一种基于工业大脑的工业互联网系统 技术领域： [0001] 本发明属于互联网技术领域，具体涉及一种基于工业大脑的工业互联网系统，助力工业生产企业的智能化发展。 背景技术： [0002] 现有技术中的工业互联网系统的功能单一，智能化程度低，例如：中国专利 202010164522.0公开的一种基于区块链的handle标识编码系统，包括：handle服务平台、区块链网络、企业子系统和handle前端子系统；所述企业子系统包括：handle前缀申请模块和geth客户端模块；所述geth客户端模块分别与handle前缀申请模块、区块链网络和handle前端子系统连接；所述handle前缀申请模块与handle服务平台连接；所述handle前端子系统与handle服务平台连接；所述handle前端子系统用于运行handle系统，完成标识注册与信息的查询功能；所述handle前缀申请模块向handle服务平台的前缀管理员提交前缀申请文件，通过handle服务平台的前缀管理员根据申请文件在handle根服务中创建handle前缀；所述geth客户端模块通过RPC接口与区块链网络进行信息的交互，将编写完成的智能合约部署到区块链网络中，并记录返回的智能合约地址；所述智能合约的输入为需注册设备的信息，智能合约的触发条件为交易成功打包并写入区块链中，智能合约的输出为交易所在的区块号、交易信息在当前区块中的具体位置编号、时间戳，输出格式为[区块号].[位置号].[时间戳]的形式；所述handle前端子系统用于完成标识的注册，将申请到的handle前缀与智能合约的输出进行拼接，调用handle前端子系统中的webservice标识注册接口，将符合物联网标识管理公共服务信息规范的内容输入到handle前端子系统，完成标识注册； 中国专利201911406518.4公开的一种面向Handle标识解析的智能选路方法，包括以下步骤：步骤1：判断在Handle标识解析系统内置缓存中是否存在本次用户请求的标识记录，如果存在记录执行步骤2.1，如果不存在记录执行步骤2.2；步骤2.1：缓存直接查询解析请求并且返回；步骤2.2：判断定时器是否大于设定阈值，如果否执行步骤3，如果是执行步骤4； 步骤3：递归节点依次向国家顶级节点GHR、行业二级节点、企业节点中响应延时时间最小的节点发起请求，并对访问进行奖励或惩罚；步骤4，重新初始化Tc、Ts、Te数据，然后递归节点重新依次向国家顶级节点GHR、行业二级节点、企业节点发起请求，并分别记录向国家顶级节点GHR发起请求到接收响应之间的时延Tc，向行业二级节点LHS发起请求到接收响应的时延Ts，向企业节点发起请求到接收响应的时延Te；步骤5，判断查询最终是否解析成功，如果是，将解析结果存入缓存并且返回，否则直接返回；中国专利202010294862.5公开的一种基于区块链的handle标识系统的数据处理方法，包括以下步骤：Handle服务平台接收携带handle标识码的设备上报信息查询请求，根据handle标识前缀码定位到本地服务集群中的解析服务器；handle标识码包含handle标识前缀码和handle标识后缀码；所述解析服务器向对应的发现服务器发送所述设备上报信息查询请求；所述发现服务器根据所述handle标识后缀码查找该handle标识后缀码对应的信息服务器；所述信息服务器通过区块链客户端，根据所述handle标识后缀码从区块链网络中获取所述设备写入区块链网络中的上报信息；因此，研发设计一种基于工业大脑的工业互联网系统，以满足工业生产的高度智能化需求。 发明内容： [0003] 本发明的目的在于寻求设计一种基于工业大脑的工业互联网系统，以解决：(1)异构软、硬件系统之间的信息孤岛问题；(2)依靠人的主观意愿推动企业运转问题；(3)企业信息化建设水平参差不齐问题；(4)传统云计算解决方案无法满足低延时、高并发的制造场景计算需求问题；(5)高精度工业视觉识别问题；(6)工业互联网平台间建设难的问题；实现数据互联、业务互通，驱动企业的业务流、信息流、资金流，自主运转，快速、经济、有效地补齐企业信息化建设各项短板，作为边缘计算设备，完成高速工业视觉识别和视觉检测，快速建设工业互联网平台。 [0004] 为了实现上述目的，本发明涉及的基于工业大脑的工业互联网系统的主体结构为由工业大脑主机和工业数据网关组成的工业大脑,工业大脑主机与工业数据网关通过网线、光纤或4G/5G连接；工业大脑主机上集成有Handle标识解析标准模块、工业数据链模块、业务规则链模块、物联网中台子系统模块和工业云子系统模块；Handle标识解析标准模块与工业数据链模块电连接，工业数据链模块与业务规则链模块电连接。 [0005] 本发明涉及的工业大脑为具有低时延、大带宽、高并发、本地化、自组织、可定义、可调度、安全、标准开放以及云边端三体结合的边缘计算设备，内部设有信息安全机制，所有数据均加密传输、加密存储、本地化存储、本地化利用、实时多重备份；支持集群部署，能够形成分布式、低延时、位置感知、移动应用和多边缘节点的雾计算集群，自动平衡运算能力和存储空间；具备算力平衡能力，能够将计算能力推进到场景发生的最近距离，还能实现边缘计算和云计算之间的算力平衡，并根据实际业务场景和需求，动态选择数据存储和数据处理位置(例如：云端或边缘端)，实现平衡双边算力，增强低时延、高并发和高可靠性能力。 [0006] 本发明涉及的工业大脑的核心算法包括BRCS业务规则链系统、IDLS工业数据链系统和AVPS异步视觉处理系统； [0007] 一、BRCS(Business Rule Chain System)业务规则链系统用于完成任意业务流程的可视化配置和自动化调度，使业务运转的方式由靠人和制度来推进转变为基于业务规则链的自主流转和随时调整； [0008] 1、可视化配置： [0009] 业务规则链系统提供的可视化编辑界面包括一系列不同功用和动作的业务节点，以及一个支持通过鼠标或触控方式进行操作的业务规则链编辑器； [0010] 具体业务节点包括：业务数据存在性筛选节点、业务关系筛选节点、GPS坐标筛选节点、数据类型筛选节点、数据路由节点、自定义路由节点、自定义业务逻辑节点、自定义数据节点、设备节点、数据提供者节点、数据消费者节点、数据关系节点、数据遥测节点、业务转换节点、数据转换节点、数据赋值动作节点、开启预警动作节点、清除预警动作节点、GPS坐标变动动作节点、延时动作节点、日志节点、RPC请求动作节点、RPC响应动作节点、消息计数节点、存储动作节点、同步动作节点、MQTT节点、KAFKA节点、发邮件节点和发微信节点等； [0011] 配置业务流程时，首先将实际生产活动中的工业设备和工业软件抽象为业务规则链上的数据提供者节点或数据消费者节点，添加到画布上，然后根据业务需求在画布上放置各类功能性节点(如：数据转换、业务断言、消息预警等，甚至还可以使用ECMA Script脚本定制或从零创建全新节点)，最后基于业务流转顺序在画布上用曲线依次连接每个节点； [0012] 2、自动化调度： [0013] 业务规则链建立后，工业大脑就能够自动指挥规则链上的工业软件和工业设备依照配置好的业务规则运行，不再需要人工介入，工业大脑的执行引擎会将业务规则链上的业务规则和业务数据即时编译(Just in time，JIT)为二进制代码，以便于硬件设备高性能、高可靠、低功耗、低延时地执行； [0014] 使用规则链编辑器能够随时调整规则链，每次调整后，工业大脑的执行引擎自动比对新旧规则链差异，对变动部分进行重新编译和智能加载，无需重新编译和加载整条规则链，所有正在流转的业务均不受影响； [0015] 二、IDLS(Industrial Data Link System)工业数据链系统通过高抽象化的数据接口机制，高兼容性的数据融合能力，以及高灵活性的定制和扩展空间，实现异构软、硬件系统的数据互联和业务互通；工业数据链以工业大脑上的外部接口为物理媒介，以数据链为纽带，串联起每台工业设备、每套工业软件，以OpenNode通用接口标准为规范，使异构系统之间无障碍互联互通； [0016] 