400-868-1122
根云-工業(yè)趨勢分析
返回引言
物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要解決兩個基本問題，一個是萬物互聯(lián)的通信技術問題；另一個是聯(lián)網(wǎng)物體的價值發(fā)現(xiàn)問題。而第二個問題是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心，即為什么萬物互聯(lián)，或萬物互聯(lián)能產(chǎn)生什么價值。
智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的最重要組成部分，隨著世界經(jīng)濟格局的變化，其越來越受到各國的重視，以中國、美國、德國為代表的世界重要經(jīng)濟體都在該領域加大投入，期望利用先進技術改善傳統(tǒng)制造業(yè)，提升生產(chǎn)效率和本國的基礎制造業(yè)競爭力。
美國有先進制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；德國有工業(yè) 4.0和數(shù)字化戰(zhàn)略 2025；而我國將“中國制造2025”定位于國家戰(zhàn)略高度，旨在推動互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)融合創(chuàng)新，通過網(wǎng)絡融合發(fā)展，促進新技術在傳統(tǒng)制造行業(yè)進行應用。
未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術及應用方向之一，就是智能制造所涉及的各類割裂數(shù)據(jù)的理解及應用，而要理解數(shù)據(jù)，就要對數(shù)據(jù)的來源、流動過程、用途等進行了解并掌握，目前可見，唯一有希望滿足這個任務的是標識解析技術。因此，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的各參與方中，標識解析技術越來越受到重視。
本文首先介紹了標識解析的基礎概念、主流技術，然后針對物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)內容理解的需求，從實現(xiàn)設備互聯(lián)互通互操作角度，提出了標識解析技術在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域的標準化思路，最后根據(jù)面向數(shù)據(jù)融合理解的目標，給出了標識解析技術可能的應用架構，并進行了相關分析和介紹。
標識解析技術介紹
標識解析技術簡介
標識可以理解為用于識別不同物品、實體、物聯(lián)網(wǎng)對象的名稱標記，可以是由數(shù)字、字母、符號、文字等以一定的規(guī)則組成的字符串。
目前主流的標識技術有Handle、OID（object identifier，對象標識符）、Ecode（entity code for IoT，物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一標識體系）、Epc、UCode等，分別由不同的組織機構提出，其出發(fā)點都是面向物品對象、數(shù)字對象等進行唯一標記及提供信息查詢的功能，進而發(fā)展成一種底層的信息架構，某些方面類似于互聯(lián)網(wǎng)中的DNS。現(xiàn)簡述如下。
• Handle：由TCP/IP的聯(lián)合發(fā)明人、有“互聯(lián)網(wǎng)之父”之稱的Robert Kahn博士發(fā)明，核心系統(tǒng)由美國國家創(chuàng)新研究所（CNRI）開發(fā)。Handle 在全球設立若干的根節(jié)點，根節(jié)點之間平等互通，這也是其目前受到各國重視的原因之一；其另外一個特點是提供部分用戶自定義的編碼能力，用戶可以根據(jù)實際需求在編碼體系的部分字段自定義編碼規(guī)則。目前Handle技術在國內已經(jīng)成功應用在產(chǎn)品溯源、數(shù)字圖書館等領域。
• Ecode：我國自主研制的標識編碼技術，其由 Ecode 編碼、數(shù)據(jù)標識、中間件、解析系統(tǒng)、信息查詢和發(fā)現(xiàn)服務系統(tǒng)、安全保障系統(tǒng)等部分組成。Ecode目前在國內已經(jīng)成功應用于農(nóng)產(chǎn)品質量溯源等領域。
• OID：由ISO/IEC、ITU國際標準組織共同提出的標識機制，用于對實體及數(shù)字等對象、概念或者“事物”進行全球無歧義、唯一命名。一旦命名，該名稱終生有效。OID 在醫(yī)療衛(wèi)生領域、信息安全等領域獲得較多的應用。
此外，還有其他的標識技術，限于篇幅這里不做詳細敘述。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)標識技術是適用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)各個領域的基礎共性支撐技術，可以解決“信息孤島”問題，突破不同領域間的信息壁壘，作為工業(yè)大數(shù)據(jù)、設備智能化等目標的基本支撐技術。
對標識技術在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用的理解
