中國各地如火如荼地發(fā)展智能制造，將云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)引入傳統(tǒng)企業(yè)已成必要手段，其中基于大數(shù)據(jù)的平臺(tái)型數(shù)據(jù)服務(wù)，其推廣使用程度最能體現(xiàn)智能化發(fā)展水平。
經(jīng)過近十幾年的不斷探索，“科技強(qiáng)國”這一國家戰(zhàn)略的具體實(shí)施路徑已日漸明晰。從“兩化融合”階段的城市建設(shè)逐步實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)化、智能化，到“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，各大產(chǎn)業(yè)“聯(lián)姻”互聯(lián)網(wǎng)催生各類新興產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，再到如今“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”大背景下，借助互聯(lián)網(wǎng)手段更好實(shí)現(xiàn)服務(wù)業(yè)與制造業(yè)“兩業(yè)融合”，已逐步探索出了一條符合中國國情、以科技創(chuàng)新作為核心驅(qū)動(dòng)、以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為重要手段的“分步走”戰(zhàn)略實(shí)施路徑。
技術(shù)發(fā)展日趨成熟，通過集成先進(jìn)的感知、計(jì)算、通信、控制等信息技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，構(gòu)建物理空間與信息空間中人、機(jī)、物、環(huán)境、信息等要素相互映射、適時(shí)交互、高效協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源配置和運(yùn)行按需響應(yīng)、快速迭代、動(dòng)態(tài)優(yōu)化的需求已刻不容緩。
智能制造數(shù)據(jù)“生態(tài)圈”
從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方面來看，構(gòu)建出一套完整的信息物理系統(tǒng)(Cyber Physical System,簡(jiǎn)稱CPS)無疑已經(jīng)成為構(gòu)建智能制造大數(shù)據(jù)服務(wù)基礎(chǔ)的重中之重。從體系架構(gòu)的角度來講，CPS可以分為單元級(jí)、系統(tǒng)級(jí)和SoS(System of System,系統(tǒng)之系統(tǒng))級(jí)三個(gè)層級(jí)。最高級(jí)的SoS級(jí)由多個(gè)系統(tǒng)級(jí)CPS構(gòu)成，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚，從而對(duì)內(nèi)進(jìn)行資產(chǎn)優(yōu)化、對(duì)外形成運(yùn)營(yíng)優(yōu)化服務(wù)，主要功能包括:數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)融合、分布式計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)服務(wù)等，并在數(shù)據(jù)服務(wù)基礎(chǔ)上形成資產(chǎn)性能管理和運(yùn)營(yíng)優(yōu)化等服務(wù)，其中運(yùn)營(yíng)優(yōu)化服務(wù)可包括個(gè)性化定制、供應(yīng)鏈協(xié)同、數(shù)字制造管控和遠(yuǎn)程運(yùn)維管理等，最終實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)互聯(lián)互通以及互操作，促進(jìn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成、交換和共享的閉環(huán)自動(dòng)流動(dòng)。
在智能制造大生態(tài)系統(tǒng)中，由設(shè)計(jì)者、生產(chǎn)者和使用者形成的產(chǎn)業(yè)鏈，循環(huán)往復(fù)地借助由數(shù)據(jù)層、映射層、認(rèn)知層和服務(wù)層結(jié)合“一網(wǎng)”(工業(yè)互聯(lián)網(wǎng))和“一軟一硬”(工業(yè)軟件+感知和控制硬件)六位一體構(gòu)建的信息化智能系統(tǒng)載體，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)、交付及盈利能力，從而最終帶動(dòng)制造業(yè)整體價(jià)值鏈能力提升，實(shí)現(xiàn)工業(yè)與信息服務(wù)業(yè)深度融合，推動(dòng)行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。
數(shù)據(jù)層。通過工業(yè)云統(tǒng)一承載生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，如裝備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行數(shù)據(jù)以及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用活動(dòng)、外部數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，為后續(xù)數(shù)據(jù)交互、關(guān)聯(lián)等操作處理，提升原始數(shù)據(jù)價(jià)值奠定基礎(chǔ)。
映射層。通過群體、活動(dòng)、環(huán)境等多維空間以及智能組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行等個(gè)體空間集群協(xié)同，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用活動(dòng)空間活動(dòng)協(xié)同，以及外部環(huán)境協(xié)同等，將實(shí)際生產(chǎn)制造過程進(jìn)行數(shù)字化抽樣及映射，建立起各類應(yīng)用服務(wù)與實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)之間的映射關(guān)系。
