郭曉彬

（池州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 安徽 池州 247000）

0 引言

當(dāng)前，對(duì)機(jī)械裝備制造行業(yè)進(jìn)行數(shù)字化改革成為促進(jìn)工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程，提升制造業(yè)的效率與質(zhì)量，提高裝備制造產(chǎn)業(yè)全球競(jìng)爭(zhēng)力的必由之路。 但是，機(jī)械裝備制造數(shù)字化改革中長期存在數(shù)據(jù)采集難、數(shù)據(jù)分散難合集、數(shù)據(jù)安全性差、數(shù)字化應(yīng)用難度大等多個(gè)痛點(diǎn)問題，要想實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝備制造行業(yè)數(shù)字化應(yīng)用的順利推行和應(yīng)用，就需要加強(qiáng)數(shù)據(jù)管理和治理，完善數(shù)字化應(yīng)用平臺(tái)和技術(shù)支持，加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全保護(hù)工作［1］。 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為我國“新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”的重點(diǎn)內(nèi)容之一，一直承擔(dān)著穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)增長和促進(jìn)轉(zhuǎn)型升級(jí)的雙重重任。 其中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析體系是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重要的組成部分，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，對(duì)加快推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)有著重要的意義［2］。 本文基于標(biāo)識(shí)解析技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝備制造數(shù)字化應(yīng)用，以期能夠提高機(jī)械裝備制造生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)機(jī)械裝備制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展。

1 標(biāo)識(shí)解析技術(shù)介紹

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析技術(shù)主要是為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品和設(shè)備在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn)化、可持續(xù)的傳輸和交換而開發(fā)的信息管理技術(shù)。 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)是物品的唯一“身份證”，標(biāo)識(shí)解析類似于互聯(lián)網(wǎng)的域名解析，除提供網(wǎng)址訪問服務(wù)外，還提供物品位置、品類、流轉(zhuǎn)等信息的訪問服務(wù)［3］。 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析技術(shù)包含標(biāo)識(shí)和解析兩方面內(nèi)容：標(biāo)識(shí)方面，主要對(duì)機(jī)械裝備零件及虛擬資源賦予唯一的數(shù)字化標(biāo)識(shí)編碼；解析方面，標(biāo)識(shí)編碼需要與相關(guān)數(shù)據(jù)聯(lián)通起來，將標(biāo)識(shí)編碼映射到數(shù)據(jù)，從而獲取機(jī)械裝備零件的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)跨地域、跨行業(yè)、跨企業(yè)的信息查詢和共享［4］。 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析體系整體又分為根節(jié)點(diǎn)、國家頂級(jí)節(jié)點(diǎn)、二級(jí)節(jié)點(diǎn)、企業(yè)節(jié)點(diǎn)、公共遞歸節(jié)點(diǎn)五個(gè)層級(jí)，如圖1 所示。

圖1 標(biāo)識(shí)解析體系節(jié)點(diǎn)層級(jí)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析技術(shù)在機(jī)械裝備應(yīng)用中的主要功能包括：（1）標(biāo)識(shí)化。 實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝備工業(yè)零部件及虛擬資源的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字化標(biāo)識(shí)；（2）關(guān)聯(lián)化。 將機(jī)械裝備工業(yè)物品標(biāo)識(shí)與物理對(duì)象、生命周期、業(yè)務(wù)流程、組織關(guān)系等相關(guān)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)；（3）共享化。 打通供應(yīng)鏈上下游數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝備工業(yè)物品標(biāo)識(shí)的共享；（4）智能化。 利用標(biāo)識(shí)解析技術(shù)對(duì)機(jī)械裝備工業(yè)物品信息進(jìn)行智能分析和處理，以支持各種應(yīng)用和服務(wù)場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)，如一物一碼、智能運(yùn)維、生產(chǎn)優(yōu)化和大數(shù)據(jù)服務(wù)等。

