基于云平臺(tái)的數(shù)字化工廠研發(fā)及應(yīng)用推廣

康運(yùn)娟 吳剛 杜強(qiáng)

摘? 要：以云平臺(tái)為基礎(chǔ)設(shè)施，將云制造技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)相融合的技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)字化工廠建設(shè)的趨勢(shì)。文章以云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)技術(shù)為著眼點(diǎn)，介紹了數(shù)字化工廠的系統(tǒng)架構(gòu)模型、功能設(shè)計(jì)以及應(yīng)用前景。以工業(yè)云為抓手，推動(dòng)“區(qū)塊鏈”技術(shù)與智能制造技術(shù)在工業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用，將推動(dòng)本地企業(yè)在產(chǎn)品、服務(wù)、裝備、制造全過(guò)程的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，推動(dòng)業(yè)務(wù)與協(xié)作模式向服務(wù)型、個(gè)性化、社會(huì)化制造方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化工廠;云平臺(tái);區(qū)塊鏈;大數(shù)據(jù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP278? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2021）19-0164-04

Development and Application Promotion of Digitalized Plant Based on Cloud Platform

KANG Yunjuan， WU Gang， DU Qiang

（Liaoning Open Data Communication Co.， Ltd.， Shenyang? 110041， China）

Abstract： Based on cloud platform， the technology of integration of cloud manufacturing technology， Internet of Things technology， block-chain technology and big data technology has become the trend of digitalized factory construction. Focusing on cloud platform and big data technology， this paper introduces the system architecture model， function design and application prospect of digitalized plant. Focusing on the industrial cloud， promoting the application of “block-chain” technology and intelligent manufacturing technology in industrial enterprises will promote the digitization， networking and intelligence of local enterprises in the whole process of products， services， equipment and manufacturing， and promote the development of business and cooperation mode towards service-oriented， personalized and socialized manufacturing.

Keywords： digitalized factory; cloud platform; block-chain;; big data

0? 引? 言

當(dāng)前，制造業(yè)正面臨全球新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)，亟待通過(guò)新技術(shù)、新理念、新模式實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。第三次科技革命所引領(lǐng)的信息技術(shù)革命，將推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，促使我國(guó)制造業(yè)從價(jià)值鏈低端向中高端，從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)、從中國(guó)制造向中國(guó)創(chuàng)造進(jìn)行深刻轉(zhuǎn)變。以“工業(yè)化與信息化深度融合”為特征的制造業(yè)信息化與創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的戰(zhàn)略舉措。

自2015年以來(lái)，國(guó)家規(guī)劃司編制的《智能制造工程實(shí)施指南》，將智能制造作為主攻方向，結(jié)合頂層規(guī)劃、試點(diǎn)示范、標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，推動(dòng)智能制造行業(yè)進(jìn)入實(shí)質(zhì)落地。四年來(lái)，政策引擎

推動(dòng)信息技術(shù)領(lǐng)域?qū)医Y(jié)碩果，業(yè)內(nèi)涌現(xiàn)出很多先進(jìn)的智能制造系統(tǒng)方案：如智能制造執(zhí)行系統(tǒng)、加工環(huán)節(jié)數(shù)字化系統(tǒng)、智能輸送系統(tǒng)、智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)和企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)等。

2018年至今，伴隨制造行業(yè)實(shí)施數(shù)字化改造的持續(xù)推進(jìn)，系統(tǒng)解決方案日益成熟，并呈現(xiàn)出從單項(xiàng)、局部的改善向綜合、集成趨勢(shì)演化發(fā)展。此外，制造行業(yè)在互聯(lián)互通的深入實(shí)踐，帶動(dòng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)云平臺(tái)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等數(shù)字化系統(tǒng)解決方案技術(shù)實(shí)現(xiàn)較快發(fā)展。因此，未來(lái)一定時(shí)期的企業(yè)數(shù)字化改革方向，必然是向著智能制造各系統(tǒng)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)云平臺(tái)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈集成的方向逐步推進(jìn)并漸趨完善。

作為共和國(guó)長(zhǎng)子和國(guó)內(nèi)工業(yè)化起步的東北重鎮(zhèn)，遼寧省工業(yè)體系完善，傳統(tǒng)制造業(yè)較多，但同樣面臨傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)比重過(guò)高、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理等問(wèn)題，傳統(tǒng)制造企業(yè)由于固定資產(chǎn)投入過(guò)高、歷史遺留問(wèn)題過(guò)多，呈現(xiàn)出市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力差、總體經(jīng)濟(jì)效益低等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了遼寧省內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)。

