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    工业互联网标识解析体系在石化行业的应用研究

    时间：2023-02-23 11:15:06来源：百花范文网本文已影响人

    刁俊武，汪谷银，邱 斌

    （中海油信息科技有限公司，广东 惠州 516086）

    工业互联网目前已经上升到我国核心战略之一。其中，工业互联网标识解析体系作为工业互联网的重要组成部分，是实现工业互联网互联互通的神经中枢。标识解析体系是串联一切的神经网络，其作用类似于互联网领域的域名解析系统（DNS）[1]。通过对设备、配件、原材料、产品等物理实体以及工艺、算法、模型等数字实体赋予全球唯一的标识，通过工业互联网标识解析体系，实现跨地域、跨行业、跨企业、跨系统的信息查询和共享[2]。从而打通物理世界和数字世界，推动工业企业的数字化转型与智能化升级。

    通过工业互联网标识解析体系，根据标识编码系统查询标识对象的相关信息，如对产品和设备进行唯一性的定位和查询，可以实现产品防伪追溯、供应链协同、设备全生命周期管理、仓储物流以及智能化服务等创新应用场景[3]。

    石化工业是国民经济的支柱产业，我国石化产业目前已建成了完整的工业体系，产业规模跻身于世界石化大国行列[4]。石化行业结合行业特征，通过引入工业互联网标识解析体系，打通石化产业链，提升产业价值链。

    工业互联网标识解析体系是工业互联网网络体系的重要因素，根据标识编码查询目标对象网络位置或者相关信息的系统，从而对机器和物品进行唯一性的定位和信息查询是实现全球供应链系统和企业生产系统精准对接、设备全生命周期管理和智能化服务的前提和基础[5-6]。

    我国工业互联网标识解析体系逻辑框架主要由国际根节点、国家顶级节点、二级节点、企业节点、公共递归解析节点等要素组成，工业互联网标识解析二级节点通过对接国家顶级节点和企业节点， 接入国家工业互联网标识解析体系，为各类用户提供灵活多样的标识编码注册和标识解析服务[7-8]。

    石化行业标识解析二级节点建设从石化行业的特征作为切入点，重点针对生产管理、设备管理与能耗管理等行业痛点，以提高石化行业企业绿色安全高效生产为目标，规划行业发展路径，通过打造标识解析体系，实现与国家顶级节点、石化行业上中下游企业节点之间的互联互通，为石化行业提供统一的标识服务体系，推动传统石化行业数字化转型与升级，重塑产业核心竞争力，驱动现代化产业体系建设。

    2.1 石化行业标识解析二级节点平台架构

    由于面向整个石化行业，平台设计采用混合云的方式搭建石化行业的标识解析二级节点应用服务平台，为石化行业企业提供数字化、智能化转型的通用解决能力。总体架构如图1所示。

    图1 总体架构

    2.2 石化行业标识解析二级节点应用架构

    应用架构面向以石化行业提供标识服务的方式进行设计，使其能适应不同类型企业、用户、政府的需求，实现石化行业创新应用所需的信息协同与共享，并保持统一管理和统一技术支持。通过研发企业标识综合服务，将二级节点功能与企业业务流程深度结合，为企业提供内网运行环境的标识注册、标识解析等标识综合服务。应用架构如图2所示。

    图2 应用架构

    2.3 石化行业标识解析二级节点功能设计

    （1）基础功能：上与国家顶级节点、下与企业标识解析节点对接，为企业各类平台及应用提供标识注册和解析服务，同时可为企业提供标识托管服务。对标识注册、解析、维护、变更日志依法进行留存。

    （2）实名核验：具备核验企业节点注册时企业信息、自然人信息的合法性功能，从而有效防控企业登记注册的违规行为。

    （3）二级节点门户：提供石化行业二级节点的标识码查询、新闻资讯、解决方案展示、数据展示面板功能，为石化行业企业提供接入咨询服务，引导石化行业企业接入二级节点。其中，数据展示面板，实现大屏的可视化，包括标识注册量、注册企业分布和典型应用情况等展示类别用于展示企业应用标识情况，为运营推广工作提供决策帮助。

