制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型已是大勢(shì)所趨，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)于制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的支撐作用將會(huì)越來越強(qiáng)，其應(yīng)用為制造企業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)優(yōu)化的能力提升提供了探索應(yīng)用模式和路徑。平臺(tái)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用突破，將不斷為制造業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型賦能。實(shí)施制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；瘧?yīng)用，在加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型中賦能經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，塑造高質(zhì)量發(fā)展新動(dòng)能新優(yōu)勢(shì)。
1 、制造業(yè)數(shù)字化的背景及現(xiàn)狀
工業(yè)的先進(jìn)程度代表了人類文明的先進(jìn)程度，從第一次工業(yè)革命到現(xiàn)在，工業(yè)化技術(shù)和工業(yè)化程度已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。在工業(yè) 1.0 時(shí)代，機(jī)械的大規(guī)模發(fā)展使工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入了機(jī)械化時(shí)代，生產(chǎn)效率得到大幅度提升。到工業(yè) 2.0 時(shí)代，電力使工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入了電氣化時(shí)代。在工業(yè) 3.0 時(shí)代，計(jì)算機(jī)、電子和自動(dòng)控制技術(shù)的普及推動(dòng)了自動(dòng)化工業(yè)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、IT 技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，推動(dòng)了工業(yè)時(shí)代向后 3.0 時(shí)代邁進(jìn)，工業(yè) 4.0 的重要標(biāo)識(shí)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)智能化。
從自動(dòng)化的工業(yè) 3.0 到智能化的工業(yè) 4.0，必然會(huì)經(jīng)歷“自動(dòng)化→信息化→網(wǎng)絡(luò)化→協(xié)同化→數(shù)字化→智能化”過程。傳統(tǒng)工廠通過對(duì)產(chǎn)線和設(shè)備的自動(dòng)化升級(jí)改造實(shí)現(xiàn)企業(yè)自動(dòng)化 ;自動(dòng)化企業(yè)通過對(duì)工廠全實(shí)體全業(yè)務(wù)流程的信息化建模和實(shí)施工業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化 ;信息化企業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)部署的優(yōu)化改造升級(jí)，接入以高帶寬、高速率、高頻率、低延遲為特征的 5G 通信網(wǎng)絡(luò)，通過信息化和自動(dòng)化的兩化深度融合及工廠網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化配置實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，將業(yè)務(wù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)打通，實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)絡(luò)層和系統(tǒng)間的信息互通流轉(zhuǎn)，使企業(yè)生產(chǎn)制造實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型;數(shù)字化企業(yè)通過智能化應(yīng)用(機(jī)器視覺輔助、AI 人工智能應(yīng)用、機(jī)器人替代人工、BI 智能分析決策等)使企業(yè)具備智能化生產(chǎn)制造能力，最終實(shí)現(xiàn)智能化。從工業(yè) 3.0 邁向工業(yè) 4.0 過程中，制造業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是重中之重。工業(yè)化技術(shù)及工業(yè)化程度發(fā)展過程和趨勢(shì)如圖 1 所示。
圖 1 人類社會(huì)的工業(yè)化技術(shù)及工業(yè)化程度發(fā)展過程和趨勢(shì)
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)產(chǎn)值 2000 萬以上的規(guī)上企業(yè)，處在從工業(yè) 3.0 向工業(yè) 4.0 時(shí)代邁進(jìn)的不同階段，這一次變革仍然處于起步階段。從規(guī)模和復(fù)雜度劃分，工業(yè)企業(yè)可以劃分為以下 3 種類型。
車間自動(dòng)化型 ：傳統(tǒng)小微企業(yè)已經(jīng)從簡(jiǎn)單人工作坊轉(zhuǎn)變?yōu)檐囬g企業(yè)，并實(shí)現(xiàn)了車間自動(dòng)化。該類企業(yè)工廠車間管理比較簡(jiǎn)單，僅實(shí)施信息化系統(tǒng)，數(shù)字化和智能化的需求不高，數(shù)據(jù)信息相對(duì)分散。這類企業(yè)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化車間。
