摘要：標識解析技術在重要產品追溯及物流領域已經取得了成功，但是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的生產制造環(huán)節(jié)應用仍有一定局限性。通過對工業(yè)生產全過程標識技術應用現(xiàn)狀的分析，基于語義化技術提出了適用于工業(yè)生產的標識解析應用系統(tǒng)，以支撐跨企業(yè)、跨行業(yè)以及跨區(qū)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合應用。

關鍵詞：標識解析；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；工業(yè)生產；語義

Abstract: Identification and resolution technology has been successfully applied in important products trace and logistics field. Therefore, there are still some limitations in the application of product manufacturing process in industrial Internet. Through the analysis of the present situation of identification and resolution technology in the whole process of industrial production, an identification and resolution application system based on the semantic analysis technology which is suitable for industrial production is proposed to support the comprehensive application of industrial Internet across enterprises, industries and regions.

Key words: Identification; Industrial internet; Industrial production; Semantic

1　引言

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)集成了物聯(lián)網(wǎng)、移動寬帶、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術成果，并與制造業(yè)深度融合，形成新的業(yè)態(tài)和應用模式，是互聯(lián)網(wǎng)從消費領域向生產領域、從虛擬經濟向實體經濟拓展的核心載體，是工業(yè)智能化發(fā)展的關鍵。標識解析是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎設施，不同于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)標識解析體系，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識體系將更加針對工業(yè)生產及應用特點。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析是實現(xiàn)貫穿工業(yè)生產全生命周期，包括制造實體、過程、產品等相關數(shù)據(jù)信息互通的關鍵技術。隨著我國工業(yè)企業(yè)生產制造過程數(shù)字化、網(wǎng)絡化水平的不斷提升，覆蓋工廠生產過程的大量生產/運行數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)與管理網(wǎng)絡中的管理數(shù)據(jù)、設計/工藝數(shù)據(jù)交互需求 日益增加，數(shù)據(jù)內容擴展到包含產品、人員、在制品、物料、設備工裝、工具模具、文檔、物流單元、位置、單位、部門和供應商等在內的制造全流程全要素數(shù)據(jù)。因此為實現(xiàn)跨地區(qū)、跨行業(yè)、跨企業(yè)間的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享與流動，引入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析技術，將這些海量、異構的數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)一標識與解析，實現(xiàn)海量異構工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的可互聯(lián)、可理解與可共享，將有效指導工業(yè)企業(yè)生產高效運行。因此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析體系在生產制造過程中的應用將成為具有代表性的一類標識解析應用模式。

同時工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析體系發(fā)展受到了國務院、工信部等政府部門的高度重視。2017年11月，國務院《關于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見》指出，“構建標識解析服務體系，支持各級標識解析節(jié)點和遞歸節(jié)點建設，利用標識實現(xiàn)全球供應鏈系統(tǒng)和企業(yè)生產系統(tǒng)間精準對接，以及跨企業(yè)、跨地區(qū)、跨行業(yè)的產品全生命周期管理，促進信息資源集成共享”；2018年11月，工信部部長苗圩在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略咨詢專家委員會第一次會議中強調，要“加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析體系建設，推進國家頂級節(jié)點、二級節(jié)點建設，提高標識解析供給能力，加大探索標識解析集成應用”。

2　國內外發(fā)展現(xiàn)狀分析

不同于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應用體系圍繞IT側來進行，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是覆蓋IT側與OT側網(wǎng)絡與應用的基礎設施。在標識解析方面，由于傳統(tǒng)IT系統(tǒng)和OT系統(tǒng)的應用服務起源不同，使得IT側和OT側標識解析技術發(fā)展方向與使用模式也不盡相同。國際上IT側標識解析主流技術主要包括MAC與IP地址、IP地址與域名、URN（handle）、Web Service、SWE，以及物聯(lián)網(wǎng)體系標識解析體系如EPC編碼、uCode編碼、RFID標準體系、OID、re：ClaimID、IoT@Work等。在我國，IT側標識解析體系以Ecode編碼和CPC編碼為代表。

國際上OT側標識編碼側重于細分領域數(shù)據(jù)字典的制定，對于實現(xiàn)細節(jié)在標準層面一般不做更多規(guī)定，工業(yè)領域的標識體系構建主要是從工業(yè)生產面臨的具體問題出發(fā)，具有分層、異構、碎片化特征。工業(yè)領域標識重在進行信息的無異議交互，以IEC、ISO、IEEE為主導進行的數(shù)據(jù)標識體系構建，例如IEC 61360、IEC61987、ecl@ss等。國內OT側標識解析主要有工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)儀表身份標識協(xié)議，該標準旨在制定工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中儀器儀表的身份標識，通過制定統(tǒng)一格式的編碼來實現(xiàn)儀器儀表的唯一身份標識，用于工業(yè)儀器儀表之間的身份發(fā)布，是儀器儀表間互聯(lián)互通的重要基礎。

