近日，智能制造“兩會”——“2021（第十屆）中國智能制造高峰論壇暨第十八屆中國智能制造歲末盤點(diǎn)頒獎典禮”在北京隆重舉行，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)廠商寄云科技出席此次盛會，技術(shù)總監(jiān)李圣彭發(fā)表了《數(shù)據(jù)流動下的智能制造》演講，以下是主要內(nèi)容：

01行業(yè)背景

兩會期間、十四五規(guī)劃等多次強(qiáng)調(diào)的新基建，其中重要一環(huán)就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。數(shù)據(jù)顯示工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在2020年增加值規(guī)模預(yù)計達(dá)到3.78萬億元。

智能制造的轉(zhuǎn)型驅(qū)動力在哪里？首先政策和法規(guī)帶動了整個產(chǎn)業(yè)升級；第二數(shù)字化轉(zhuǎn)型驅(qū)動企業(yè)技術(shù)升級；第三柔性化生產(chǎn)等新商業(yè)模式；最后節(jié)能增效是每一個行業(yè)都面臨的一個重要的問題。如何降低成本，如何在競爭激烈環(huán)境下獲得更好回報，始終是企業(yè)關(guān)心的重點(diǎn)。同時像安全等問題也是企業(yè)目前面臨的一個痛點(diǎn)。

制造業(yè)最尖端代表半導(dǎo)體可能涉及數(shù)千道工序，需要很多系統(tǒng)對它進(jìn)行相應(yīng)的管控，包括良率、SPC統(tǒng)計過程控制，還有R2R這種控制過程的反饋，還有一些設(shè)備異常監(jiān)控等。系統(tǒng)很復(fù)雜，裝備也很多，自動化程度越來越高。如何在這種情況之下讓數(shù)據(jù)發(fā)揮更大的能力來提高現(xiàn)在產(chǎn)品的質(zhì)量、良率、效能，變?yōu)橐粋€強(qiáng)烈的需求。

很多技術(shù)為企業(yè)帶來了新的機(jī)遇，包括自動化、物聯(lián)化、數(shù)字化、智能化等。自動化像物流機(jī)器人、視覺識別、自動化立體倉庫，再到物聯(lián)化像RFID、邊緣智能網(wǎng)關(guān)等。這些新設(shè)備、新技術(shù)為企業(yè)提供了新的方式去改變現(xiàn)狀。

以上這些智能制造或者工業(yè)4.0的一些特點(diǎn)，寄云科技總結(jié)為一個網(wǎng)絡(luò)、四大主題、三項集成和八項計劃。

智能工廠最能夠反映數(shù)字化轉(zhuǎn)型基礎(chǔ)、方向以及效果，寄云從這個角度跟大家去看智能制造。智能工廠從信息系統(tǒng)架構(gòu)上來看核心是CPS，它依靠感知分析、建模、預(yù)警預(yù)測和優(yōu)化等技術(shù)，幫助企業(yè)構(gòu)造一種閉環(huán)的管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造、資產(chǎn)優(yōu)化、價值鏈服務(wù)等，涉及很多技術(shù)。右邊是石化工業(yè)的執(zhí)行邏輯，可以看到裝置很多，又有一次加工、二次加工、三次加工等工序。在CPS體系下，從各個裝置上取相應(yīng)數(shù)據(jù)，并將這些獨(dú)立數(shù)據(jù)融合成一個整體，然后通過相應(yīng)的模型形成預(yù)警、優(yōu)化，并反饋實(shí)現(xiàn)控制閉環(huán)。

數(shù)據(jù)流動下的智能制造

02智能制造理解

智能工廠就是從四項能力去建設(shè)。第一個是全面感知，第二個是預(yù)警預(yù)測，第三個是分析優(yōu)化，最后是協(xié)同共享。感知會用到IoT技術(shù)，還包括數(shù)據(jù)分析、規(guī)則引擎等；預(yù)警也會用到深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)相應(yīng)算法；分析優(yōu)化也會用像CN、RN等相應(yīng)的算法；協(xié)同會用云技術(shù)幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動流轉(zhuǎn)，然后達(dá)到這種智能化的轉(zhuǎn)變。