內(nèi)部大系統(tǒng)型 ：企業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，生產(chǎn)管理和橫向業(yè)務(wù)開始擴(kuò)展，企業(yè)進(jìn)一步實(shí)施信息化，擁有多個(gè)智能單元(多工業(yè)軟件)，企業(yè)內(nèi)部開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)集成，深入開展自動(dòng)化和信息化融合，進(jìn)一步對(duì)企業(yè)資源進(jìn)行配置優(yōu)化，從而滿足內(nèi)部快速連續(xù)變化的需求，逐步實(shí)現(xiàn)內(nèi)部大系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化智造。這類企業(yè)以大中企業(yè)為主，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)智能工廠、未來工廠。
復(fù)雜產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)型 ：內(nèi)部大系統(tǒng)型企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展后成為集團(tuán)級(jí)的大型數(shù)字化企業(yè)，隨之而來的就是希望向更高層次的產(chǎn)業(yè) / 行業(yè)數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同的數(shù)字化企業(yè)邁進(jìn)。該類企業(yè)擁有更多的智能單元(工業(yè)軟件群)，通過產(chǎn)業(yè)鏈上下游的設(shè)計(jì)協(xié)同、服務(wù)協(xié)同、制造協(xié)同、物流協(xié)同進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在所在產(chǎn)業(yè) / 行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈資源數(shù)據(jù)集成、產(chǎn)業(yè)鏈資源配置優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈雙鏈快速響應(yīng)。這類企業(yè)以集團(tuán)級(jí)大型企業(yè)為主，目標(biāo)是組織建立所在行業(yè)的產(chǎn)業(yè)大腦。工業(yè)企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理關(guān)注領(lǐng)域如圖 2 所示。
圖 2 企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理開始從簡(jiǎn)單走向復(fù)雜
2 、工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)制造的痛點(diǎn)和需求
在工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的進(jìn)程中，由于企業(yè)自身發(fā)展、軟硬件設(shè)備條件、信息化狀況等都有著千差萬別，肯定會(huì)碰到諸多問題，本文在工業(yè)企業(yè)實(shí)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型服務(wù)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納了企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的典型問題。
業(yè)務(wù)決策難：企業(yè)在規(guī)模小的時(shí)候，管理也比較簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)和信息也不多，企業(yè)主可以輕松做決策。但企業(yè)規(guī)模大了以后，人員幾百上千，收入幾十上百億，要精確掌握大企業(yè)內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，做一些關(guān)鍵決策反而很難。
數(shù)據(jù)孤島：企業(yè)在不同階段安裝了各類軟件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)也保存在不同的系統(tǒng)中，產(chǎn)生“煙囪式”相對(duì)獨(dú)立的工廠信息化系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分散冗余且不統(tǒng)一，信息不能互通流轉(zhuǎn)，系統(tǒng)業(yè)務(wù)之間很難融合。
數(shù)據(jù)利用率低：穿插于各個(gè)信息化系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)如何被利用起來?一些有價(jià)值的數(shù)據(jù)可以從深層次分析企業(yè)在制造、經(jīng)營(yíng)、管理上的業(yè)務(wù)改善機(jī)會(huì)，如何利用這些數(shù)據(jù)去輔助企業(yè)進(jìn)行決策?
IT 成本很高：工業(yè)軟件厚重，IT 系統(tǒng)運(yùn)維難，難以精準(zhǔn)解決企業(yè)問題，信息化投入、運(yùn)營(yíng)及優(yōu)化升級(jí)成本高。經(jīng)驗(yàn)傳承難 ：工藝經(jīng)驗(yàn)、操作參數(shù)、長(zhǎng)期積累的工業(yè)知識(shí)難以保留和傳承，工廠關(guān)鍵崗位的人員離開以后，沒有合適的人能快速頂替，或者說隨后的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率難以跟上。
