第十九讲：工业互联网数据语义标识与应用_刘阳.pdf

工业互联网 Industrial Internet第十九讲：工业互联网数据语义标识与应用 Chapter 19:Semantic Identification and Application of Industrial Internet Data刘阳 张天石 李栋（中国科学院沈阳自动化研究所，沈阳市 110016）Liu Yang Zhang Tianshi Li Dong(Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science,Shenyang 110016)【摘要】通过对现有标识解析体系发展现状进行分析，针对国内外现有技术手段无法实现工业生产全要素数据标识以及关联关系建立的问题，提出面向数据语义的工业互联网标识解析系统。在标识中引入数据语义，通过语义标识方法对数据进行映射，实现统一的标识编码、语义解析以及关联关系建立，实现企业跨系统跨环节的数据统一语义共享与应用。【关键词】工业互联网标识解析语义技术Abstract:Based on the analysis of the development status of the existing identification resolution system,aiming at the problem that the current technical methods can not achieve the establishment of the data identification and association relationship of all elements of industrial production,a data semantic-oriented industrial Internet identification resolution system is proposed.The data semantics are introduced into the identification,and the data is mapped through the semantic identification method to achieve unified identification coding,semantic analysis and association relationship establishment,and realize the unified semantic sharing and application of data across systems and links.Key words:Industrial InternetIdentity ResolutionSemantic Technology编者按 工业互联网是实现制造业智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化转型的重要手段。2017年 11月，国务院印发关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见，并在2019年政府工作报告终明确提到“打造工业互联网平台，拓展 智能+，为制造业转型升级赋能。”在政策鼓励和行业推动下，我国工业互联网建设开展热烈，融合应用与发展已经成为工业界和互联网界的共识。通过开展平台建设、专项申报、试点示范等一系列工作，众多企业和机构加入到工业互联网建设中来，推进工业互联网网络、平台、安全三要素的共同发展。本刊特开设工业互联网专栏，连载工业互联网方面的文章。工业互联网收稿日期：2023-2-10作者简介：刘阳（1981-），女，汉族，辽宁辽阳人，工学博士，研究员，毕业于东北大学，就职于中国科学院沈阳自动化研究所，主要研究方向：工业互联网标识解析、工业信息语义处理。引言当前工业互联网已经上升为我国核心战略之一，其中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数据信息互联互通的中枢神经1。总体来说标识解析体系是串联数据信息的神经网络，目前主流的标识解析体系可分为互联网标识解析、移动互联网标识解析以及工业领域的数据标识体工业互联网 Industrial Internet82023.1系，相关技术体系大多采用面向物理实体的标签式标识方法，对数据进行标识进而支撑流通共享尚缺乏相关研究与技术手段。互联网和移动互联网中主流的标识解析体系包括MAC地址与IP地址映射、IP地址与域名映射、Handle标识、Web Service以及E.164，这些标识体系主要采用主动标签标识，标识的应用侧重于寻址功能。在物联网中，标识体系种类繁多，包括GS1提出的EPC编码以及EPCIS、ISO/IEC联合工作组提出的RFID系列标准体系、国标委提出的eCode，以及ISO和IEC联合提出的OID标识体系等，这些标识体系采用主动/被动标签标识为主，标识的应用形式侧重接口功能。在工业领域中的标识概念不同于上述主动标签/被动标签载体的应用，更多的应用形式侧重于数据字典的定义，主要指国内外标准化组织提供给每个细分行业的统一数据描述方法，包括IEC提出的IEC 61360、IEC 61970、EDDL以及AutomationML，ISO提出的ISO 13584以及国标委提出的InstrumentML等，这些标识更倾向于对企业的数据信息进行统一的描述，形成行业内的数据字典。通过对不同标识解析体系的研究，传统互联网DNS实现标识到计算机的映射、物联网实现标识到人/机/物的映射。然而随着我国工业企业生产制造过程数字化网络化水平的不断提升，覆盖工厂生产过程的大量生产/运行数据、控制数据与传统网络中的管理数据、设计/工艺数据交换需求日益增加，互联主体将从传统互联网、物联网支持的机器、控制系统、信息系统进一步扩展到包含产品、人员、在制品、物料、设备工装、工具模具、文档、物流单元、位置、单位、部门和供应商等在内的制造全流程全要素数据，因此工业互联网标识需要具有标识到工业全要素映射的能力，关键是实现标识到数据的映射。