信息化技術(shù)，是推動(dòng)工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展、躍進(jìn)式轉(zhuǎn)型的必由之路。通過(guò)梳理自身系統(tǒng)配套，改造自身的能力結(jié)構(gòu)，持續(xù)提升企業(yè)全鏈條、全過(guò)程、全生命周期的營(yíng)銷(xiāo)能力、制造能力、服務(wù)能力、創(chuàng)新能力和資源整合能力，才能不斷增強(qiáng)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)制造業(yè)提質(zhì)增效，做優(yōu)存量。

1? 基于云平臺(tái)的數(shù)字化工廠研發(fā)情況

數(shù)字化工廠是借助于信息化和數(shù)字化技術(shù)，通過(guò)集成、仿真、分析、控制等手段，為制造工廠的生產(chǎn)全過(guò)程提供全面管控的一種整體解決方案。

通過(guò)基于云平臺(tái)的數(shù)字化工廠建設(shè)，能為企業(yè)打造一套先進(jìn)生產(chǎn)平臺(tái)，以機(jī)器、原材料、控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、產(chǎn)品以及人之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)平臺(tái)搭建為基礎(chǔ)，利用區(qū)塊鏈分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、共識(shí)機(jī)制、加密算法等計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)的全面深度感知、實(shí)時(shí)傳輸交換、快速計(jì)算處理和高級(jí)建模分析，實(shí)現(xiàn)智能控制、運(yùn)營(yíng)優(yōu)化和生產(chǎn)組織方式變革。

通過(guò)數(shù)字化工廠執(zhí)行系統(tǒng)建設(shè)，可以達(dá)到如下功能：

（1）實(shí)現(xiàn)制造領(lǐng)域先進(jìn)要素相互融合。促進(jìn)企業(yè)落后產(chǎn)能升級(jí)，從研、產(chǎn)、供、銷(xiāo)、存多維度，多要素，助力制造領(lǐng)域企業(yè)數(shù)字化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、服務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)等多要素融合，為制造企業(yè)二次發(fā)展賦能。

（2）實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)各環(huán)節(jié)把控。利用云平臺(tái)將企業(yè)現(xiàn)有的制造資源與能力進(jìn)行數(shù)字化整合，通過(guò)系統(tǒng)軟件及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)達(dá)成企業(yè)不同層級(jí)的互聯(lián)互通，提升企業(yè)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中各環(huán)節(jié)的可控性，滿足各層級(jí)的優(yōu)化，如精準(zhǔn)控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)集成、運(yùn)營(yíng)優(yōu)化、供應(yīng)鏈協(xié)同、需求匹配、服務(wù)增值等業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)企業(yè)精準(zhǔn)營(yíng)銷(xiāo)、個(gè)性定制、智能服務(wù)、協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造、柔性制造等目標(biāo)，輔助企業(yè)完成從傳統(tǒng)生產(chǎn)模式向數(shù)字化工廠、協(xié)同制造及云制造新模式的轉(zhuǎn)型升級(jí)。生產(chǎn)環(huán)節(jié)把控示例如圖2所示。

（3）利用大數(shù)據(jù)分析應(yīng)對(duì)管理難題。為企業(yè)管理者提供足夠的數(shù)據(jù)支撐及分析環(huán)境，將企業(yè)原有的各部門(mén)零散、雜亂的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，再通過(guò)人工智能、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加工，形成供企業(yè)分析的數(shù)據(jù)集，最終通過(guò)應(yīng)用層的前端應(yīng)用，幫助企業(yè)管理者實(shí)現(xiàn)決策支持、智能預(yù)警、智能控制、自主學(xué)習(xí)等功能，真正實(shí)現(xiàn)管理智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化。大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

（4）實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)數(shù)據(jù)化改造。利用區(qū)塊鏈技術(shù)，將云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G網(wǎng)絡(luò)及加密技術(shù)融合，并通過(guò)數(shù)字化工廠執(zhí)行系統(tǒng)，真正應(yīng)用到工業(yè)企業(yè)數(shù)字化改造當(dāng)中來(lái)。

