數(shù)字化模型是工業(yè)PaaS平臺的核心

工業(yè)PaaS平臺，對應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺層，其本質(zhì)是在現(xiàn)有成熟的IaaS平臺上構(gòu)建一個可擴展的操作系統(tǒng)，為工業(yè)應(yīng)用軟件開發(fā)提供一個基礎(chǔ)平臺。工業(yè)PaaS是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心。那么工業(yè)PaaS平臺的核心又是什么呢？工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，不僅能為制造業(yè)乃至整個實體經(jīng)濟數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化升級提供新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施支撐，還不斷催生新模式、新業(yè)態(tài)和新產(chǎn)業(yè)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實施落地與生態(tài)構(gòu)建的關(guān)鍵載體，正成為全球主要國家和產(chǎn)業(yè)界布局的關(guān)鍵方向。工業(yè)PaaS平臺，對應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺層，其本質(zhì)是在現(xiàn)有成熟的IaaS平臺上構(gòu)建一個可擴展的操作系統(tǒng)，為工業(yè)應(yīng)用軟件開發(fā)提供一個基礎(chǔ)平臺。工業(yè)PaaS是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心。那么工業(yè)PaaS平臺的核心又是什么呢？一數(shù)字化模型是工業(yè)PaaS平臺的核心如果說工業(yè)PaaS是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心，那工業(yè)PaaS的核心又是什么呢？就是數(shù)字化模型。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺要想將人、流程、數(shù)據(jù)和事物都結(jié)合在一起，必須有足夠的工業(yè)知識和經(jīng)驗，并且把這些以數(shù)字化模型的形式沉淀到平臺之上。即把工業(yè)的技術(shù)原理、行業(yè)知識、基礎(chǔ)工藝、模型工具規(guī)則化、軟件化、模塊化，并封裝為可重復(fù)使用的組件。二什么是數(shù)據(jù)化模型？所謂的“數(shù)字化模型”是將大量工業(yè)技術(shù)原理、行業(yè)知識、基礎(chǔ)工藝、模型工具等規(guī)則化、軟件化、模塊化，并封裝為可重復(fù)使用的組件。具體包括通用類業(yè)務(wù)功能組件、工具類業(yè)務(wù)功能組件、面向工業(yè)場景類業(yè)務(wù)功能組件。1

數(shù)字化模型的來源數(shù)字化模型既然在工業(yè)PaaS平臺中如此重要，那么這些數(shù)字化模型從哪里來的呢？一部分來源于物理設(shè)備，包括制造過程的零件模板，設(shè)備故障診斷、性能優(yōu)化和遠程運維等背后的原理、知識、經(jīng)驗及方法；一部分來源于業(yè)務(wù)流程邏輯，包括ERP、MES、SCM、CRM、生產(chǎn)效能優(yōu)化等這些業(yè)務(wù)系統(tǒng)中蘊含著的流程邏輯框架；此外還來源于研發(fā)工具，包括CAD、CAE、MBD等設(shè)計、仿真工具中的三維數(shù)字化模型、仿真環(huán)境模型等；以及生產(chǎn)工藝中的工藝配方、工藝流程、工藝參數(shù)等模型。2數(shù)字化模型分類數(shù)字化模型一種是機理模型，亦稱白箱模型。根據(jù)對象、生產(chǎn)過程的內(nèi)部機制或者物質(zhì)流的傳遞機理建立起來的精確數(shù)學(xué)模型。其優(yōu)點是參數(shù)具有非常明確的物理意義，模型參數(shù)易于調(diào)整，所得的模型具有很強的適應(yīng)性。機理模型往往需要大量的參數(shù)，這些參數(shù)如果不能很好地獲取，也會影響到模型的模擬效果。機理包括基礎(chǔ)理論模型（如制造過程涉及到的流體力學(xué)、熱力學(xué)、空氣動力學(xué)方程等模型）；流程邏輯模型（如ERP、SCM供應(yīng)鏈管理等業(yè)務(wù)流程中蘊含的邏輯關(guān)系）、部件模型（如零部件三維模型）、工藝模型（如生產(chǎn)過程中涉及到的多種工藝、配方、參數(shù)模型）、故障模型（如設(shè)備故障關(guān)聯(lián)、故障診斷模型等）、仿真模型（如風(fēng)洞、溫度場模型等）。機理模型本質(zhì)上是各種經(jīng)驗知識和方法的固化，它更多是從業(yè)務(wù)邏輯原理出發(fā)，強調(diào)的是因果關(guān)系。