關于衡器工業物聯網標準與技術法規的總體構想

目前我國工業互聯網已經涉及到信息通信技術領域的各個環節和各個主體，隨著工業系統各行各業在線連接信息的物聯網的誕生，使得信息通信技術不斷的發展，在這發展的進程中又帶來了大量行業物聯網標準化的需求。本文僅就我國衡器行業中如何實施物聯網標準化提出了衡器工業物聯網標準與技術法規框架體系的一些構想。

一、我國工業互聯網現狀

目前我國工業互聯網技術在“中國制造 2025”、“互聯網 +”的推動下，工業企業正在逐步形成智能化生產、個性化定制、網絡化協同、服務化延伸等諸多新模式。

以太網工廠自動化協議（EPA）、面向工業過程自動化的工業無線網絡標準技術（WIA-PA）等有了較快的發展。

工業大數據集成、處理、分析與應用軟件加速發展，邊緣計算、云計算通過與工業互聯網平臺協同構建新型云端協同數據處理分析體系。

工業互聯網技術的發展推動了各行各業物聯網的發展。在上述大趨勢下亟需統一工業物聯網應用標準，規范業務服務。

二、衡器行業相關物聯網分類

作為工業互聯網直接應用領域的工業物聯網，其相關標準可以分為基礎共性標準和行業應用標準兩類。GB/T 33745-2017中對于上述兩個標準的描述如下：

基礎共性標準：一類具有廣泛的適用范圍或多個物聯網領域均包含的通用條款的標準。注：基礎共性標準可以直接應用，也可作為其他標準的基礎。示例 : 物聯網術語、參考體系結構、安全、標識、信息交換等標準。

行業應用標準：在物聯網應用中，某個行業范圍內統一的，且滿足該行業應用特定需求的標準工業互聯網垂直應用領域中的衡器工業物聯網所制訂的標準肯定屬于行業應用標準。對于一些衡器制造企業所銷售的物聯網產品是應用在某些特定的用戶場合，所以該應用標準除了必須符合物聯網的基礎共性標準外，還必須與相關行業的應用標準相匹配。也就是說，衡器行業的物聯網應用領域的參考體系結構、建立物聯網功能參考模型中還必須兼顧其他實體網絡通信關系和信息交換接口關系。

衡器工業的物聯網大致可以分為工廠外部物聯網絡和工廠內部物聯網絡兩大類。

（1）工廠內部物聯網絡

工廠內部物聯網絡相對較為專一。其中通過互聯網技術使得設備與設備連接、設備與人連接。

用 M2M 技術將人和機器設備連接起來，通過“大數據”分析做出智能決策，從企業電商銷售平臺、到智能設計、柔性生產、智能檢測直至用戶服務的全過程進行“大數據”自動分析決策管理，是制造企業內部物聯網發展的核心價值所在。

新一代工業互聯網能夠為用戶帶來的具潛力的收益之一就是打破企業內部系統間的壁壘（信息孤島）。這些技術有助于生產系統和企業資源計劃（ERP）系統、產品生命周期管理（PLM）系統、供應鏈管理（SCM）和客戶關系管理（CRM）系統更緊密的融合。

（2）工廠外部物聯網絡

 目前從屬于工業互聯網的產業物聯網發展正逐漸從現場設備層、控制層向 IT 層面與管理層延伸，并一網到底，為各工業領域提供產品的衡器行業所銷售的衡器產品也必須滿足上述需求。

衡器行業的工廠外部物聯網絡產品可分為兩大類：

1）衡器物聯網整機產品

衡器物聯網整機產品往往離不開現場總線與以太網技術的應用、PLC 及其網路在自動 / 非自動衡器的應用、工業互聯網與數字式稱重傳感器的應用、工業互聯網與智能稱重儀表的應用、VR（虛擬現實）/AR（增強現實）/HR（混合現實）技術的應用、工業互聯網與機器視覺系統的應用、工業互聯網與功能安全的應用等行業應用場合。