    （4）应用市场：提供工业互联网创新应用、标识解析创新应用的发布与销售渠道，构建开发者合作生态，打造石化行业的工业创新应用产品体系，同时为接入企业提供试用入口，便于中小微企业快速接入石化行业的标识解析生态圈。

    （5）标识注册及解析微服务：为接入企业提供多种标识注册以及解析服务，主要包含基于Web的标识注册及解析服务；
    基于DB数据库的标识注册及解析服务；
    基于Restful API 的标识注册及解析服务[9]。

    （6）二级节点安全防护：包括云防护墙VPC、DDoS高防、堡垒机系统、企业主机安全防护、态势感知等服务，实现主被动防护措施，提升安全防护与应急响应等功能。

    2.4 企业标识综合服务主要功能设计

    （1）赋码微服务：为企业标识解析应用各种业务对象进行工业数据分级分类，赋予唯一、规范化的工业互联网标识码，能够让企业间各种工业应用做到一码通用，实现系统间的业务流转。

    （2）标识码权限控制：为工业互联网标识码、标识属性提供访问权限控制功能，解决企业内网应用与互联网应用数据互联互通对同一标识不同访问权限的问题。通过标识码过滤功能，企业可以有选择地将部分标识及其属性同步到标识解析二级节点。

    2.5 石化行业标识解析二级节点平台应用模式

    石化行业标识解析二级节点平台涉及大量业务场景和众多业务系统，每个业务系统和业务场景都有其特殊性。平台通过提供具备稳定性、可扩展性、可维护性、安全性、高效性的统一标识注册，标识识别，标识管理等服务，满足内网应用场景、互联网应用场景及内外网协同应用场景3种业务场景的业务对接，促进跨系统、跨企业的信息共享和信息利用，为未来的跨行业信息共享打下坚实的基础。

    （1）支撑企业内网标识应用

    标识应用场景存在仅限企业内网应用间进行标识数据的流通交互场景，如部分大型企业，自身具备完整的产业链，下属单位包括上中下游企业，同时建设有企业内网，部分标识应用场景仅限在内部企业与企业，系统与系统间进行标识数据的流通交互。

    （2）支撑互联网标识应用

    互联网标识解析应用可以调用石化行业二级节点进行标识注册、解析微服务，实现标识数据的注册、修改、删除等操作。标识注册及解析微服务依据国家标识解析体系的API标准，定时推送标识批量注册至国家标识解析体系。

    （3）支撑企业内网应用与互联网应用场景

    标识应用场景存在企业内网应用与互联网应用间进行标识数据流通交互的业务场景。对于企业内网应用将通过企业标识综合服务的API实现标识数据的注册（修改、删除）等操作。企业标识综合服务定时批量的单向数据同步通过石化行业二级节点提供的标识注册及解析微服务，实现标识信息批量注册（修改、删除）。互联网标识解析应用调用石化行业二级节点标识注册、解析微服务实现标识数据的注册、修改、删除等操作。

    基于工业互联网标识解析体系，结合石化行业的特征，选择智能仓储、工艺管理、高风险作业、实验室分析（LIMS）、能源模型、设备预防性维护6个方面开展创新应用设计。

    3.1 基于标识解析的智能仓储应用

    以物料编码标识为核心，采用标识解析技术关联各类单据，并贯穿仓储管理全流程。设计一套基于标识解析的智能仓储系统及其配套的移动应用，智能仓储系统打通SAP，实现智能仓储系统与SAP中采办、仓储等业务的数据联通。通过使用智能终端，扫描货品标识码进行收发货操作，实现数据实时下载流转及实时数据回写；
    智能仓储系统包含仓库主数据、入库管理、出库管理、库内管理、报表管理、可视化库存、物品存储库存、供应商管理、库存预警等功能模块，出入库全流程可实现智能终端操作，减少业务人员往返库内与电脑机房的不便；
    入库上架时，系统根据设置的上架策略推荐相应货位，减少人工查找合适货位的时间，提升上架效率，拣货时系统根据货位编码升序排序，规划指引路径，减少业务人员库内重复路径；
    提高企业对仓储和备品备件的管理、管控水平。