2 架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

整體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2 所示，從功能架構(gòu)角度來看，基于標(biāo)識(shí)解析技術(shù)的機(jī)械裝備數(shù)字化平臺(tái)主要包括：核心功能層（標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、標(biāo)識(shí)注冊(cè)、標(biāo)識(shí)解析、信息查詢、運(yùn)行監(jiān)控等模塊）、數(shù)據(jù)層（產(chǎn)品數(shù)據(jù)、零部件數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)等）、系統(tǒng)管理層（用戶管理、角色管理、系統(tǒng)日志、權(quán)限管理和登錄認(rèn)證等）以及安全和運(yùn)維，主要為企業(yè)和用戶獲得標(biāo)識(shí)編碼注冊(cè)和標(biāo)識(shí)解析服務(wù)的基礎(chǔ)。 標(biāo)識(shí)注冊(cè)和標(biāo)識(shí)解析的對(duì)象主要包括物理物質(zhì)，如：關(guān)鍵零部件、關(guān)鍵設(shè)備、產(chǎn)品等物理實(shí)體資源，以及算法、工藝等虛擬資源，實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用，如一物一碼、防偽溯源、供應(yīng)鏈管理、全生命周期管理和智慧售后等。

圖2 機(jī)械裝備制造行業(yè)標(biāo)識(shí)解析體系應(yīng)用整體架構(gòu)

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

應(yīng)用標(biāo)識(shí)解析技術(shù)進(jìn)行機(jī)械裝備數(shù)字化應(yīng)用，整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3 所示，網(wǎng)絡(luò)連接層包括：工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)和工廠外網(wǎng)絡(luò)，其中工廠內(nèi)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)操作技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，工廠外網(wǎng)主要滿足上云需求。

圖3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）工廠內(nèi)網(wǎng)：包括企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)、車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)，各類設(shè)備通過統(tǒng)一標(biāo)識(shí)系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別。 其中企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)通過傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)支持企業(yè)資源計(jì)劃（enterprise resource planning，ERP）、產(chǎn)品生命周期管理（product lifecycle management，PLM）、生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)（manufacturing execution system，MES）、企業(yè)文檔和工作流（enterprise data warehouse，EDW）等企業(yè)級(jí)應(yīng)用。 車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)通過車間通信接口支持工業(yè)PC、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（supervisory control and data acquisition，SCADA）、歷史數(shù)據(jù)管理并與MES 進(jìn)行集成。 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)通過現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)等將智能機(jī)床、標(biāo)識(shí)讀寫器、智能機(jī)器人等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組網(wǎng)，并將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰囬g級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

（2）工廠外網(wǎng)：企業(yè)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)與公共行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析系統(tǒng)通過標(biāo)識(shí)映射進(jìn)行關(guān)聯(lián)，基于公有云平臺(tái)支撐協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造、信息交易和數(shù)據(jù)集成。 工廠外網(wǎng)通過泛在鏈接的方式支持外部用戶和產(chǎn)品的接入。

3 數(shù)字化應(yīng)用設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)械裝備制造生產(chǎn)及銷售全過程，可以細(xì)分為設(shè)計(jì)、采購、制造、運(yùn)輸、銷售等一系列相互聯(lián)系的價(jià)值創(chuàng)造活動(dòng)環(huán)節(jié)［5］。 從機(jī)械裝備制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化應(yīng)用來看，標(biāo)識(shí)解析體系可以打通企業(yè)產(chǎn)品、機(jī)器、車間、工廠信息孤島，實(shí)現(xiàn)底層標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)采集成規(guī)模、信息系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和分析應(yīng)用。 標(biāo)識(shí)解析體系在機(jī)械裝備制造各環(huán)節(jié)中的應(yīng)用模式，如圖4 所示。

