摘要：標識解析技術(shù)在重要產(chǎn)品追溯及物流領(lǐng)域已經(jīng)取得了成功，但是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的生產(chǎn)制造環(huán)節應用仍有一定局限性。通過(guò)對工業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程標識技術(shù)應用現狀的分析，基于語(yǔ)義化技術(shù)提出了適用于工業(yè)生產(chǎn)的標識解析應用系統，以支撐跨企業(yè)、跨行業(yè)以及跨區域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合應用。

關(guān)鍵詞：標識解析；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；工業(yè)生產(chǎn)；語(yǔ)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(dòng)寬帶、云計算、大數據等新一代信息技術(shù)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(lǐng)域向生產(chǎn)領(lǐng)域、從虛擬經(jīng)濟向實(shí)體經(jīng)濟拓展的核心載體，是工業(yè)智能化發(fā)展的關(guān)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(chǎn)及應用特點(diǎn)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析是實(shí)現貫穿工業(yè)生產(chǎn)全生命周期，包括制造實(shí)體、過(guò)程、產(chǎn)品等相關(guān)數據信息互通的關(guān)鍵技術(shù)。隨著(zhù)我國工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)制造過(guò)程數字化、網(wǎng)絡(luò )化水平的不斷提升，覆蓋工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程的大量生產(chǎn)/運行數據、控制數據與管理網(wǎng)絡(luò )中的管理數據、設計/工藝數據交互需求 日益增加，數據內容擴展到包含產(chǎn)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(mén)和供應商等在內的制造全流程全要素數據。因此為實(shí)現跨地區、跨行業(yè)、跨企業(yè)間的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數據共享與流動(dòng)，引入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析技術(shù)，將這些海量、異構的數據信息進(jìn)行統一標識與解析，實(shí)現海量異構工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數據信息的可互聯(lián)、可理解與可共享，將有效指導工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)高效運行。因此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析體系在生產(chǎn)制造過(guò)程中的應用將成為具有代表性的一類(lèi)標識解析應用模式。

同時(shí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析體系發(fā)展受到了國務(wù)院、工信部等政府部門(mén)的高度重視。2017年11月，國務(wù)院《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見(jiàn)》指出，“構建標識解析服務(wù)體系，支持各級標識解析節點(diǎn)和遞歸節點(diǎn)建設，利用標識實(shí)現全球供應鏈系統和企業(yè)生產(chǎn)系統間精準對接，以及跨企業(yè)、跨地區、跨行業(yè)的產(chǎn)品全生命周期管理，促進(jìn)信息資源集成共享”；2018年11月，工信部部長(cháng)苗圩在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰略咨詢(xún)專(zhuān)家委員會(huì )第一次會(huì )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(jìn)國家頂級節點(diǎn)、二級節點(diǎn)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)展現狀分析

不同于傳統互聯(lián)網(wǎng)應用體系圍繞IT側來(lái)進(jìn)行，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是覆蓋IT側與OT側網(wǎng)絡(luò )與應用的基礎設施。在標識解析方面，由于傳統IT系統和OT系統的應用服務(wù)起源不同，使得IT側和OT側標識解析技術(shù)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(shù)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(lǐng)域數據字典的制定，對于實(shí)現細節在標準層面一般不做更多規定，工業(yè)領(lǐng)域的標識體系構建主要是從工業(yè)生產(chǎn)面臨的具體問(wèn)題出發(fā)，具有分層、異構、碎片化特征。工業(yè)領(lǐng)域標識重在進(jìn)行信息的無(wú)異議交互，以IEC、ISO、IEEE為主導進(jìn)行的數據標識體系構建，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(guò)制定統一格式的編碼來(lái)實(shí)現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(shù)體系與OT側標識解析技術(shù)體系均有一定局限性。IT側標識解析技術(shù)目前從標識對象、標識載體到應用模式側重于對實(shí)體的元數據進(jìn)行接口級別的標識；OT側標識解析技術(shù)以領(lǐng)域數據字典形式為主，致力于實(shí)現對工業(yè)產(chǎn)品、裝備的元數據標準化定義，但是數據字典應用形式單一，無(wú)法支持工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)數據關(guān)聯(lián)以及跨環(huán)節綜合應用。

