基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)轉(zhuǎn)型分析

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)第4次工業(yè)革命的有效架構(gòu)體系，主要包括邊緣計(jì)算層、IaaS基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層、PaaS平臺(tái)服務(wù)層、SaaS應(yīng)用服務(wù)層（從下到上）4層關(guān)系結(jié)構(gòu)。其中，網(wǎng)絡(luò)是其基礎(chǔ)，安全是其保障，數(shù)據(jù)是其主要要素。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基于信息系統(tǒng)“萬物互聯(lián)”場(chǎng)景理念，促進(jìn)IT、OT、CT業(yè)務(wù)走向融合，同時(shí)使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線逐步演變?yōu)橐蕴W(wǎng)、IEEE802.11、5G通信等技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)基本包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。本篇文章旨在以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)，分析智慧園區(qū)建設(shè)實(shí)踐及企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型思路。1、引言隨著《國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》《“十四五”國(guó)家信息化規(guī)劃》等政策相繼出臺(tái)并實(shí)施，新一代信息技術(shù)及新基建投資已成為企業(yè)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的必然要求，“上云用數(shù)賦智”成為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必要手段?！霸朴?jì)算”技術(shù)有效解決了資源和計(jì)算能力匱乏的現(xiàn)狀，“大數(shù)據(jù)”分析讓機(jī)器替代人力、模型指導(dǎo)生產(chǎn)成為可能，在新時(shí)代背景和數(shù)字技術(shù)發(fā)展支撐下，當(dāng)前正處于企業(yè)、社會(huì)實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化升級(jí)的最“有效”階段，企業(yè)必將逐步進(jìn)入數(shù)字驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)賦能新時(shí)代。2.1智能制造能力成熟度模型智能制造技術(shù)旨在使生產(chǎn)環(huán)節(jié)具備機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘功能，特別是在2020年到2023年期間，AI技術(shù)在世界上實(shí)現(xiàn)爆炸式發(fā)展，給傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)模式帶來巨大的沖擊和挑戰(zhàn)。不論是流程型生產(chǎn)線或離散型生產(chǎn)車間，必須要考慮自感知、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的新型生產(chǎn)模式，以實(shí)現(xiàn)真正意義上的柔性生產(chǎn)、一體化開發(fā)協(xié)同。智能制造能力成熟度模型如圖1所示，反映了將人員、資源、技術(shù)應(yīng)用于制造環(huán)節(jié)并提升智能制造能力成熟度等級(jí)的過程，它通過開展評(píng)估與對(duì)標(biāo)分析，進(jìn)行差距判斷，確認(rèn)下一步改進(jìn)和提升方向，有助于提升企業(yè)智能制造能力。智能制造成熟度主要分為5個(gè)等級(jí)，分別為一級(jí)規(guī)劃級(jí)、二級(jí)規(guī)范級(jí)、三級(jí)集成級(jí)、四級(jí)優(yōu)化級(jí)和五級(jí)引領(lǐng)級(jí)。評(píng)估范圍覆蓋組織戰(zhàn)略、人員技能、數(shù)據(jù)、集成、信息安全、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售和服務(wù)等能力域。智能制造能力成熟度模型的目標(biāo)，是最終建立全生產(chǎn)過程一體化協(xié)同，并搭載智能算法模型，驅(qū)動(dòng)智能生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈一體化的全新生產(chǎn)模式，進(jìn)行算法和路由自動(dòng)調(diào)優(yōu)。2.2軟硬兼施助力生產(chǎn)過程本質(zhì)提升數(shù)字化轉(zhuǎn)型、數(shù)字化提升是一個(gè)迭代優(yōu)化、不斷探索、螺旋式改革的漫長(zhǎng)過程，要求堅(jiān)定的目標(biāo)方向、強(qiáng)有力的經(jīng)濟(jì)支撐及大量的探索實(shí)踐。