1、数据链系统： [0017] 数据链系统是工业大脑的基础设施，具有数据通信、协议转换、数据编码/解码的作用，由数据链路子系统、数据转换子系统和数据安全子系统构成； [0018] 数据链路子系统用于直接对接工业设备和工业软件，实现原始数据的输入与输出，支持HTTP、TCP、MQTT、OPC‑UA、RPC、Sigfox、Modbus近20种通讯协议，满足常见工业设备和工业软件的通讯需求；数据转换子系统用于完成各通讯协议之间的即时转换；数据安全子系统用于完成数据通讯过程中的访问授权、身份核查及数据编码/解码工作； [0019] 2、OpenNode通用接口标准： [0020] OpenNode通用接口标准在遵守Handle标识解析国际标准的基础上，增加了数据监听和主动式数据推送机制，以满足不同工业互联网应用场景中异构系统间的数据传输和业务互动； [0021] 每一个Handle节点的管理者，都能够通过发放授权Key(非对称加密密钥对)的形式向此Handle节点注册监听者，并分别设置数据监听权限；Handle节点内的数据变更(新增、修改或删除)时，拥有监听权限的监听者都能收到由OpenNode主动推送的数据包； [0022] 此外，监听者能够使用SQL语法通过OpenNode在Handle节点上查询数据(仅能查询已被授权的数据条目)； [0023] 为解除OpenNode通用接口系统与具体业务系统和业务流程的耦合性，加强自身的通用性和可扩展性，OpenNode基于适配器设计模式，提供了开放式插件系统；异构系统间需要对接时，只需使用OpenNode提供的API开发业务插件即可；业务插件安装到工业大脑后，OpenNode会在各业务插件之间建立双向数据通道，自动完成数据互联、业务互通； [0024] 三、AVPS(Asynchronous Vision Processing System)异步视觉处理系统提供工业现场多路视觉识别、视觉检测和视觉分析能力；在生产现场，各异工业摄像头同时接入工业大脑，异步视觉处理系统首先调用工业大脑内置的视频处理芯片对每一路视频流进行实时、并行视频转码；视频流实时转码完成后，异步视觉处理系统将视觉识别、视觉检测的内置算法进行原子化拆分，动态分配到工业大脑内置GPU中5000多个流处理器中完成分布式并行计算，整个计算过程不占用处理器和存储器资源。 [0025] 本发明涉及的工业大脑主机能够对工业视觉识别和视觉检测提供定向支持，对工业生产过程中产生的视觉识别和视觉检测图像进行高清转码，在保证图像精度(8K)的同时，提升传输和识别速度，即时反馈识别和检测结果，及时控制设备完成定位、纠正的运动，进行误差修补，支持互联网或局域网，用于数据处理，由高性能的工业主机、工业级视频处理芯片、光纤通讯模组、第一5G通讯模组和RAID磁盘阵列组合构成；工业级视频处理芯片(NETINT Codensity)是H.265编码/解码芯片，具有超低功耗(仅相当于传统CPU功耗的 0.6％)和超强算力，支持4K@60fps或1080p@240fps H.264/H.265编码和转码、单芯片支持 8K@60fps；内置2D图形引擎，能够灵活进行加速缩放；能够对监控视频、视觉检测视频、会议视频、VR/AR视频、直播视频和高清照片进行芯片级编码和解码，数据压缩率为90％；在4K@ 60fps或1080p@240fps并发负荷下，能够保持稳定的超低延迟；相较于CPU(中央处理器)能够节省90％的电量；在相同码流和密度下，功耗为常规FPGA(现场可编程逻辑门阵列)运算的37％，GPU(图形处理器)运算的2％，CPU(中央处理器)运算的0.6％；拥有Deep Neural Network(深度神经网络)引擎，单芯片支持20TOP算力，支持包括object detect(对象探测)、classification(分类)和segmentation(分割)的DNN(深度神经网络)算法和操作；支持AI(人工智能)辅助视频编码，实现视频编解码与AI加速引擎的高效融合；能够对工业生产过程的视觉识别和视觉检测图像进行高清(K@60fps或1080p@240fps)转码，在保证图像精度(8K图像分辨率)的同时，提升传输和识别速度，实时反馈识别和检测结果，及时控制设备完成定位、纠正等运动，进行误差修补。 [0026] 本发明涉及的工业数据网关用于连接工业设备，由多个DTU(数据传输单元)、多个RTU(远程终端单元)模块、光纤通讯模组和第二5G通讯模组构成，DTU201和RTU模块均为数据采集设备，分别与生产设备连接。 [0027] 本发明涉及的Handle标识解析标准模块是全球性的标识解析标准，能够在访问受控和信息安全的前提下，实现异构系统间数据互联、业务互通和过程追溯，使每套工业大脑成为一个单独的Handle标识解析节点。 [0028] 本发明涉及的工业数据链模块支持Handle标识解析标准模块，还支持包括HTTP(超文本传输协议)、TCP(传输控制协议)、MQTT(消息队列遥测传输)、OPC‑UA、RPC(远程过程调用)、Sigfox、Modbus(Modbus通讯协议)的数十种通讯协议，能够完成数据传输、数据编码、数据解码、数据加密、数据转义和数据路由的工作，实现异构系统间数据互联和业务互通，遵循Handle标识解析标准。 [0029] 本发明涉及的业务规则链模块通过工业数据链模块获得数据和调度业务，通过无编程和可视化技术完成异构系统之间业务流程的配置和调整，实现异构系统之间的业务智能调度和自主流转。 [0030] 本发明涉及的物联网中台子系统模块用于物联网管理，支持实时监控和采集每条产线、每台设备和每个工位的生产数据；提供可配置、可定制的看板组件，无需编程和可视化拖拽式操作，即时生效；支持自定义预警节点、预警事件、预警方式、处置预案，邮件、短信、微信即时预警，大屏、PC(个人计算机)、平板、手机自动适配，组建IPsec VPN(IP无安全保障虚拟专用网络)、L2TP(第二层隧道协议)、PPTP(点对点隧道协议)、open VPN(一种VPN技术的实现方式)的多种虚拟专用网络，SPI(串行外设接口)全状态检测、Secure Shell(SSH安全外壳协议)的网络防火墙功能，多级用户权限；能够根据预置的业务逻辑和预警事件，自动向工业设备和工位下发控制指令(例如：开机、停机、任务分发或维护保养)。 [0031] 本发明涉及的工业云子系统模块用于业务管理，针对营销、管理、采购、制造、仓储和物流的业务场景，提供大于500个的可定制、可扩展的功能模块，涉及人事、行政、办公、销售、财务、客户、供应链、产品数据、产品生命周期、高级计划排程和制造执行的业务应用，覆盖企业管理全流程，用户能够以搭积木的方式，将企业生产经营各环节融合成高效率的工业互联网智能生态圈。 [0032] 本发明涉及的基于工业大脑的工业互联网系统能够快速建成，具体过程包括： [0033] 1、在机房部署一台工业大脑主机； [0034] 2、在生产车间部署一台或多台工业数据网关，分别与生产设备连接； [0035] 3、通过以太网、光纤通讯模组或5G通讯模组将工业大脑主机与工业数据网关连接。 [0036] 本发明与现有技术相比，工业大脑主机是物联网网关的功能“超集”，不仅能够完成设备对接、指令下发和数据采集工作，还具备对接与融合异构工业软件能力(物联网网关仅能对接有限的工业设备)，以及业务调度、边缘计算、业务处理、大数据分析和平台互联的能力，对外全面放开API(应用程序编程接口)，能够随意编写业务应用，支持Handle标识解析标准，基于工业数据链技术和业务规则链技术，彻底解决“信息孤岛”的行业难题，通过工业大脑主机的模块化和标准化形式解决不同行业、不同企业的个性化问题，改变了工业互联网建设模式，化繁为简，用一套工业互联网系统为企业提供个性化方案，对应用行业和适用企业没有明确限制，只需要在机房部署一台工业大脑主机，在生产车间部署一台或多台工业数据网关即可建成，具有通用性的推广优势；其原理科学可靠，能够兼容常见的工业软件、工业设备、其它系统和平台，数字化转型升级耗时短，适用于各种行业、各种规模企业，主要用于帮助企业快速、经济、高效的完成数字化转型升级，实现绿色发展和高质量发展。 