當前IT側標識解析技術體系與OT側標識解析技術體系均有一定局限性。IT側標識解析技術目前從標識對象、標識載體到應用模式側重于對實體的元數(shù)據(jù)進行接口級別的標識；OT側標識解析技術以領域數(shù)據(jù)字典形式為主，致力于實現(xiàn)對工業(yè)產品、裝備的元數(shù)據(jù)標準化定義，但是數(shù)據(jù)字典應用形式單一，無法支持工業(yè)生產過程的動態(tài)數(shù)據(jù)關聯(lián)以及跨環(huán)節(jié)綜合應用。

因此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析體系在工業(yè)生產過程中的深度應用，需要充分考慮IT側與OT側標識解析體系的現(xiàn)狀及應用優(yōu)勢點，充分發(fā)揮二者長處，實現(xiàn)無縫融合，助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全環(huán)節(jié)信息交互共享。

3　標識解析在生產過程各個環(huán)節(jié)中應用現(xiàn)狀分析

目前，標識解析體系已經在供應鏈中物品自動化跟蹤和追溯成熟應用，在物流供應鏈中對物品進行跟蹤和追溯對于實現(xiàn)高效的物流管理和商業(yè)運作具有重要意義。但是生產制造過程的數(shù)據(jù)共享仍然停留在點對點、一對一的系統(tǒng)集成階段，缺乏基礎設施級支持。如圖1所示，工業(yè)企業(yè)生產制造全過程貫穿生產訂單、設計、工藝、計劃、倉儲采購、物流、生產、裝配、質量以及售后服務各環(huán)節(jié)。按照IEC對數(shù)據(jù)兼容性分級的劃分，從低到高可以分為可共存、可互聯(lián)、可協(xié)同和可互操作；從標識技術的成熟度發(fā)展角度區(qū)分，可以分為標識化水平、標準化水平以及應用水平，其中標識化水平指該環(huán)節(jié)中產品、設備以及相關因素數(shù)據(jù)的標識編碼進展，標準化水平指該環(huán)節(jié)中對其涵蓋的產品、生產全要素的標準覆蓋范圍，應用水平指該環(huán)節(jié)中應用系統(tǒng)能夠提供的服務能力和環(huán)節(jié)覆蓋能力，從這兩個角度出發(fā)，可以細粒度的對生產制造全流程標識能力進行分析。

圖1 工業(yè)企業(yè)生產制造全過程

（1）生產訂單環(huán)節(jié)

生產訂單環(huán)節(jié)的標識化水平以及標準化水平是比較高的，原因在于生產訂單過程主要發(fā)生在IT側，具有可復制性及通用性，當前的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析模型可以覆蓋到生產訂單中的各類數(shù)據(jù)信息，并且能夠將數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的分類與映射，生成具有一定標準化水平的生產訂單。

（2）設計、工藝、計劃環(huán)節(jié)與倉儲、采購物流環(huán)節(jié)

設計、工藝、計劃環(huán)節(jié)與倉儲、采購物流環(huán)節(jié)的標識化水平與標準化水平相似，兩個環(huán)節(jié)中標識化水平處在可互聯(lián)級別，標準化水平以及應用水平處在可協(xié)同級別。每個工業(yè)生產企業(yè)具有一套完善的設計加工計劃以及物料從采購到倉儲、運輸?shù)耐暾墓到y(tǒng)，因此在兩個環(huán)節(jié)中標識化處在中等水平。

（3）生產裝配環(huán)節(jié)

生產裝配環(huán)節(jié)的標識技術應用水平在數(shù)據(jù)可兼容性以及覆蓋范圍、標準化水平綜合是比較低的，原因在于生產裝配過程不具有通用特性且其細分環(huán)節(jié)相互耦合嚴重，當前標識解析的應用模式難以直接復制到生產制造環(huán)節(jié)中去，導致在整個工業(yè)產品全生命周期中的數(shù)據(jù)分析至關重要，但是卻尚無基礎設施級別的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)支持實現(xiàn)全流程數(shù)據(jù)共享與綜合應用。

（4）質量服務環(huán)節(jié)

質量服務環(huán)節(jié)的標識技術應用水平在數(shù)據(jù)可兼容性以及覆蓋范圍、標準化水平處于中等，處于可協(xié)同級別，原因在于產品加工完成后難以獲取其設計、加工以及生產裝配過程中的詳細數(shù)據(jù)信息，無法進行質量信息源頭數(shù)據(jù)的有針對性分析，其質量信息以及服務信息停留在各自的系統(tǒng)中，可以用于指導其他生產環(huán)節(jié)，但是無法達到互操作級別。

