基于工业互联网标识体系的协同制造研究*
邹波㊀侯小明㊀黄振林㊀刘宝岳儿童歌曲
(和利时集团，北京100176)
摘要：为了实现全生产要素的网络化协同以及智能化生产，解决生产过程中因不同地区㊁不同企业㊁不同编码体系而导致的无法协同设计㊁生产，以及产品追溯不完整，设计了基于工业互联网平台的标识解析体系，对不同企业㊁订单㊁设备㊁物料㊁生产过程㊁产品等进行统一分级注册，按需实时解析；设计了相应的智能示范产线，实现了在个性化定制模式下的全程自主控制；融合数字孪生与图像识别等先进技术，测试验证了基于工业互联网标识体系在异主异地异构生产时的有效性㊂
关键词：工业互联网；标识体系；产品追溯；协同制造；数字孪生
中图分类号:TP391㊀㊀㊀㊀文献标识码:A
引用格式：邹波，侯小明，黄振林，等.基于工业互联网标识体系的协同制造研究[J].信息通信技术与政策,2021,47(1):14-19.
doi:10.12267/j.issn.2096-5931.2021.01.004
0㊀引言
协同制造是制造企业利用网络技术开展产品设
计㊁制造㊁销售㊁采购㊁管理的一系列活动的总称，是企
业为迎接知识经济和全球化挑战实施的以快速响应市
场需求和提高企业竞争力为主要目标的一种先进制造
模式[1]㊂由于协同制造活动的企业在地域上是分散的，造成了制造信息的分布性；伴随市场竞争的加剧,
企业内部以及企业外部之间经常快速集成重构以适应
市场需求，不同企业有各自的加工制造特点，有不同的
制造操作规范㊁编码规范，从而造成制造信息的异构
性，这些为跨企业协同制造带来了困难㊂
目前，标识解析体系已经应用在物流供应链中对
物品进行跟踪和追溯，这对实现高效的物流管理㊁提高
食品药品使用安全性等具有重要意义㊂标识解析体系
在部分工业场景中得到了一定程度的应用，但主要停
留在信息获取层面的浅层次应用，生产制造过程的数
据共享仍然停留在点对点㊁一对一的系统集成阶段，缺
乏基础设施级支持[2]，异主㊁异地㊁异构的互联互通与互操作带来的深度创新应用还有待发展㊂
本文基于中国信息通信研究院工业互联网标识解析国家顶级节点(武汉)的建设，搭建了基于工业互联网平台的标识解析系统，设计了标识应用的智能示范产线，探索了其在支撑个性化定制㊁网络化协同制造㊁智能化生产㊁服务化延伸方面的可行性㊂
1㊀工业互联网标识解析体系设计
1.1㊀总体框架
乌云然歌词
如图1所示，基于工业互联网平台标识解析体系的应用采用云边端一体化架构，端侧包含3个工厂生产
设备㊁辅助设备㊁可编程逻辑控制器(Program Logic
Control,PLC)系统等，详情见第2章的智能示范产线设计；边缘侧为在生产现场部署的智能网关，支持有线传输㊁无线传输，能够通过将Modbus TCP等几十种工业协议转换成MQTT，实现现场设备的数据采集，并入云到私有云平台数据管理中心，另外支持云端控制指令的下行和需要实时处理的计算；云端分为3层，其中
∗基金项目：工业和信息化部重点资助项目 工业互联网平台体验中心建设 (No.TC19083WC)资助
㊀㊀㊀
图1㊀基于工业互联网平台标识解析体系的应用框架
IaaS 层由私有服务云搭建,PaaS 层是工业互联网的核心，为SaaS 层提供应用开发支撑,SaaS 层为具体的业务应用层㊂
1.2㊀工业互联网平台
工业互联网是互联网和新一代信息技术与工业系统全方位深度融合所形成的产业和应用生态，是工业智能化发展的关键综合信息基础设施㊂其本质是以机器㊁原材料㊁控制系统㊁信息系统㊁产品以及人之间的网络互联为基础，通过对工业数据的全面深度感知㊁实时传输交换㊁快速计算处理和高级建模分析，实现智能控制㊁运营优化和生产组织方式变革[3]㊂
本文介绍的这款由企业自主研发的工业互联网平
台HolliCube ，参照了工业互联网产业联盟发布的工业互联网体系架构2.0，采用了
Kubernetes ㊁Docker ㊁Service Mesh 等容器管理㊁微服务技术㊂HolliCube 由
