構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧企業(yè)

航天云網(wǎng)

工業(yè)互聯(lián)是互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)的基礎(chǔ)

習近平總書記在十九大報告中提出的100項任務中，頭三條是：加快建設(shè)制造強國，加快發(fā)展先進制造業(yè)；推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合；培育若干世界級先進制造業(yè)集群。

在2017年10月30日國務院常務會議上，李克強總理也表示：“要通過深化‘互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)’、發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，促進實體經(jīng)濟振興、加快轉(zhuǎn)型升級！”這次會議還通過了《深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見》，旨在加快建設(shè)和發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，促進新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合。這個指導意見與《中國制造2025》一脈相承，是《中國制造2025》的主攻方向。《指導意見》確定的主要任務是：打造網(wǎng)絡、平臺和安全三大體系，推進大型企業(yè)集成創(chuàng)新和中小企業(yè)應用普及兩類應用，構(gòu)筑產(chǎn)業(yè)、生態(tài)和國際化三大支撐、七項任務（簡稱“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展323行動”）。

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展323行動”主要包括了三大體系：網(wǎng)絡體系、平臺體系和安全體系。兩類應用：推進大型企業(yè)集成創(chuàng)新，推進中小企業(yè)應用普及。三大支撐：產(chǎn)業(yè)支撐、生態(tài)支撐和國際化支撐。三個重點工程：平臺培育工程，百萬企業(yè)上云工程，以及百萬工業(yè)APP工程。

從工業(yè)云到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

工信部信息化和軟件服務業(yè)司副司長安筱鵬認為：“工業(yè)企業(yè)上云，要回答三個基本問題，企業(yè)為什么要上云？什么業(yè)務上云？如何上云？”目前，制造業(yè)云端正從工業(yè)云平臺到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺演進，兩者在回答三個基本問題上有著本質(zhì)區(qū)別，主要體現(xiàn)在：從成本控制導向到知識創(chuàng)造導向、生態(tài)導向，從軟件上云到硬件上云，從平臺及軟件開發(fā)商到海量第三方開發(fā)者，從單邊市場到雙邊市場。

2015年11月3日，馬凱副總理給航天科工集團的批示中提到：“加快發(fā)展一批像航天云網(wǎng)一樣的高質(zhì)量、開放式的工業(yè)云服務和工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，并實現(xiàn)強強聯(lián)合、資源共享，為“互聯(lián)網(wǎng)＋制造”、“互聯(lián)網(wǎng)＋雙創(chuàng)”提供強有力的支撐。”目前，航天云網(wǎng)是全球第一批、國內(nèi)第一個國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，主要包括：形成規(guī)模最大、連接設(shè)備最多、價值最大網(wǎng)絡的國家平臺，基于產(chǎn)業(yè)價值鏈和平臺生態(tài)化特征，整合行業(yè)相關(guān)企業(yè)的行業(yè)平臺，以及以技術(shù)、產(chǎn)品為牽引，發(fā)展本領(lǐng)域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的龍頭企業(yè)平臺。這三種平臺的共性技術(shù)是相同的，即：云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能，以工業(yè)物聯(lián)為基礎(chǔ)、云計算為平臺、大數(shù)據(jù)為核心資源、人工智能為新的數(shù)據(jù)資源使用手段，未來將呈現(xiàn)三種類型平臺并行發(fā)展局面。

打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧企業(yè)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，主要包括三個業(yè)務。首先是智能制造，包括工廠自動化、智能改造和數(shù)字化工廠解決方案。其次是工業(yè)云，通過工業(yè)軟件的云化及云的方式實現(xiàn)工廠的兩化融合。第三是工業(yè)大數(shù)據(jù)，它是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的命脈，創(chuàng)造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新模式，主要體現(xiàn)為工業(yè)設(shè)備和裝備的智能化和互聯(lián)，其核心是掌握工業(yè)數(shù)據(jù)。