工藝改善難：工業(yè)上的工藝流程知識(shí)不普及，工藝“黑盒子”較多，很難將工藝路線拆解再優(yōu)化配置，企業(yè)希望能用工業(yè)大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)預(yù)測(cè)、沉淀工業(yè)知識(shí)，優(yōu)化配置定義產(chǎn)品工藝路線。
數(shù)字化需求多變：隨著企業(yè)經(jīng)營(yíng)環(huán)境越來越復(fù)雜，工業(yè)軟件信息化系統(tǒng)經(jīng)過 3 ～ 5 年的使用后，需要按新的需求更新優(yōu)化迭代，很多數(shù)字化軟件的新需求層出不窮，難以滿足。企業(yè)經(jīng)營(yíng)節(jié)奏快，傳統(tǒng)服務(wù)商響應(yīng)慢，IT 人員難以發(fā)揮價(jià)值。
數(shù)字化能力復(fù)制難：如何把企業(yè)管理和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)從一個(gè)工廠快速沉淀復(fù)制到另一個(gè)新的工廠是面臨的挑戰(zhàn)?？梢酝ㄟ^以工業(yè)操作系統(tǒng)為核心的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，解決企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中遇到的難題。通過通用連通器向下連接海量工業(yè)裝備、儀器和產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)工廠萬物互聯(lián)，利用工業(yè)操作系統(tǒng)提供的平臺(tái)化的數(shù)據(jù)底座能力，向上支撐工廠工業(yè)軟件的集成對(duì)接和工業(yè) App 的快速開發(fā)部署。
工業(yè)操作系統(tǒng)就像工業(yè)的安卓系統(tǒng)，把工業(yè)企業(yè)的實(shí)體對(duì)象，如人員、產(chǎn)線、設(shè)備、工序、物料、工藝、環(huán)境、業(yè)務(wù)流程等核心全要素?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)一管理起來，以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化建模方式匯聚到平臺(tái)，并提供低門檻的開發(fā)環(huán)境和工具，為企業(yè)賦能，讓企業(yè)中更多的業(yè)務(wù)專家和外部應(yīng)用開發(fā)商快速地構(gòu)建輕量化的工業(yè)智能應(yīng)用。按企業(yè)需求開發(fā) App 應(yīng)用，主要包括業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)管理 App、生產(chǎn)管控 App 和其他創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景App。開發(fā)應(yīng)用不再是 IT 人員的專屬能力，讓懂業(yè)務(wù)的專家一起參與企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，激發(fā)全員創(chuàng)新活力，進(jìn)一步提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。
3、 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)解析
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)以工廠數(shù)據(jù) / 信息全集成為基礎(chǔ)，構(gòu)建多元對(duì)象化工業(yè)數(shù)據(jù)湖，企業(yè)可通過平臺(tái)內(nèi)置的工業(yè) App 開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制、生產(chǎn)管理、企業(yè)經(jīng)營(yíng)等多維、多元數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用。平臺(tái)提供對(duì)象模型建模、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析和人工智能應(yīng)用、場(chǎng)景化分析服務(wù)、智慧決策等功能，以集成化、數(shù)字化、智能化手段解決生產(chǎn)管控、業(yè)務(wù)管理和企業(yè)經(jīng)營(yíng)的綜合問題，打造服務(wù)于企業(yè)、賦能于工業(yè)的智慧大腦。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，把企業(yè)中的設(shè)備、產(chǎn)線、加工中心、智能產(chǎn)品、服務(wù)甚至生產(chǎn)鏈上下游緊密地連接融合起來，幫助企業(yè)拉長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，形成跨設(shè)備、跨系統(tǒng)、跨廠區(qū)、跨地區(qū)的互聯(lián)互通，從而提高效率，推動(dòng)制造業(yè)體系智能化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用架構(gòu)如圖 3、圖 4 所示。
圖 3 工業(yè)操作系統(tǒng) + 工業(yè) App 整體解決方案
圖 4 工業(yè)操作系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)圖