智能工廠不是一個個體，一定是一個生態(tài)，有上游、有下游。從整個生態(tài)來看，工廠不僅要關(guān)注自身，還要關(guān)注上下游協(xié)作。因為有了上下游的交互，就有了生產(chǎn)方案的一種彈性。比方說訂單的排期、增加、刪減等，會讓企業(yè)本身要做一些變革。所以，智能工廠不是一個技術(shù)的堆疊，而是關(guān)系到產(chǎn)業(yè)鏈自身、業(yè)務(wù)智能化、人員組織結(jié)構(gòu)等多維度建設(shè)。智能工廠是一個管理與技術(shù)的深度融合，同時也是管理和技術(shù)的一種變革和創(chuàng)新。

數(shù)據(jù)流動下的智能工廠這個業(yè)務(wù)場景會給傳統(tǒng)工廠帶來運(yùn)營方式的轉(zhuǎn)變。首先是工廠技術(shù)專家、工程人員的知識積累、直覺經(jīng)驗很難用數(shù)字去表述，通過數(shù)據(jù)的手段去探究、反映或者具體化這種經(jīng)驗和知識，一些原來靠直覺去判斷的東西，可以轉(zhuǎn)化成科學(xué)決策。第二工廠可以實(shí)時獲取OT/IT數(shù)據(jù)，打通數(shù)據(jù)孤島，形成數(shù)據(jù)共享，達(dá)到扁平協(xié)作目的。第三最早大部分的維護(hù)維修，是計劃型的模式，現(xiàn)在通過數(shù)據(jù)積累、統(tǒng)計、算法，能夠去預(yù)測未來的設(shè)備變化，實(shí)現(xiàn)從被動的事后反應(yīng)向主動的預(yù)知反應(yīng)轉(zhuǎn)變。

基于CPS的智能工廠包含OT和IT兩個大的層面。從左邊去看，傳統(tǒng)方式都是從設(shè)備去獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后通過SCADA的這種上位機(jī)來對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，然后再到MES層進(jìn)行相應(yīng)的操作，把相應(yīng)的結(jié)果反饋給經(jīng)營管理層。新一代智能工廠通過建設(shè)云平臺在邊緣層、生產(chǎn)層把數(shù)據(jù)抽取上來形成統(tǒng)一，再利用機(jī)器學(xué)習(xí)等算法能力，實(shí)現(xiàn)像產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備運(yùn)營效率等微服務(wù)的應(yīng)用，并能夠快速在廠內(nèi)各個層級復(fù)用。

數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)下的智能工廠典型的應(yīng)用場景可以概括如下：車間控制塔是必備的，也可以稱之為運(yùn)營管控中心，通過它可以一目了然的去管控全局，包括產(chǎn)線設(shè)備間、工人工作、業(yè)務(wù)運(yùn)營等狀況。第二通過數(shù)據(jù)獲取、總結(jié)，可以形成綜合計劃和數(shù)字調(diào)度，同時可以對機(jī)器進(jìn)行網(wǎng)聯(lián)，然后對庫存、物料做數(shù)字化實(shí)時監(jiān)控、自動評估，并基于此實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的智聯(lián)管理，以及根因分析等。

我們通過國外某能源公司來了解智能工廠，該工廠通過流程、人員、技術(shù)三個層面的協(xié)作，使工廠業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)靈活和敏捷。這種效果建立在智能操作、智能資產(chǎn)管理、數(shù)字化產(chǎn)品及供應(yīng)鏈、數(shù)字化的工作及互聯(lián)工人等微服務(wù)應(yīng)用基礎(chǔ)上，而一個統(tǒng)一的、敏捷的數(shù)字化架構(gòu)是承載這些應(yīng)用的根本。

這種數(shù)字化架構(gòu)涉及到很多技術(shù)：

首先就是數(shù)字主線，實(shí)時反饋物理場景跟虛擬平臺之間的關(guān)系；可以仿真各個工藝流程的各種應(yīng)用；基于機(jī)器學(xué)習(xí)對產(chǎn)品性能做預(yù)測，包括質(zhì)量調(diào)優(yōu)等；實(shí)時應(yīng)用包括對設(shè)備和生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、缺陷提取等；同時可以對過程中的數(shù)據(jù)做優(yōu)化和一些實(shí)時計算。

第二個會用到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。對物理資產(chǎn)做全生命周期的管控，在全過程能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化的閉環(huán)。