云制造通過智能制造、協(xié)同制造，涵養(yǎng)云制造生態(tài)圈，全面整合產(chǎn)品設(shè)計、制造、試驗、管理等制造全生命周期過程各類活動的資源，是一種自組織、自制造的“自工業(yè)”模式，其特點是：通過“線上線下相結(jié)合、制造服務相結(jié)合、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)相結(jié)合”，重塑制造業(yè)社會化、服務化和平臺化新生態(tài)，激發(fā)制造企業(yè)創(chuàng)新活力，提升產(chǎn)業(yè)整體競爭能力和區(qū)域經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展。企業(yè)有組織，而資源無邊界，制造資源共享平臺（航天云網(wǎng)門戶）通過研發(fā)設(shè)計能力服務平臺、制造服務化支持平臺和區(qū)域性加工協(xié)同制造平臺，融合了研、產(chǎn)、供、銷、服等方面的資源，包括工業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)平臺線上服務企業(yè)，綜合經(jīng)營管理線下服務企業(yè)，各類ODM和ODE企業(yè)，專業(yè)化技術(shù)服務企業(yè)，以及項目經(jīng)營企業(yè)和專業(yè)化商業(yè)服務企業(yè)。通過云智造，形成制造眾包的區(qū)域協(xié)作模式，將個體優(yōu)勢整合成區(qū)域優(yōu)勢，盤活企業(yè)閑置資源，提高企業(yè)資產(chǎn)的利用效率，降低企業(yè)經(jīng)營成本。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，以數(shù)據(jù)為核心，流程為紐帶，打通設(shè)計、工藝和生產(chǎn)的全價值鏈，加速新舊產(chǎn)能轉(zhuǎn)化。

數(shù)據(jù)驅(qū)動的運營環(huán)境主要分為資源層、平臺層和應用層。其中資源層包括系統(tǒng)（PLM、ERP、MES和SCADA等）、設(shè)備（物流、AGV和智能設(shè)備）和人員（工人、管理和領(lǐng)導）。平臺層主要提供應用開發(fā)及運行環(huán)境，以及工業(yè)大數(shù)據(jù)存儲、計算和分析。在應用層包括了數(shù)據(jù)感知、分析和決策優(yōu)化等功能。

要打造數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧企業(yè)，首先要了解智慧企業(yè)的核心特征，主要分為5級。

第1級：能夠使用軟件完成輔助決策，實現(xiàn)辦公自動化，簡單的生產(chǎn)自動化。

第2級：廣泛開展云建設(shè)，企業(yè)業(yè)務轉(zhuǎn)移到云端；完成機器與云的連接及簡單的云計算，加快決策速度；利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對部分業(yè)務的運行狀態(tài)進行分析和報警。

第3級：使用物聯(lián)網(wǎng)，完成部分信息獲取與傳遞；研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理和市場營銷等關(guān)鍵環(huán)節(jié)智能化程度高；人財物信息等價值創(chuàng)造環(huán)節(jié)實現(xiàn)智能化監(jiān)控預警。

第4級：全部機器連接傳感器，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部、上下游企業(yè)萬物互聯(lián)；管控調(diào)整全部由機器自動完成；制度化管理、程序化運行，特殊問題特殊處理。

第5級：體系、流程、人和技術(shù)實現(xiàn)自適應協(xié)調(diào)；企業(yè)擁有數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)，能快速感知市場變化，并敏捷做出反應；實現(xiàn)“自感知、自判斷、自分析、自適應、自決策和自執(zhí)行。實現(xiàn)智慧企業(yè)，需在企業(yè)已有信息化軟件基礎(chǔ)上，搭建企業(yè)大數(shù)據(jù)總線，實現(xiàn)企業(yè)全部數(shù)據(jù)集成，打通企業(yè)生產(chǎn)鏈條和業(yè)務鏈條，打通企業(yè)上下游、內(nèi)外部，形成由數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧企業(yè)新模式。

智慧企業(yè)的主要問題和INDICS工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的企業(yè)實踐

圖1 INDICS工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺

企業(yè)當前面臨不少問題，如管理乏力，主要體現(xiàn)在看不見設(shè)備、產(chǎn)線和進度等等，看不清數(shù)據(jù)、信息不全以及無分析手段，缺乏決策手段；設(shè)備資產(chǎn)不平衡，設(shè)備資產(chǎn)利用缺乏統(tǒng)籌手段、關(guān)鍵設(shè)備缺乏預測性維護手段；從量大到質(zhì)優(yōu)的跨越，關(guān)鍵技術(shù)或性能指標難突破，缺乏精細化的數(shù)據(jù)分析方法；自動化不等于智能化，自動化程度高，工藝知識模塊有待沉淀，產(chǎn)線缺乏柔性，自動化程度低，缺乏面向未來個性化、小批量的智能改造準備，工人缺乏精確指導手段。