2? 應(yīng)用價(jià)值

數(shù)字化工廠執(zhí)行系統(tǒng)建設(shè)的應(yīng)用價(jià)值分為以下幾個(gè)方面：

（1）加快制造企業(yè)信息化變革。為制造企業(yè)信息化管理變革、競(jìng)爭(zhēng)力提升提供有力支撐和保障，通過(guò)信息化變革，為制造企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益和管理效率提升。

（2）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造智能化管理。充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用一個(gè)平臺(tái)，對(duì)企業(yè)進(jìn)行集中管理管控，將原始的系統(tǒng)按業(yè)務(wù)類(lèi)型進(jìn)行模塊化切分，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)應(yīng)用化、去系統(tǒng)化。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、設(shè)備監(jiān)控技術(shù)、先進(jìn)傳感技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等，達(dá)成企業(yè)不同層級(jí)業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通，形成“狀態(tài)感知-實(shí)時(shí)分析-自主決策-精準(zhǔn)執(zhí)行和學(xué)習(xí)提升”的企業(yè)管理新模式，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的高效率、低成本、高質(zhì)量、短周期運(yùn)營(yíng)，促進(jìn)企業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

（3）提高設(shè)備管理水平。數(shù)字化車(chē)間建設(shè)，為企業(yè)自動(dòng)化設(shè)備提供了一個(gè)統(tǒng)計(jì)管理、智能調(diào)配的平臺(tái)，同智能制造理念、先進(jìn)制造方法結(jié)合，形成集群性、柔性的優(yōu)勢(shì)，最大程度地發(fā)揮自動(dòng)化設(shè)備的生產(chǎn)能力。

（4）提供科學(xué)管理決策支持。制造企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理者可隨時(shí)隨地掌握工廠生產(chǎn)狀況，通過(guò)工廠各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集及統(tǒng)籌分析，將生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，為領(lǐng)導(dǎo)層的經(jīng)營(yíng)決策提供依據(jù)。

（5）促進(jìn)兩化融合示范應(yīng)用。暢通數(shù)據(jù)作為遼寧省首批兩化融合示范基地，利用自主研發(fā)的數(shù)字化工廠執(zhí)行系統(tǒng)，將“互聯(lián)網(wǎng)+智能制造”技術(shù)相融合，致力于信息化深度融入自動(dòng)化，將生產(chǎn)過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，建立工廠制造過(guò)程大數(shù)據(jù)平臺(tái);將生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的工藝數(shù)據(jù)參數(shù)有效處理，并下達(dá)操作指令;在項(xiàng)目竣工后，對(duì)工廠在生產(chǎn)過(guò)程中存在的加工、制造各環(huán)節(jié)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，從而達(dá)到持續(xù)改進(jìn)設(shè)計(jì)水平、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的目的，有效提升工廠的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

（6）促進(jìn)信息集成一體化。通過(guò)平臺(tái)建設(shè)，可實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的集成、生產(chǎn)與管理的集成、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)與研發(fā)設(shè)計(jì)的集成等，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)供銷(xiāo)一體化、業(yè)務(wù)與財(cái)務(wù)一體化、集團(tuán)管控一體化。在企業(yè)內(nèi)部信息化集成應(yīng)用方面，以信息化推進(jìn)研發(fā)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造的集成、生產(chǎn)與管理的集成、生產(chǎn)與銷(xiāo)售的集成、業(yè)務(wù)與財(cái)務(wù)的集成，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷(xiāo)銜接、管控一體，提高企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效率，減低成本，控制風(fēng)險(xiǎn)。在企業(yè)與上下游企業(yè)之間信息化集成應(yīng)用方面，以信息化推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，推進(jìn)重點(diǎn)平臺(tái)企業(yè)與配套企業(yè)之間進(jìn)行信息系統(tǒng)對(duì)接，相互共享設(shè)計(jì)、庫(kù)存、物流等信息，以提高協(xié)同效率，降低總成本，實(shí)現(xiàn)即時(shí)生產(chǎn)。