圖4 機(jī)械裝備制造各環(huán)節(jié)應(yīng)用模式

3.1 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)用

當(dāng)前機(jī)械裝備制造主要通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computer aided design，CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程（computer aided engineering，CAE）、計(jì)算機(jī)輔助制造（computer aided manufacturing，CAM）等信息化系統(tǒng)和手段，將工藝、算法存儲(chǔ)在工藝知識(shí)庫中，并在仿真環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、優(yōu)化。 標(biāo)識(shí)解析技術(shù)在機(jī)械裝備制造設(shè)計(jì)階段主要進(jìn)行個(gè)性化定制方面應(yīng)用，“個(gè)性”是機(jī)械智能制造定制的核心部分［6］。 它的優(yōu)勢(shì)在于能滿足不同個(gè)性需求、減少庫存積壓和降低營銷成本。 雖然這有利于加速新產(chǎn)品的開發(fā)，但是相關(guān)細(xì)節(jié)卻錯(cuò)綜復(fù)雜，環(huán)環(huán)相扣。 這就需要發(fā)揮工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)在產(chǎn)品溯源、材料數(shù)字化等方面的重要作用，靈活組織設(shè)計(jì)、制造資源和生產(chǎn)流程，以解決機(jī)械裝備行業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)和個(gè)性化定制的矛盾。 通過標(biāo)識(shí)解析技術(shù)，將人、數(shù)據(jù)和以上輔助設(shè)計(jì)技術(shù)等進(jìn)行要素全面連接，滿足不同用戶的需求，制定不同的生產(chǎn)計(jì)劃和制造工藝，為不同用戶提供專門的定制服務(wù)的需求。

3.2 采購環(huán)節(jié)應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)備采購環(huán)節(jié)，標(biāo)識(shí)解析技術(shù)可以打通以上管理系統(tǒng)，可以對(duì)機(jī)械設(shè)備和相關(guān)信息進(jìn)行數(shù)字化標(biāo)識(shí)和管理，實(shí)現(xiàn)采購流程的數(shù)字化和智能化，提高采購效率和準(zhǔn)確性。 在采購流程上，標(biāo)識(shí)解析技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)采購流程的數(shù)字化，從采購需求的提出、供應(yīng)商的篩選、報(bào)價(jià)的比較，到訂單的生成、交付和驗(yàn)收等全程流程都可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化管理，提高采購效率和準(zhǔn)確性。 此外標(biāo)識(shí)解析技術(shù)通過生產(chǎn)和供應(yīng)鏈的連通，能提高機(jī)械設(shè)備的采購效率和準(zhǔn)確性，使采購部門的時(shí)間和人力得到充分釋放，從而更好地將精力放在更新的采購信息和生產(chǎn)優(yōu)化上。

3.3 生產(chǎn)環(huán)節(jié)應(yīng)用

機(jī)械裝備制造業(yè)中的生產(chǎn)指通過信息技術(shù)與操作技術(shù)的融合，對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)五大生產(chǎn)要素進(jìn)行管控，可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)全程數(shù)字化管理、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和分析，提高制造效率和降低生產(chǎn)成本。

（1）設(shè)備生產(chǎn)過程監(jiān)控。 實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)解析技術(shù)可以通過對(duì)機(jī)械設(shè)備和零部件進(jìn)行標(biāo)識(shí)化管理，還可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)每個(gè)工序進(jìn)行跟蹤，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程跟蹤和追溯。 同時(shí)在生產(chǎn)過程中如發(fā)現(xiàn)缺陷可以實(shí)時(shí)反饋，幫助企業(yè)監(jiān)控設(shè)備生產(chǎn)過程中進(jìn)行關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量監(jiān)測(cè)，確保設(shè)備生產(chǎn)過程的質(zhì)量，避免因過程中出現(xiàn)異常而導(dǎo)致廢品率升高。

（2）實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量管理。 基于統(tǒng)一編碼和解析服務(wù)，賦予每個(gè)環(huán)節(jié)、每個(gè)作業(yè)員工、每道作業(yè)工序以唯一標(biāo)識(shí)，在時(shí)間、空間、區(qū)域、不同環(huán)境等綜合因素下，通過對(duì)設(shè)備工作參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)的全面采集，建立設(shè)備性能模型，進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)分析和效能分析，實(shí)現(xiàn)高效、低成本投入的綜合安全管理方案，提高設(shè)備利用率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。

