基于云平臺的數字化工廠研發及應用推廣

康運娟 吳剛 杜強

摘? 要：以云平臺為基礎設施，將云制造技術、物聯網技術、區塊鏈技術與大數據技術相融合的技術已經成為數字化工廠建設的趨勢。文章以云平臺、大數據技術為著眼點，介紹了數字化工廠的系統架構模型、功能設計以及應用前景。以工業云為抓手，推動“區塊鏈”技術與智能制造技術在工業企業中的應用，將推動本地企業在產品、服務、裝備、制造全過程的數字化、網絡化、智能化，推動業務與協作模式向服務型、個性化、社會化制造方向發展。

關鍵詞：數字化工廠;云平臺;區塊鏈;大數據

中圖分類號：TP278? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）19-0164-04

Development and Application Promotion of Digitalized Plant Based on Cloud Platform

KANG Yunjuan， WU Gang， DU Qiang

（Liaoning Open Data Communication Co.， Ltd.， Shenyang? 110041， China）

Abstract： Based on cloud platform， the technology of integration of cloud manufacturing technology， Internet of Things technology， block-chain technology and big data technology has become the trend of digitalized factory construction. Focusing on cloud platform and big data technology， this paper introduces the system architecture model， function design and application prospect of digitalized plant. Focusing on the industrial cloud， promoting the application of “block-chain” technology and intelligent manufacturing technology in industrial enterprises will promote the digitization， networking and intelligence of local enterprises in the whole process of products， services， equipment and manufacturing， and promote the development of business and cooperation mode towards service-oriented， personalized and socialized manufacturing.

Keywords： digitalized factory; cloud platform; block-chain;; big data

0? 引? 言

當前，制造業正面臨全球新科技革命和產業變革的挑戰，亟待通過新技術、新理念、新模式實現傳統產業的轉型升級。第三次科技革命所引領的信息技術革命，將推動產業結構發生重大變化，促使我國制造業從價值鏈低端向中高端，從制造大國向制造強國、從中國制造向中國創造進行深刻轉變。以“工業化與信息化深度融合”為特征的制造業信息化與創新驅動，是我國實現從制造大國向制造強國邁進的戰略舉措。

自2015年以來，國家規劃司編制的《智能制造工程實施指南》，將智能制造作為主攻方向，結合頂層規劃、試點示范、標準體系建設，推動智能制造行業進入實質落地。四年來，政策引擎

推動信息技術領域屢結碩果，業內涌現出很多先進的智能制造系統方案：如智能制造執行系統、加工環節數字化系統、智能輸送系統、智能倉儲系統和企業資源計劃系統等。

2018年至今，伴隨制造行業實施數字化改造的持續推進，系統解決方案日益成熟，并呈現出從單項、局部的改善向綜合、集成趨勢演化發展。此外，制造行業在互聯互通的深入實踐，帶動工業物聯網、工業云平臺、工業大數據、區塊鏈等數字化系統解決方案技術實現較快發展。因此，未來一定時期的企業數字化改革方向，必然是向著智能制造各系統與工業物聯網、工業云平臺、工業大數據、區塊鏈集成的方向逐步推進并漸趨完善。

作為共和國長子和國內工業化起步的東北重鎮，遼寧省工業體系完善，傳統制造業較多，但同樣面臨傳統產業比重過高、產業結構不合理等問題，傳統制造企業由于固定資產投入過高、歷史遺留問題過多，呈現出市場競爭力差、總體經濟效益低等問題，嚴重制約了遼寧省內經濟發展和產業優化升級。

信息化技術，是推動工業企業實現跨越式發展、躍進式轉型的必由之路。通過梳理自身系統配套，改造自身的能力結構，持續提升企業全鏈條、全過程、全生命周期的營銷能力、制造能力、服務能力、創新能力和資源整合能力，才能不斷增強企業的核心競爭力，推動制造業提質增效，做優存量。

