楊民志

(南京市江寧區(qū)企業(yè)服務中心，江蘇 南京 211100)

0 引言

近年來，新一代信息技術(shù)發(fā)展迅猛，物聯(lián)網(wǎng)、5G等各類新技術(shù)迭代速度加快，一批以高新技術(shù)為特征的企業(yè)不斷成長，為經(jīng)濟發(fā)展注入新的活力。新一代信息技術(shù)不斷拓展至各類應用場景。其中，工業(yè)生產(chǎn)更是直接受益者，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式不斷向智能制造轉(zhuǎn)變。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平不斷提升。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)和工業(yè)制造融合的產(chǎn)物，在新一代工業(yè)革命的浪潮中突圍而出，成為企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵支撐。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺憑借其廣泛的連接能力、強大的數(shù)據(jù)分析與處理能力、全面的平臺化服務能力、快速開發(fā)及構(gòu)建良好用戶體驗的應用能力等，可幫助企業(yè)快速方便地實現(xiàn)數(shù)字化提升，并且逐步構(gòu)建全面的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展體系。

1 江寧區(qū)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展基本情況

江寧區(qū)是南京市發(fā)展工業(yè)經(jīng)濟的重要板塊，規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)超過1 700家，構(gòu)建了“5+4+1”現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，涉及智能電網(wǎng)、高端裝備制造等多個產(chǎn)業(yè)門類，企業(yè)數(shù)量眾多，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)雄厚，為發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)奠定了良好的基礎(chǔ)。江寧區(qū)現(xiàn)已建成省級工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)示范平臺8個，省級工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標桿工廠6家，省級示范智能工廠5家，省級示范智能車間40家。2022年上半年，江寧區(qū)作為南京市唯一地區(qū)，推進制造業(yè)智能化改造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型相關(guān)工作受到省政府辦督查激勵。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)方案

江寧區(qū)聚集了大量工業(yè)企業(yè)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性逐步顯現(xiàn)，現(xiàn)以江寧區(qū)某企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺為例，分析其技術(shù)方案。該平臺采用模型驅(qū)動的開發(fā)模式，可根據(jù)不同行業(yè)、不同需求、不用應用場景建立行業(yè)機理模型、業(yè)務模型、設(shè)備模型及數(shù)據(jù)分析算法，通過組件、容器、事件等方式快速配置滿足不同企業(yè)需要的軟件系統(tǒng)。

平臺內(nèi)置了MESPDMWMSAPS數(shù)據(jù)可視化BI數(shù)據(jù)分析等豐富的工業(yè)軟件及工業(yè)App，覆蓋研發(fā)設(shè)計、銷售、制造、服務等各個環(huán)節(jié)，各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)無縫集成，形成產(chǎn)銷研一體化管理體系。平臺架構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺架構(gòu)

2.1 平臺基礎(chǔ)能力

該工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺利用大數(shù)據(jù)云計算技術(shù)，通過工業(yè)App對生產(chǎn)設(shè)計、企業(yè)經(jīng)營管理及用戶交互中各種數(shù)據(jù)進行充分挖掘，為企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、營銷、交易、服務等活動提供服務，從而大幅縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品性能、提升生產(chǎn)效率、降低運營成本，為企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展賦能。

平臺支持關(guān)系型和非關(guān)系型等多種類數(shù)據(jù)庫，如SQL Server，Oracle，MySQL，MongoDB，Influxdb等，充分運用Redis緩存技術(shù)，數(shù)據(jù)庫分片、分表分庫技術(shù)，數(shù)據(jù)庫讀寫分離技術(shù)等解決數(shù)據(jù)存儲和應用問題；平臺使用的主要開發(fā)工具有IntelliJ Idea，VSCode，HBuilderX,開發(fā)語言主要有Java，C++，JavaScript，TypeScript；平臺中采用了Drools規(guī)則引擎，集成了大量的Opta Planner優(yōu)化算法、遺傳算法、啟發(fā)式算法、退火模擬算法、禁忌搜索算法等；平臺利用Java平臺多解釋器(JVM)和Java生成的中間碼，實現(xiàn)同一套代碼在不同平臺如Windows，Linux，Unix等下的重復應用；平臺提供了眾多的工業(yè)應用標準行業(yè)包如PDM、MES、APS、WMS、MDC、仿真等，每個行業(yè)包由眾多的工業(yè)微服務組成，同時利用HBuilderX強大功能，可快速生成客戶需要的各類工業(yè)App，提供與IaaS高度兼容的管理組件。

