01 使能技術(shù)在智慧制造的應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)（2017工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)白皮書(shū)）

工業(yè)互聯(lián)架構(gòu)可分為四層層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。以下我們分別看看使能技術(shù)在各個(gè)層級(jí)中的應(yīng)用情況。

*感知層的技術(shù)

       感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關(guān)鍵部分。感知層位于物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)中的最底層，其功能為“感知”，即通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)獲取環(huán)境信息。感知層的作用就像人的視覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)一樣，它是物聯(lián)網(wǎng)獲取識(shí)別物體、采集信息的來(lái)源，主要功能是識(shí)別物體、采集信息。

       感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關(guān)鍵部分。感知層所需要的關(guān)鍵技術(shù)包括檢測(cè)技術(shù)、短距離無(wú)線通信技術(shù)等。

      感知層解決的是人類世界和物理世界的數(shù)據(jù)獲取問(wèn)題。它首先通過(guò)傳感器、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備，采集外部物理世界的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器、攝像頭、GPS、M2M終端、傳感器、傳感器網(wǎng)關(guān)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線、藍(lán)牙、紅外等短距離傳輸技術(shù)傳遞數(shù)據(jù)。

感知層具有兩項(xiàng)基本功能，一是數(shù)據(jù)集成，一是邊緣計(jì)算處理能力。

       ?設(shè)備接入：基于工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)總線等工業(yè)通信協(xié)議，以太網(wǎng)、光纖等通用協(xié)議，3G/4G/5G、NB-IOT 等無(wú)線協(xié)議將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入到平臺(tái)邊緣層。

       ?協(xié)議轉(zhuǎn)換：一方面運(yùn)用協(xié)議解析、中間件等技術(shù)兼容 ModBus、OPC、CAN、Profibus 等各類工業(yè)通信協(xié)議和軟件通信接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一。另一方面利用 HTTP、MQTT 等方式從邊緣側(cè)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程接入。

       ?邊緣數(shù)據(jù)處理：基于高性能計(jì)算芯片、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、邊緣分析算法等技術(shù)支撐，在靠近設(shè)備或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、存儲(chǔ)以及智能分析應(yīng)用，提升操作響應(yīng)靈敏度、消除網(wǎng)絡(luò)堵塞，并與云端分析形成協(xié)同。

     簡(jiǎn)單一句話就是，感知層對(duì)海量設(shè)備進(jìn)行連接和管理，并利用協(xié)議轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)海量工業(yè)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和互操作;同時(shí)，通過(guò)運(yùn)用邊緣計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)剔除、數(shù)據(jù)緩存等預(yù)處理以及邊緣實(shí)時(shí)分析，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載和云端計(jì)算壓力。

涉及的技術(shù)領(lǐng)域：物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能（算法）、傳感、通訊等技術(shù)。

*網(wǎng)絡(luò)層的技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的紐帶，是連接物理實(shí)體工廠和虛擬數(shù)字工廠的橋梁。網(wǎng)絡(luò)層由互聯(lián)網(wǎng)、私有網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線和有線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，主要負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息?；谔摂M化、分布式存儲(chǔ)、并行計(jì)算、負(fù)載調(diào)度等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)等計(jì)算機(jī)資源的池化管理，根據(jù)需求進(jìn)行彈性分配，并確保資源使用的安全與隔離，為用戶提供完善的云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。

涉及的技術(shù)領(lǐng)域：物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、通訊技術(shù)、通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)。

*平臺(tái)層的技術(shù)

平臺(tái)層是在通用PaaS架構(gòu)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，疊加大數(shù)據(jù)處理、工業(yè)數(shù)據(jù)分析、工業(yè)微服務(wù)等創(chuàng)新功能，實(shí)現(xiàn)工業(yè)PaaS層的構(gòu)建，為工業(yè)用戶提供海量工業(yè)數(shù)據(jù)的管理和分析服務(wù)，并能夠積累沉淀不同行業(yè)與不同領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)等資源，實(shí)現(xiàn)封裝、固化和復(fù)用，在開(kāi)放的開(kāi)發(fā)環(huán)境中以工業(yè)微服務(wù)的形式提供給開(kāi)發(fā)者，用于快速構(gòu)建定制化工業(yè)APP，打造完整、開(kāi)放的工業(yè)操作系統(tǒng)。  

一是提供工業(yè)數(shù)據(jù)管理能力，將數(shù)據(jù)科學(xué)與工業(yè)機(jī)理結(jié)合， 幫助制造企業(yè)構(gòu)建工業(yè)數(shù)據(jù)分析能力，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘； 

二是把技術(shù)、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)等資源固化為可移植、可復(fù)用的工業(yè)微服務(wù)件庫(kù)，供開(kāi)發(fā)者調(diào)用； 

三是構(gòu)建應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境， 借助微服務(wù)組件和工業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具， 幫助用戶快速構(gòu)建定制化的智慧化方案。