1? 基于云平臺的數字化工廠研發情況

數字化工廠是借助于信息化和數字化技術，通過集成、仿真、分析、控制等手段，為制造工廠的生產全過程提供全面管控的一種整體解決方案。

通過基于云平臺的數字化工廠建設，能為企業打造一套先進生產平臺，以機器、原材料、控制系統、信息系統、產品以及人之間的網絡互聯平臺搭建為基礎，利用區塊鏈分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術，實現對工業數據的全面深度感知、實時傳輸交換、快速計算處理和高級建模分析，實現智能控制、運營優化和生產組織方式變革。

通過數字化工廠執行系統建設，可以達到如下功能：

（1）實現制造領域先進要素相互融合。促進企業落后產能升級，從研、產、供、銷、存多維度，多要素，助力制造領域企業數字化發展，實現產品、服務、標準等多要素融合，為制造企業二次發展賦能。

（2）實現企業生產經營各環節把控。利用云平臺將企業現有的制造資源與能力進行數字化整合，通過系統軟件及互聯網技術達成企業不同層級的互聯互通，提升企業經營過程中各環節的可控性，滿足各層級的優化，如精準控制、實時監測、數據集成、運營優化、供應鏈協同、需求匹配、服務增值等業務需求，實現企業精準營銷、個性定制、智能服務、協同設計、協同制造、柔性制造等目標，輔助企業完成從傳統生產模式向數字化工廠、協同制造及云制造新模式的轉型升級。生產環節把控示例如圖2所示。

（3）利用大數據分析應對管理難題。為企業管理者提供足夠的數據支撐及分析環境，將企業原有的各部門零散、雜亂的數據進行數據清洗，再通過人工智能、邊緣計算、大數據分析技術實現數據的加工，形成供企業分析的數據集，最終通過應用層的前端應用，幫助企業管理者實現決策支持、智能預警、智能控制、自主學習等功能，真正實現管理智能化、網絡化、數字化。大數據分析平臺架構如圖1所示。

（4）實現工業企業數據化改造。利用區塊鏈技術，將云計算、大數據、物聯網、人工智能、5G網絡及加密技術融合，并通過數字化工廠執行系統，真正應用到工業企業數字化改造當中來。

2? 應用價值

數字化工廠執行系統建設的應用價值分為以下幾個方面：

（1）加快制造企業信息化變革。為制造企業信息化管理變革、競爭力提升提供有力支撐和保障，通過信息化變革，為制造企業帶來經濟效益和管理效率提升。

（2）實現生產制造智能化管理。充分利用物聯網技術，采用一個平臺，對企業進行集中管理管控，將原始的系統按業務類型進行模塊化切分，實現平臺應用化、去系統化。利用網絡技術、設備監控技術、先進傳感技術、大數據技術、人工智能技術等，達成企業不同層級業務的互聯互通，形成“狀態感知-實時分析-自主決策-精準執行和學習提升”的企業管理新模式，實現企業的高效率、低成本、高質量、短周期運營，促進企業健康可持續發展。

（3）提高設備管理水平。數字化車間建設，為企業自動化設備提供了一個統計管理、智能調配的平臺，同智能制造理念、先進制造方法結合，形成集群性、柔性的優勢，最大程度地發揮自動化設備的生產能力。

（4）提供科學管理決策支持。制造企業經營管理者可隨時隨地掌握工廠生產狀況，通過工廠各環節的數據采集及統籌分析，將生產經營數據進行匯總分析，為領導層的經營決策提供依據。

（5）促進兩化融合示范應用。暢通數據作為遼寧省首批兩化融合示范基地，利用自主研發的數字化工廠執行系統，將“互聯網+智能制造”技術相融合，致力于信息化深度融入自動化，將生產過程中的相關數據進行采集和分析，建立工廠制造過程大數據平臺;將生產環節中的工藝數據參數有效處理，并下達操作指令;在項目竣工后，對工廠在生產過程中存在的加工、制造各環節進行大數據分析，從而達到持續改進設計水平、生產工藝、產品質量的目的，有效提升工廠的生產效率和經濟效益。