生產(chǎn)車間數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)避免盲目“入坑”或“為了數(shù)字化而數(shù)字化”，單一注重硬件設(shè)施采購(gòu)和更換工作，盲目推行機(jī)器換人，上馬單一模型的剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線，不僅不會(huì)為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來實(shí)質(zhì)性效果，反而只會(huì)盲目加大投資，花冤枉錢走冤枉路；另一方面，柔性生產(chǎn)、流程數(shù)字化、智能化當(dāng)然也離不開數(shù)據(jù)采集、計(jì)算存儲(chǔ)、視覺分析等硬件設(shè)備的支撐。在建設(shè)過程中信息化數(shù)據(jù)共享缺乏信息系統(tǒng)支撐，要重點(diǎn)打破車間運(yùn)行“黑箱”，生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)全程追溯，實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)，與生產(chǎn)管理息息相關(guān)的制造BOM數(shù)據(jù)、工時(shí)實(shí)現(xiàn)透明準(zhǔn)確。特別應(yīng)注意避免信息孤島的建設(shè)，避免“煙筒式”開發(fā)，這就要求我們?cè)趯?shí)施改造升級(jí)的過程中，一定要秉承統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、自頂向下設(shè)計(jì)的思路。在高智能化、高度融合的信息發(fā)展背景下，各軟件系統(tǒng)間的業(yè)務(wù)融合關(guān)系，應(yīng)特別被關(guān)注，要求系統(tǒng)開發(fā)不能進(jìn)行獨(dú)立化設(shè)計(jì)和部署，而是應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)間的互聯(lián)互通，關(guān)注EAI等數(shù)據(jù)融合技術(shù)。在智慧園區(qū)數(shù)字化建設(shè)的新興實(shí)踐中，制造運(yùn)行體系以MES制造執(zhí)行模塊為核心，與WMS（倉(cāng)儲(chǔ)管理）、SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控）、安全管理模塊緊密關(guān)聯(lián)。通過制造運(yùn)行體系內(nèi)部和外部系統(tǒng)的集成實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程業(yè)務(wù)的數(shù)字化全覆蓋。通過MES與WMS緊密集成，實(shí)現(xiàn)以生產(chǎn)為中心的協(xié)同平臺(tái)，從整體上提高智能工廠的數(shù)字化、透明化、智能化水平。MES與其他軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互包括（但不限于）車間生產(chǎn)原料的領(lǐng)料申請(qǐng)，庫(kù)房生產(chǎn)物料的備料、配送，生產(chǎn)完工產(chǎn)成品入庫(kù)申請(qǐng)，庫(kù)房產(chǎn)成品入庫(kù)；MES與安防系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互包括設(shè)備安全報(bào)警、人員安全報(bào)警、電子圍欄報(bào)警通知安防系統(tǒng)；MES與設(shè)備管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互包括設(shè)備異常報(bào)警、創(chuàng)建設(shè)備維修單；MES與能碳管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互包括生產(chǎn)日計(jì)劃查詢、工單工序執(zhí)行進(jìn)度數(shù)。2.3典型應(yīng)用無人焊接技術(shù)是中國(guó)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐的一個(gè)縮影，主要的先進(jìn)智能應(yīng)用包括自動(dòng)下料、精準(zhǔn)焊接、無人運(yùn)輸和柔性生產(chǎn)等，在力爭(zhēng)打造“黑燈工廠”的實(shí)踐過程中，難點(diǎn)主要是解決多工藝、多模型、不同產(chǎn)線流程下的自動(dòng)下料、焊接，通過AI功能解決了大部分人力焊接的工作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸、下料和焊接、檢驗(yàn)的一站式自動(dòng)化。機(jī)械臂通過PLC、RobotStudio等編程組態(tài)系統(tǒng)，基于三維空間建模和視覺感知體系，能夠?qū)崿F(xiàn)物料的電磁吊裝、智慧倒運(yùn)、無人焊接，但是目前還難以完全取代基于人為經(jīng)驗(yàn)的消除應(yīng)力問題、強(qiáng)度檢驗(yàn)問題等，下一階段相信通過機(jī)器深度學(xué)習(xí)技術(shù)，會(huì)為無人焊接和成橇集成提供更先進(jìn)的參考實(shí)踐。