工业云平台建设及其实践路径

张李伟

（中国核电工程有限公司 北京市 100010）

1 工业云平台的定义及架构

云计算是被视为我国“十二五”战略新兴产业规划中的一大重点对象。在对其的高度倚重下，政府不断推出新政策，刺激云计算市场的发展。当前，我国诸如阿里、华为、腾讯等一批优秀企业，均积极布局了云计算市场，开启了国内企业的云平台模式。

在国外，云平台更是发展迅猛。诸如Google 的App Engine 云平台，Amazon EC2 云平台以及Microsoft 的Azure 云平台。随着云计算服务的推出与日臻成熟，将云计算与工业系统相结合的发展趋势逐渐明显。

Predix 工业云平台则是GE 面向行业推出的一个工业云平台。不同的组织，能在上面控制数据的连接，并使用第三方开发者的分析软件。一方面，Predix 能够为大量开发者提供便利，开发各种工业级APP。在此之下，开发者只需将关注点置于问题的解决层面，无须关心如何获取以及连接数据；另一方面用户作为数据托管方，则可以使用这些APP，进行设备管理、运营维护等。

根据我国工业互联网联盟在相关管理性文件中的规定，工业互联网平台中所设计的工业云平台、工厂云平台，就实施部署情况来看，可将工业云平台布置在场内区域，也可布置在场外区域，如图1 所示。

工业云将云计算技术相关、工业生产制造相关的基础设施进行结合，打造可以优化配置工业云平台资源的设施载体，与IT 云IaaS 类似，工业云可以基于基础设施载体对外提供专业服务；现阶段工业云所包括的主要资源可以分为几类：一是制造资源，包括智能机器人、精密仪器等；二是工业软件，常见包括ERP 软件、CAX 模型软件等；三是IT 资源，如空间存储资源、网络平台资源；四是大数据资源，如物料信息、客户信息、设备运行清单库等，不光能够向用户带来资源服务，也能够结合软件应用，对客户所需的资源作出封装后打包提供于客户。

2 国内外工业云平台发展现状

2.1 国外工业云平台发展现状

2.1.1 Predix 平台

Predix 平台是国际上首个专门为工业生产领域进行数据整理和信息分析所研发出的专项操作系统，同时也是当前唯一可以实现数字双胞胎优化的系统，该平台在使用过程中可以完成云服务。Predix 平台在长时间使用过程中不断完善，其功能也逐渐扩展，不再仅限于平台，而是可以完成边缘、平台和应用进行一体化发展（如图2）。

图1：工业云平台示意图

图2：Predix 平台

Predix 平台具有全面开放的特点，因此获得大量软件开发单位关注，逐渐打造出专属“工业社区”，集合众家之长，不断开发推出新程序，积极推进工业创新。Predix 平台所具备的主要优势包括下述几点：

（1）掌握行业动态发展信息，在发电产业、制造产业中具备长期运作经验，可以根据产业特征完成各项需求；

（2）每日能够实现超过五千万个与工业资产相关的数据元素监测和处理，尽最大可能避免非计划停工现象出现；

（3）基于常见控件，可以使得平台满足全球近七十个国家的监管规范；

（4）具备出色的连通性和安全性，可以在网络边界位置完成资产对接；

（5）在数据管理过程中，可以支持工业机器使用阶段对于数据的速率、容量、种类等需要；

（6）可以运用多种模型，对工业数据作出有效处理，且可以根据业务流程提高学习效果。

2.1.2 Ability 平台

Ability 平台近年来运用覆盖面不断增多，该平台是ABB 集团所研发的综合平台，具备边缘计算、跨领域、跨空间等特征。

Ability 平台打造具备一体化性质的平台设施，在云技术的支持下形成端端闭环的处理方案，具备全球规模最大的工业设备装机量，可以通过联网的方式接入超过七千万台数字化设备，基于超过七万套数控系统完成对六千多个专用软件的监测和问题处理。Ability 平台基于ABB 在技术层面、工业层面、数字层面的专业知识，助推企业扩大对工业数据的控制效果，能够确保客户可以在安全环境下实现数据收集、整合和分析，并结合大数据技术、云计算技术等为客户提供后阶段提升生产效率和获利能力的建议方案。Ability 平台以微软Azure 云平台为结合对象，具备开源性特征，能够展现出具有领先优势的跨领域数字化处理方案，主要运用于电力、交通、基建等产业，以形成定制报告的方式提高客户生产效率，并提前对可能出现的问题作出预判。