第三個是數(shù)據(jù)科學(xué)，用大數(shù)據(jù)的方式去找到數(shù)據(jù)規(guī)律，找到為什么出現(xiàn)這個問題，如何用數(shù)據(jù)去解決問題，數(shù)據(jù)還要支撐為何如此決策。用寬數(shù)據(jù)分析我怎么樣去改變它。通過業(yè)務(wù)洞察力和客戶洞察力，找到需求的交叉點(diǎn)，洞察力是解開隱藏在業(yè)務(wù)和客戶需求交叉點(diǎn)中的價值的關(guān)鍵。

最后是5G，它讓整個通訊變得更容易、更快，因此遠(yuǎn)程協(xié)同研發(fā)會變得更容易。在低時延之下，可以實(shí)現(xiàn)毫秒級的掃描預(yù)警；同時可以實(shí)現(xiàn)裝備的大批量數(shù)據(jù)回傳，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式和服務(wù)方式的變革。

數(shù)據(jù)流動下的智能制造

03技術(shù)構(gòu)成

數(shù)據(jù)流動的智能工廠構(gòu)建中，首先核心是CPS系統(tǒng)，它是構(gòu)建物理空間與信息空間中的人機(jī)料法環(huán)等要素的相互映射，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的資源配置和迅速響應(yīng)和迭代，讓系統(tǒng)跟物理實(shí)體變得更加友好的互動，實(shí)現(xiàn)三維展示、專家協(xié)同、遠(yuǎn)程監(jiān)控，幫助用戶實(shí)現(xiàn)感知和洞察的能力、學(xué)習(xí)與認(rèn)知的能力、規(guī)劃與執(zhí)行能力。

寄云科技認(rèn)為構(gòu)建一個好的CPS系統(tǒng)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是不可或缺的。構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，定量指標(biāo)非常關(guān)鍵。類似兩會期間提到的糧食產(chǎn)量、GDP提升等一系列相關(guān)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。大師彼得德魯克也說過，如果你沒辦法衡量它，你就沒辦法管理它。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，ISO 22400標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)非常實(shí)用。然而，在大多數(shù)的傳統(tǒng)MES 系統(tǒng)給予這些指標(biāo)的關(guān)注不夠。我們把它歸成四類，生產(chǎn)性能、設(shè)備可靠、工藝、質(zhì)量。此外，系統(tǒng)和應(yīng)用對這些指標(biāo)進(jìn)行一一數(shù)據(jù)建模才是最重要的。

這種指標(biāo)和應(yīng)用的映射構(gòu)建準(zhǔn)則，我們總結(jié)了八個。

關(guān)鍵性能指標(biāo)KPI的定義非常重要，首先它能夠體現(xiàn)價值驅(qū)動；第二是可量化，第三關(guān)聯(lián)功能層次模型，第四是關(guān)聯(lián)設(shè)備層次模型。

對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的構(gòu)建，可以參考寄云NeuSeer工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，它覆蓋了邊緣端，到邊緣物聯(lián)網(wǎng)平臺，數(shù)據(jù)治理平臺，到數(shù)字孿生平臺，有全流程的數(shù)據(jù)生命周期平臺，幫助客戶實(shí)現(xiàn)應(yīng)用和系統(tǒng)的構(gòu)建，幫助客戶管理數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)價值。

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控，還能對異常行為采取行動規(guī)避風(fēng)險。

數(shù)字孿生這種數(shù)字主線能力幫客戶從建廠時，就實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的模擬，達(dá)到規(guī)避未來建廠過程異常所導(dǎo)致的成本失控。

數(shù)據(jù)分析結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以對生產(chǎn)質(zhì)量、裝備可靠性做全過程、閉環(huán)過程控制：采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、可視數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、反饋，全流程數(shù)據(jù)能力進(jìn)行相應(yīng)的管控。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)寄云認(rèn)為有以下幾個：

第一是一個大數(shù)據(jù)和微服務(wù)應(yīng)用開發(fā)的一種框架，解決原來煙囪式的應(yīng)用導(dǎo)致的功能重復(fù)，還有一些數(shù)據(jù)隔離的問題。

第二是一個基于規(guī)范的數(shù)據(jù)開發(fā)的應(yīng)用。現(xiàn)在很多的應(yīng)用會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)都不是統(tǒng)一的。那如何管理一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，讓應(yīng)用能夠把數(shù)據(jù)規(guī)范起來，形成數(shù)據(jù)對象，這需要一個平臺來承載它。

