近日，河南省智能制造大数据发展创新实验室/河南省网络空间安全应用国际联合实验室自主研发的先进制造工业互联网数智融合系统（简称：数智工网）获得国家计算机软件著作权登记。
图1 先进制造工业互联网数智融合系统软著证书
数智工网面向先进制造场景，汇聚了工业制造企业的生产运营数据、产品质量数据以及操作行为数据，围绕生产协同效率不高、质量缺陷难以及时识别、工业互联网安全边界模糊等痛难点问题，综合运用大数据与人工智能、入侵检测、区块链、智能制造等新一代信息技术，构建了“智能调度优化、视觉缺陷检测工业智能体（IAIA）、工业情境安全（ISS）边缘云防护”三位一体的系统解决方案。
图2 数智工网解决方案
数智工网系统主要功能包括：一是，智能调度优化包括1套5G智能制造产线系统和1套多场景工业控制产线系统，通过应用智能调度优化算法（数模知融合驱动的协同优化调度控制方法），实现了生产计划的实时优化与资源高效配置；二是，工业大模型与智能检测平台通过研发基于视觉缺陷检测的工业智能体（IAIA），实现了工业产品外观的自动化、高精度质检与缺陷分类；三是，数智工网边缘云安全产品包括1套工业互联网边缘云安全防护系统（服务器端、客户端）、1套工业情境安全大数据可视化系统和1个工业互联网边缘云安全管理平台。
图3 先进制造工业互联网数智融合系统（数智工网）
（一）数模知融合的协同优化调度控制在生产调度方面，数智工网重点研究并工程化实现了适用于复杂制造场景的协同优化调度控制框架。平台将多源过程数据、机理模型和领域知识进行统一表达与融合建模，以订单、工艺路线、设备能力、能耗指标等为核心要素，构建多工序、多设备、多资源约束下的高精度调度模型；通过“全局搜索—局部精细优化”协同演化机制，在保证交期与产能的前提下综合优化生产节拍、能耗水平和在制品库存。
图4 复杂制造场景协同优化调度控制框架
多场景工业控制产线以智能制造业务场景为基础，融入安全防护方案，支持多种工控制造场景仿真实验。平台按五层架构构建：工业现场设备层包括开关、调速装置、电机及驱动、三色灯、232/485仪表、摄像头等；工业现场控制层以PLC控制设备；生产监控层用触摸屏监控PLC过程；生产管理层部署MES检视生产数据；工业互联网云平台层经物联网网关汇聚温湿度、图像及PLC控制数据并上传云端。工业互联网安全实验平台覆盖典型接入模式，通过云端智能网关实现现场数据上云和设备远程管理。
图5 自动化检测生产线工业互联网实验平台操作界面
图6 自动化检测生产线工业互联网实验平台设备柜布局
图7 数智工网—自动化检测生产线工业互联网实验平台流量分析
5G智能制造生产线仿真场景结合国家工业互联网安全战略，以铝电池生产制造过程为原型，采用常见工业控制元件构建微缩版铝电池生产场景。该系统集成了智能制造现场设备和控制系统，能够复现智能制造机组的典型传感器、执行器、控制单元及生产线场景。系统采用5G技术，由智能制造生产线仿真场景、生产线控制装置、调度中心装置、监控装置、PLC控制装置、机器人装置六个主要部分组成，可模拟多种网络攻击场景，满足复杂仿真测试要求
图7 5G+智能制造工业互联网安全测试平台MES屏监测界面
图9 数智工网—5G+智能制造工业互联网安全测试平台日志数据分析
（二）基于视觉缺陷检测的工业智能体（IAIA）在质量管控方面，数智工网集成了自主研发的基于视觉缺陷检测的工业智能体IAIA，形成视觉感知、机器人协同与云边协同计算的智能质检子系统。IAIA依托工业机器人试验工作站、高清工业相机和边缘计算单元，支持对螺纹、螺孔、齿轮齿牙、电极片中心孔与注塑区、车尾管单双片、光亮表面划痕/凹坑等典型零部件及板带材表面缺陷的在线检测与分类识别。检测准确率可达98%以上，单帧检测周期小于150 ms，满足高速产线在线质检需求。
图10 工业机器人试验工作站
图11 视觉缺陷检测工业智能体 IAIA
（三）工业情境安全（ISS）边缘云防护体系在安全防护方面，数智工网边缘云安全解决方案聚焦以人—机—物安全交互为中心的工业互联网安全，全面分析工业互联网和元数据面临的外部威胁与内部风险，综合运用大数据与人工智能、入侵检测、区块链、智能制造等新一代信息技术，研究了工业互联网人—机—物身份认证与可信接入、零信任访问控制、工业特征数据分析、工业互联网安全特征优化、边缘云攻击识别、工业终端入侵检测、工控协议漏洞挖掘、工控系统脆弱性动态评估等关键核心技术，构建以工业情境安全（ISS）为核心的端—边—云一体化安全体系架构。数智工网边缘云安全产品有效解决了智能制造场景数字转型中的安全难题。工业互联网边缘云安全产品，包括1个工业互联网边缘云安全防护系统（服务器端、客户端），1个工业情境安全大数据可视化系统、1个工业互联网边缘云安全管理平台和若干工业应用验证场景，实现了“1+1+1+X”系统解决方案，为工业互联网平台安全防护提供关键技术支撑。
图12 端—边—云一体化安全体系架构
图13 数智工网边缘云安全解决方案