功耗、價格、精度、靈敏度、安全性、穩定性、易擴展性等關鍵詞成為物聯網產品創新突破的方向。

衡器整機產品所應用的各類無線通訊、射頻技術、圖像設別和紅外技術促進了無人值守靜、動態稱重技術以及車載實時稱重系統的發展；各類新型傳感技術應用于產品物流與傳送測量系統，量體 + 稱重 + 讀碼 + 拍照四合一、生活垃圾智能分類等“智慧物流”使得智能化物流稱重管理得以實現；

定位系統 (GPS) 技術促進了云端大數據稱重管理與衡器運行實時定位與主控中心信息監控。

智能機器人與自動稱重包裝、自動重量分檢與打標一體化、自動配料流水線產品物流系統結合，實現智能化生產管理。“遠程診斷” 通過在線和遠程方式發送軟件和固件更新的工業衡器現場調試與維護帶來變革、“機器視覺”技術的應用、3D 可視化平臺涉及人工智能、計算機、圖像處理、模式識別、神經生物學等諸多領域交叉學科。

2）衡器相關基礎配套產品

衡器相關基礎配套產品主要指衡器整機產品的核心部件：工業互聯網相關稱重傳感器的應用，工業互聯網相關智能稱重儀表的應用，工業互聯網相關系統應用軟件等。

上述配套產品必須從屬于衡器整機產品所應用的各個領域。

三、我國物聯網標準體系

由工業和信息化部指導，工業互聯網產業聯盟（AII）啟動了工業互聯網標準體系的研究。在緊密結合工業互聯網體系架構、全面總結工業互聯網標準化需求基礎上，提出了工業互聯網標準體系建設的總體思路、基本原則、標準體系框架、重點標準化方向及標準化推進建議。

就物聯網而言，標識、感知、傳輸和應用四個層次的技術標準。

在標識層次中 RFID 領域內有 EPCglobal( 產品電子代碼管理中心 )、Algglobal( 自動識別組織 )、ISO( 標準組織 )、IEC( 電工委員會 )、UID( 泛在技術核心組織 ) 等五大 RFID標準化組織推出的標準，還有國內工信部牽頭成立的 RFID 標準化工作組推出的國內標準。

在感知層次領域有各類傳感器與相應數據采集 A/D 轉換。此類標準由于涉及的種類廣泛，大多與應用行業有關。所以應該屬于行業應用類的標準。

在傳輸層次領域主要完成信息的通訊和交換。在無線數據通訊網絡領域有藍牙、WLAN、4G、5G、NB-Iot、無線自組織網絡等多種無線通信的制式和協議。3G 標準又分為 WCDMA( 歐洲版 )、CDRA2000( 美國版 )、TD—SCDMA( 中國版 ) 以及 WiMAX 四大主流無線接口標準。

在應用層次領域主要完成信息的識別與反饋。其中適用于不同應用領域的智能芯片與應用軟件系統的標準化開發。

除了上面介紹的標準外，目前與衡器工業物聯網參考體系相關的通用標準主要有 :

工業互聯網產業聯盟 AII/001-2017 工業互聯網平臺 通用要求；

工業互聯網產業聯盟 工業互聯網標準體系框架（版本 2.0）2019；

GB/T 25069-2010 信息安全技術 術語”；

GB/T 33474-2016 物聯網 參考體系結構；

GB/T 33745-2017 物聯網 術語；

GB/T 35319-2017 物聯網 系統接口要求；

GB/T 36951-2018 信息安全技術 物聯網感知終端應用安全技術要求；

GB/T 37044-2018 信息安全技術 物聯網安全參考模型及通用要求；

GB/T 37093-2018 信息安全技術 物聯網感知層接入通信網的安全要求。

工業互聯網標準體系包括總體性標準、基礎共性標準和應用標準三大類。

四、衡器工業物聯網標準體系的構想

雖然衡器產品所涉及的工業互聯網行業主要集中在工業自動化行業中，但是衡器工業物聯網的標準體系我個人認為應該分為三個層次，一是衡器制造企業內部物聯網絡的標準體系；二是物聯網衡器產品核心元件的標準體系；三是衡器產品適用于不同工業領域應用的標準體系。

