賽迪徐靖：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺新模式新業(yè)態(tài)(二)智能化生產(chǎn)
編寫背景
2020年12月22日，工信部正式發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2021-2023年）》，為深入實施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，推動工業(yè)化和信息化在更廣范圍、更深程度、更高水平上融合發(fā)展指明了方向?！缎袆佑媱潯访鞔_提出，要“實施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新模式推廣工程”，“到2023年，面向垂直細(xì)分行業(yè)，形成100個左右新模式應(yīng)用試點示范，形成一批可復(fù)制可推廣的典型模式和應(yīng)用場景。”
當(dāng)前，富士康、徐工集團(tuán)、商飛等制造企業(yè)基于平臺實現(xiàn)新一代信息技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的深度融合滲透，全面提升設(shè)備、產(chǎn)線、服務(wù)的智能化水平，形成具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。
設(shè)備智能化
企業(yè)傳統(tǒng)信息化架構(gòu)是機(jī)器、PLC/DCS、SCADA、MES、ERP/MRP五級架構(gòu)，主要解決工業(yè)生產(chǎn)自動化問題，沒有對設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行實時分析和處理，也沒有實時反饋功能。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)為邊緣層、IaaS層、PaaS層、SaaS層，機(jī)器設(shè)備可以調(diào)用工業(yè)機(jī)理模型實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的實時現(xiàn)場分析和決策，推動傳統(tǒng)工業(yè)物聯(lián)技術(shù)從邊緣控制向邊緣計算演進(jìn)。
生產(chǎn)柔性化
傳統(tǒng)生產(chǎn)線是專線專用的自動化產(chǎn)線，適用于大批量少品種訂單，對多品種、小批量訂單存在交貨周期不穩(wěn)定且偏長的問題。
基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全面感知、動態(tài)交互的特性，在生產(chǎn)線上密布傳感器，對產(chǎn)線上每個加工配件自動識別，數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦I(yè)互聯(lián)網(wǎng)各個分析節(jié)點，調(diào)用工業(yè)機(jī)理模型，確定每個產(chǎn)品的生產(chǎn)路線和工序，結(jié)合調(diào)度策略動態(tài)實現(xiàn)混線生產(chǎn)，提升生產(chǎn)線敏捷和精準(zhǔn)的反應(yīng)能力。
優(yōu)化動態(tài)化
傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)優(yōu)化過程為企業(yè)對上一周期的生產(chǎn)運轉(zhuǎn)的情況進(jìn)行分析，得出優(yōu)化方案，從而對下一周期的生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。
通常情況下，離散工業(yè)以周、天為優(yōu)化周期，流程工業(yè)以批次為優(yōu)化周期。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為連接人機(jī)料法環(huán)等全生產(chǎn)要素的重要載體，全流程貫通的數(shù)據(jù)流可以完整、實時、動態(tài)地反映現(xiàn)實生產(chǎn)全過程，通過調(diào)用工業(yè)機(jī)理模型可以實時分析工業(yè)生產(chǎn)運轉(zhuǎn)情況，實時對生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，實現(xiàn)動態(tài)交互的生產(chǎn)過程優(yōu)化。
智能設(shè)備
一是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺采集溫度、電壓、電流、震動等數(shù)據(jù)，直觀展示設(shè)備實時狀態(tài)，實現(xiàn)設(shè)備全面、實時、精確的狀態(tài)感知。二是設(shè)備故障診斷，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對設(shè)備工作日志、歷史故障、運行軌跡、實時位置等海量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，基于知識庫和自學(xué)習(xí)機(jī)制建立故障智能診斷模型，實現(xiàn)設(shè)備故障精準(zhǔn)定位。三是預(yù)測性維護(hù)，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺分析預(yù)測設(shè)備關(guān)鍵部件變化趨勢、產(chǎn)品壽命和潛在風(fēng)險，提前預(yù)判設(shè)備零部件的損壞時間，主動提前進(jìn)行維護(hù)服務(wù)。