工業(yè)操作系統(tǒng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的核心，從功能應(yīng)用上分為 3 層 ：第一層是物聯(lián)套件，主要負(fù)責(zé)邊緣端數(shù)據(jù)采集和控制，包括智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)、IoT 邊緣智能服務(wù)器以及人工智能控制器等 ;第二層是工業(yè)操作系統(tǒng)平臺(tái)，主要負(fù)責(zé)物聯(lián)套件設(shè)備接入、對(duì)象化模型組織、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理、可視化數(shù)據(jù)分析、工業(yè) App 開發(fā)、大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法應(yīng)用等 ;第三層是智能工業(yè) App生態(tài)，通過工業(yè)操作系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)建面向特定場(chǎng)景的智能工業(yè) App，逐步積累形成面向不同行業(yè)的智能制造解決方案。
工業(yè)操作系統(tǒng)基于工業(yè) 5T 技術(shù)融合(PT- 工藝技術(shù)、ET- 設(shè)備技術(shù)、OT- 運(yùn)營(yíng)技術(shù)、AT- 自動(dòng)化技術(shù)、IT- 信息技術(shù))，將大量工業(yè)技術(shù)原理、行業(yè)知識(shí)、基礎(chǔ)工藝、模型工具進(jìn)行規(guī)則化、軟件化、模塊化，并構(gòu)建為可重復(fù)使用的平臺(tái)內(nèi)置微服務(wù)組件。第三方應(yīng)用開發(fā)者可以面向特定工業(yè)場(chǎng)景開發(fā)不同的工業(yè) App，進(jìn)而構(gòu)建成基于工業(yè)操作系統(tǒng)平臺(tái)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
3.1 工業(yè)操作系統(tǒng)功能分析
3.1.1 信息全集成平臺(tái)
數(shù)據(jù)采集是工業(yè)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒有數(shù)據(jù)的工業(yè)互聯(lián)將成為無源之水，工業(yè)操作系統(tǒng)的價(jià)值在很大程度上取決于采集數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量。這些數(shù)據(jù)既包括業(yè)務(wù)管理信息化系統(tǒng)運(yùn)行與產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，也包括設(shè)備產(chǎn)生的各種狀態(tài)與制造參數(shù)、工藝指標(biāo)、人員信息、物料信息等工業(yè)全要素?cái)?shù)據(jù)。“工業(yè)操作系統(tǒng) +App”創(chuàng)新模式如圖 5 所示，工業(yè)操作系統(tǒng)向下吸收企業(yè)現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，向上供給各類信息化系統(tǒng)和工業(yè) App，其綠色生產(chǎn)智造理念如圖 6 所示。
圖 5 全信息平臺(tái)“工廠操作系統(tǒng) +App”的創(chuàng)新應(yīng)用模式
圖 6 工業(yè)操作系統(tǒng)中綠色生產(chǎn)智造理念
工業(yè)操作系統(tǒng)信息全集成主要負(fù)責(zé)采集工廠的人員、設(shè)備、裝置、物料和產(chǎn)品等信息數(shù)據(jù)，打破廠內(nèi)的DCS、MES、WMS、OA、SCM、CRM、ERP、CCTV等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)有效融合。通過建設(shè)大數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，形成生產(chǎn)要素的大數(shù)據(jù)畫像，實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的有效融合、聯(lián)動(dòng)，對(duì)工業(yè)企業(yè)幾十套“煙囪式”信息系統(tǒng)進(jìn)行 App化遷移。工廠全信息數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)集成如圖 7 所示。
圖 7 工廠全信息集成多元異構(gòu)數(shù)據(jù)采集匯總
3.1.2 對(duì)象化工業(yè)數(shù)據(jù)湖
系統(tǒng)內(nèi)置對(duì)象化工業(yè)數(shù)據(jù)湖，支持圖片、數(shù)字、布爾、字符串、文本、文件、視頻、音頻、位置、自定義結(jié)構(gòu)、對(duì)象、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、塊數(shù)據(jù)等類型的數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)能力 ;提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壓縮服務(wù)，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求，可靈活配置存儲(chǔ)精度，滿足至少 5 年以上的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求 ;支持離線運(yùn)行數(shù)據(jù)備份。平臺(tái)工業(yè)數(shù)據(jù)湖支持分布式集群部署，提供了面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)的數(shù)字化工廠模型構(gòu)建方法，可對(duì)多元數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、重組和標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用容器化和微服務(wù)技術(shù)，提供基于面向?qū)ο罂梢暬瘮?shù)據(jù)模型的預(yù)處理、計(jì)算、存儲(chǔ)和查詢服務(wù)，滿足上層應(yīng)用的數(shù)據(jù)分析和綜合應(yīng)用。工業(yè)數(shù)據(jù)湖對(duì)多元數(shù)據(jù)進(jìn)行采、存、分析、展示，如圖 8 所示。
