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面向船舶智能制造的工业互联网标识解析体系

2020-12-07 08:45:44 物联网技术 2020年11期

许磊 程广明 刘丕群 郭婧

摘 要:我国是造船大国,在智能制造、工业互联网席卷全球的时代背景下,船舶行业也应积极推进制造技术与信息技术的融合发展,船舶工业互联网服务平台对标识解析服务的稳定性和安全性都提出了更高要求。为此,文中首先提出了船舶工业互联网标识解析体系的总体定位及设计思路,其次探讨了技术实现原理与体系架构等内容,之后对船舶标识解析体系的关键技术进行了分析,最后讨论了船舶标识解析体系的应用场景,具有一定的应用价值。

关键词:工业互联网;标识解析;二级节点;船舶;智能制造;产业链

中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:2095-1302(2020)11-00-03

0 引 言

工业互联网是制造业与信息技术融合形成的应用结构,通过大数据分析、互联网技术与生产现场设备机器的全面结合,完成制造业和互联网融合的升级发展。标识解析体系是工业互联网的关键神经系统,是工厂内外部网络实现互联互通的关键基础设施,其由标识编码和解析系统两部分组成[1-2]。在智能制造、工业互联网席卷全球的时代背景下,我国船舶行业也应加快技术升级的步伐,积极推进制造技术与信息技术的融合发展。船舶行业属于劳动密集、资金密集、技术密集的离散制造业,具备零件数量多、生命周期长、资本投入大、技术要求高等典型特征。船舶行业立体作业现象频繁,涉及的非标物资种类繁多,船舶相关配套企业众多,物资库存周转率较低,研发设计环节复杂。由于船舶行业的特殊性,该体系对船舶工业互联网标识解析服务的稳定性和安全性都提出了更高要求。

1 船舶工業互联网标识解析体系方案

1.1 总体定位及设计思路

我国工业互联网标识解析体系主要包括北京、上海、广州、武汉、重庆5个国家顶级节点,以及面向行业或区域的二级节点,此外还包括众多的企业节点和递归节点等。借助各级节点,政府、企业等用户可以通过标识解析体系来访问保存机器、物料、零部件和产品等相关信息服务器,实现全产业链信息共享[3-5]。二级节点是工业互联网标识解析体系的重要建设内容,既要向上对接国家顶级节点,又要向下直接面向行业或区域提供标识编码注册和标识解析服务,以及完成相关的标识业务和标识应用对接等。二级节点的发展情况直接决定了标识解析体系的应用价值[6-7]。船舶工业互联网标识解析体系的总体定位及设计思路如图1所示。

对船舶行业而言,船舶工业互联网服务平台在同一平台打通设计、生产、运输、使用、服务等环节,实现工业互联网终端设备的统一连接和集中管理。建设船舶标识解析二级节点,即船舶标识解析子平台,是建设船舶工业互联网服务平台的重要环节之一。船舶标识解析二级节点将产生注册信息、解析日志等大量数据,通过数据挖掘将可能衍生出更多新应用、新场景,形成协同产业生态。建设船舶工业互联网标识解析体系,构建面向船舶智能制造的标识解析二级节点,对于完善船舶工业互联网数据采集体系,促进船舶行业全要素互联互通,提升船舶智能制造的应用高度具有重要意义。

1.2 技术实现原理与体系架构

船舶工业互联网标识解析体系的主要功能包括标识注册服务、身份认证与权限管理、标识关联常识服务、标识解析系统、标识信息资源运维等,最终实现围绕标识信息资源库全路电子标识的解析与管理,其技术实现原理如图2所示。

船舶工业互联网标识解析体系的总体架构如图3所示,底层包括数据采集中间件和基础设施层,中层包括标识注册中间件、标识解析层(标识解析子平台)和标识解析中间件,上层包括船舶业务应用和产业链协同制造,此外还有运维管理体系和安全保障体系。

基础设施层主要提供船舶标识解析处理中所需要的数据存储、计算资源和网络资源,考虑到未来标识解析处理需求会有很大程度的增长,建议采用云端部署方式。

标识解析层即船舶智能制造标识解析二级节点,主要是以标识注册中间件和标识解析中间件作为开放接口,提供船舶标识解析服务,包括标识注册/分配、应用映射、标识检索、信息关联等,为船舶业务应用和产业链协同制造提供支撑。

船舶业务应用主要是基于船舶智能制造标识解析二级节点实现船舶智能制造各个业务的集成创新应用,包括生产线优化、生产组织优化、制造工艺优化、失效分析、故障诊断和模式识别等方面。

产业链协同制造主要是打通船舶设计院、钢材生产商、舾装件供应商、物流运输商、船舶总装厂和维修服务商等上下游企业信息系统的通信链路,打破企业信息孤岛,提高上下游企业的信息共享水平,提升船舶制造产业链的协同效率。

2 船舶工业互联网标识解析关键技术

2.1 标识编码全局唯一性

实现“一物一码”,即在标识编码与资产对象之间建立一一对应关系,是维持标识解析体系稳定的核心。采用多级分层的标识编码结构设计,维持标识编码全生命周期长期稳定,才能保证标识编码在业务领域的全局唯一性[8]。依托船舶标识解析二级节点,制定相应的标准规范编码分配原则,从而保证船舶标识编码的全局唯一性。船舶设计院、钢材生产商、舾装件供应商、物流运输商、船舶总装厂和维修服务商等上下游企业,进一步结合设备物料的标识编码等实现全局唯一,保证标识编码的稳定性。