涉及的技術(shù)領(lǐng)域：大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、工業(yè)軟件、人工智能、仿真技術(shù)、通訊技術(shù)等技術(shù)。

*應(yīng)用層的技術(shù)

應(yīng)用層是通過(guò)自主研發(fā)或者是引入第三方開(kāi)發(fā)者的方式，平臺(tái)以云化軟件或工業(yè)APP形式為用戶提供設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等一系列創(chuàng)新性應(yīng)用服務(wù)，實(shí)現(xiàn)價(jià)值的挖掘和提升。

應(yīng)用層的技術(shù)涉及的技術(shù)種類繁多，根據(jù)客戶不同的需求，應(yīng)用層的軟件所包含的內(nèi)容并不相同。也可以這么說(shuō)，應(yīng)用層的技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不斷地推動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域獲新的應(yīng)用不斷推陳出新，或?qū)υ械膽?yīng)用升級(jí)。

涉及的主要技術(shù)領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)軟件、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)軟件、人工智能、仿真技術(shù)、VR/AR/MR、通訊技術(shù)等技術(shù)。

02 使能技術(shù)下制造業(yè)十大應(yīng)用場(chǎng)景

智能制造的關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)中，智能產(chǎn)品與智能服務(wù)可以幫助企業(yè)帶來(lái)商業(yè)模式的創(chuàng)新;智能裝備、智能產(chǎn)線、智能車間到智能工廠，可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)模式的創(chuàng)新;智能研發(fā)、智能管理、智能物流與供應(yīng)鏈則可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式的創(chuàng)新;而智能決策則可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策。

?場(chǎng)景一：智能產(chǎn)品

智能產(chǎn)品(Smart Product)：通常包括機(jī)械、電氣和嵌入式軟件，具有記憶、感知、計(jì)算和傳輸功能。

典型的智能產(chǎn)品包括智能手機(jī)、智能可穿戴設(shè)備、無(wú)人機(jī)、智能汽車、智能家電、智能售貨機(jī)、智能裝備以及眾多智能硬件產(chǎn)品等。

?場(chǎng)景二：智能服務(wù)

智能服務(wù)(Smart Service)：基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，可以感知產(chǎn)品的狀態(tài)，從而進(jìn)行預(yù)防性維修維護(hù)，及時(shí)幫助客戶更換備品備件，甚至可以通過(guò)了解產(chǎn)品運(yùn)行的狀態(tài)，幫助客戶帶來(lái)商業(yè)機(jī)會(huì)。還可以采集產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)的大數(shù)據(jù)，輔助企業(yè)進(jìn)行市場(chǎng)營(yíng)銷的決策。此外，企業(yè)通過(guò)開(kāi)發(fā)面向客戶服務(wù)的APP，也是一種智能服務(wù)的手段，可以針對(duì)企業(yè)購(gòu)買的產(chǎn)品提供有針對(duì)性的服務(wù)，從而鎖定用戶，開(kāi)展服務(wù)營(yíng)銷。

?場(chǎng)景三：智能裝備

智能裝備(Smart Equipment)：經(jīng)歷了機(jī)械裝備到數(shù)控裝備的發(fā)展，目前正在逐步發(fā)展為智能裝備，智能裝備包括智能數(shù)控裝備、智能機(jī)器人等。智能裝備具有檢測(cè)功能，可以實(shí)現(xiàn)在機(jī)檢測(cè)，從而補(bǔ)償加工誤差，提高加工精度，還可以對(duì)熱變形進(jìn)行補(bǔ)償。以往一些精密裝備對(duì)環(huán)境的要求很高，現(xiàn)在由于有了閉環(huán)的檢測(cè)與補(bǔ)償，可以降低對(duì)環(huán)境的要求。

?場(chǎng)景四：智能產(chǎn)線

智能產(chǎn)線(Smart Production line)：很多行業(yè)的企業(yè)高度依賴自動(dòng)化生產(chǎn)線，比如鋼鐵、化工、制藥、食品飲料、煙草、芯片制造、電子組裝、汽車整車和零部件制造等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的加工、裝配和檢測(cè)，一些機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)也應(yīng)用了自動(dòng)化生產(chǎn)線，比如軸承。但是，裝備制造企業(yè)目前還是以離散制造為主。很多企業(yè)的技術(shù)改造重點(diǎn)，就是建立自動(dòng)化生產(chǎn)線、裝配線和檢測(cè)線。自動(dòng)化生產(chǎn)線可以分為剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線和柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線，柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線一般建立了緩沖。為了提高生產(chǎn)效率，工業(yè)機(jī)器人、吊掛系統(tǒng)在自動(dòng)化生產(chǎn)線上應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