2.2 国内工业云平台发展现状

2.2.1 INDICS+CMSS 平台

航天云网公司是我国工业互联网领域的技术运用领先单位，以INDICS+CMSS 平台为基础，其主要板块可以分为五个部分，包括整体架构、产品服务、智能生产、大数据运用、网络安全等，在平台实际运用阶段，以互联网平台为基础，推动智能制造项目发展，为社会带来综合服务，并逐步形成自主性强、可控度高的工业互联网环境，形成满足云制造需要的产业集群，建设符合新经济形势发展需要的新业态，为提高我国制造产业整体竞争力带来积极影响。

INDICS 云平台以Cloud Foundry 基础框架为底层支持，通过PaaS 云平台提供的应用环境，为工业云建设创造条件，并采取自建数据库的方式，为基础层、通用层带来云服务。CMSS 支撑环境能够在云制造环境下，为企业或整个工业领域提供服务，并实现各项服务集成，且能够实现协同效应，业务覆盖区块链制造服务，包括企业认证、服务动态集成等；数字双胞胎技术相关业务，如CPDM、CMES 等，能够使得工业领域专用软件和模块按照价值差异进行配对组合；应用APPs 层，具体可以分成工业领域、生态领域两部分，其中前者主要涉及智慧服务、高精密制造、智能化生产、企业智慧管理系统运行等，侧重于管理改进；后者主要涉及智能改造，通过云端、生态应用等高科技APP，侧重于智能元素引入，打造生态应用，为企业长效发展带来推动力。

2.2.2 中科云翼互联智造服务平台

中科院对于工业互联网平台的设计、创新和实践运用非常关注，所形成的建设经验和商用产品较多，如推出的“云翼互联智造服务”具备世界一流水平，是全球范围内处于领先地位的互联网平台，同时也是我国唯一可以满足可视化数据高精度分析模型构建需要的平台，能够打造自主性强、安全性高、控制响应速度快的大型工业云平台，使得企业之间可以实现良性交流，打破过往存在的信息壁垒，促进市场内外部资源优化配置，基于开放、联动、创新的原则推动智能制造。该平台所推出的与数字工厂建设相关的可视化模型构建服务，能够满足国际质量标准，打造出围绕产品模型开发相关的资源协同配置制度，为业务进行、工序衔接、系统运用带来数据基础；推出“工业云脑”，基于生命周期理念，为产品带来更多赋能，使得智能算法库、可视化智能分析模型、大数据技术等可以得到综合运用，且配备云MES 系统，切实加强企业统筹能力，该系统覆盖企业计划管理、采购管理、生产管理、质量管理和后续使用管理等多个方面，满足前后道环节衔接需要，并有序打造云应用市场，开放人员、集成单位、研发单位均可以在工业APP 中实现注册和使用，拥有具有独立性特征的租户空间，这表明用户可以进行灵活选择，继而完成针对性部署。

我国首批与智能化生产系统相关的供应合作商清单，明确各项系统解决方案，其中中科院自动化研究是工业技术软件联盟中的领导单位，其组织联合建立的MES 实验室在国内具有较高知名度。

3 工业云服务平台的建设

3.1 工业云计算平台

云计算是生产性服务业的重要工具，是一种商业模式的创新。工业云计算平台指的是依托于计算机和互联网所形成的大数据计算平台。工业云平台基于CPU、GPU 等架构，形成满足芯片级、基础架构级和系统级需要的节能方案设计。该平台通过NIS 技术实现用户管理，并结合NFS 技术完成文件系统共享。GPU 节点采用双启动多操控模式，在共享存储空间中布置软件。