因此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析體系在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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狀及應用優(yōu)勢點(diǎn)，充分發(fā)揮二者長(cháng)處，實(shí)現無(wú)縫融合，助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全環(huán)節信息交互共享。

3　標識解析在生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)環(huán)節中應用現狀分析

目前，標識解析體系已經(jīng)在供應鏈中物品自動(dòng)化跟蹤和追溯成熟應用，在物流供應鏈中對物品進(jìn)行跟蹤和追溯對于實(shí)現高效的物流管理和商業(yè)運作具有重要意義。但是生產(chǎn)制造過(guò)程的數據共享仍然停留在點(diǎn)對點(diǎn)、一對一的系統集成階段，缺乏基礎設施級支持。如圖1所示，工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)制造全過(guò)程貫穿生產(chǎn)訂單、設計、工藝、計劃、倉儲采購、物流、生產(chǎn)、裝配、質(zhì)量以及售后服務(wù)各環(huán)節。按照IEC對數據兼容性分級的劃分，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(shù)的成熟度發(fā)展角度區分，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)節中產(chǎn)品、設備以及相關(guān)因素數據的標識編碼進(jìn)展，標準化水平指該環(huán)節中對其涵蓋的產(chǎn)品、生產(chǎn)全要素的標準覆蓋范圍，應用水平指該環(huán)節中應用系統能夠提供的服務(wù)能力和環(huán)節覆蓋能力，從這兩個(gè)角度出發(fā)，可以細粒度的對生產(chǎn)制造全流程標識能力進(jìn)行分析。

圖1 工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)制造全過(guò)程

（1）生產(chǎn)訂單環(huán)節

生產(chǎn)訂單環(huán)節的標識化水平以及標準化水平是比較高的，原因在于生產(chǎn)訂單過(guò)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(chǎn)訂單中的各類(lèi)數據信息，并且能夠將數據進(jìn)行統一的分類(lèi)與映射，生成具有一定標準化水平的生產(chǎn)訂單。

（2）設計、工藝、計劃環(huán)節與倉儲、采購物流環(huán)節

設計、工藝、計劃環(huán)節與倉儲、采購物流環(huán)節的標識化水平與標準化水平相似，兩個(gè)環(huán)節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(gè)工業(yè)生產(chǎn)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、運輸的完整的供應系統，因此在兩個(gè)環(huán)節中標識化處在中等水平。

（3）生產(chǎn)裝配環(huán)節

生產(chǎn)裝配環(huán)節的標識技術(shù)應用水平在數據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(chǎn)裝配過(guò)程不具有通用特性且其細分環(huán)節相互耦合嚴重，當前標識解析的應用模式難以直接復制到生產(chǎn)制造環(huán)節中去，導致在整個(gè)工業(yè)產(chǎn)品全生命周期中的數據分析至關(guān)重要，但是卻尚無(wú)基礎設施級別的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)支持實(shí)現全流程數據共享與綜合應用。

（4）質(zhì)量服務(wù)環(huán)節

質(zhì)量服務(wù)環(huán)節的標識技術(shù)應用水平在數據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(chǎn)品加工完成后難以獲取其設計、加工以及生產(chǎn)裝配過(guò)程中的詳細數據信息，無(wú)法進(jìn)行質(zhì)量信息源頭數據的有針對性分析，其質(zhì)量信息以及服務(wù)信息停留在各自的系統中，可以用于指導其他生產(chǎn)環(huán)節，但是無(wú)法達到互操作級別。

綜上，工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)制造全過(guò)程中雖然部分階段環(huán)境應用了標識技術(shù)，但是從全局角度來(lái)看，仍然停留在各個(gè)系統之間只能相互協(xié)同工作，數據共享也只是在點(diǎn)對點(diǎn)的系統集成階段，無(wú)法進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)全流程的互操作。由于企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中各環(huán)節數據可互操作水平低，例如細粒度成本核算、生產(chǎn)過(guò)程全流程數據可追溯以及質(zhì)量問(wèn)題的細粒度分析等場(chǎng)景需求難以滿(mǎn)足，因此考慮引入語(yǔ)義技術(shù)來(lái)打破各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節的數據標識應用壁壘，將各個(gè)環(huán)節的數據信息通過(guò)語(yǔ)義數據標識建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，以支撐全局數據標識互聯(lián)互通互操作需求。