?場(chǎng)景五：智能車間

智能車間(Smart workshop)：一個(gè)車間通常有多條生產(chǎn)線，這些生產(chǎn)線要么生產(chǎn)相似零件或產(chǎn)品，要么有上下游的裝配關(guān)系。要實(shí)現(xiàn)車間的智能化，需要對(duì)生產(chǎn)狀況、設(shè)備狀態(tài)、能源消耗、生產(chǎn)質(zhì)量、物料消耗等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分析，進(jìn)行高效排產(chǎn)和合理排班，顯著提高設(shè)備利用率(OEE)。因此，無(wú)論什么制造行業(yè)，制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)成為企業(yè)的必然選擇。

?場(chǎng)景六：智能工廠

智能工廠(Smart Factory)：一個(gè)工廠通常由多個(gè)車間組成，大型企業(yè)有多個(gè)工廠。作為智能工廠，不僅生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、透明化、可視化、精益化，同時(shí)，產(chǎn)品檢測(cè)、質(zhì)量檢驗(yàn)和分析、生產(chǎn)物流也應(yīng)當(dāng)與生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)閉環(huán)集成。一個(gè)工廠的多個(gè)車間之間要實(shí)現(xiàn)信息共享、準(zhǔn)時(shí)配送、協(xié)同作業(yè)。一些離散制造企業(yè)也建立了類似流程制造企業(yè)那樣的生產(chǎn)指揮中心，對(duì)整個(gè)工廠進(jìn)行指揮和調(diào)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決突發(fā)問(wèn)題，這也是智能工廠的重要標(biāo)志。

智能工廠依賴的信息系統(tǒng)支撐，主要包括PLM、ERP、CRM、SCM和MES五大核心系統(tǒng)。大型企業(yè)的智能工廠需要應(yīng)用ERP系統(tǒng)制定多個(gè)車間的生產(chǎn)計(jì)劃并由MES系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)車間的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行詳細(xì)排產(chǎn)，MES排產(chǎn)的粒度是按天、小時(shí)，甚至分鐘。

?場(chǎng)景七：智能研發(fā)

智能研發(fā)(Smart R&D)：離散制造企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)方面，已經(jīng)應(yīng)用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工程、計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造等工具軟件和產(chǎn)品生命周期管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。企業(yè)要開(kāi)發(fā)智能產(chǎn)品，需要機(jī)電軟件多學(xué)科的協(xié)同配合;要縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，需要深入應(yīng)用仿真技術(shù)，建立虛擬數(shù)字化樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科仿真，通過(guò)仿真減少實(shí)物試驗(yàn);需要貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化的思想，以支持大批量客戶定制或產(chǎn)品個(gè)性化定制;需要將仿真技術(shù)與試驗(yàn)管理結(jié)合起來(lái)，以提高仿真結(jié)果的置信度。流程制造企業(yè)已開(kāi)始應(yīng)用PLM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工藝管理、配方管理以及實(shí)驗(yàn)室信息管理。

?場(chǎng)景八：智能管理

智能管理(Smart Management)：制造企業(yè)核心的運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)還包括人力資產(chǎn)管理系統(tǒng)(HCM)、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)(CRM)、企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)(EAM)、能源管理系統(tǒng)(EMS)、供應(yīng)商關(guān)系管理系統(tǒng)(SRM)、企業(yè)門(mén)戶(EP)、業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)(BPM)等，國(guó)內(nèi)企業(yè)也把辦公自動(dòng)化(OA)作為一個(gè)核心信息系統(tǒng)。為了統(tǒng)一管理企業(yè)的核心主數(shù)據(jù)，近年來(lái)主數(shù)據(jù)管理(MDM)也在大型企業(yè)開(kāi)始部署應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)智能管理和智能決策，最重要的條件是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和主要信息系統(tǒng)無(wú)縫集成。

?場(chǎng)景九：智能供應(yīng)鏈與物流

智能物流與供應(yīng)鏈(Smart logistics and SCM)：制造企業(yè)內(nèi)部的采購(gòu)、生產(chǎn)、銷售流程都伴隨著物料的流動(dòng)，因此，越來(lái)越多的制造企業(yè)在重視生產(chǎn)自動(dòng)化的同時(shí)，也越來(lái)越重視物流自動(dòng)化，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、無(wú)人引導(dǎo)小車(AGV)、智能吊掛系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用;而在制造企業(yè)和物流企業(yè)的物流中心，智能分揀系統(tǒng)、堆垛機(jī)器人、自動(dòng)輥道系統(tǒng)的應(yīng)用日趨普及。倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)和運(yùn)輸管理系統(tǒng)也受到制造企業(yè)和物流企業(yè)的普遍關(guān)注。

?場(chǎng)景十：智能決策

智能決策(Smart Decision Making)：企業(yè)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)。一方面是來(lái)自各個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，比如與合同、回款、費(fèi)用、庫(kù)存、現(xiàn)金、產(chǎn)品、客戶、投資、設(shè)備、產(chǎn)量、交貨期等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般是結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行多維度的分析和預(yù)測(cè)，這就是業(yè)務(wù)智能(Business-Intelligence，BI)技術(shù)的范疇，也被稱為管理駕駛艙或決策支持系統(tǒng)。

*歡迎轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明出處*