圖 8 多元異構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)湖
3.1.3 數(shù)據(jù)建模及服務(wù)
工業(yè)操作系統(tǒng)支持對(duì)象化元數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和信息模型的運(yùn)行期管理，支持對(duì)象模型的組織管理和工廠建模，提供對(duì)象模板、對(duì)象實(shí)例和功能集合的可視化組態(tài)管理功能。平臺(tái)基于屬性、服務(wù)、事件與訂閱等方法構(gòu)建業(yè)務(wù)場(chǎng)景，提供統(tǒng)一的面向工廠設(shè)備、人員、物料、產(chǎn)品等維度的對(duì)象化模型定義能力，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化元數(shù)據(jù)清洗與組織。同時(shí)，將真實(shí)工廠的單元主體以對(duì)象化的全信息模型表示，結(jié)合工廠的單元模型與生產(chǎn)組織關(guān)系建立工廠數(shù)字化模型。工業(yè)操作系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)服務(wù)的能力，幫助制造業(yè)企業(yè)快捷構(gòu)建自身系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)治理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)異構(gòu)數(shù)據(jù)匯聚，沉淀優(yōu)化企業(yè)數(shù)據(jù)模型，強(qiáng)化數(shù)據(jù)質(zhì)量，能夠?qū)ν馓峁┘庸ず蟮臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，支持應(yīng)用快速開發(fā)和數(shù)據(jù)可視化。工業(yè)操作系統(tǒng)作為工業(yè)大數(shù)據(jù)底座，對(duì)采集到的多元異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行采存算用一體化處理，如圖 9 所示。
圖 9工業(yè)大數(shù)據(jù)底座，數(shù)據(jù)采存展一體化
3.1.4 工業(yè)微服務(wù)架構(gòu)
工業(yè)操作系統(tǒng)通過工業(yè)微服務(wù)實(shí)現(xiàn)機(jī)理模型算法的模塊化和軟件化，滿足工業(yè) App 的運(yùn)行和擴(kuò)展，微服務(wù)發(fā)揮著承上啟下的關(guān)鍵作用?；诓煌袠I(yè)、不同領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)知識(shí)所提煉出來的各類原始機(jī)理算法模型通常缺少對(duì)外調(diào)用的接口，也往往難以進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)試、運(yùn)行和升級(jí)，需要用工業(yè)微服務(wù)的方式將這些機(jī)理算法模型集成起來，封裝成可獨(dú)立調(diào)試運(yùn)行的單一功能或服務(wù)模塊，提升易用性和可維護(hù)性。
在平臺(tái)中基于工業(yè)微服務(wù)模塊進(jìn)行工業(yè) App 開發(fā)，既能夠借助工業(yè)微服務(wù)并行開發(fā)、分布運(yùn)行的特點(diǎn)，有效發(fā)揮平臺(tái)海量開發(fā)者接入、資源彈性配置、云化部署運(yùn)行等優(yōu)勢(shì)，又能夠利用工業(yè)微服務(wù)獨(dú)立隔離、靈活調(diào)用的特點(diǎn)，克服工業(yè) App所面臨的快速運(yùn)維、持續(xù)迭代、個(gè)性化定制等問題。工業(yè)微服務(wù)結(jié)構(gòu)和 App 化遷移及集成如圖 10 所示。
圖 10 工業(yè)操作系統(tǒng)微服務(wù)結(jié)構(gòu)及平臺(tái)應(yīng)用微服務(wù)化、APP 化遷移
3.1.5 工業(yè) App 開發(fā)環(huán)境
系統(tǒng)提供的可組態(tài)的工業(yè) App 開發(fā)環(huán)境，通過圖形化、組件化、模塊化的向?qū)綉?yīng)用構(gòu)建，有效降低了App 開發(fā)和設(shè)計(jì)的 IT 門檻。用戶只需要關(guān)注應(yīng)用場(chǎng)景和業(yè)務(wù)流程的分析和設(shè)計(jì)，利用平臺(tái)提供的表單設(shè)計(jì)和工作流設(shè)計(jì)工具，即可快速開發(fā) App 應(yīng)用。平臺(tái)提供微服務(wù)容器框架，每個(gè) App 都運(yùn)行在一個(gè)獨(dú)立的容器中，可實(shí)現(xiàn)熱插拔。通過平臺(tái)提供的交互式業(yè)務(wù)和流程設(shè)計(jì)器，滿足流程圖監(jiān)控、在線報(bào)表、App 業(yè)務(wù)管理頁面、工作流管理、Dashboard 分析、大屏畫面、數(shù)據(jù)DIY 分析等一體的混合業(yè)。
圖 11 低代碼開發(fā)工具
3.1.6 數(shù)據(jù) DIY 分析與展示
平臺(tái)提供數(shù)據(jù) DIY 分析工具，用戶可通過組態(tài)方式實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的自主分析與利用，如建立生產(chǎn)看板、能耗看板、設(shè)備預(yù)警看板、重要指標(biāo)參數(shù)看板、重要攝像頭監(jiān)控等。工業(yè)過程中產(chǎn)生的時(shí)序數(shù)據(jù)、流式數(shù)據(jù)和關(guān)系數(shù)據(jù)，利用不同的展示方式，可實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的可視化綜合應(yīng)用。平臺(tái)為每個(gè)用戶提供個(gè)人空間，用戶可根據(jù)自己關(guān)注的內(nèi)容進(jìn)行個(gè)性化定義，個(gè)人空間內(nèi)容可進(jìn)行權(quán)限控制。
