项目背景
中国钢铁行业以黑色金属矿物采选和黑色金属冶炼加工等生产活动为主，是中国的支柱性产业之一。从年全球国家粗钢产量排名来看，中国已成为全球最大粗钢生产国。得益于建筑业的快速发展与新基建、一带一路等政策的推行，中国钢材市场需求量增长，同时逐渐由增长式生产向结构化生产转型。
南京钢铁作为国家智能制造标杆企业，一直秉承着创新驱动，绿色低碳的发展理念。随着物联网、大数据、云计算等技术的蓬勃发展，传统钢铁行业的研发、服务体系格局也发生了变化，南京钢铁积极贯彻新发展理念，主动拥抱变化，构建南钢工业互联网平台：
通过建设公司级数据采集网络，支撑横向到边、纵向到底的数据采集与治理链路，实现六大集群、八大模块的协同管控。
通过建设一炼钢、二炼钢、三炼钢、中棒、宽厚板、高线共六条数字工厂示范线，实现生产全流程的数字化、可视化、透明化；
通过不同场景、不同维度、不同模式的数据分析，重点解决物料平衡、能介平衡等痛点、难点问题，提高生产效率，降低生产成本，实现全流程的智慧生产、智慧运营一体化管控体系。
该项目由南京钢铁的控股子公司江苏金恒信息科技股份有限公司（简称金恒科技）主导负责。本文将分享金恒科技基于EMQ物联网基础设施构建南钢工业互联网平台的实践经验。
现状与挑战
南钢工业互联网平台建设主要面临以下问题：
数据积累不足
信息基础设施是钢铁数字化转型的基石，部分资本规模较小的钢企计量仪表设备不齐全，其核心技术与工艺数据来源不完善，导致数据缺乏代表性，数据积累不足。
缺乏数据标准
钢铁工厂设备种类和应用场景繁多，各类工业环境及设备具备不同的数据后台，且在生产过程中产生的大量设备管理、市场运行、产品生产等数据格式差异较大，导致钢铁企业间数据难以兼容，从而影响产品的信息化联动，制约行业发展。
数据资产难以利用
钢铁产品生产包含炼铁、炼钢与扎钢三个环节，其中各环节涉及多个生产系统、工业控制系统与供应链层级，具有流程复杂、体系庞大等特点。
近年来，以钢铁制造为代表的工业产业的设备传感器数据，几乎都停留在网关机层面，在构建整体采集系统时，如采集炼铁、轧钢、煤气、氧气等各类数据，一般由各自配套网关机单独采集，数据应用系统对接网关机直接获取数据。此方式形成了多对多的架构体系，无法形成统一的数据资产。
解决方案
工业互联网平台的核心能力旨在统一采集、存储、分发设备数据，同时根据OT数据的特性，形成数据资产，支撑数据治理。平台数据接入可通过Modbus-TCP、OPC-UA、MQTT等协议方式。
其中，MQTT协议是基于发布/订阅模式的物联网通信协议，具有简单易实现、支持QoS、报文小等特点，是用于实现工业数据采集的最佳协议。
经过多方调研对比，南钢集团选择了EMQ映云科技的企业级MQTT物联网消息中间件EMQXEnterprise作为工业互联网平台数据接入层。
除了保留原生MQTT的特性外，EMQXEnterprise还支持消息的离线存储，具备高可用集群能力和百万TPS消息吞吐消费能力。通过EMQXEnterprise内置的规则引擎，可以将数据实时推送到后端的国产时序库TDengine。
EMQXEnterprise大吞吐、高可用以及数据安全方面的特性，完美契合了南钢集团工业互联网平台数据接入汇聚需求。该平台实现了以下能力：
海量设备数据的高频采集
EMQXEnterprise支持可弹性扩展的集群模式，随着业务增长可以不停机拓展集群规模，单个集群可以处理百万TPS的消息并发，目前炼钢、轧钢等各系统通过网关机实现数采，上百个网关机以毫秒级的频率实时上报设备数据。随着钢厂各个生产系统的网关机陆续接入，EMQX集群可以保证良好的可扩展性和稳定性。
数据流的灵活处理
EMQXEnterprise内置的规则引擎既可以用于简单的数据清洗、编解码、格式转换，还可用于配置消息流与设备事件（设备上线、断线等）的处理和响应规则，针对高吞吐场景下设备异常断线的问题，可以快速定位问题原因，排除故障。应用端通过多线程并发消费EMQX集群数据，实现数据的持久化，形成企业数据资产。
认证集成