平臺提供以下數(shù)據(jù)的管控措施：

(1)數(shù)據(jù)監(jiān)測。數(shù)據(jù)實時展示，可滿足對采集點數(shù)據(jù)實時、歷史監(jiān)測業(yè)務。

(2)數(shù)據(jù)存儲安全策略。不同安全級別的數(shù)據(jù)存儲策略，基于私有數(shù)據(jù)庫存儲和基于數(shù)據(jù)安全級別的數(shù)據(jù)存儲。

(3)網(wǎng)絡(luò)資源管控。包括自動關(guān)閉閑置的資源，根據(jù)負載來調(diào)節(jié)CPU的頻率以降低功耗并提供關(guān)于數(shù)據(jù)中心整體功耗的統(tǒng)計圖與機房溫度的分布圖等來提升能源的管理，并相應地減少浪費。

數(shù)據(jù)庫架構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫架構(gòu)

2.2 平臺管理能力

2.2.1 平臺具有無感知的底層資源的應用自動化運維能力

通過模板化、可視化的應用編排，通過Docker和KUBERNETES等容器技術(shù)，幫助客戶快速自動化部署；提供應用拓撲、監(jiān)控、告警、日志、調(diào)用鏈等能力，保證客戶業(yè)務不中斷、滾動升級，幫助客戶實現(xiàn)自動化運維。

2.2.2 資源調(diào)度分配能力

本研究提供了應用所依賴的從硬件到軟件的完整的開發(fā)運行環(huán)境和資源管理機制，針對系統(tǒng)在資源監(jiān)控和資源調(diào)度方面存在的問題進行數(shù)學建模與分析，使用基于負載預測的資源調(diào)度機制作為其解決方案，實現(xiàn)平臺資源的靈活配置、提高資源利用率，并對云控制器、資源監(jiān)控器、負載分析器等系統(tǒng)組件進行優(yōu)化和改進。

2.2.3 提供標準化的編程框架和服務能力

通過開放性的設(shè)計，能夠支持多種不同的編程語言、技術(shù)框架和服務，從而為應用開發(fā)人員提供了廣泛的選擇，可大大提升開發(fā)人員的效率，不斷基于標準化、自動化和數(shù)據(jù)化，為PaaS平臺中承載的核心應用提供更加可靠的不間斷連續(xù)服務[1]。

數(shù)據(jù)的存儲與處理是作為基礎(chǔ)軟件的重要應用單元，是信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，也是信息系統(tǒng)的靈魂和關(guān)鍵所在。平臺可提供關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫等多種類型數(shù)據(jù)的存儲方式。同時，在數(shù)據(jù)處理上采用計算與存儲分離、冷熱數(shù)據(jù)分離、分布式存儲等方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的負載均衡，提高數(shù)據(jù)存儲及運行的高效性。目前，平臺通過專業(yè)的壓力測試可對20 000并發(fā)數(shù)實現(xiàn)無感化運行。

3 市場應用

該企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺具有廣泛的行業(yè)適用性，部署快捷，可為工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供技術(shù)支撐。某工業(yè)企業(yè)為提高生產(chǎn)管理水平，提升產(chǎn)品的可靠性，縮短生產(chǎn)周期，提出了利用該工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實施信息化改造。結(jié)合企業(yè)現(xiàn)場情況和實際需求，形成了以下實施方案。