（1）衡器制造企業內部物聯網絡的標準體系要求

1）生產系統和企業資源計劃（ERP）系統標準；

2）產品生命周期管理（PLM）系統標準；

3）供應鏈管理（SCM）系統標準；

4）客戶關系管理（CRM）系統標準；

包括內容有智能工廠，涉及數字化雙胞胎，智能化生產，供應鏈集成，網絡化協同，大規模個性化定制。工業資產檢測，設備健康管理等標準。

（2）物聯網衡器產品核心元件的標準體系要求

作為物聯網衡器產品核心元件的稱重傳感器與稱重顯示器目前急需解決的有兩大問題：一：如何統一信息通信接口；二：如何保證信息傳送的安全。

作為一個比較完整的稱重傳感器與稱重儀表物聯網標準和技術規范，應包括以下內容：

1）應該包括標識、感知、傳輸和應用四個層次的核心技術要求。物聯網功能應該包括上述哪幾部分要說明清楚。

2）測試與評估標準與規范主要針對稱重傳感器與物聯網稱重儀表產品和系統的物聯網功能的測試進行規范，制訂對應用項目的流程、安全、管理、測試與評估相關的技術要求。主要包括測試方法、評估指標、評估方法的內容。

3）稱重傳感器與稱重儀表物聯網所涉及的功能、接口、通信協議、數據交換、時鐘同步等要求。

4）稱重傳感器與稱重儀表物聯網應該涉及無線數據通訊網絡領域，存有藍牙、WLAN、4G、5G、NB-Iot、無線自組織網絡等多種無線通信的制式和協議。

5）稱重傳感器與稱重儀表物聯網所涉及的設備、控制系統、信息系統之間網絡互聯標準，包括工業無線、工業以太網、工業 PON、時間敏感網絡、軟件定義網絡、低功耗無線網絡等。

6）稱重傳感器與稱重儀表物聯網應用之間的互聯和互操作，以保證數據在這些要素之間交互，包括集成方式、互操作能力描述、模板規范等標準要求。各企業所采用的通信協議、數據交換標準必然會存在兼容性差的固有問題，其結果無法實現聯通，不能進行并網和聯網，因此也就不能形成完整統一的通信協議、數據交換的技術規范。要求求大同存小異，而在本標準與技術規范中只要規范大同，無需涉及小異。

7）物聯數據相關的安全要求，包括大數據安全、用戶數據安全、網絡化協同安全、產品服務安全、個性化定制安全等。

8）建議要有稱重傳感器與稱重儀表物聯網功能整個系統框架的描述，分別對本框架中各部分進行可靠性和準性評估。形成完整的稱重傳感器與稱重儀表物聯網功能標準與測試技術規范。

（3）衡器產品適用于不同工業領域應用的標準體系要求

1）網絡安全：隨著工業互聯網的發展，網絡安全將成為衡器互聯網首要解決的問題。代表性技術：用戶身份鑒定技術、自我進化型網絡技術、下一代解密技術；

2）云平臺與大數據分析：在網絡化時代，大數據成為熱點，但目前大量數據每年被分析的還不到 10%，如何有效利用云平臺進行大數據分析是關鍵性問題。代表性技術：可視化技術、自動設別技術、自然語言處理技術；

3）機器人與智能化：隨著衡器行業逐步推廣機器人的應用，機器人的機動性、靈敏性及智能化的提高，對機器人的要求不僅滿足與提高自動化的程度，如何將人工智能軟件應用于機器人是發展方向。代表性技術：機器自學習技術、傳感器控制技術、人機交互技術。

4）各類衡器產品在各自應用領域中的產業互聯網的適應性：各類衡器產品如何落地支撐應用領域工業互聯網數字化轉型；各類衡器產品如何融入各自應用領域工業互聯網（包括互聯網）的基本架構與體系中。

結尾

在我國信息通信技術不斷發展的進程中帶來了大量行業物聯網標準化的需求。衡器行業如何實施物聯網標準化是當前急需解決的問題。本文從我國工業互聯網現狀、衡器行業相關物聯網分類、我國物聯網標準體系到等幾個方面較系統地提出自己的設想，供衡器行業相關的制造企業、技術檢測機構及用戶參考。