例如，富士康基于BEACON工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實時采集精密刀具狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合智能調(diào)機(jī)深度學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)了刀具的自感知、自診斷、自修復(fù)、自優(yōu)化、自適應(yīng)，使刀具壽命延長10%，減少刀具成本15%，刀具崩刃壞刃預(yù)測的準(zhǔn)確率達(dá)93%，產(chǎn)品良率提升超過90%，稼動率提升超過99.5%。
徐工集團(tuán)基于漢云工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，為每一臺設(shè)備做數(shù)字畫像，將可能損壞的零部件進(jìn)行提前更換，使設(shè)備故障率降低50%。發(fā)那科AI熱位移校正線切割機(jī)床，通過檢測機(jī)器運行期間環(huán)境溫度或發(fā)熱情況，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，不需要人工干預(yù)，機(jī)器自動分析和校正溫度變化引起的熱位移，與傳統(tǒng)做法相比，此舉加工精度提高了約40%。阿里云依托飛象工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺定制基于AI人工智能算法的壓鑄設(shè)備圖像檢測系統(tǒng)，助力企業(yè)及時發(fā)現(xiàn)殘次品，減少故障停機(jī)的時間，使人力成本節(jié)省15%、產(chǎn)品品質(zhì)提高5%以上。
智能產(chǎn)線
離散行業(yè)企業(yè)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，打通基于CAD/CAE/CAM/PDM的產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)和基于DCS/MES的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，打通工業(yè)設(shè)備監(jiān)控操作層和生產(chǎn)運營管控層的數(shù)據(jù)流通路徑，實現(xiàn)設(shè)計制造協(xié)同、生產(chǎn)管理優(yōu)化、設(shè)備健康管理、產(chǎn)品增值服務(wù)、制造能力交易，提升企業(yè)生產(chǎn)制造全過程、全產(chǎn)業(yè)鏈的精準(zhǔn)化、柔性化、敏捷化水平。
流程行業(yè)企業(yè)在實際生產(chǎn)前，利用數(shù)字孿生技術(shù)對原材料配比和工藝流程進(jìn)行全方位模擬仿真，優(yōu)化原料配比參數(shù)和裝置優(yōu)化路徑，在實際生產(chǎn)過程中，基于過程控制和制造執(zhí)行系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、預(yù)測預(yù)警、質(zhì)量控制以及節(jié)能減排管理，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的集約高效、動態(tài)優(yōu)化、安全可靠和綠色低碳。
例如，惠普公司利用西門子Xcelerator從生產(chǎn)和設(shè)計的數(shù)據(jù)中建立產(chǎn)品和性能的數(shù)字孿生，實現(xiàn)決策過程的閉環(huán)，從而持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計和制造過程，使打印機(jī)的打印噴頭冷卻機(jī)的流速提升22%，打印速度提高了大約15%，產(chǎn)品研發(fā)速度提升75%，部件成本降低了34%。
商飛基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺結(jié)合5G、射頻、VR等技術(shù)，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的產(chǎn)品、設(shè)備、工裝、物流、人員、刀量具等生產(chǎn)要素全過程管控，實現(xiàn)對生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)狀態(tài)、復(fù)合材料等全方位跟蹤與優(yōu)化，提升生產(chǎn)的智能運營管理，零配件定位誤差縮小在3厘米以內(nèi)，運營成本降低20%，生產(chǎn)效率提高20%以上。阿里云智能工業(yè)大腦聯(lián)合恒逸石化構(gòu)建鍋爐AI控制平臺，通過對歷年鍋爐燃燒數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)，推算出最優(yōu)的鍋爐燃燒參數(shù)，燃煤發(fā)電效率提升2.6%，每年能節(jié)約8000萬的燃料成本。
智能服務(wù)