3.1 實施方案

(1)重新部署實施企業(yè)原ERP軟件。

(2)ERP所實現(xiàn)的功能：供應鏈管理、財務票據(jù)管理、成本管理、物流條碼管理、供應商協(xié)同管理等。

(3)重新部署MES3.0，并為保證信息一體化，并將ERP、MES統(tǒng)一實施及二開。

(4)實現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備的數(shù)字化改造，加裝各類傳感器，實現(xiàn)如溫度、濕度、電量、能耗等數(shù)據(jù)采集，并采用工業(yè)總線方式對數(shù)據(jù)進行采集。

(5)統(tǒng)一各信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)源并劃分相關(guān)模塊功能及定義相關(guān)數(shù)據(jù)接口。

(6)實現(xiàn)生產(chǎn)資源的數(shù)字化，包括人員、設(shè)備、物料、工裝、載具等，并通過條碼、RFID、視覺識別等技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的可識別性。

(7)通過MES系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)執(zhí)行情況的記錄與反饋，包括車間計劃與調(diào)度、工藝執(zhí)行與管理、生產(chǎn)過程質(zhì)量管理、生產(chǎn)物流管理、車間設(shè)備管理等功能。

(8)實現(xiàn)軟件與智能檢測裝備的雙向通信與集成。

3.2 實現(xiàn)效果

項目實施前，產(chǎn)品的設(shè)計、客戶下單、生產(chǎn)、質(zhì)量管控、售后服務的各個環(huán)節(jié)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和信息處于孤立狀態(tài)。項目實施后，充分發(fā)揮了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的作用。上述各個環(huán)節(jié)均在平臺中操作，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，并可實時查詢，以無隙、互通的方式提升信息的綜合利用率。

該企業(yè)信息化改造項目基于信息一體化平臺(集成軟件平臺)的基礎(chǔ)上，全面采用智能制造裝備，通過ERP、MES、質(zhì)保系統(tǒng)、CAA、虛擬仿真、智能檢測臺、信息安全系統(tǒng)構(gòu)成的信息一體化平臺，與智能制造裝備的協(xié)同應用，建設(shè)高度互聯(lián)互動的管理及制造系統(tǒng)，實現(xiàn)智能車間的整體規(guī)劃目標，實現(xiàn)了以下效果。

3.2.1 實現(xiàn)自動排產(chǎn)、精準預測交期

項目實施前，在客戶合同形成之后，需由市場部人員與生產(chǎn)部門反復溝通，確認庫存物料、生產(chǎn)排程，這種模式不僅費時、費力，而且容易出錯。項目實施后，客戶訂單由ERP系統(tǒng)通過自動分析庫存物料情況后，將生產(chǎn)指令下達給MES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)自動把生產(chǎn)計劃下達給生產(chǎn)設(shè)備及物流系統(tǒng)，實現(xiàn)了自動、優(yōu)化、動態(tài)的排產(chǎn)，大幅提高率生產(chǎn)效能，同時做到了交期的精準預測。

3.2.2 節(jié)約大量人力成本

項目實施前，檢測臺須多人進行干預作業(yè)，項目實施后，通過信息化管控及智能檢測平臺等智能裝備的應用，大大減少了操作人員且可滿足生產(chǎn)可靠性、安全性的要求，節(jié)約了大量的人力資源，同時實現(xiàn)了產(chǎn)量倍增。

3.2.3 大幅減少庫存、釋放庫存資金

在公司制造模式實施前，庫存情況不清楚，不停采購，嚴重影響了公司資金周轉(zhuǎn)率。項目完成后順利實現(xiàn)了柔性制造，由此無需再有大量庫存品。

3.2.4 有效提升產(chǎn)品合格率、進一步確保產(chǎn)品質(zhì)量

由于采用大量智能檢測檢驗裝備，并實施了全方位的信息化的質(zhì)量管控，這使得產(chǎn)品從投料開始、到產(chǎn)品的檢查、測試均形成了全過程的數(shù)據(jù)鏈，有利于分析并及時解決質(zhì)量問題。在以上綜合方案實施之后，產(chǎn)品質(zhì)量得到了保證。

