面向产品全生命周期管理、产品追溯及质量管理、设备维护与监测、产品数字化交付、设备预测性维护等场景开展工业互联网标识应用。2.工业互联网标识应用典型案例案例 1:工业互联网标识应用(设备监测运维管理)案例 1:工业互联网标识
23、应用(设备监测运维管理)场景描述:场景描述:无论流程还是离散行业,工厂现场都存在大量的动设备。以化工企业为例(长庆石油),基于化工企业关键设备分级分类管理要求,对关键 A 类设备开展状态监测,而这部分设备一般占到企业的 5%15%以上,因此用于设备状态监测的传感器数量同样庞大。企业通过在设备测点安装传感器,采集设备的温度、压力、振动、位移等数据进行分析、诊断以预判设备状态。由于涉及参数调制,采集点位校对等大量工作,更重要的是为了保持采集数据源的准确性,传感器与设备需要保持并确定一对一的关联关系。为了保证生产的持续性,降低停机率,大量动设备需要定期大修以保持正常运转,换泵、倒泵现象也偶有发生,同
24、时部分传感器需要定期做线下校对,这些现场施工都需要将附着到动设备上的传感器拆卸。由于现场施工人员与后台运维人员是不同部门团队,传感器在拆装、安装过程中,其与设备的对应关系需要仔细维护,如有工作疏忽或信息同步不畅,容易搞混传感器与设备的对应关系,加之工厂建设分散、周期不同、分厂众多,历史数据也存在冗余、不够精确的问题,这些都将影响数据分析工作,导致误判设备状态。标识应用前模式:标识应用前模式:传感器与设备的对应关系在长庆油田的设备管理信息平台上维护。一个传感器对应固定的采集点位、站、机、口等。如果遇到传感器拆卸、安装,都有现场施工的技术团队进行,施工完成后通知后台运维人员维护后台数据,以保持数据
25、采集源头的准确。但是在实际工作中,施工、系统运维工作跨部门、跨车间,需要依赖员工工作的细致程度和责任感,现场环境复杂,设备、传感器使用时限较长,很难保证后台传感器与设备对应关系的一致性,势必影响生产效率、数据采集准确性,提高企业运维成本。标识应用后模式:标识应用后模式:为每一个传感器、每一台动设备及设备管理云平台赋予唯一的身份标识,将传感器 ID、设备 ID、平台 IP 等数据写入分别的标识中,并将传感器 ID、设备 ID、平台 IP 相互关联。利用主动标识技术,使用 UICC 卡作为主动标识载体,与传感器进行绑定,在主动标识载体中写入绑定的传感器标识以及主动解析请求程序(主动解析长庆石油设备
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