標識的本質是用于識別對象的技術（包含實體對象、虛擬數(shù)字對象等），以便各類信息處理系統(tǒng)、資源管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)對目標對象進行相關管理和控制。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的標識解析，除了識別網(wǎng)絡內各個實體的作用外，并在此基礎上增加了查詢實體關聯(lián)信息的功能。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析技術的變化在于，一是顆粒度從主機細化到了物品、信息、服務等資源；二是功能可支持對異主、異地、異構的信息實現(xiàn)智能化關聯(lián)。
在實際中，標識從應用中一般分為兩類：一類是有直接可理解含義，如道路標識等：另一類是用來唯一識別一個“對象”，而不關注這個對象的用途如何，用戶的業(yè)務實現(xiàn)由各類解析系統(tǒng)及基于解析系統(tǒng)的業(yè)務應用系統(tǒng)完成。
業(yè)務系統(tǒng)在完成定義的功能中，通常把標識的解析信息與其他信息相關聯(lián)，實現(xiàn)業(yè)務需求所需的功能，如關聯(lián)對象的時間、空間信息后進行產(chǎn)品追溯等。第二類標識技術是本文主要研究的內容。
物體標識技術構成有 3 個基本元素：標識編碼技術、標識載體技術和標識解析技術，介紹如下：
• 標識編碼技術是將事物或概念賦予一定規(guī)律性的、易被人或機器識別和處理的數(shù)字、符號、文字或任意可以被機器識別的混合信息符號等。編碼是人們統(tǒng)一認識、統(tǒng)一觀點、交換信息的一種基本技術手段。編碼的目的在于提高信息處理的效率，但目前不同標識體系的編碼規(guī)則不統(tǒng)一，造成“信息孤島”及信息融合、理解及基于此的新應用的開發(fā)困難。
• 標識載體技術規(guī)定了標識數(shù)據(jù)在“載體”上以何種形式存儲和讀取。離線載體有條形碼、二維碼、RFID、NFC等，在線載體則以各種文本或二進制數(shù)字信息存在。需要說明的是，在數(shù)字空間中通常不需要物理世界的標識載體。
• 標識解析技術是指將對象標識映射至實際信息服務所需的信息的過程，如地址、物品、空間位置等。例如，通過對某物品的標識進行解析，可獲得存儲其關聯(lián)信息的服務器地址。標識解析是在復雜網(wǎng)絡環(huán)境中，能夠準確而高效地獲取對象標識對應信息的“信息轉變”的技術過程。
面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需求標識解析技術的標準化研究思路
標識解析技術本身并不是一個新技術，其最初的應用主要是解決生產(chǎn)者對所生產(chǎn)產(chǎn)品的管理，近些年國家層面的主要推動力量為監(jiān)管部門，應用在藥品、食品的安全追溯領域。但針對標識技術應用的市場自發(fā)推動力量不足，這其中核心的原因是標識解析技術所對應的信息價值沒有被挖掘出來。
隨著物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人們逐漸認識到標識技術是物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎信息融合理解的支撐技術，是未來物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)應用的最基本支撐技術。
但要發(fā)揮標識技術的應用價值有兩個關鍵問題需要解決：標準化問題，各類標識解析技術面向應用的“互聯(lián)互通”問題，雖然從基礎層面業(yè)界提出了初步的解決方案，但核心是標識技術與實際需求結合的標準化問題；應用自然語言處理技術的標識技術演進問題，目的是實現(xiàn)在數(shù)據(jù)“互聯(lián)互通”基礎上的融合理解。
面向標識技術的標準化研究思路
智能制造的本質是以機器設備、原材料、控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、產(chǎn)品以及人之間的網(wǎng)絡互聯(lián)為基礎，通過對工業(yè)數(shù)據(jù)的全面深度感知、實時傳輸交換、快速計算處理和高級建模分析，實現(xiàn)智能控制、運營優(yōu)化和生產(chǎn)組織方式變革。
隨著智能制造相關基礎共性標準和關鍵技術的研發(fā)，面向具體行業(yè)應用的標準研制及實驗驗證顯得越來越重要。
一方面，其可以解決國內智能制造企業(yè)設備升級換代問題，提高企業(yè)智能制造水平，推動互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)融合，提升制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化水平，加強產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作，發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同制造新模式。
另一方面，這是標識技術面向未來工業(yè)大數(shù)據(jù)最實際的應用需求，通過解決行業(yè)內部各類環(huán)境、應用需求的標識標準化技術，從而通過建立不同行業(yè)間數(shù)據(jù)“中間件”及相關標準化體系，解決行業(yè)間的數(shù)據(jù)匯聚、融合理解問題。而“智能裝備之間、智能裝備與物之間、智能裝備與制造系統(tǒng)之間互聯(lián)互通及互操作要求”的標準研制是解決以上問題的第一步。