3.2.5 實現(xiàn)能源有效管控

項目實施前，能源的管控處于人工管控狀態(tài)，不能有效地、科學地管理和利用能源，從而造成能源浪費。項目實施后，采用的傳感及檢測技術(shù)，對生產(chǎn)、辦公等能源消耗進行了實時采集和動態(tài)調(diào)整，有效地降低了能耗。

4 應用場景

平臺是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的中樞，也是資源高效配置的核心[2]。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺圍繞生產(chǎn)運營中各要素進行數(shù)字化建模，可實現(xiàn)信息化系統(tǒng)間以及信息化與智能裝備間的數(shù)據(jù)集成與共享，構(gòu)建端到端的業(yè)務流程體系。通過生產(chǎn)過程中，對各設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集并以數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式建立車間級的數(shù)字孿生系統(tǒng)，形成企業(yè)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，并通過BI數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對數(shù)據(jù)資產(chǎn)進行匯聚、處理、加工。根據(jù)不同業(yè)務部門對數(shù)據(jù)資產(chǎn)進行多維度、多角度的分析，挖掘數(shù)據(jù)的價值，為企業(yè)決策提供支撐。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可以在以下場景為企業(yè)發(fā)展進行賦能。

4.1 生產(chǎn)過程場景

在工業(yè)生產(chǎn)方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺針對生產(chǎn)車間的工業(yè)設(shè)備，進行實時數(shù)據(jù)采集，并對采集到的物料數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等進行分析，將分析結(jié)果再次反饋給生產(chǎn)過程，從而選擇最佳生產(chǎn)方案，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的全鏈條優(yōu)化[3]。

4.2 資源配置場景

在生產(chǎn)資源配置方面，企業(yè)的訂單數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)、庫存數(shù)據(jù)可通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺進行匯聚，并優(yōu)化出合適的資源配置方案，提供給設(shè)計端、生產(chǎn)端、倉庫端。在協(xié)同設(shè)計、協(xié)同采購、協(xié)同生產(chǎn)等生產(chǎn)資源配置與協(xié)同場景方面，實現(xiàn)最大價值。

4.3 產(chǎn)品生命周期管理場景

在產(chǎn)品生命周期管理方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺采集工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計、采購、生產(chǎn)、營銷、物流、運行和維修等全生命周期數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控和集成分析，追蹤產(chǎn)品動態(tài)并不斷優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，為產(chǎn)品信息追溯、產(chǎn)品全程運輸和產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計等產(chǎn)品生命周期管理場景提供保障。

5 面臨挑戰(zhàn)

5.1 平臺基礎(chǔ)性能力不足

單個工廠內(nèi)往往存在大量的異構(gòu)設(shè)備，標準協(xié)議各不相同。面對復雜的設(shè)備連接情況，平臺間“數(shù)據(jù)孤島”、算法庫與模型庫缺乏等問題仍然存在，還未能實現(xiàn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、算法模型及應用的集成與統(tǒng)一管理。另外，平臺基礎(chǔ)工業(yè)軟件能力不足，僅有少數(shù)平臺具備簡單的建模工具，絕大多數(shù)平臺未將建模集成至平臺。

5.2 跨界能力偏弱

跨行業(yè)跨領(lǐng)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺對企業(yè)的行業(yè)知識、工具和模型的供給能力要求很高，需要企業(yè)具備一整套的技術(shù)解決方案，全面進行設(shè)備連接、數(shù)據(jù)采集和分析、平臺維護等。目前來看，大部分工廠還集中在企業(yè)級的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺研發(fā)建設(shè)階段，跨行業(yè)跨領(lǐng)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺還有待大量的行業(yè)知識沉淀和核心技術(shù)攻關(guān)。