（6）促進信息集成一體化。通過平臺建設，可實現制造企業研發設計和生產的集成、生產與管理的集成、市場營銷與研發設計的集成等，實現產供銷一體化、業務與財務一體化、集團管控一體化。在企業內部信息化集成應用方面，以信息化推進研發設計與生產制造的集成、生產與管理的集成、生產與銷售的集成、業務與財務的集成，實現產銷銜接、管控一體，提高企業生產經營效率，減低成本，控制風險。在企業與上下游企業之間信息化集成應用方面，以信息化推進產業鏈協同，推進重點平臺企業與配套企業之間進行信息系統對接，相互共享設計、庫存、物流等信息，以提高協同效率，降低總成本，實現即時生產。

3? 推廣前景

暢通數據自2007年以來，一直致力于云平臺等方面的應用時間。通過對沈陽市某大型工業企業的信息化改造實踐，成功將基于云平臺的數字化工廠研發技術應用到車間生產執行系統。系統建成后，全面提升了制造企業的自動化、數字化、網絡化、智能化、協同化水平，推動了該企業研發、設計、生產、營銷等全過程的協同管理能力。

利用該系統，能夠提高工廠生產管理環節的智能制造水平，縮短與國外先進技術間的差距，樹立行業標桿示范效果，并形成可推廣可復制的方案及模式，帶動行業的轉型升級。具體為：

系統建成后，將會給企業提供整體管理解決方案，通過“人、機、料、法、環”各環節進行可視化管理、大數據分析、云平臺應用，能夠讓企業管理者有效了解企業現狀，有針對性地進行管理改進。系統截圖如圖2所示。

系統建成后，可以集成企業的ERP系統，產品全生命周期PLM等系統，將產品價值鏈和產品技術鏈相融合，打造智慧工廠，為企業建立數字化生產、智能化運營提供全面數據支撐，通過建立企業管控一體化平臺，能夠將企業發展中遠期規劃落到實處，幫助其建設成為典型的智能制造型企業。企業智能化運營如圖3所示。

數字化工廠新模式的貫徹落實，將有助于傳統制造企業加快增速換擋，促進工業企業加快創新驅動，以技術引領帶動企業降本增效，引導和創造用戶需求和行業標桿。同時，將在一個時期內，以企業實踐帶動整個制造行業的轉型升級，帶動整個行業結構調整和優化升級，進而推動我國制造企業整體邁向中高端行列，助推我國早日跨入世界輕工強國之列。數字化工廠綜合監控平臺如圖4所示。

4? 結? 論

智能制造是中國制造2025的主攻方向，是未來制造業發展的重大趨勢，是順應新一輪科技革命和產業變革、推動產業邁向中高端水平的關鍵環節。暢通數據結合多年研發經驗，將基于云平臺的數字化工廠研發技術應用到車間生產執行系統，通過利用大數據分析、區塊鏈等信息技術，將生產制造環節、管理過程等進行有效應用，并通過數字化、智能化系統對原有生產制造流程進行信息化改造，推進了信息化、數字化和大數據的深度融合，提高了企業數字化整體水平和市場競爭力。

經過智能化信息系統優化升級，企業技術裝備水平、產品質量、生產效率大幅提高，能源消耗、人力成本持續下降，綠色、安全生產持續推進，將為工業企業帶來較好的經濟和社會效益。

參考文獻：

[1] 陳新華.對鋼鐵企業智能制造推進工作的思考 [J].冶金經濟與管理，2016，（1）：17-19.

[2] 陳明，梁乃明.智能制造之路：數字化工廠 [M].北京：機械工業出版社，2016.

[3] 陸劍峰，張浩，楊海超，等.智能工廠數字化規劃方法與應用 [M].北京：機械工業出版社，2020.

[4] 張國軍，黃剛.數字化工廠技術的應用現狀與趨勢 [J].航空制造技術，2013（8）： 34-37.

[5] 孫杰賢.航天云網：探索工業互聯網的中國道路 [J].中國信息化，2019（10）：38-39.

作者簡介：康運娟（1978—），女，蒙古族，遼寧丹東人，副總經理，本科，研究方向：云應用及智能制造產業;吳剛（1979—），男，漢族，遼寧莊河人，學歷專科，研究方向：SaaS應用;杜強（1985—），男，滿族，遼寧撫順人，本科，研究方向：離散制造業智能制造。