    3.2 基于标识解析的全生命周期生产工艺管理应用

    以智能模型与智能模拟装置为基础，开发智能异常工况受控、智能控制和操作优化系统，并应用装置历史数据进行系统验证，实现装置的节能减耗。将智能模型作为标识对象，利用标识解析技术注册石化行业二级节点，为石化行业提供建设参考，实现跨系统、跨企业的应用；
    从行业二级节点获取相同设备所产生的历史数据，丰富企业自身数据量，进一步优化模型，提高应用系统优化率。

    3.3 基于标识解析的生产过程高风险作业管控应用

    以作业票标识为核心，采用标识解析技术打通作业许可系统、LIMS系统、应急管理系统及设备工艺信息、气象、视频监控系统，充分利用安全相关数据，建立现场作业审批复核环节，更好地强化属地安全管控与规范作业现场管控；
    利用人工智能技术，结合应急管理系统中与安全作业相关的信息，建立符合现场作业过程监护需求的报警规则，通过对高风险作业的过程监护，有效提高安全管理效率、降低作业风险，让制度约束现场行为，实现监管问题“早知道”“早处理”“早解决”，将风险、隐患消灭在萌芽状态，实现安全监护由人工识别向智能识别的转变；
    将高风险作业相关的作业票、作业标准、违章信息、施工单位、摄像头、刷卡定位点作为标识对象，以标识解析技术将作业过程中有价值的数据向行业二级节点注册，同时在行业二级节点获取其他企业对自身有价值的数据，实现跨系统、跨企业的应用。

    3.4 基于标识解析的LIMS分析应用

    传统的LIMS系统对于实验室设备和耗材的使用情况缺乏全生命周期的管理，对于检测数据缺乏深入分析能力，也无法实现向外部共享企业分析化验的能力。基于标识解析的LIMS分析系统主要包括仪器信息管理、仪器档案管理、检验数据查看、数据统计、数据图形化展示等。通过化验单、分析检测仪器、分析检测报告等标识对象，关联实验室分析化验过程中的各种数据和信息，不仅实现了对实验室分析检测业务的全过程管理，还实现了分析化验能力的跨企业共享和数据的跨企业应用，提高了企业知名度，促进了行业的良性竞争和健康发展。

    3.5 基于标识解析的能源模型管理应用

    基于能源管理模型的标识应用，选择循环水能耗优化应用，包括能耗预测、在线模拟、调度优化、实时监控、异常报警等功能。通过机理建模与数据建模相结合的方式建立循环水系统能耗评价、能耗预测和能耗优化模型。将PI实时数据库中循环水系统相关的位号数据采集到系统中，并通过模型和算法实现精确的能耗计算和评价。采用非线性规划等优化方法，计算出各工况下的循环水系统最优调度方案，对循环水系统的运行和调度给出科学指导。基于标识解析技术将循环水系统模型标识对象注册到二级节点，实现循环水能耗优化模型信息共享和复用，促进企业间的节能知识共享，提升企业的节能管理水平。

    3.6 基于标识解析的设备预防性维护应用

    以设备标识为核心标识，梳理设备对象相关数据源，利用标识解析技术，打通设备对象相关数据，维护设备信息一致性和唯一性，降低系统间数据互联互通的复杂度，实现设备标识一码贯通设备信息和各项数据。以离心机泵历史数据为基础，采用主元分析法搭建故障预测模型，接入实时数据，赋予离心机泵实时状态监测、故障预测、故障预警等功能。对故障处理全流程进行跟踪，避免故障管理断层，实现对设备故障的统一管理，对设备的维护、检修和改造做出科学决策，从而实现装置生产过程的安全、稳定、长周期运行。

    基于工业互联网标识解析体系，结合石化行业特点建设石化行业二级节点，通过对接国家顶级节点和企业节点，为石化行业的企业和用户提供灵活的标识编码注册和标识解析服务，促进石化行业的生产管理、设备管理、物流管理、能源管理等应用，加速产业聚集，推动标识产业生态培育。从而成为构建安全、稳定、高效、可靠的工业互联网标识解析体系的重要基础和支撑环节[10-11]。

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