3? 推廣前景

暢通數(shù)據(jù)自2007年以來(lái)，一直致力于云平臺(tái)等方面的應(yīng)用時(shí)間。通過(guò)對(duì)沈陽(yáng)市某大型工業(yè)企業(yè)的信息化改造實(shí)踐，成功將基于云平臺(tái)的數(shù)字化工廠研發(fā)技術(shù)應(yīng)用到車(chē)間生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)。系統(tǒng)建成后，全面提升了制造企業(yè)的自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、協(xié)同化水平，推動(dòng)了該企業(yè)研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、營(yíng)銷(xiāo)等全過(guò)程的協(xié)同管理能力。

利用該系統(tǒng)，能夠提高工廠生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)的智能制造水平，縮短與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)間的差距，樹(shù)立行業(yè)標(biāo)桿示范效果，并形成可推廣可復(fù)制的方案及模式，帶動(dòng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。具體為：

系統(tǒng)建成后，將會(huì)給企業(yè)提供整體管理解決方案，通過(guò)“人、機(jī)、料、法、環(huán)”各環(huán)節(jié)進(jìn)行可視化管理、大數(shù)據(jù)分析、云平臺(tái)應(yīng)用，能夠讓企業(yè)管理者有效了解企業(yè)現(xiàn)狀，有針對(duì)性地進(jìn)行管理改進(jìn)。系統(tǒng)截圖如圖2所示。

系統(tǒng)建成后，可以集成企業(yè)的ERP系統(tǒng)，產(chǎn)品全生命周期PLM等系統(tǒng)，將產(chǎn)品價(jià)值鏈和產(chǎn)品技術(shù)鏈相融合，打造智慧工廠，為企業(yè)建立數(shù)字化生產(chǎn)、智能化運(yùn)營(yíng)提供全面數(shù)據(jù)支撐，通過(guò)建立企業(yè)管控一體化平臺(tái)，能夠?qū)⑵髽I(yè)發(fā)展中遠(yuǎn)期規(guī)劃落到實(shí)處，幫助其建設(shè)成為典型的智能制造型企業(yè)。企業(yè)智能化運(yùn)營(yíng)如圖3所示。

數(shù)字化工廠新模式的貫徹落實(shí)，將有助于傳統(tǒng)制造企業(yè)加快增速換擋，促進(jìn)工業(yè)企業(yè)加快創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，以技術(shù)引領(lǐng)帶動(dòng)企業(yè)降本增效，引導(dǎo)和創(chuàng)造用戶需求和行業(yè)標(biāo)桿。同時(shí)，將在一個(gè)時(shí)期內(nèi)，以企業(yè)實(shí)踐帶動(dòng)整個(gè)制造行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級(jí)，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)制造企業(yè)整體邁向中高端行列，助推我國(guó)早日跨入世界輕工強(qiáng)國(guó)之列。數(shù)字化工廠綜合監(jiān)控平臺(tái)如圖4所示。

4? 結(jié)? 論

智能制造是中國(guó)制造2025的主攻方向，是未來(lái)制造業(yè)發(fā)展的重大趨勢(shì)，是順應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)邁向中高端水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。暢通數(shù)據(jù)結(jié)合多年研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，將基于云平臺(tái)的數(shù)字化工廠研發(fā)技術(shù)應(yīng)用到車(chē)間生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，通過(guò)利用大數(shù)據(jù)分析、區(qū)塊鏈等信息技術(shù)，將生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)、管理過(guò)程等進(jìn)行有效應(yīng)用，并通過(guò)數(shù)字化、智能化系統(tǒng)對(duì)原有生產(chǎn)制造流程進(jìn)行信息化改造，推進(jìn)了信息化、數(shù)字化和大數(shù)據(jù)的深度融合，提高了企業(yè)數(shù)字化整體水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

經(jīng)過(guò)智能化信息系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)，企業(yè)技術(shù)裝備水平、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率大幅提高，能源消耗、人力成本持續(xù)下降，綠色、安全生產(chǎn)持續(xù)推進(jìn)，將為工業(yè)企業(yè)帶來(lái)較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：康運(yùn)娟（1978—），女，蒙古族，遼寧丹東人，副總經(jīng)理，本科，研究方向：云應(yīng)用及智能制造產(chǎn)業(yè);吳剛（1979—），男，漢族，遼寧莊河人，學(xué)歷專(zhuān)科，研究方向：SaaS應(yīng)用;杜強(qiáng)（1985—），男，滿族，遼寧撫順人，本科，研究方向：離散制造業(yè)智能制造。