第三如何去建一個更好的模型，包括對很多應(yīng)用指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的建模，需要用到很多原來傳統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)，如何去對數(shù)據(jù)進(jìn)行追蹤，需要用一個平臺更好的去規(guī)范。

第四肯定還要有一個低代碼的開發(fā)平臺來更快速的去構(gòu)建應(yīng)用，提供很多可視化的工具，包括一些低代碼的微服務(wù)應(yīng)用，還有一些像用戶管理、單點(diǎn)登錄、門戶等一些通用性的組件需要封裝進(jìn)去，降低開發(fā)和交付難度，提升交付效率。

第五構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)分析建模平臺，封裝幾百種的算法和模型，采用畫布式、拖拽式進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，步驟之間都是可視的，更快速的通過工具構(gòu)建需要的模型。

最后一定是一種分布式的、層次化的部署，要支持邊云協(xié)同：在云端進(jìn)行模型訓(xùn)練，把訓(xùn)練好的應(yīng)用和模型快速的傳遞到邊緣，在邊緣層來進(jìn)行實(shí)時的反饋和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)邊云協(xié)同。

寄云科技的優(yōu)勢首先是對行業(yè)有深入的了解，有行業(yè)專家提供基于行業(yè)的理解；第二，行業(yè)理解業(yè)務(wù)有完整的IIoT平臺將之轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)問題，幫助數(shù)據(jù)科學(xué)家進(jìn)行相應(yīng)的建模；第三，有很好數(shù)據(jù)分析能力。這三種能力是構(gòu)建一個好的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺必備的素質(zhì)，寄云在這三點(diǎn)沉淀了很多年。

數(shù)據(jù)流動下的智能制造

04經(jīng)典案例

寄云幾個經(jīng)典的案例分享。

第一個是寄云為彩虹集團(tuán)提供生產(chǎn)質(zhì)量的溯源和預(yù)測分析。彩虹集團(tuán)某產(chǎn)線生產(chǎn)手機(jī)蓋板玻璃，加工工藝復(fù)雜，會經(jīng)過很多道工序，其中很重要的一個質(zhì)量挑戰(zhàn)是翹曲，就是玻璃在一定面積內(nèi)不平整，而翹曲又關(guān)系到很多道工序，以往很難精確追溯翹曲的源頭，靠人工的方式大概需要四到五周。寄云工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺對全流程工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成一個虛擬量測的模型，把時間從四到五周縮到三到四天，并可以預(yù)測某參數(shù)發(fā)生變化時候，會不會在幾小時之后影響產(chǎn)品質(zhì)量，從而總體良率提高百分之三到五。

第二個是生產(chǎn)績效指標(biāo)分析和優(yōu)化，是寄云給麥格納·格特拉克工廠做的。項目通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺采集數(shù)據(jù)，構(gòu)建工藝流程監(jiān)控、關(guān)鍵指標(biāo)監(jiān)控，覆蓋設(shè)備端、工廠層、產(chǎn)線層到集團(tuán)層等不同層面的指標(biāo)。最后的效果是每一條產(chǎn)線減一人，OEE指標(biāo)從83%提升到92%，然后MTBF優(yōu)化了6%，效果非常明顯。

第三個是生產(chǎn)運(yùn)營決策分析，寄云給一個大型能源集團(tuán)做的，其下轄兩百多家企業(yè)，企業(yè)之間系統(tǒng)不互通，集團(tuán)無法做到實(shí)時掌控每個企業(yè)資產(chǎn)分布、應(yīng)急指揮、風(fēng)險管控、關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。通過寄云工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)匯聚還有數(shù)據(jù)分析能力，集團(tuán)構(gòu)建了生產(chǎn)指標(biāo)、工藝告警等一系列的微服務(wù)應(yīng)用，用以監(jiān)控實(shí)時狀態(tài)，還有危險源的分布和應(yīng)急指揮、應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急響應(yīng)。

第四個是寄云和騰訊云合作的多地市工業(yè)云平臺，就是幫助各地市構(gòu)建地市工業(yè)云，服務(wù)各地市中小型企業(yè)，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)資源的在線交易，打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)，降低數(shù)字化轉(zhuǎn)型難度和成本，加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐。
編輯：lyn