通用平台层㊁工业PaaS 层和可视化工具构成，其中通用平台层由工业数据管理㊁通用微服务㊁容器管理搭建而成；工业PaaS 层提供工业信息服务，采用工业微服务部署形式，可满足不同企业因生产差异产生的功能需求，包含工业信息模型服务㊁工业事件库服务㊁工业仿真环境服务㊁标识注册与解析服务㊁工业数据分析服
务等；可视化开发工具层基于HTML 5技术，提供B /S 的工业信息模型建模工具㊁可视化应用开发工具与管理控制台㊂
HolliCube 支持云边端协同业务模式，以平台+APP 方式提供灵活㊁可扩展的业务功能，通过云平台中
标识体系的服务，提供订单管理㊁供应链管理㊁仓储管理㊁产品追溯㊁数字孪生等标识注册与解析相关的APP 应用㊂
1.3㊀标识解析体系
工业互联网标识解析是指为工业制造中的智能机器㊁生产设备㊁零部件㊁存储系统等赋予唯一标识，建立基于标识的通信网络，实现所有元素全面互联以及相关信息的获取㊁处理㊁传输和交换，从而为制造业深层次的应用提供数据资源的过程[4]㊂基于工业互联网标识解析体系架构的产业应用本质上区别于传统互联网模式下的信息系统应用，它是一种实现跨主体㊁跨环节㊁跨应用的行业信息系统集成应用模式㊂
如图2所示，工业互联网标识解析体系采用分层㊁分级模式构建，由国际根节点㊁国家顶级节点㊁二级节点㊁企业节点㊁公共递归解析节点等要素组成，其中二级节点是指一个行业或者区域内部的标识解析公共服
务节点，能够实现异构标识体系的互联互通，支撑工业互联网平台开展资源定位和信息共享，具备备案㊁监测㊁认证等保障能力[5]㊂
根据递归解析节点提供的API，在工业互联网平台HolliCube中开发了与其对接的接口，并进行了封装，支撑了与国家顶级节点㊁二级节点㊁企业节点的对接，实现了标识注册㊁解析㊁查询等功能㊂
2㊀智能示范产线设计
2.1㊀示范产线整体设计
智能示范产线设计以能够展示工业互联网标识解析体系的应用为主旨，同时能够反映工业中的典型新技术新应用，包含数字孪生㊁缺陷检测㊁个性化定制等㊂构建好的智能示范产线实施效果如图3所示，其主要实体信息见表1㊂由表1可见，组装完成后的产品原型，由底座㊁立方体㊁上盖组成；智能工厂包含北京分工厂㊁广州分工厂㊁武汉总装厂，其中北京分工厂生产底座，广州工厂生产立方体，武汉总装厂生产上盖并负责成品的组装和入库;AGV负责产品的转运，将北京分工厂㊁广州分工厂的部件产品运输到武汉总装厂
㊂
图3㊀示范产线现场实施效果图
图2㊀工业互联网标识解析体系结构
表1㊀智能示范产线主要实体逮捕的条件
序号所属工厂
实体名称
通信协议实体标识
1234北京分工厂北京分工厂无
88.01.101/120110E 工业机器人Modbus TCP
88.01.101/1201103063M 贴标机TCP /IP 88.01.101/1201104021M 立体库无88.01.101/1201105438M 56789
欧弟汪涵
10111213武汉总装厂武汉总装厂无
88.01.103/340150E
AGV Modbus TCP
88.01.103/3401503468M 装配机器人Modbus TCP
88.01.103/3401504081M 侧面雕刻机Modbus TCP
88.01.103/3401504053M 顶部雕刻机Modbus TCP
88.01.103/3401504054M 搬运机器人Modbus TCP
88.01.103/3401502697M 直线伺服电机IO 88.01.103/3401502680M 上盖储存立体库无88.01.103/3401503649M 成品立体库无88.01.103/3401503645M 14151617
广州分工厂
广州分工厂无
88.01.102/230140E
工业机器人Modbus TCP
88.01.102/2301404061M 贴标机TCP /IP 88.01.102/2301404051M 立体库
无
88.01.102/2301408643M
图4㊀智能示范产线标识注册解析流程
2.2㊀标识解析体系应用