EMQXEnterprise提供了灵活多样的认证方式，可通过HTTPAPI、JWT、LDAP、X.证书和各类数据库进行认证鉴权，提供更细粒度的安全级别和权限控制方案，可以灵活与南钢工业互联网平台做统一的权限集成和安全控制。
EMQXEnterprise将认证鉴权开发工作通过简单配置内置实现，无需编写代码即可实现各个级别的安全配置，大大提高运行和开发效率。
项目亮点
平台创新：自主研发工业互联网平台，基于业务需求，建立跨工序、跨层级、跨部门的数据融合体系，通过数据的标准化、体系化，对海量的生产数据进行深度挖掘，实现数据驱动业务、数据驱动管理，真正释放数据价值。
架构创新：打破传统五层信息化架构，基于「云-边-端」架构，实现南钢云、边缘计算以及IoT端部连接的高效协同，发挥云中心规模化、边缘计算本地化与低成本、IoT终端感知等各方面的优势，解决传统钢铁企业信息孤岛严重、业务功能割裂等问题。
应用创新：依托工业互联网平台，首次研发出基于大数据的多集群、多专业的一体化智慧运营管控系统，实现资源配置的全局优化，精准执行「公司一盘棋」的生产管控模式。
思维创新：打破思维的天花板，从传统依靠经验的粗犷式思维模式向工业互联网平台上的数字化、可视化、模型化的思维模式转变，提高决策的科学性、准确性和时效性。
管理创新：开发基于物质流、能量流、信息流的跨集群协同优化管控模型，推动协同集约的生产组织创新，打破部门组织边界，实现从多层级、多专业离散型管理向一体化管理的转变。
项目成果
金恒科技作为南钢集团控股的高科技公司，是南钢数字化转型的旗舰平台，金恒科技研发搭建的工业互联网平台目前已在南钢投入使用半年，为6个数字工厂提供数据采集和数据服务能力。钢厂设备动作类跟踪数据采集频率低至ms，数据传输时延在ms以内，通过EMQX物联网消息中间件作为数据的实时接入与传递，构建3D数字孪生模型与生产现场同步，实现产线状态实时映射，使生产过程状态一目了然。
在采集性能方面，被动接收数据相比主动定时抓取性能有大幅提升。主动抓取频率低于ms就已经达到上限，而基于MQTT发布订阅的方式，结合现场设备的能力，数据采集频率可以达到5ms。EMQXEnterprise支持集群模式，消息队列无限扩展，多生产/消费客户端共享订阅，大大提高了数据的处理性能与高可用能力。
基于EMQ的物联网数据基础架构，支持对数据标签和数据规范的灵活定义，整合现场OT数据，形成了集团OT数据资产，解决集团的OT数据入湖难、管理难、使用难的问题，为数字化转型、数据治理奠定了基石。
随着5G、AI、大数据以及云计算等尖端技术的更新迭代，中国钢铁行业已迈出数字化转型的步伐，向绿色生产、智能制造以及精益制造的方向发展。南钢集团通过EMQ物联网数据基础设施软件，打造云边端数据的实时连接、移动、存储、处理与分析，以数据驱动创新，构建集团生态体系数字化建设，打造企业核心竞争力，实现企业的数字化转型。
客户证言
作为钢铁行业数字化转型服务的代表企业，从传统的信息化应用到目前全面的数字化转型建设，金恒科技在为行业客户提供各类解决方案的同时也推动了行业的技术进步。我们构建了云边端融合的全栈式工业互联网平台「FSI2」，基于该平台推出了各专业领域的智慧应用以及区域生产集控、企业智慧运营中心等多项数字化整体解决方案，与客户一道在企业数字化转型过程中不断探寻、挖掘并充分发挥数字价值。
金恒科技与EMQ共同推进了南钢智慧运营中心项目建设。项目过程中，EMQ领先的产品、专业的技术能力、一流的服务态度给我们留下了深刻印象。我们有信心携手EMQ共同构建企业数字化转型生态，不断引领钢铁行业数字化转型解决方案服务。
——金恒科技副总经理王苏扬
客户简介
江苏金恒信息科技股份有限公司（简称金恒科技）是南钢数字化转型的旗舰平台，总部位于国家级南京江北新区，注册资本1.8亿元。金恒科技系高新技术企业、国家首批两化融合咨询服务机构、江苏省规划布局内重点软件企业，入选江苏省软件企业技术中心、江苏省冶金智能制造工程技术研究中心、江苏省工程技术研究中心、江苏省“数动未来”融合创新中心，软件成熟度通过了CMMI5级评估。累计申报专利及软件著作权近项。牵头编制中国钢铁行业高级计划排程系统行业标准、钢铁行业两化融合标准指标。