在可視化工具方面，平臺(tái)提供了一整套數(shù)據(jù)展示的控件庫，包括基礎(chǔ)圖元控件、圖表控件、報(bào)表控件、趨勢(shì)控件、實(shí)時(shí)報(bào)警控件、歷史報(bào)警控件和視頻控件?；A(chǔ)圖元控件包括矩形、圓角矩形、橢圓、弦、扇形、多邊形、按鈕、棒狀圖、管道、直線、弧、折線、文本、數(shù)據(jù)鏈接和圖片等 ;圖表控件包括柱狀圖、曲線圖、散點(diǎn)圖、折線圖、餅圖、氣泡圖、面積圖、玫瑰圖、儀表盤和熱力圖等。工廠 BI 數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)可視化展示效果如圖 12 所示。
圖 12 工廠BI數(shù)據(jù)分析及展示效果圖
3.1.7 多組織、多租戶服務(wù)
針對(duì)多組織的用戶，平臺(tái)進(jìn)行集成部署，各實(shí)際業(yè)務(wù)中所需的組織、人員、用戶及權(quán)限無需自行維護(hù)，由平臺(tái)統(tǒng)一提供，提高了運(yùn)維效率以及數(shù)據(jù)同步性，第三方平臺(tái)不用維護(hù)自己的組織、人員、用戶及權(quán)限。通過平臺(tái)多組織實(shí)現(xiàn)多公司人員組織架構(gòu)以及用戶和權(quán)限管理，供第三方平臺(tái)調(diào)取和使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)組織、人員、用戶、權(quán)限的統(tǒng)一處理，滿足平臺(tái)集成需求。
針對(duì)平臺(tái)多租戶設(shè)計(jì)的 SaaS 系統(tǒng)，可以為多個(gè)租戶提供服務(wù)，多個(gè)租戶可以在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下使用同一套程序，且租戶間的數(shù)據(jù)隔離也能得到保證。多租戶架構(gòu)設(shè)計(jì)模式關(guān)鍵技術(shù)是同一套程序下多個(gè)租戶數(shù)據(jù)的隔離，以保證數(shù)據(jù)的安全性，防止租戶數(shù)據(jù)不經(jīng)意或被他人惡意獲取和篡改。多租戶技術(shù)可以有效降低環(huán)境建置的成本，包含硬件本身的成本，操作系統(tǒng)與相關(guān)軟件的授權(quán)成本也可以由多個(gè)租戶一起分擔(dān)。多租戶架構(gòu)下所有用戶共用相同的軟件環(huán)境，因此在軟件改版時(shí)只需發(fā)布一次，就能在所有租戶的環(huán)境上生效。多組織多租戶級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)圖如圖 13 所示。
圖 13 集團(tuán)級(jí)聯(lián)的多租戶多組織架構(gòu)圖
3.1.8工業(yè)大數(shù)據(jù)及人工智能
基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的工業(yè)大數(shù)據(jù)分析賦能平臺(tái)，為企業(yè)用戶提供大數(shù)據(jù)環(huán)境下滿足不同領(lǐng)域業(yè)務(wù)需求的建模算法和數(shù)據(jù)挖掘等多樣化應(yīng)用服務(wù)，提供精細(xì)化算法節(jié)點(diǎn)、拖拽式連線操作、圖形化洞察分析等功能，讓機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)更加簡(jiǎn)單易用，降低企業(yè)數(shù)據(jù)建模技術(shù)門檻，幫助企業(yè)充分利用和挖掘數(shù)據(jù)潛在商業(yè)價(jià)值。工業(yè)大數(shù)據(jù)及 AI 分析路徑如圖 14 所示。
圖 14工業(yè)大數(shù)據(jù)分析及人工智能
系統(tǒng)人工智能應(yīng)用平臺(tái)提供機(jī)器視覺、語音識(shí)別、智能問答、自然語言處理等多元的工業(yè)大數(shù)據(jù)服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的深度應(yīng)用?；诜诸?、聚類、回歸、預(yù)測(cè)、尋優(yōu)和深度學(xué)習(xí)等大數(shù)據(jù)算法模塊，結(jié)合特定場(chǎng)景進(jìn)行建模分析，實(shí)現(xiàn)算法模型開發(fā)，訓(xùn)練完成的算法模型可以在平臺(tái)中運(yùn)行。如基于機(jī)器視覺的分析服務(wù)，可通過接入的工業(yè)視頻進(jìn)行圖像分析，分析檢測(cè)結(jié)果可與平臺(tái)的工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，根據(jù)不同場(chǎng)景產(chǎn)生工藝質(zhì)量報(bào)警、人員安全預(yù)警、設(shè)備故障預(yù)警等響應(yīng)。通過人工智能技術(shù)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的無縫融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析、未來趨勢(shì)預(yù)測(cè)、工藝動(dòng)態(tài)特性分析等多種分析業(yè)務(wù)，促進(jìn)數(shù)據(jù)分析成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)商業(yè)價(jià)值最大化。
3.1.9 工業(yè)數(shù)據(jù)安全防護(hù)體系