為解決企業(yè)所面臨的問題，INDICS工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺，如圖1所示，通過連接實體世界與虛擬世界，將智能制造設(shè)備互聯(lián)，實現(xiàn)工廠和設(shè)備資產(chǎn)的邊界管理，設(shè)備監(jiān)控報警與故障診斷，基于機器學習的設(shè)備預測性維護，企業(yè)在線遠程維護及生產(chǎn)托管，企業(yè)信息化升級及生產(chǎn)決策支持，基于人工智能的全新系統(tǒng)交互模式，以及開發(fā)者支持、社區(qū)開放平臺和動態(tài)報表、大屏展示等平臺功能。

目前INDICS平臺的技術(shù)體系，如圖2所示，主要分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)分析層、業(yè)務服務層、工業(yè)APP以及安全子系統(tǒng)和開發(fā)者支持幾大模塊。其中數(shù)據(jù)采集是關(guān)鍵，不僅業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)源眾多，如PLC、PLM、MES、ERP、PDM、CRM、SCM、SAP和Web等系統(tǒng)，而且要容納多種數(shù)據(jù)格式，并通過全量集成分析，在INDICS平臺上完成清洗存儲、加載、機器學習和計算、轉(zhuǎn)換等步驟，同時還服務于工業(yè)全流程，涵蓋研發(fā)、采購、生產(chǎn)、物流、審計、銷售和售后等環(huán)節(jié)。

INDICS平臺在設(shè)備級的設(shè)備監(jiān)控及健康管理方面主要體現(xiàn)在設(shè)備運行趨勢分析，以及基于設(shè)備操作中的一場現(xiàn)象進行報警，對設(shè)備進行實效預測，并指出未來失效的關(guān)鍵指示和特征。而智能工廠的設(shè)備、人員和生產(chǎn)狀態(tài)的實時映射、產(chǎn)線關(guān)鍵KPI展示和工藝流程分析和優(yōu)化同樣是INDICS平臺的功能實踐。對于智能工廠改造能力的構(gòu)架，主要業(yè)務以智能制造為主線，以航天云網(wǎng)平臺為依托，打造核心部件貫穿智能裝備、智能產(chǎn)線和智能車間的產(chǎn)業(yè)鏈條，擁有智能制造、智能產(chǎn)線和智能車間管理系統(tǒng)三位一體的智能制造關(guān)鍵技術(shù)，可提供智能化升級改造所需的產(chǎn)品和服務，以及智能制造完整的系統(tǒng)解決方案。

智能機床解決方案和設(shè)備改造定制服務，主要在于設(shè)備更新（性能和精度升級），根據(jù)設(shè)備使用情況，完成對設(shè)備性能提升和精度的修復；設(shè)備數(shù)控化改造，如對數(shù)控設(shè)備和低端數(shù)控設(shè)備升級改造；設(shè)備的自動化升級，如自動刀具交換、自動工件交換、自動物流、自動生產(chǎn)線；啞設(shè)備的改造，主要是數(shù)據(jù)采集和處理。其中的信息采集主要包括程序開始加工時間，程序結(jié)束加工時間，主軸轉(zhuǎn)速S，進給速度F等參數(shù)，以及刀具使用壽命記錄、設(shè)備報警信息和產(chǎn)品質(zhì)量信息等。同時，對設(shè)備的上電、斷電、加工中、空閑、報警和停機信息監(jiān)控。