2.2 海量标识高速并行解析

我国是造船大国[9],随着我国船舶行业智能制造的快速发展,未来船舶工业互联网规模将大幅增长,必将产生海量级数据处理需求和网络流量。因此船舶智能制造标识解析二级节点建议采用云部署的方式部署在云计算中心,从而实现计算、存储和网络资源的按需调度。另一方面,标识解析体系建议采用分布式部署架构,实现物名映射信息和资源详细信息的多级分层存储,并设置配套的递归解析节点作为本地高速缓存,保证对高速并发的标识解析请求实现低时延响应。

2.3 标识编码与信息安全防护

标识解析系统应支撑IPv4、IPv6双协议栈的标识注册及解析服务,需要具备权限管理和身份认证的基本功能。建立标识解析过程中,对数据传输的完整性和机密性有保护机制,对特定的用户根据访问权限动态生成资源描述数据,具备流量重定向等拒绝服务攻击防护能力。

3 船舶工业互联网标识解析体系应用

3.1 跨域标识共享与关联服务

船舶工业互联网标识解析体系兼容异构标识载体和编码机制,实现不同行业、不同专业、不同系统的标识共享。工业互联网数据采集体系的目标是全面感知工业生产设备、物料以及工艺等的属性、状态和位置等信息。基于不断完善的船舶工业互联网标识解析机制,可以不断丰富船舶智能制造采集数据的内容和类型,提升船舶智能制造关于技术状态等的多种信息服务,与船舶行业关联数据的常识服务水平。

3.2 船舶智能制造流程优化

标识解析应用系统与船舶企业内部的ERP系统、MES制造实行系统、条码系统、仓储管理系统、PLM全生命周期系统等通过API接口实现集成协作。在工厂内部通过条码、电子标签等对原材料、产品、半成品等进行有效标识和数据采集,通过对部分生产线的智能化改造,打通企业信息系统内部、不同信息系统之间的数据鸿沟,缩短产品研发、设计、制造周期,有效提升效率、质量和良品率,降低生产成本。

3.3 船舶行业供应链协同应用

基于工业互联网服务平台的微服务框架,船舶工业互联网标识解析体系可以打通造船供应链上下游企业信息系统的通信链路,打破上下游企业的信息孤岛,最终降低全链条企业的信息成本和经营成本,提升造船供应链的协同效率。供应链各企业间通过标识解析系统实现不同所有权、不同数据结构的数据互通,还能通过改进现有数据集成模型,定义、分析数据集成过程,提出支撑产业链协同的数据集成规范。

3.4 跨专业多作业面协同联动

船舶生产制造作业涉及多个专业、多个作业面的协同联动[10],通信、供电、仓储、物流等作业流程和业务逻辑交织在一起,信息系统的水平直接影响智能制造的应用成熟度。标识解析体系支撑船舶各单位实现作业人员、固定资产、移动资产、物流环境等业务对象的标准统一管理,兼容不同的电子标识载体及差异化的标识编码机制,为实现船舶智能制造全要素的互联互通奠定基础,也是建立工业互联网数据采集体系的前提,有利于进一步提升既有信息系统的应用高度。

4 结 语

船舶工业互联网服务平台面向船舶智能制造全产业链,推进船舶行业标识解析体系应用;依托船舶工业互联网服务平台建立面向船舶智能制造的电子标识解析子平台,实现行业内不同所有权、不同数据结构的数据互通,以及跨系统、跨专业、跨行业甚至跨国的物品标识共享;建设船舶工业互联网标识解析体系,构建面向船舶智能制造的标识解析二级节点,加速标识解析集成应用。此举对于促进船舶行业全要素互联互通,提升船舶智能制造水平,催生新型制造模式具有重要意义。

参考文献

[1]任语铮,谢人超,曾诗钦,等.工业互联网标识解析体系综述[J].通信学报,2019,40(11):138-155.

[2]贾雪琴,罗松,胡云.工业互联网标识及其应用研究[J].信息通信技术与政策,2019,45(4):1-5.

[3]李海花,期治博.工业互联网标识解析二级节点建设思路[J].信息通信技术与政策,2019,45(2):61-65.

[4]杨震,张东,李洁,等.工业互联网中的标识解析技术[J].电信科学,2017,33(11):134-140.

[5]李海花,期治博.工业互联网标识解析二级节点建设思路[J].信息通信技术与政策,2019,45(2):61-65.

[6]孙鹏,史天运.铁路物联网标识解析体系研究[J].中国铁路,2019,58(6):59-65.

[7]陈凯.工业互联网标识解析在航空制造行业的应用[J].技术与市场,2019,26(11):44-47.

[8]工业互联网产业联盟(AII).工业互联网垂直行業应用报告(2019版)[R].2019:93-103.

[9]陆娅楠.我国跃居世界第一造船大国[J].共产党员,2011,64(12):30.

[10]吴乐,张倩,单忠德,等.面向船舶分段流水线的多工位协同作业建模技术[J].船舶工程,2020,42(2):126-130.

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