从整体角度而言，工业云体系架构可以分为基础设施、工业云服务两部分，其中前者主要为服务层IaaS，具体可以细分为设施和服务两项内容，基础服务往往以基础设施为基础，对中间件作出虚拟化和服务化，使得资源层得到融合，并由资源管理系统、联动中间件共同向上层资源提供支撑服务。工业云计算近年来得到充分关注，在普及和推广过程中扩大服务层PaaP 的适用范围，在平台中可以独立实现某项制造任务，包括单阶段任务和跨阶段任务。

3.2 工业软件云服务平台

所谓工业软件云服务平台，其指的是用于发展工业软件在云服务平台上的应用和推广，主要包括云端工业软件SAAS 平台(CAD、CAM、CAPP 和PLM)的研发和工业软件云服务平台示范应用建设。

3.2.1 平台的应用范围

（1）根据行业特征进行的应用范围分类。云服务平台可以按照工业领域细分行业特征作出分类，如制造产业按照行业特征、社会需要和发展现状，分成电子行业、国防军工行业、装备生产行业等，各项大行业也可以细分出多个子行业，例如通常可以将电子行业细分为元器件、消费品、外设件等。PLM 云服务平台可根据行业差异和实际应用需要，在进行模型建立的过程中，基于元模型驱动技术，设计出多种元模型，明确各行业对应业务范围，分析该行业关系模型、行为特征、市场现状等，在实际操作中，基于数据元和应用元，形成与该行业密切相关的应用模板，以助推行业实践质量提升。

（2）根据运维服务与推广制度进行的应用范围分类。在工业软件云服务过程中，需首先由云服务平台组织健全与服务相关的运维体系，结合各地区当前发展现状，构建满足当地工业发展需要的软件服务体系，为用户带来全面的基础支持，确保用户能够有效应用这些软件。目前工业云服务平台已在全国众多工业园区、产业中心、生产基地运用，打造出工业软件体系中心，通过多领域专业知识运用和良性氛围营造，为用户群体带来具备高度体验度的场所，并有序推进用户学习，此外也需要不定期按照区域实际情况，对区域中的企业作出工业软件培训，进一步深化该区域信息化服务意识。

3.2.2 平台的应用特点

（1）服务虚拟化。云系统中涉及的存储资源通常十分丰富，这就需要采取存储虚拟化的方式进行结合管理，使得用户可以获得资源共享系统存储区域。在平台实际操作过程中，应用虚拟化可以使得应用降低对于底层系统、硬件设备的依赖度，减少耦合关联影响。应用程序在实现本地虚拟化之后，能够规避底层会和其余应用之间可能出现的冲突。平台虚拟化可以根据开发资源差异，对应虚拟出统一接口，这使得技术人员可以较为便捷的在平台中完成应用植入，使得系统云服务功能提升。桌面虚拟化能够改善用户桌面环境，并与所对应的终端设备完善解耦，在系统服务器中存储的内容为全部用户对应的桌面环境。这表明用户可以通过多个终端设备完成桌面访问。根据工业云平台实际使用需要，设计出可供灵活管理需要的有效模式，为云服务平台发挥效能提供支持。

（2）共有云与私有云协同管理。现阶段企业与用户通常倾向于购买软件而非采取租用的方式进行信息数据安全管理，这是由于企业往往对自身数据安全较为重视，公有云在公信力建设过程中需投入大量资源。公有云将提供国家标准、行业规范、工业基础数据等公共资源的订阅服务，并提供多租户的CAD/PLM 软件服务、数据服务、业务流程服务。工业领域的云服务平台既能够对公有云作出支持，也能够对私有云发展提供保障， 私有云负责提供企业流程服务、企业标准件资源、企业制造资源、产品图纸、工艺、NC代码、CAE 分析等数据服务。同步技术将保障企业所需的公共资源透过企业防火墙下载到私有云，为企业内部及VPN 用户提供访问，同时负责将企业私有数据发布到公有云平台，提供企业用户及合作伙伴透过互联网访问软件和数据服务。发布技术将对企业核心数据进行轻量化和IP 保护处理，充分保护企业知识资产。

4 结语

综上所述，工业云服务是新经济形势下所产生的创新制造业TP 服务模式，尽管现阶段尚处在初级发展阶段，随着工业化和信息化不断结合，工业云平台所发挥的作用也逐渐增多，因此会吸引更多用户应用，这也表明智能型工业时代已正式来临。