图4所示为智能示范产线标识注册解析流程㊂当人脸识别终端产生订单后，工业互联网平台上的订单系统会对订单进行分解，并在标识注册解析系统进行注册，生成订单唯一标识，北京分工厂㊁广州分工厂按照订单要求生产底座㊁立方体，并注册生成产品的唯一标识，通过贴标机将唯一标识码贴在产
品上面；武汉总装厂根据订单生产上盖，当底座㊁立方体库存低于生产需要时,AGV 会到分工厂运输缺少的部件产品，并在总装厂组装位将三者组装成成品
，然后由侧面雕刻机雕写个性化定制的内容，顶部雕刻机雕写成品的唯一标识码，最后通过搬运机器人实现入库㊂另外，在成品
入库前，工业相机会对成品进行缺陷检测，检测标准包含颜差㊁配合紧密度，最后按照不同类别分类存放㊂
2.3㊀数字孪生系统
莫妮卡 贝鲁奇
数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈㊁数据融合分析㊁决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力[6]㊂从根本上讲，数字孪生可以定义为有助于优化业务绩效的物理对象或过程的历史和当前行为的不断发展的数字资料㊂数字孪生模型基于跨一系列维度的大规模㊁累计㊁实时㊁真实世界的数据测量㊂数字孪生具有的典型特征包含:
互操作性㊁可扩展性㊁实时性㊁保真性㊁闭环性[7]㊂
在智能示范产线中3个工厂处分别设置3块大屏
幕用于数字孪生的展示和应用，包含虚实映射㊁反向控制调试㊂
(1)虚实映射的展示：在操作控制台设定智能示
范产线为自动模式，大屏幕上虚拟工业机器人的运动㊁贴标机的状态指示灯与机械动作㊁立体仓库存储状况(产品与原料存储位置㊁产品的标识信息)㊁AGV 运动等，是由对应实体的实时数据驱动进行变化的，经过测试其中工业机器人的虚实映射时延在50ms 以内，具
体现场效果如图5所示
㊂
图5㊀数字孪生实施效果图
图6㊀直线伺服电机远程控制调试逻辑图
(2)反向控制调试的流程：在操作控制台将智能
示范产线由自动模式切换到手动模式，在工业机器人控制柜将其运行模式切换到手动模式，通过在Hollicube 上定制开发的Web 程序，设定只有管理员账号的访问控制权限，实现远程模拟与调试4台工业机器人，确定合适的逻辑程序后下载到工业机器人㊂直线伺服电机的远程控制调试逻辑如图6所示㊂
另外，大屏幕上展示的数字孪生效果的上半部分展示了立体库的原材料和加工完成的产品，每个产品可以详细查看其标识信息和生产过程信息㊂
3㊀结束语
广西图书馆本文根据目前异主异地异构情况下协同化制造的要求，提出了一种基于云边端一体化架构的工业互联网标识解析体系，将各个工厂的设备通过标识注册与解析系统生成唯一标识码，在工业互联网平台Hollicube 上以微服务形式部署订单管理模块㊁仓储管理模块㊁报表统计模块㊁生产追溯模块等，以订单标识为牵引，驱动3个工厂有序协作生产，并将各产品标识打印在产品正面，通过扫码标识即可追溯整个产品的生产过程㊂在智能示范产线设计与测试中，验证了在个性化定制模式下基于工业互联网标识解析体系应用于协同制造的有效性，同时融合新技术实现了产线层面的数字孪生，包含产线的虚实映射，以及通过虚拟工业机器人㊁虚拟伺服电机调试与控制实体产线；结合图像识别技术，识别了产品缺陷并实现了分类存储㊂期望本研究对于探索工业互联网㊁标识解析体系在工业领域实现个性化定制㊁网络化协同制造，以及全产业链的追溯具有一定的参考意义㊂
参考文献
[1]李先旺.网络化制造中基于语义网关的异构系统集成
技术研究[D ].重庆：重庆大学,2013.
[2]曾鹏，刘阳.工业生产中工业互联网标识解析技术应
用研究[J ].自动化博览,2019(11):46-48.[3]工业互联网产业联盟.工业互联网体系架构2.0
[Z ],2020.
[4]刘阳，韩天宇，谢滨，等.基于工业互联网标识解析体
系的数据共享机制[J ].计算机集成制造系统,2019,25(12):3032-3042.
[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(2):61-65.
[6]陶飞，刘蔚然，刘检华，等.数字孪生及其应用探索
[J ].计算机集成制造系统,2018,24(1):2-3.