（3）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析。 通過使用標(biāo)識(shí)解析技術(shù)，企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)制造過程中參數(shù)和數(shù)據(jù)的有效采集和處理，讀取其中包含的關(guān)鍵設(shè)備保障業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)信息，從而對(duì)關(guān)鍵設(shè)備綜合保障技術(shù)、管理、數(shù)據(jù)進(jìn)行“線上”整合。 隨后應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，訓(xùn)練基于數(shù)據(jù)和模型雙驅(qū)動(dòng)的設(shè)備故障預(yù)警模型，構(gòu)建優(yōu)化設(shè)備運(yùn)維流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的提前預(yù)測(cè)和主動(dòng)維修功能，減少設(shè)備零部件故障帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

3.4 物流倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)應(yīng)用

標(biāo)識(shí)解析技術(shù)在物流倉儲(chǔ)中可以較好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，促進(jìn)企業(yè)間協(xié)同，共享設(shè)備信息，提高效率，使企業(yè)管理更加規(guī)范化、數(shù)據(jù)化、智能化。 在設(shè)備物流到達(dá)倉庫后，標(biāo)識(shí)解析技術(shù)可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行倉庫管理，如構(gòu)建基于標(biāo)識(shí)解析體系的廠內(nèi)物流應(yīng)用，配合現(xiàn)有生產(chǎn)環(huán)節(jié)和廠房設(shè)計(jì)，配備集存儲(chǔ)、控制、配送于一體的物料配送系統(tǒng)，對(duì)物料存儲(chǔ)與流轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，以裝配計(jì)劃為指導(dǎo)，進(jìn)行物料準(zhǔn)時(shí)配送。 還可以對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行運(yùn)輸監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)跟蹤、監(jiān)控和管理，運(yùn)輸監(jiān)控需要結(jié)合有關(guān)設(shè)備物流信息、運(yùn)輸工具信息、運(yùn)輸軌跡等方面信息進(jìn)行分析，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的物流問題、及時(shí)解決。 倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)邏輯示意圖如圖5 所示。

圖5 倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)邏輯示意圖

3.5 銷售環(huán)節(jié)應(yīng)用

標(biāo)識(shí)解析技術(shù)可以為機(jī)械設(shè)備銷售環(huán)節(jié)提供跟蹤追溯機(jī)制，通過追溯產(chǎn)品信息，可以提高機(jī)械設(shè)備銷售環(huán)節(jié)的精細(xì)化管理，增強(qiáng)客戶的購買信心［7］。 對(duì)于銷售部門而言，一方面，通過標(biāo)識(shí)解析技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備在銷售服務(wù)中的狀態(tài)，以及設(shè)備的物流運(yùn)輸狀態(tài)，及時(shí)推送相關(guān)信息給客戶。 并且還可以將設(shè)備銷售情況等信息與設(shè)備生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)輸和售后服務(wù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，提高企業(yè)內(nèi)部協(xié)同，充分利用資源，降低銷售成本；另一方面，消費(fèi)者進(jìn)行標(biāo)識(shí)碼進(jìn)行防偽驗(yàn)證查詢中，后臺(tái)可以對(duì)消費(fèi)者地理位置、購買信號(hào)等大數(shù)據(jù)采集，打通多數(shù)據(jù)無縫連接，洞察消費(fèi)者需求，勾勒用戶畫像，實(shí)時(shí)調(diào)整營銷策略，從而降低推廣費(fèi)用。 在售后服務(wù)階段，可以根據(jù)設(shè)備標(biāo)識(shí)碼和數(shù)字檔案讀取設(shè)備的使用和維護(hù)歷史記錄，開展針對(duì)性的維護(hù)、故障排查和維修服務(wù)。 并根據(jù)客戶反饋及設(shè)備實(shí)際情況定期開展設(shè)備預(yù)防性維護(hù)和保養(yǎng)服務(wù)。

4 結(jié)語

綜上所述，標(biāo)識(shí)解析技術(shù)可以對(duì)機(jī)械裝備制造全程的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化管理和標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)裝備全生命周期的信息化管理，提高裝備生產(chǎn)和運(yùn)維效率，并且可以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)活力。 未來還需要聯(lián)合制造業(yè)相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)深入研究，共同實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝備全程數(shù)字化制造和協(xié)同優(yōu)化，提高裝備制造的效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)更高層次的數(shù)字化、智能化制造目標(biāo)。