認(rèn)知層。借助推演、預(yù)測(cè)空間，以及行業(yè)理解知識(shí)能力，梳理從知識(shí)發(fā)現(xiàn)到交互，最終實(shí)現(xiàn)融合的內(nèi)在聯(lián)系，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)理模型、數(shù)據(jù)增強(qiáng)、群體行為、群體啟發(fā)等手段，建立起個(gè)體行為認(rèn)知和啟發(fā)認(rèn)知、群體認(rèn)知。
服務(wù)層。通過智能裝備、CPS智能膠囊等手段，實(shí)現(xiàn)裝備協(xié)同優(yōu)化，通過視情設(shè)計(jì)、視情生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)智能制造的敏捷設(shè)計(jì)、柔性生產(chǎn)、人和裝備協(xié)同優(yōu)化，通過視情使用、視情管理，實(shí)現(xiàn)安全能效、高效健康的智能管理，以及人和環(huán)境協(xié)同優(yōu)化，最終撮合數(shù)據(jù)協(xié)同、挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值。
智能制造的大數(shù)據(jù)“生力軍”
從數(shù)據(jù)角度來講，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)所產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)可貫穿于工業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)，并具備可描述、可診斷、可預(yù)測(cè)、可決策、可控制等多種智能化功能模塊和處理結(jié)果。從業(yè)務(wù)類型上來看，工業(yè)大數(shù)據(jù)可分為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)以及外部數(shù)據(jù)三類。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)主要來源于生產(chǎn)線設(shè)備、機(jī)器、產(chǎn)品等，多由物聯(lián)傳感器、智能設(shè)備儀器儀表、工控系統(tǒng)。
圖｜工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集
以采集側(cè)為例，可以借助物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)通過識(shí)別或者感應(yīng)的方式，獲取生產(chǎn)線上儀器、儀表、智能設(shè)備、產(chǎn)品以及工控等各類機(jī)器的設(shè)備運(yùn)行情況、生產(chǎn)過程監(jiān)督以及生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控等。
生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)。生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)主要來源于傳統(tǒng)信息系統(tǒng)，如供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)(SCM)、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)(CRM)、企業(yè)資源計(jì)劃管理系統(tǒng)(ERP)、制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)(MES)、生產(chǎn)設(shè)備和工位智能化聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)(DNC)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)信息采集分析管理系統(tǒng)(MDC)、制造過程數(shù)據(jù)文檔管理系統(tǒng)(PDM)等。
圖｜工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)及演進(jìn)
以ERP系統(tǒng)為例，隨著工業(yè)企業(yè)自身信息化管理要求不斷提升，日常生產(chǎn)所需的管理系統(tǒng)也經(jīng)歷了幾代演進(jìn)及融合，從最初龐大的ERP系統(tǒng)中逐漸獨(dú)立出了MRP系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)庫存、工藝、工作和BOM(Bill of Material,物料清單)，隨后結(jié)合已有的銷售、財(cái)務(wù)及成本管理系統(tǒng)，衍生出了更新一代的MRP II，可見生產(chǎn)管理系統(tǒng)也隨著制造業(yè)企業(yè)的成長(zhǎng)而不斷優(yōu)化、改進(jìn),必不可少地帶來了內(nèi)部數(shù)據(jù)的大量融合、交互,并且產(chǎn)生了更大的效益。
外部數(shù)據(jù)。外部數(shù)據(jù)主要來源于工廠“外部，包含來自政府或互聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)、環(huán)境、客戶、政策、供應(yīng)鏈等外部環(huán)境的信息和數(shù)據(jù)等。
圖｜工業(yè)企業(yè)外部環(huán)境數(shù)據(jù)類別
從應(yīng)用場(chǎng)景角度進(jìn)一步細(xì)化，外部宏觀環(huán)境數(shù)據(jù)又可分為用戶數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、合作伙伴數(shù)據(jù)以及其他外部數(shù)據(jù)，并可通過需求建模、內(nèi)/外部協(xié)同、產(chǎn)品服務(wù)等平臺(tái)應(yīng)用的系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚、交互、共享及處理，最終通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)形式，對(duì)工藝設(shè)計(jì)、原材料采購、生產(chǎn)制造、管理控制、物流配送、產(chǎn)品服務(wù)等各環(huán)節(jié)提供描述、診斷、預(yù)測(cè)、評(píng)估、決策等分析結(jié)果。