5G移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)是新基建中的信息基礎(chǔ)設(shè)施要求，與4G相比，5G同時(shí)支持中低頻和高頻頻段，具備短幀、快速反饋等特點(diǎn)，在流量密度、連接密度、速率和能效上均得到了極大的提升。當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)所面臨的問題為終端和網(wǎng)絡(luò)的局限性，業(yè)務(wù)與終端、網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。在推進(jìn)5G技術(shù)的同時(shí)，應(yīng)特別注意信息安全的同步建設(shè)3、智慧園區(qū)建設(shè)要點(diǎn)3.1管理模式實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型智慧園區(qū)是生產(chǎn)車間的匯集，從園區(qū)管理的角度出發(fā)，更加注重生產(chǎn)統(tǒng)籌、資源協(xié)調(diào)、調(diào)度指揮、任務(wù)分配和安全運(yùn)維等要求。在園區(qū)統(tǒng)籌管理的過程中，應(yīng)借鑒精益生產(chǎn)、敏捷開發(fā)等實(shí)施理念。精益生產(chǎn)經(jīng)過大量的應(yīng)用實(shí)踐被證實(shí)是科學(xué)有效的管理理論，其典型的思想理念是基于JIT（JustInTime，準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)）的多品種、小批量加工模式。精益生產(chǎn)倡導(dǎo)消除等待浪費(fèi)、搬運(yùn)浪費(fèi)、不良浪費(fèi)、動(dòng)作浪費(fèi)、加工浪費(fèi)、庫(kù)存浪費(fèi)、制造過多浪費(fèi)和事后管理浪費(fèi)，不生產(chǎn)多余產(chǎn)品，注重范圍管理，實(shí)現(xiàn)“零庫(kù)存”。在精益生產(chǎn)的理論基礎(chǔ)上，信息化管理軟件開發(fā)過程引入了DevOps敏捷開發(fā)的創(chuàng)新思路，敏捷管理和敏捷開發(fā)倡導(dǎo)最小價(jià)值交付，內(nèi)涵在于通過不斷的迭代更新以提交滿足用戶故事的最小價(jià)值，規(guī)避開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)字化建設(shè)是一項(xiàng)創(chuàng)新變革性工作，具備實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)高、實(shí)施內(nèi)容高度非標(biāo)等特點(diǎn)，采用總體規(guī)劃、迭代實(shí)施策略可以有效控制項(xiàng)目實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)，保證投資收益。同時(shí)數(shù)字化轉(zhuǎn)型不是一蹴而就的，不僅要求硬件和軟件層面上的配套升級(jí)，更要求管理理念思路上的顛覆性轉(zhuǎn)變，它不是一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)果表達(dá)，而是一個(gè)持續(xù)過程，企業(yè)需要堅(jiān)定轉(zhuǎn)型的決心和目標(biāo)，并通過有效的管控手段，充分借鑒深度融合的最佳實(shí)踐，進(jìn)行持續(xù)性的建設(shè)、優(yōu)化和改善，從組織過程資產(chǎn)、信息隊(duì)伍建設(shè)、流程優(yōu)化和管理理念更新等多個(gè)維度進(jìn)行全方位數(shù)字化賦能。3.2分布式管理模型分布式存儲(chǔ)計(jì)算技術(shù)是云計(jì)算的前身應(yīng)用，從集中式系統(tǒng)逐步衍生而產(chǎn)生，主要包含分布式存儲(chǔ)、分布式計(jì)算等，它采取并行工作的機(jī)制，達(dá)到節(jié)約計(jì)算時(shí)間，提高整體效能的目的。主要包括Hadoop、Spark、Storm等主流系統(tǒng)。數(shù)字化智慧園區(qū)作為各生產(chǎn)車間的統(tǒng)籌管理單位，應(yīng)更加關(guān)注云計(jì)算技術(shù)，同時(shí)關(guān)注各軟件系統(tǒng)的管理權(quán)限問題、網(wǎng)絡(luò)安全問題、分部節(jié)點(diǎn)問題等。從信息的保密性、完成性、可用性提高園區(qū)整體的網(wǎng)絡(luò)安全保障，對(duì)不同車間分配不同的監(jiān)、控權(quán)限?？梢圆捎肏MI配置項(xiàng)權(quán)限授權(quán)或以車間為單位設(shè)計(jì)不同人機(jī)界面的兩種思路，達(dá)到分級(jí)管理的目的。4、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)典型場(chǎng)景介紹基于某智慧園區(qū)綜合管理平臺(tái)的多車間、多業(yè)務(wù)協(xié)同精益管控項(xiàng)目中，依托園區(qū)數(shù)字化平臺(tái)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，完成智能工廠全要素、全區(qū)域、全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成和融合，實(shí)現(xiàn)表示集成、數(shù)據(jù)集成、控制集成和業(yè)務(wù)流集成等，打造智能制造基地“物理園區(qū)”加“虛擬園區(qū)”雙重管理模型，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景業(yè)務(wù)互聯(lián)。