工业互联网标识是实现全球供应链系统和企业生产系统间精准对接、以及跨企业、跨地区、跨行业的产品全生命周期管理的重要技术支撑。当前，针对全球供应链系统的标识解析应用相对比较成熟，但是企业生产过程中的各类数据标识化、标准化以及应用模式仍然停留在实体信息获取的浅应用层面，标识解析体系在生产过程数据共享应用中所应发挥的作用尚未体现出来。本文通过引入语义分析与处理技术，综合标识解析理念在工业领域和ICT领域的不同优势，将标识解析能力下沉到工业生产系统全流程数据的综合高效应用层面。一方面融合工业领域中各类数据字典形成概念库，指导各类数据的语义标准化映射与编码，形成在各领域各行业可互通可理解的数据语义标识体系；另一方面充分发挥传统标识解析的接口作用，实现企业决策者、系统开发人员、操作人员对各类工业数据的高效语义化访问，为工业生产企业的数据综合应用提供基础设施层面的支撑。1 国内外标识技术进展在工业互联网发展过程中，为了数据互联互通，需要通过标识解析体系的支撑实现数据串联，表1是现有的主流标识解析体系。表1 现有主流标识解析体系来源领域技术规则及标准规范提出机构物联网EPC编码、EPCISEPCglobaluCodeuID CenterRFID标准体系应用标准：对通用标准的补充和具体规定通用标准：基本架构ISO/IEC联合工作组eCode国标委OIDISO/IEC、ITUre：claimIDIETF互联网&移动互联网MAC地址与IP地址ISO/IEC 7498IP地址与域名RFCURNHandleIETFE.164与URIWeb ServiceW3CSensor Web EnablementW3C&OGC工业领域IEC 61360、IEC 61970IECISO 13584ISOEDDLIECAutomationMLIECInstrumentML国标委DUNS、BMEcat、cXML、Datanorm，Eldanorm，PRICAT，RosettaNet，xCBL、EANCOM、EDIFICE其他1.1 物联网标识解析物联网标识是识别各种物理和逻辑实体的方法，并且在识别后进行信息查询、管理和控制。物联网标识管理就是对物联网标识进行编码、分发、注册以及解析等应用全过程的管理。现有主流的标识解析体系包括EPC、uCode、RFID、OID以及Ecode等。EPC编码标识体系是由EPCglobal提出，根据GS1条形码扩展的编码标准，其最终目的是为物联网中的所有实体提供有效且唯一的标识6。其编码内容包括了EPC头字段、EPC 管理者字段、对象分类字段和序列号字段。目前EPC编码分为：EPC-64、EPC-96、EPC-256三种类型，目前EPC编码主要用于医疗、物流以及产品溯源等应用领域。uCode（泛在标识编码）标识编码体系是由UID Center提出，UID通过uCode标识客观实体、空间、地址、概念等物理或逻辑对象，并通过uCode关系模型为uCode间建立关联。uCode标识解析体系于2012年10月被写入ITU-T国际标准，通过该标识体系可以保证任意对象经由互联网进行识别和通信。该标识体工业互联网 Industrial Internet102023.161970是由国际电工委员会提出，该系列标准主要应用于电力自动化方向，其目的是为能源管理系统的应用程序定义数据格式和接口规范，从而促进电力企业应用集成。现阶段，该标准已广泛应用于电力企业。ISO 13584标准即工业自动化系统与集成零件库，ISO 13584是关于零件库数据的、计算机可以理解的表达与交换的系列国际标准，其目的是提供一种能传递零件库数据的、独立于使用零件库数据系统的任何应用程序的中性机制。该标准不仅适用于零件库的数据交换，同时支持共享零件库的数据等内容。EDDL即电子设备描述语言，定义了制造商在编写设备的EDD文件时需要遵循的语言规范、词法和语法要素、数据类型长度以及保留关键字等详细描述和规范，EDDL技术将不同类型、不同制造商的智能设备接口描述统一，使得现场总线设备可以集成到一个软件平台上，实现了现场总线设备的无缝集成。AutomationML是戴勒姆集团在对已有数据交换格式评估的基础上，联合库卡公司、西门子以及其他一些研究机构和大学，在2006年共同确定开发和标准化的，目的是将其作为数字化制造中的标准化数据交换格式。AutomationML是一种中立、开放且可自由访问的数据交换格式，实现高质量数据交换，作为集中式数据管理系统，实现不同人员和不同工具之间的交互。InstrumentML是一种仪器仪表描述语言，为仪器仪表供统一的信息模型框架，具体包括身份属性（仪表的身份标识）、结构属性（仪表的结构属性）、功能属性（仪表的功能属性）、性能属性、位置属性、商业属性。2 工业互联网数据语义标识系统传统互联网的标识解析体系DNS实现标识到计算机的映射、物联网标识解析体系实现标识到人/机/物的映射，工业互联网标识需要具有标识到工业全要素映射的能力，因此本文引入语义技术，将工业互联网数据信息进行语义标识，来解决工业生产关键过程所面临的异构元数据/设计数据/生产运行数据/管理数据的统一语义标识映射、跨系统数据无歧义解析、面向业务关联的标识解析等问题。能够将异构的数据信息进行统一的标识并且解析，而且将各类标识解析通过语义分析技术建立关联关系，结合企业的自身数据信息将这些关联关系实例化，用于信息检索，同时作为企业应用的标识信息管理平台，能够兼容市场中主流的各类标识编码并且进行解析，同时能够与工业互联网标识解析国家节点进行数据对接与同步，使得企业以及用户在国家节点上进行信息检索，方便用户使用。因此，工业互联网数据语义标识系统需要标识数据语义管理功能、语义分析功能、检索功能以及对接兼容功能这4类功能，具体如图1所示。图1 工业互联网数据语义标识系统功能图标识数据语义管理功能主要用于各类数据信息的标识注册，并且将注册的数据信息进行存储。标识解析主要用于对用户需