制造企業(yè)在數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、互操作技術方面，需要針對同一個或一類物體在制造企業(yè)內部、行業(yè)內部、跨企業(yè)、跨行業(yè)信息應用過程中進行統(tǒng)一表達以及標識尋址。因此，有需要建設一套完整的數(shù)據(jù)解析及理解體系。但是，當前階段，還面臨許多問題，特別是沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表示及理解基礎。
首先，一個實體對象在不同行業(yè)、垂直領域的用途不同，造成這個實體對象的表達方式不同；其次，不同企業(yè)在不同時期建設信息系統(tǒng)的目的及用途不同，也造成了信息表達的差異性；第三，在使用信息時，存在不同的語境、上下文，這也對信息的理解有影響?？傊?，不同企業(yè)信息的存儲、表示、應用差別巨大，無法供第三方調用。
因此，應建立和完善制造行業(yè)標識解析與數(shù)據(jù)理解標準，并對關鍵技術進行試驗驗證，滿足我國高端制造業(yè)升級演進的迫切需求。
我國工業(yè)和信息化部、國家標準化管理委員會于2015年底公開頒布了《國家智能制造標準體系建設指南（2015年版）》（以下簡稱《制造標準體系指南》），其對智能制造整體的標注化工業(yè)做出了頂層設計，結合該規(guī)劃，本文提出了面向數(shù)據(jù)融合的標準化思路，如圖1所示。
需要說明的是，本研究思路是在國家《制造標準體系指南》基礎上，針對基礎共性、行業(yè)應用需求思考提出的；此外，如果在通信技術層次上，同時考慮標識技術的應用需求和設備在網(wǎng)絡層面的互聯(lián)互通需求，使網(wǎng)絡架構面向數(shù)據(jù)融合理解需求的方向演進，如進行工業(yè)PON技術的研發(fā)及相關標準化工作，將會從宏觀層面更容易滿足未來智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對信息應用的需求。
在國家2015版《制造標準體系指南》基礎上，首先需在A基礎共性部分，進行基礎資源面向數(shù)據(jù)融合理解、標識應用的共性研究，如進行標識、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設備語義、資源描述等面向具體落地及行業(yè)應用需求，進行符合企業(yè)及行業(yè)實際應用需求的標準化研究；其次，需要進行標準的行業(yè)應用研究，如面向行業(yè)個性化需求（智能設備、物、控制系統(tǒng)互聯(lián)互通及互操作）標準需求，在基礎共性標準的工作上進行面向行業(yè)、企業(yè)實際應用需求的標準化研制。
對于各類連接所傳遞數(shù)據(jù)的理解需求
工業(yè)大數(shù)據(jù)資源互通、共享和協(xié)作生產(chǎn)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的主要訴求之一，而實現(xiàn)這個目標的核心是數(shù)據(jù)的理解，尤其是各類數(shù)據(jù)在語義層次上的理解。這些理解在具體行業(yè)應用中，需要具體的數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)標識、表示、理解的標準方法。
數(shù)據(jù)理解是開發(fā)新應用、產(chǎn)生新業(yè)態(tài)的基礎。目前不但在企業(yè)間，即便在同一企業(yè)內部，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表示及理解基礎也存在較大欠缺。
首先，一個實體對象在不同行業(yè)、垂直領域的用途不同，造成這個實體對象的表達方式不同；此外，企業(yè)內不同時期建設平臺的目的及用途不同，也造成了信息表達的差異性；第三，在開發(fā)具體的應用時，存在不同的語境、上下文，這也對信息的理解有更高的需求。
工業(yè)制造企業(yè)內部數(shù)據(jù)的表達方式基本有兩類，一類與互聯(lián)網(wǎng)上的信息類似，是語言文字類型，但其特點是行業(yè)專業(yè)性強，經(jīng)常存在同行業(yè)內部不同企業(yè)針對同一事物的描述表達差異的情況，更極端的情況是同一企業(yè)內部對于同一事物，分公司、分工廠或不同的需求背景下描述也有差異；
第二類就是更加海量的機器數(shù)據(jù)，即企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中，由機器產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)。由于這些機器來源于不同制造商，遵從的標準不同，制造時期不同，所以機器所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)格式、表達方式也各不相同。
因此要實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)企業(yè)的融合創(chuàng)新，需要強大的信息處理及支撐技術。為了實現(xiàn)智能裝備、物、控制系統(tǒng)之間互聯(lián)互通及互操作需求，需要一套統(tǒng)一的信息理解及面向這個需求的信息傳遞、表達的標準及處理架構。該架構主要解決的問題如下：