圖2 INDICS平臺技術(shù)體系

智能產(chǎn)線改造方案則以精益生產(chǎn)和TOC理論為產(chǎn)線規(guī)劃的基礎(chǔ)理論，以工藝流程和工藝方法為核心的生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計技術(shù)，為用戶提供完整的解決方案。例如，一條針對多品種（21種）、小批量產(chǎn)品加工的智能化柔性生產(chǎn)單元，即多品種、小批量柔性機加工生產(chǎn)線，采用立體料庫和智能倉儲，使用RFID數(shù)據(jù)傳輸，智能零件選型并指導后續(xù)加工，通過地軌式機器人自動上下料以及機器人自動毛刷清理，實施在線監(jiān)測，高精度隨行工裝，確保快換裝，并使用HERO-MES系統(tǒng)。而對于包含料盤、上下料、機加、翻轉(zhuǎn)、檢測、打碼、裝配和入庫的全部流程，整個生產(chǎn)線實現(xiàn)了全自動運行和訂單式計劃排產(chǎn)。連接到云端的全自動智能生產(chǎn)線，則采用了HERO-MES系統(tǒng)的訂單式計劃排產(chǎn)，實現(xiàn)柔性生產(chǎn)，機器人自動上下料、自動翻轉(zhuǎn)工裝，視覺自動檢測，激光打碼（二維碼或條形碼），自動裝配，自動掃碼入庫，RFID數(shù)據(jù)傳輸以及質(zhì)量追溯。針對智能倉儲物流系統(tǒng)的改造方案，主要體現(xiàn)在其衍生產(chǎn)品上，使用自有物料搬運及自動上下料設(shè)備，降低數(shù)據(jù)對接與系統(tǒng)集成難度，提供常見PLC、各類傳感器與識別技術(shù)的接口，提供自動化與信息化物流部分融合，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)。

智能車間管理系統(tǒng)的改造方案，主要是HERO-MES航天云網(wǎng)智能車間制造執(zhí)行系統(tǒng)，它是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，是集合系統(tǒng)管理軟件和多類硬件的綜合智能化系統(tǒng)，為企業(yè)搭建一個可擴展的生產(chǎn)管理信息平臺，以精益生產(chǎn)為指導，以TOC（Theory Of Constraints）理論為核心，對原材料上線到成品入庫的整個生產(chǎn)過程實時采集數(shù)據(jù)、控制和監(jiān)控，使生產(chǎn)過程透明化、高效化、柔性化和可追溯化，滿足客戶高效控制、低成本運行的要求，提升企業(yè)核心競爭力。

INDICS平臺在企業(yè)級大數(shù)據(jù)平臺的實踐主要包括：企業(yè)數(shù)據(jù)總線，企業(yè)經(jīng)營大數(shù)據(jù)分析，外部數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析和企業(yè)畫像。

以格力電器為例，通過分析其商機一部、商機二部和計算機中心的需求，得出其核心需求是建立能夠有效匯聚、處理企業(yè)各復雜業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析平臺。格力電器業(yè)務系統(tǒng)眾多（100余個），各業(yè)務系統(tǒng)間數(shù)據(jù)關(guān)系復雜，數(shù)據(jù)庫表數(shù)量多（700余個），類型及版本多樣（Qracle、Mysql和SQLServer），格力電器實現(xiàn)大數(shù)據(jù)驅(qū)動運營的第一步即需要對各個業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一治理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合。而大數(shù)據(jù)驅(qū)動的企業(yè)運營方式主要有以下七點：（1）故障診斷，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行故障并準確定位原因；（2）故障預測，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛在故障，及時預警；（3）產(chǎn)品統(tǒng)計，分析產(chǎn)品銷售情況、客戶情況的規(guī)律、特點及變化趨勢，用于指導產(chǎn)品的個性化設(shè)計及銷售推廣；（4）配件預測，從大數(shù)據(jù)的角度對設(shè)備的配件消耗量進行準確預測，解決配送不及時、消耗量與配送量不匹配的問題，實現(xiàn)及時和準確的配件供應；（5）智能搜索，通過語音輸入關(guān)鍵詞進行信息查詢，以統(tǒng)計圖表的形式迅速呈現(xiàn)查詢結(jié)果，減少臨時統(tǒng)計、分析的工作量；（6）實時查詢，提供特定設(shè)備的工況信息實時查詢功能，用于分析、判斷特定設(shè)備在查詢時間范圍內(nèi)的工作狀態(tài)，總結(jié)和發(fā)現(xiàn)業(yè)務規(guī)律；（7）營銷支持，分析產(chǎn)品及銷售數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)購買次序、重復購買及交叉購買的規(guī)律，提醒和推薦客戶購買特定的產(chǎn)品和服務，以提升銷量。