通過對(duì)園區(qū)各場(chǎng)景數(shù)據(jù)的收集、分析計(jì)算，針對(duì)產(chǎn)品合格率、達(dá)成率、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率、節(jié)能低碳率、綜合成本降低率、部件標(biāo)準(zhǔn)化率和產(chǎn)品運(yùn)行故障率等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)管理、產(chǎn)品核心技術(shù)迭代，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。該項(xiàng)目所在企業(yè)擁有私有化部署的云環(huán)境，項(xiàng)目軟件系統(tǒng)基于云PaaS平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，結(jié)合了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣層、IaaS、PaaS、SaaS架構(gòu)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層架構(gòu)。最終確定整體框架如圖2所示。所有系統(tǒng)或模塊，采用企業(yè)內(nèi)部統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)和數(shù)據(jù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)從建設(shè)到部署的統(tǒng)籌。分析業(yè)務(wù)的需求后，形成業(yè)務(wù)分類應(yīng)用，包括MES、WMS、園區(qū)安全綜合管理、園區(qū)能碳管理、園區(qū)設(shè)備管理、園區(qū)實(shí)驗(yàn)室管理和園區(qū)綜合決策指揮中心等業(yè)務(wù)應(yīng)用。采用業(yè)務(wù)中臺(tái)和數(shù)據(jù)中臺(tái)支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用的系統(tǒng)功能化，業(yè)務(wù)中臺(tái)負(fù)責(zé)把各業(yè)務(wù)功能劃分為合理的微服務(wù)和組件，盡可能復(fù)用公共服務(wù)以減少重復(fù)建設(shè)；數(shù)據(jù)中臺(tái)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)多維度數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)整合，經(jīng)過數(shù)據(jù)中臺(tái)梳理的數(shù)據(jù)可有效在各功能服務(wù)間共享和實(shí)現(xiàn)公用算法數(shù)據(jù)和主數(shù)據(jù)的目的。使用統(tǒng)一的技術(shù)平臺(tái)和大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)開發(fā)到部署的統(tǒng)一技術(shù)路線，并使用企業(yè)統(tǒng)一大數(shù)據(jù)平臺(tái)保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性和大數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析的能力。所有服務(wù)統(tǒng)一部署在企業(yè)PaaS云平臺(tái)，保證安全漏洞防護(hù)和等保認(rèn)證的統(tǒng)一性。邊緣側(cè)與端側(cè)有效對(duì)接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和指令下發(fā)的數(shù)據(jù)鏈路安全和順暢，采用的云邊協(xié)同方案實(shí)現(xiàn)了云端對(duì)邊緣側(cè)的有效管理。5、結(jié)束語(yǔ)從企業(yè)資產(chǎn)管理的角度出發(fā)，信息化系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)遵循統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)，采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)構(gòu)造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型統(tǒng)一框架結(jié)構(gòu)，有助于試點(diǎn)項(xiàng)目的實(shí)施和知識(shí)資產(chǎn)的積累，值得建立統(tǒng)一的轉(zhuǎn)型標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)規(guī)范，來對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化管理。信息化和工業(yè)化深度顯然融合是企業(yè)發(fā)展的方向，企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐中應(yīng)以數(shù)據(jù)為關(guān)