依照《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全框架白皮書》，安全體系的防護(hù)對(duì)象包括設(shè)備、控制、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用以及數(shù)據(jù)等內(nèi)容。平臺(tái)提供分級(jí)多域、自主可控的信息安全防護(hù)體系，支持各個(gè)層級(jí)的深度防御安全，具有訪問控制、數(shù)據(jù)分區(qū)隔離、通信安全加密、入侵檢測(cè)等安全防護(hù)措施。平臺(tái)通過多機(jī)冗余、斷線續(xù)傳、自動(dòng)重連等可靠性技術(shù)進(jìn)行多協(xié)議數(shù)據(jù)采集和驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)適配擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠、及時(shí)上送，為企業(yè)大數(shù)據(jù)的分層清洗、治理提供一體化防護(hù)方案?；邳c(diǎn)點(diǎn)隔離、鑒權(quán)認(rèn)證等網(wǎng)絡(luò)通訊安全技術(shù)進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部與外部連接，防止病毒入侵、黑客攻擊，實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的安全防護(hù)。工業(yè)操作系統(tǒng)自主可控的安全體系結(jié)構(gòu)如圖 15 所示。
圖 15 自主可控的信息安全體系
3.1.10 移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)
工業(yè)操作系統(tǒng)同時(shí)包含移動(dòng)應(yīng)用子平臺(tái)，是一個(gè)運(yùn)行于智能設(shè)備上的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)。作為工業(yè)操作系統(tǒng)在移動(dòng)端的延伸和擴(kuò)展，該子平臺(tái)提供了豐富的平臺(tái)功能移動(dòng)化應(yīng)用，將所有關(guān)鍵應(yīng)用集成在一臺(tái)手機(jī)上，打破了時(shí)間與空間的束縛，讓用戶可以充分利用會(huì)議、出差、在家等時(shí)間處理工作事宜，幫助用戶實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)狀態(tài)，隨時(shí)隨地高效處理事務(wù)，移動(dòng)終端應(yīng)用如圖 16所示，主要功能如下。
圖 16 移動(dòng)端應(yīng)用協(xié)同
(1)生產(chǎn)辦公協(xié)同。平臺(tái)提供生產(chǎn)過程的移動(dòng)化畫面監(jiān)控、視頻監(jiān)控、趨勢(shì)分析、報(bào)警查看、待辦處理等功能，快速高效地實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的協(xié)同辦公。
(2)企業(yè)社交服務(wù)。平臺(tái)提供即時(shí)溝通、群聊、組織、公告等功能，企業(yè)側(cè)的現(xiàn)場(chǎng)操作內(nèi)外協(xié)同、工作任務(wù)溝通等效率得到提升。
(3)應(yīng)用集成與管理。支持企業(yè)信息個(gè)性化設(shè)置，支持平臺(tái)桌面應(yīng)用移動(dòng)化展示，支持第三方應(yīng)用接入，滿足企業(yè)持續(xù)集成與優(yōu)化的需求。
3.2 實(shí)現(xiàn)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑
通過企業(yè)主導(dǎo)和應(yīng)用牽引，構(gòu)建一個(gè)涵蓋技術(shù)創(chuàng)新、資源整合、平臺(tái)服務(wù)等多方協(xié)作的開放網(wǎng)狀價(jià)值生態(tài)系統(tǒng)。平臺(tái)核心是應(yīng)用“工業(yè) OS+ 工業(yè) App”模式構(gòu)建智慧工業(yè)大腦，徹底疏通傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)關(guān)系。工業(yè)操作系統(tǒng)搶占智能制造戰(zhàn)略制高點(diǎn)，基于工業(yè)操作系統(tǒng)豐富的工業(yè) App 應(yīng)用，大數(shù)據(jù)應(yīng)用、工業(yè) AI、大規(guī)模節(jié)能降耗等設(shè)想將成為可能。其作為“共創(chuàng) · 共享”的創(chuàng)新應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，服務(wù)于全球工業(yè)企業(yè)，未來重心是構(gòu)建能夠根據(jù)企業(yè)發(fā)展需求動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)的 App 生態(tài)系統(tǒng)。
企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，可通過搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的核心，即工業(yè)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠全要素、全業(yè)務(wù)和全價(jià)值鏈的數(shù)據(jù)集成，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型目標(biāo)。首先，對(duì)涉及企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的產(chǎn)品、技術(shù)、設(shè)備、供應(yīng)商、客戶、人員、環(huán)境等全要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行集成 ;其次，對(duì)設(shè)計(jì)、銷售、采購、制造、質(zhì)量、倉儲(chǔ)、物流、財(cái)務(wù)、人力資源等全業(yè)務(wù)鏈數(shù)據(jù)進(jìn)行集成 ;最后，對(duì)工廠、集團(tuán)、上下游企業(yè)、供應(yīng)鏈、分銷等全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)進(jìn)新集成，提升生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品不良率，提升工廠能源利用率，降低運(yùn)營(yíng)成本，縮短研發(fā)周期，確保企業(yè)無安全事故和環(huán)保事件，最終實(shí)現(xiàn)從資源數(shù)字化向業(yè)務(wù)數(shù)字化再向業(yè)務(wù)融合創(chuàng)新升級(jí)，達(dá)到數(shù)字化轉(zhuǎn)型的價(jià)值效益目標(biāo)，如圖 17 所示。數(shù)字化轉(zhuǎn)型通過引入自動(dòng)化、機(jī)器人技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，顯著提高了生產(chǎn)效率和靈活性。