附图说明： [0037] 图1为本发明的主体结构原理示意图。 [0038] 图2为本发明涉及的工业大脑主机主体结构原理示意图。 [0039] 图3为本发明涉及的工业数据网关的主体结构原理示意图。 [0040] 图4为本发明步骤一涉及的业务规则链编辑器的示意图。 [0041] 图5为本发明步骤一涉及的业务节点的示意图。 [0042] 图6为本发明步骤一涉及的业务规则运行的示意图。 [0043] 图7为本发明步骤一涉及的业务规则链调整的示意图。 [0044] 图8为本发明步骤二涉及的数据链构成的示意图。 [0045] 图9为本发明步骤二涉及的数据查询的示意图。 [0046] 图10为本发明步骤二涉及的数据互联和业务互通的示意图。 [0047] 图11为本发明步骤三涉及的异步视觉处理系统提供工业现场多路视觉识别、视觉检测和视觉分析能力的示意图。 [0048] 图12为本发明实施例1涉及的工业大脑硬件系统的技术架构示意图。 [0049] 图13为本发明实施例1涉及的工业大脑软件系统的技术架构示意图。 具体实施方式： [0050] 下面通过实施实例并结合附图对本发明做进一步描述。 [0051] 实施例1： [0052] 本实施例涉及的基于工业大脑的工业互联网系统由工业大脑主机1和工业数据网关2组成的工业大脑,工业大脑主机1与工业数据网关2通过网线、光纤或4G/5G连接；工业大脑主机1上集成有Handle标识解析标准模块11、工业数据链模块12、业务规则链模块13、物联网中台子系统模块14和工业云子系统模块15；Handle标识解析标准模块11与工业数据链模块12电连接，工业数据链模块12与业务规则链模块13电连接；帮助用户快速建设企业级物联网系统和工业互联网系统；多套工业大脑主机1之间互联，组建行业级工业互联网平台，其中，工业大脑主机1由高性能的工业主机101、工业级视频处理芯片102、光纤通讯模组 103、第一5G通讯模组104和RAID磁盘阵列105组合构成；工业数据网关2用于连接工业设备，由多个DTU(数据传输单元)201、多个RTU(远程终端单元)模块202、光纤通讯模组203和第二 5G通讯模组204构成，DTU201和RTU模块202均为数据采集设备，分别与生产设备连接。 [0053] 本实施例涉及的工业大脑为伏羲天工开物工业大脑，是DOA/Handle国际标识解析标准和国家工业互联网标识解析标准的物联网设备，兼容第三方系统或平台，基于国际标准的数据路由和数据访问控制协议，在安全受控、全程可追溯的前提下，实现业务互联、数据互通、轨迹追溯，构建工业互联网生态体系，作为企业全生命周期数据管理的神经中枢，是一种Handle标识解析、雾计算、边缘计算、工业互联网、物联网、AI大数据处理设备，通过串口、5G、WIFI、以太网连接现场设备、PLC、OPC、DTU、变频器、仪表、数据采集卡，运用AI技术完成数据采集监控、工业现场管控、设备远程控制，远程运维、安全预警、故障报警、能源管控、现场视频处理、视觉检测、视觉应用功能，配置多线程虚拟化主机、SSD高速存储和工业级视频处理芯片，内置深度神经网络(DNN)引擎。 [0054] 本实施例涉及的工业大脑主机1采用机架式8U机体和多进气道多循环散热系统，支持多处理器和RAID热插拔，内置5G通讯模组和光纤模组；工业数据网关2的型号包括机架式和塔式，最多支持16个DTU或RTU模组，支持热插拔，内置5G通讯模组和光纤模组。 [0055] 本实施例涉及的工业大脑的底层操作系统是Linux；操作系统之上是“物联网中台”系统，包括： [0056] (1)IDLS(工业数据链)系统，支持Handle标识解析标准，内部集成了Handle服务、客户端、类库、工具库和OpenNode通用接口系统，使第三方系统能通过标准化、开放式接口与其它系统自由对接；内置的工业云系统和物联网中台系统都已与OpenNode通用接口系统完成对接，全面支持Handle标识解析标准；工业数据链基于Handle标准完成连接与融合各种软、硬件系统，对接各种生产设备、采集数据、下发指令，具有数据协议识别(近20种)、编码和解码系统、数据加密和解密系统、数据转义系统、数据传输系统和数据路由系统； [0057] (2)OpenNode通用接口系统，在全面遵守Handle标识解析国际标准的基础上，增加了数据监听和主动式数据推送机制，以满足不同工业互联网应用场景中异构系统间的数据传输和业务互动； [0058] 每一个Handle节点的管理者，都能够通过发放授权Key(非对称加密密钥对)的形式向此Handle节点注册监听者，并分别设置数据监听权限，Handle节点内的数据变更(新增、修改或删除)时，拥有监听权限的监听者都将收到由OpenNode主动推送的数据包； [0059] 此外，监听者可以使用SQL语法通过OpenNode在Handle节点上查询数据(仅能查询已被授权的数据条目)； [0060] 为解除OpenNode通用接口系统与具体业务系统和业务流程的耦合性，加强自身的通用性和可扩展性，OpenNode基于适配器设计模式，提供开放式插件系统；异构系统间需要对接时，使用OpenNode所提供的API开发业务插件即可，业务插件安装到工业大脑后，OpenNode会在各业务插件之是建立双向数据通道，自动地完成数据互联、业务互通； [0061] (3)BRCS(业务规则链)系统，是一套智能化业务驱动引擎，提供6大类(筛选、增强、转换、动作、外部)、40余个不同用途的业务结点(发送消息、数据过滤、条件判断、预警、LBS、日志)，以及一个强大的可视化业务规则链编辑器，从工具箱中将需要的业务节点拖动到画布上，然后根据实际业流程依次连接每一个节点，配置业务处理规则，就能够完成业务配置；此后，工业大脑根据设定的业务流程，自主驱动各项业务在各种设备、各种软件之间流转； [0062] (4)看板系统，提供超过30款可配置、可定制的看板组件，支持可视化拖拽式操作，即时生效，自定义预警节点、预警事件、预警方式和处置预案，支持邮件、短信、微信即时预警，提供生产经营全貌的实时展示。 [0063] 最顶层是“工业云”系统，针对营销、管理、采购、制造、仓储、物流等业务场景，提供 500余个可定制、可扩展的功能模块，涉及人事、行政、办公、销售、财务、客户、供应链、产品数据、产品生命周期、高级计划排程和制造执行等业务应用，覆盖企业管理全流程，以搭积木的方式，将企业生产经营各环节融合成高效率的工业互联网智能生态圈。 [0064] 物联网中台提供雾计算支持，能使多台工业大脑互联，形成集群效应，构建雾计算场景，内置了雾计算感应和对接系统。 [0065] 实施例2： [0066] 本实施例涉及的基于工业大脑的工业互联网系统具有万物互联、边缘计算、雾计算、算力平衡、超低延时、可靠并发、设备管理、信息安全、开放平台、虚拟专网、5G网络接入、业务枢纽、数据中心、消灭信息孤岛、工业视觉识别和视觉检测、企业级工业互联网系统以及产业级工业互联网平台的功能，具有通用性、易部署性、实施成本与周期、兼容性和开放性方面的优势，在青岛浩恩医药耗材有限公司实施时，带来了以下效益： [0067] 减少用人：17人；每年节省用人成本：160万元；能耗监控覆盖率：100％；安全事故： 0起；当年节能降耗：20％；荣获山东省物联网科技进步奖；获评青岛智慧城市典型案例。 [0068] 实施例3： [0069] 本实施例涉及的基于工业大脑的工业互联网系统在义乌市派对服饰有限公司实施时，带来了以下效益： [0070] 全线贯通定制、签约、计划、采购、生产和仓储环节，形成业务闭环，消灭信息孤岛； 信息化覆盖率：100％；订单交付周期缩短：20％；产品合格率超过：99％；生产效率提高： 30％；采购成本降低：20％；沟通成本减少：90％；获评浙江省制造业与互联网融合示范项目；入选全国智慧企业建设创新实践案例；成为青岛市“高端制造业+人工智能”攻势作战方案推广模式。