綜上，工業(yè)企業(yè)在生產制造全過程中雖然部分階段環(huán)境應用了標識技術，但是從全局角度來看，仍然停留在各個系統(tǒng)之間只能相互協(xié)同工作，數(shù)據(jù)共享也只是在點對點的系統(tǒng)集成階段，無法進行工業(yè)生產全流程的互操作。由于企業(yè)生產過程中各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)可互操作水平低，例如細粒度成本核算、生產過程全流程數(shù)據(jù)可追溯以及質量問題的細粒度分析等場景需求難以滿足，因此考慮引入語義技術來打破各個生產環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)標識應用壁壘，將各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息通過語義數(shù)據(jù)標識建立關聯(lián)關系，以支撐全局數(shù)據(jù)標識互聯(lián)互通互操作需求。

4　語義技術在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析中應用

語義分析技術適用于解決工業(yè)生產關鍵過程所面臨的異構元數(shù)據(jù)/設計數(shù)據(jù)/生產運行數(shù)據(jù)/管理數(shù)據(jù)的統(tǒng)一語義標識映射、跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)無歧義解析、面向業(yè)務關聯(lián)的標識解析等問題，能夠將異構的數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)一的標識并且解析，而且將各類標識解析通過語義分析技術建立關聯(lián)關系，結合企業(yè)的自身數(shù)據(jù)信息將這些關聯(lián)關系實例化，用于信息檢索，能夠兼容市場中主流的分類標識編碼并且進行解析，同時能夠與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析國家節(jié)點進行數(shù)據(jù)對接與同步。其參考應用流程如圖2所示。

圖2 基于語義的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析應用參考流程

（1）生產現(xiàn)場將各類數(shù)據(jù)，包括設計數(shù)據(jù)、生產運行數(shù)據(jù)等通過標識注冊、標識解析以及語義分析及模糊匹配存儲到實例級標識數(shù)據(jù)本體庫中，實例級語義標識本體庫是對企業(yè)的所有數(shù)據(jù)信息的實例化存儲，企業(yè)的數(shù)據(jù)來源主要包括了各類數(shù)據(jù)庫以及電子文檔等。

（2）概念級語義標識基準庫主要存儲工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中通用的概念級語義數(shù)據(jù)信息，具體的數(shù)據(jù)集為當前相關國際國家標準，各類數(shù)據(jù)集通過數(shù)據(jù)轉換工具實現(xiàn)對概念級通用標識基準庫的數(shù)據(jù)對接；行業(yè)概念級標識數(shù)據(jù)語義基準庫的構建流程與概念級語義標識基準庫的構建路程相似，具體的數(shù)據(jù)集來源為各個行業(yè)的數(shù)據(jù)字典定義以及行業(yè)標準內容；結合概念級語義標識基準庫的數(shù)據(jù)信息來構建出行業(yè)概念級標識數(shù)據(jù)語義基準庫；概念級標識數(shù)據(jù)語義基準庫可以與行業(yè)概念級標識數(shù)據(jù)語義基準庫進行拆分聚合，并且進行數(shù)據(jù)同步，三個數(shù)據(jù)基準庫通過倒排索引、實體類聚索引、路徑索引、時空關聯(lián)索引以及三元組索引等方式建立綜合檢索系統(tǒng)，供終端用戶進行檢索。

（3）終端用戶通過語義檢索以及關聯(lián)查詢對概念庫及實例庫進行數(shù)據(jù)檢索，后將檢索結果按需返回給用戶。

5　結論

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識是實現(xiàn)全球供應鏈系統(tǒng)和企業(yè)生產系統(tǒng)間精準對接、以及跨企業(yè)、跨地區(qū)、跨行業(yè)的產品全生命周期管理的重要技術支撐。但是企業(yè)生產過程中的各類數(shù)據(jù)標識化、標準化以及應用模式仍然停留在實體信息獲取的淺應用層面，標識解析體系在生產過程數(shù)據(jù)共享應用中所應發(fā)揮的作用尚未充分體現(xiàn)出來。通過對當前工業(yè)生產應用中標識解析的應用水平、標準化水平進行深入細粒度分析，引入語義技術實現(xiàn)具有跨行業(yè)、跨地區(qū)、跨企業(yè)的綜合標識解析數(shù)據(jù)互通互操作應用系統(tǒng)，將為標識解析體系在工業(yè)生產過程中的深入應用提供支持。

★本文受“智能制造綜合標準化與新模式應用項目工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用協(xié)議及數(shù)據(jù)互認標準研究與試驗驗證”項目資助。

作者簡介：

曾鵬，中國自動化學會邊緣計算專業(yè)委員會主任，中國科學院沈陽自動化研究所所長助理，研究員，博士生導師，中國科學院網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)重點實驗室主任，入選國家“萬人計劃”創(chuàng)新領軍人才。研究領域包括工業(yè)網(wǎng)絡、工業(yè)信息處理、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算等。

摘自《自動化博覽》2019年11月刊