5.3 數(shù)據(jù)價值利用不足

構(gòu)建基于海量工業(yè)大數(shù)據(jù)分析體系是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化解決方案的最重要特征。在企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、配送、庫存等環(huán)節(jié)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可以采集到大量數(shù)據(jù)，但是面對大量數(shù)據(jù)，缺乏有效的數(shù)據(jù)分析，還沒有太多的場景利用，數(shù)據(jù)價值未能得到充分體現(xiàn)。未能從整體上形成場景化應用解決方案，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應用水平較低。

6 相關(guān)建議

6.1 建設(shè)技術(shù)中臺

基于云原生微服務技術(shù)，提供主流微服務框架和完整的服務治理能力，提供IaaS基礎(chǔ)資源的多云適配和接入，屏蔽底層基礎(chǔ)資源位置等差異，實現(xiàn)基礎(chǔ)資源跨域共享與調(diào)度。按照彈性伸縮輕松應對業(yè)務變化，支持按照多種彈性伸縮策略(如時間策略、資源和業(yè)務指標策略)，自動判斷、快速觸發(fā)云應用/服務的彈性伸縮，以便輕松平滑地應對各種業(yè)務變化。建設(shè)一站式運維平臺，融入AIOps理念，提升運維管理效率，保證業(yè)務的穩(wěn)定性。

本研究通過無侵入接入技術(shù)和“管、診、治”的服務體系，幫助用戶以微服務的方式快速構(gòu)建穩(wěn)定、可靠、彈性的分布式應用，徹底解決系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、算法模型及應用的集成與統(tǒng)一管理等問題。

6.2 引入“低代碼”平臺

本研究將低代碼平臺貫徹到數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工利用的主要過程，通過向?qū)脚渲没瘮?shù)據(jù)采集、可視化指標標簽配置生成、自動化智能化數(shù)據(jù)挖掘建模，模板化可視化數(shù)據(jù)分析。本研究讓更多需求人員、業(yè)務人員能簡單、快速、便捷地構(gòu)建工業(yè)企業(yè)級生產(chǎn)應用，提升端到端的效率，創(chuàng)建更大的價值。通過“低代碼”，平臺完成智能數(shù)據(jù)精煉、數(shù)據(jù)資產(chǎn)沉淀和數(shù)據(jù)服務共享，助力客戶加速數(shù)據(jù)利用，提升數(shù)據(jù)價值，為工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型注智賦能。

6.3 構(gòu)建數(shù)據(jù)工廠

數(shù)據(jù)工廠圍繞企業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工利用的全過程，以用戶為中心提供從數(shù)據(jù)標準設(shè)計，數(shù)據(jù)集成匯聚，數(shù)據(jù)開發(fā)治理，數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理，價值數(shù)據(jù)應用，數(shù)據(jù)運維管理的智能化、便捷化全棧數(shù)據(jù)服務能力，依托“數(shù)據(jù)工廠”幫助工業(yè)企業(yè)業(yè)務數(shù)據(jù)資源匯聚，實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)資產(chǎn)沉淀共享，避免重復開發(fā)，提升用數(shù)效率，發(fā)揮數(shù)據(jù)價值，賦能生產(chǎn)經(jīng)營。分角色打造覆蓋規(guī)劃設(shè)計、采集匯聚、開發(fā)治理、資產(chǎn)沉淀、分析利用、運維管理的數(shù)據(jù)治理智能化全流程的一站式數(shù)據(jù)工廠，通過流程指引、智能加強、分工協(xié)作，完成智能數(shù)據(jù)精煉、數(shù)據(jù)資產(chǎn)沉淀和數(shù)據(jù)價值利用。

7 結(jié)語

新一代信息技術(shù)的應用不斷加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，平臺建設(shè)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵核心，加大工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺推廣應用力度，將大幅提升企業(yè)信息化水平，進一步降低企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的門檻，對企業(yè)在協(xié)同生產(chǎn)、產(chǎn)品溯源等多方面起到幫助作用。平臺發(fā)展對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的支撐作用日益明顯，將帶來工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展新的變革，形成智能化發(fā)展的新業(yè)態(tài)和新模式，是深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”的重要基石，也是推進地區(qū)發(fā)展的有力基礎(chǔ)。