• 實現(xiàn)行業(yè)內數(shù)據(jù)表達的統(tǒng)一。行業(yè)、企業(yè)采用適用本行業(yè)、企業(yè)的標識技術獨立存在，在體系內，實現(xiàn)本領域的標識數(shù)據(jù)融合，這部分不改變現(xiàn)在標識的運行機制及系統(tǒng)。
• 實現(xiàn)不同行業(yè)、不同標識的數(shù)據(jù)匯聚。通過云平臺匯聚各類標識技術的數(shù)據(jù)，進行各類標識數(shù)據(jù)解析后，根據(jù)需求標識之間的轉換，實現(xiàn)基于標識的數(shù)據(jù)互通，支撐初步的數(shù)據(jù)價值發(fā)現(xiàn)。
• 實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域的人工智能技術應用。根據(jù)各類標識對應的實體、應用匯聚相關的文本信息，采用人工智能、機器學習、自然語言處理等技術對信息的內在價值進行深層次挖掘。
此部分從宏觀上已經(jīng)可以開始與互聯(lián)網(wǎng)信息進行融合，互聯(lián)網(wǎng)上有大量的關于實體性質、特征、用戶描述的成熟語言環(huán)境，還具有面向應用的開發(fā)及商業(yè)環(huán)境。此部分的核心技術是自然語言處理技術?；谶@些基礎工作，可以進行具體的工業(yè)大數(shù)據(jù)應用，如質量管理、趨勢分析等。
這個體系的核心工作有兩個：第一是對接各類標識獨立服務系統(tǒng)、接口、數(shù)據(jù)交換協(xié)議、格式的設計，即標準化工作；第二是在匯聚端的自然語言處理技術的研究及應用，學術界和產(chǎn)業(yè)界要解決的是如何開發(fā)一套適合工業(yè)大數(shù)據(jù)理解的自然語言處理技術。面向多領域標識數(shù)據(jù)融合的邏輯設想如圖2所示。
面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合、人工智能技術應用的關鍵工作
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合的思想及目標可以用（cyber-physical system，CPS）的概念描述，其最早出現(xiàn)于2006年美國國家科學基金會（NSF）組織召開關于信息物理系統(tǒng)的研討會。
隨著技術的發(fā)展，學術界及產(chǎn)業(yè)界越來越發(fā)現(xiàn)信息物理系統(tǒng)的描述很可能是未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)相互融合的直接體現(xiàn)，其內涵是使傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)封閉的物理系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)在信息層面上進行了融合，在信息融合的基礎上造就新的業(yè)態(tài)，而標識技術正是實現(xiàn)這個目標必不可少的技術。
但要實現(xiàn)這一目標，從標識技術本身看，還要有很多工作要做。在技術研究層面還需有以下工作：
• 基于不同標識解析體系數(shù)據(jù)融合的技術研究。
• 面向物聯(lián)網(wǎng)語義理解及語義互操作的技術研究。
• 基于標識進行行業(yè)語義定義（標準）及相應語義擴展標準化及技術研究。
• 基于標識技術支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)相互融合的數(shù)據(jù)開放技術研究。
• 支持基于標識解析技術智能化應用的技術研究，尤其是在信息融合基礎上采用自然語言處理技術的應用研究。
• 公共云服務平臺：進行標識技術開展公共服務的基礎支撐平臺技術研究，研究公共服務平臺技術架構及關鍵技術。
• 支撐標識技術的網(wǎng)絡技術研究：結合電信網(wǎng)絡演進，對未來網(wǎng)絡支撐物聯(lián)網(wǎng)標識技術的網(wǎng)絡演進關鍵技術進行研究，包括傳遞標識關鍵信息的網(wǎng)絡基礎設施改造及升級、技術研究路線、增值服務和應用等。
結束語
互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)融合創(chuàng)新，不僅僅是網(wǎng)絡的互通，更重要的是網(wǎng)絡所傳遞信息的融合理解及開放應用。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)空間的信息采集、理解是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造發(fā)展的重要核心推動力。
標識解析體系是未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市基礎信息設施的重要組成部分，也是支撐網(wǎng)絡互聯(lián)互通和信息共享共用的重要基礎設施。部分標識技術已經(jīng)具備跨平臺，初步具備了面向業(yè)務可靈活定義等特性。
但在面向物聯(lián)網(wǎng)信息空間的語義理解方面還有許多工作做，尤其是標準化方面，還需面向制造企業(yè)的實際需求，制定開放共享的標準。
來源：《電信科學》
作者：楊震，張東，李潔，張建雄