圖 17 工廠操作系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)底座支撐實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型目標(biāo)
4 、結(jié)語
以工業(yè)操作系統(tǒng)為核心的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，采用基于“OS 平臺(tái) +App”的創(chuàng)新應(yīng)用模式，打造智能工廠，對(duì)制造業(yè)企業(yè)進(jìn)行數(shù)字化智慧賦能，通過 IoT 智能化感知系統(tǒng)、智慧網(wǎng)關(guān)、主流通信協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)化接口等，對(duì)工廠人員、設(shè)備、物料、環(huán)境、能耗、商業(yè)資源等多元異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并上送至工業(yè)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)湖引擎，通過工業(yè)操作系統(tǒng)平臺(tái) PaaS 層的 AI 算法庫、大數(shù)據(jù)模型、云計(jì)算算法庫等對(duì)工廠產(chǎn)生的海量生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化支撐，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的建模、加工、存儲(chǔ)、計(jì)算、分析、統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)生能夠輔助工業(yè)企業(yè)運(yùn)營(yíng)并實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略分析和決策的各類圖形報(bào)表，以智能可視化展示的形式將工廠各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)、運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)、運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)數(shù)據(jù)等呈現(xiàn)到可視化智能調(diào)度中心駕駛艙及車間現(xiàn)場(chǎng)大屏或看板上，通過集團(tuán)和區(qū)域級(jí)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)的模式實(shí)現(xiàn)集團(tuán)數(shù)據(jù)和分廠數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步傳輸，輔助決策層實(shí)現(xiàn)工廠從自動(dòng)化到數(shù)字化再到智能化的轉(zhuǎn)變。
通過“工業(yè)操作系統(tǒng) +App”的創(chuàng)新應(yīng)用模式建立應(yīng)用可擴(kuò)展的架構(gòu)體系，同時(shí)在軟硬件和技術(shù)支持上，建立綠色生態(tài)合作體系，保障工廠運(yùn)營(yíng)管理的數(shù)據(jù)透明化、管控智慧化、操作高效化、運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定化、數(shù)據(jù)設(shè)備安全化，全面促進(jìn)制造業(yè)數(shù)實(shí)融合，真正實(shí)現(xiàn)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。平臺(tái)應(yīng)用已實(shí)現(xiàn)流程行業(yè)和離散行業(yè) 5300 多家智能工廠的應(yīng)用交付和落地，典型案例如圖 18、圖 19 所示 ：
圖 18 工業(yè)操作系統(tǒng)在流程行業(yè)企業(yè)的應(yīng)用效果
圖 19 工業(yè)操作系統(tǒng)在離散行業(yè)企業(yè)的應(yīng)用效果
未來，在制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，應(yīng)注意針對(duì)企業(yè)的不同特征，設(shè)計(jì)差異化的策略并關(guān)注中小企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中面臨的困難 , 為中小企業(yè)開辟數(shù)字化轉(zhuǎn)型道路。制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的規(guī)模推廣和技術(shù)融入，特別是在大企業(yè)智能工廠建設(shè)與中小企業(yè)數(shù)字化普及方面的并行推進(jìn)，是制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的重要載體，對(duì)于提升工業(yè)生產(chǎn)效率和智能化水平具有重要意義。
分享到微信 ×
打開微信，點(diǎn)擊底部的“發(fā)現(xiàn)”，
使用“掃一掃”即可將網(wǎng)頁分享至朋友圈。
王愛民：排產(chǎn)調(diào)度的幾種實(shí)際運(yùn)用方式...