4　語(yǔ)義技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析中應用

語(yǔ)義分析技術(shù)適用于解決工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵過(guò)程所面臨的異構元數據/設計數據/生產(chǎn)運行數據/管理數據的統一語(yǔ)義標識映射、跨系統數據無(wú)歧義解析、面向業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的標識解析等問(wèn)題，能夠將異構的數據信息進(jìn)行統一的標識并且解析，而且將各類(lèi)標識解析通過(guò)語(yǔ)義分析技術(shù)建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，結合企業(yè)的自身數據信息將這些關(guān)聯(lián)關(guān)系實(shí)例化，用于信息檢索，能夠兼容市場(chǎng)中主流的分類(lèi)標識編碼并且進(jìn)行解析，同時(shí)能夠與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析國家節點(diǎn)進(jìn)行數據對接與同步。其參考應用流程如圖2所示。

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

（1）生產(chǎn)現場(chǎng)將各類(lèi)數據，包括設計數據、生產(chǎn)運行數據等通過(guò)標識注冊、標識解析以及語(yǔ)義分析及模糊匹配存儲到實(shí)例級標識數據本體庫中，實(shí)例級語(yǔ)義標識本體庫是對企業(yè)的所有數據信息的實(shí)例化存儲，企業(yè)的數據來(lái)源主要包括了各類(lèi)數據庫以及電子文檔等。

（2）概念級語(yǔ)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(yǔ)義數據信息，具體的數據集為當前相關(guān)國際國家標準，各類(lèi)數據集通過(guò)數據轉換工具實(shí)現對概念級通用標識基準庫的數據對接；行業(yè)概念級標識數據語(yǔ)義基準庫的構建流程與概念級語(yǔ)義標識基準庫的構建路程相似，具體的數據集來(lái)源為各個(gè)行業(yè)的數據字典定義以及行業(yè)標準內容；結合概念級語(yǔ)義標識基準庫的數據信息來(lái)構建出行業(yè)概念級標識數據語(yǔ)義基準庫；概念級標識數據語(yǔ)義基準庫可以與行業(yè)概念級標識數據語(yǔ)義基準庫進(jìn)行拆分聚合，并且進(jìn)行數據同步，三個(gè)數據基準庫通過(guò)倒排索引、實(shí)體類(lèi)聚索引、路徑索引、時(shí)空關(guān)聯(lián)索引以及三元組索引等方式建立綜合檢索系統，供終端用戶(hù)進(jìn)行檢索。

（3）終端用戶(hù)通過(guò)語(yǔ)義檢索以及關(guān)聯(lián)查詢(xún)對概念庫及實(shí)例庫進(jìn)行數據檢索，后將檢索結果按需返回給用戶(hù)。

5　結論

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識是實(shí)現全球供應鏈系統和企業(yè)生產(chǎn)系統間精準對接、以及跨企業(yè)、跨地區、跨行業(yè)的產(chǎn)品全生命周期管理的重要技術(shù)支撐。但是企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的各類(lèi)數據標識化、標準化以及應用模式仍然停留在實(shí)體信息獲取的淺應用層面，標識解析體系在生產(chǎn)過(guò)程數據共享應用中所應發(fā)揮的作用尚未充分體現出來(lái)。通過(guò)對當前工業(yè)生產(chǎn)應用中標識解析的應用水平、標準化水平進(jìn)行深入細粒度分析，引入語(yǔ)義技術(shù)實(shí)現具有跨行業(yè)、跨地區、跨企業(yè)的綜合標識解析數據互通互操作應用系統，將為標識解析體系在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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)議及數據互認標準研究與試驗驗證”項目資助。

作者簡(jiǎn)介：

曾鵬，中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )邊緣計算專(zhuān)業(yè)委員會(huì )主任，中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所所長(cháng)助理，研究員，博士生導師，中國科學(xué)院網(wǎng)絡(luò )化控制系統重點(diǎn)實(shí)驗室主任，入選國家“萬(wàn)人計劃”創(chuàng )新領(lǐng)軍人才。研究領(lǐng)域包括工業(yè)網(wǎng)絡(luò )、工業(yè)信息處理、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算等。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年11月刊