一是供應(yīng)鏈風(fēng)險管理，利用知識圖譜技術(shù)，匯聚和分析影響供應(yīng)鏈的各種關(guān)鍵風(fēng)險因素，識別和預(yù)判供應(yīng)鏈管理的風(fēng)險點，自動提出降低供應(yīng)鏈風(fēng)險的建議以輔助決策，保障供應(yīng)鏈穩(wěn)定。二是產(chǎn)品質(zhì)量檢測，利用機(jī)器視覺和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，構(gòu)建具有學(xué)習(xí)能力的圖象識別模型，并用海量產(chǎn)品照片來訓(xùn)練模型，逐步迭代和提高圖像識別模型的認(rèn)知能力，為工業(yè)流水線帶來了精準(zhǔn)度高、速度快、穩(wěn)定性高的質(zhì)檢服務(wù)。三是精準(zhǔn)營銷，利用大數(shù)據(jù)用戶畫像，了解客戶需求偏好、行為偏好、渠道偏好，在廣告產(chǎn)品推送中直達(dá)目標(biāo)客戶，提供差異化營銷服務(wù)，提升客戶體驗。四是智慧物流，利用深度學(xué)習(xí)和全局最優(yōu)化技術(shù)，對物流的運輸網(wǎng)絡(luò)、倉儲布局、運力排程、動態(tài)調(diào)度、道位排程等進(jìn)行全局地動態(tài)優(yōu)化，實現(xiàn)車輛裝載、運力資源、運輸效率、倉儲運作的最優(yōu)化，提升物流運作效率，降低物流運作成本。
例如，日本Macnica.ai公司與VAIO合作，構(gòu)建供應(yīng)鏈知識圖譜，通過企業(yè)語義網(wǎng)，實現(xiàn)供應(yīng)鏈風(fēng)險管理與零部件選型，提升供應(yīng)鏈風(fēng)險管理水平。華星光電基于騰訊云，運用深度學(xué)習(xí)、缺陷分類和知識圖譜技術(shù)，構(gòu)建面板檢測模型并使用實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)優(yōu)化模型，使質(zhì)量缺陷識別速度提升10倍，縮短生產(chǎn)周期40%，縮減人力50%。
上汽安吉物流將人工智能技術(shù)用到汽車物流供應(yīng)鏈中，綜合考慮客戶需求、可調(diào)配轎運車數(shù)量、裝載率、客戶交貨期、道位時間段、裝載組合、最早可利用時間、拼車的先長后短、物流分公司的運輸量比例、小型車后配載等，實現(xiàn)上汽集團(tuán)汽車物流每年降本增效2%-5%。
聚焦邊緣數(shù)據(jù)，打造高效邊云協(xié)同體系
一是在邊緣數(shù)據(jù)采集方面，安裝智能傳感器、攝像頭、三維掃描儀等數(shù)據(jù)采集工具，利用泛在感知技術(shù)，采集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售環(huán)節(jié)的多源設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)、運營環(huán)境、人員等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對企業(yè)運行狀態(tài)的全面感知。二是邊緣數(shù)據(jù)分析方面，在重點裝置和關(guān)鍵節(jié)點部署機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，在邊緣控制器上集成分析引擎，實現(xiàn)對裝置的自動調(diào)整和優(yōu)化，在模型、數(shù)據(jù)、服務(wù)三方面實現(xiàn)邊云協(xié)同。
聚焦模型開發(fā)，強化機(jī)理模型供給能力
一是圍繞工業(yè)設(shè)備，開發(fā)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備故障分析、設(shè)備預(yù)測性維護(hù)、人機(jī)智能協(xié)同等模型，提高設(shè)備智能管控水平。二是圍繞生產(chǎn)制造，利用數(shù)字孿生、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，開發(fā)工藝優(yōu)化、生產(chǎn)排程、設(shè)計制造協(xié)同、質(zhì)量管控、節(jié)能降耗等模型，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)全過程優(yōu)化。三是圍繞企業(yè)服務(wù)，利用深度學(xué)習(xí)、知識圖譜、機(jī)器識別等技術(shù)，開發(fā)供應(yīng)鏈風(fēng)險管理、產(chǎn)品智能質(zhì)量檢測、精準(zhǔn)營銷、智慧物流等模型，提高服務(wù)智能化水平。
聚焦應(yīng)用場景，深化解決方案應(yīng)用推廣
一是圍繞設(shè)備管理，基于平臺的數(shù)據(jù)沉淀和模型應(yīng)用，研發(fā)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、預(yù)測性維護(hù)、自主控制等解決方案，提高設(shè)備智能管控水平。二是圍繞企業(yè)生產(chǎn)，面向離散行業(yè)打造設(shè)計制造協(xié)同、生產(chǎn)管理優(yōu)化、設(shè)備健康管理、產(chǎn)品增值服務(wù)、制造能力交易等解決方案，面向流程行業(yè)打造生產(chǎn)過程狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、預(yù)測預(yù)警、工藝優(yōu)化、質(zhì)量控制、節(jié)能減排等解決方案，實現(xiàn)生產(chǎn)全過程優(yōu)化。三是圍繞企業(yè)服務(wù)，打造供應(yīng)鏈管理、產(chǎn)品質(zhì)量檢測、智慧物流、精準(zhǔn)營銷等解決方案，加速服務(wù)在線化、實時化、智能化升級。
延伸閱讀
賽迪宋穎昌：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺新模式新業(yè)態(tài)(一)數(shù)字化管理
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關(guān)注！2020年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試點示范項目申報工作啟動
編輯 / 王改靜