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展，一些大數(shù)據(jù)分析模型也被廣泛使用，包括基本的數(shù)據(jù)分析模型（如對數(shù)據(jù)做回歸、聚類、分類、降維等基本處理的算法模型）、機器學(xué)習(xí)模型（如利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模型對數(shù)據(jù)進行進一步辨識、預(yù)測等）以及智能控制結(jié)構(gòu)模型，大數(shù)據(jù)分析模型更多的是從數(shù)據(jù)本身出發(fā)，不過分考慮機理原理，更加強調(diào)相關(guān)關(guān)系。3數(shù)字化模型開發(fā)工具所有的這些技術(shù)、知識、經(jīng)驗、方法、工藝都將通過不同的編程語言、編程方式固化形成一個個數(shù)字化模型。建模工具如：Python數(shù)據(jù)抓取、MYSQL數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計、EXCLE圖表制作、SPSS.R數(shù)據(jù)建?？梢暬鹊?，這些模型一部分是由具備一定開發(fā)能力的編程人員，通過代碼化、參數(shù)化的編程方式直接將數(shù)字化模型以源代碼的形式表示出來，但對模型背后所蘊含的知識、經(jīng)驗了解相對較少；另一部分是由具有深厚工業(yè)知識沉淀但不具備直接編程能力的行業(yè)專家，將長期積累的知識、經(jīng)驗、方法通過“拖拉拽”等形象、低門檻的圖形化編程方式，簡易、便捷、高效的固化成一個個數(shù)字化模型。大數(shù)據(jù)建模的步驟一般包括：選擇模型、訓(xùn)練模型、評估模型、應(yīng)用模型和優(yōu)化模型五個階段。正如數(shù)據(jù)挖掘標準流程一樣，構(gòu)建模型的這五個步驟，并不是單向的，而是一個循環(huán)的過程。當(dāng)發(fā)現(xiàn)模型不佳時，就需要優(yōu)化，就有可能回到最開始的地方重新開始思考。即使模型可用了，也需要定期對模型進行維護和優(yōu)化，以便讓模型能夠繼續(xù)適用新的業(yè)務(wù)場景。4數(shù)字化模型技術(shù)架構(gòu)當(dāng)把這些技術(shù)、知識、經(jīng)驗、方法等固化成一個個數(shù)字化模型沉淀在工業(yè)PaaS平臺上時，主要以兩種方式存在：一種是整體式架構(gòu)，即把一個復(fù)雜大型的軟件系統(tǒng)直接遷移至平臺上；另一種是微服務(wù)架構(gòu)，傳統(tǒng)的軟件架構(gòu)不斷碎片化成一個個功能單元，并以微服務(wù)架構(gòu)形式呈現(xiàn)在工業(yè)PaaS平臺上，構(gòu)成一個微服務(wù)池。目前兩種架構(gòu)并存于平臺之上，但隨著時間的推移，整體式架構(gòu)會不斷地向微服務(wù)架構(gòu)遷移。采用工業(yè)微服務(wù)的方式將上述軟件拆解成獨立的功能模塊，實現(xiàn)對原有生產(chǎn)體系的解構(gòu)，隨后在平臺中構(gòu)建起富含各類功能與服務(wù)的微服務(wù)組件池，并按照實際需求來調(diào)用相應(yīng)的微服務(wù)組件，進行高效率和個性化的面向用戶的工業(yè)App研發(fā)，整個軟件研發(fā)的技術(shù)門檻和投入成本大大降低。原來需要專業(yè)團隊和雄厚資金支持的精英化軟件研發(fā)開始向大眾化研發(fā)轉(zhuǎn)變。工業(yè)微服務(wù)需要創(chuàng)造全新開放價值生態(tài)平臺。工業(yè)微服務(wù)開放平臺能夠為廣大第三方開發(fā)者提供眾多低門檻、易操作、高效率的開發(fā)支持手段，形成以工業(yè)App開發(fā)為核心的平臺創(chuàng)新生態(tài)，同時也能夠為制造業(yè)用戶提供以工業(yè)微服務(wù)為基礎(chǔ)的定制化、高可靠、可擴展工業(yè)App或解決方案，形成以價值挖掘提升為核心的平臺應(yīng)用生態(tài)。5數(shù)字化模型的價值工業(yè)大數(shù)據(jù)匯聚到工業(yè)PaaS平臺之上，所有的工業(yè)技術(shù)、知識、經(jīng)驗和方法都以數(shù)字化模型的形式沉淀在PaaS平臺上，當(dāng)把海量數(shù)據(jù)加入到數(shù)字化模型中，進行反復(fù)迭代、學(xué)習(xí)、分析、計算之后，可以解決物理世界四個基本問題：首先是描述物理世界發(fā)生了什么；其次是診斷為什么會發(fā)生；第三是預(yù)測下一步會發(fā)生什么；第四是決策該怎么辦，決策完成之后就可以驅(qū)動物理世界執(zhí)行。如上圖，通過傳感器的及時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)對比診斷，預(yù)測故障發(fā)生，管理者可以根據(jù)預(yù)測的情況，采取包括預(yù)防性維護在內(nèi)的決策。數(shù)字化模型的價值，概括起來講，就是狀態(tài)感知、實時分析、科學(xué)決策、精準執(zhí)行。三結(jié)語工業(yè)PaaS平臺目的是為企業(yè)提供云服務(wù)所必需的各種中間件、分層的動態(tài)擴展機制、開發(fā)和運維