中國各地如火如荼地發(fā)展智能制造，將云計算、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，“科技強國”這一國家戰(zhàn)略的具體實施路徑已日漸明晰。從“兩化融合”階段的城市建設(shè)逐步實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)化、智能化，到“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，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、以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為重要手段的“分步走”戰(zhàn)略實施路徑。
技術(shù)發(fā)展日趨成熟，通過集成先進的感知、計算、通信、控制等信息技術(shù)和自動控制技術(shù)，構(gòu)建物理空間與信息空間中人、機、物、環(huán)境、信息等要素相互映射、適時交互、高效協(xié)同的復雜系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源配置和運行按需響應(yīng)、快速迭代、動態(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、系統(tǒng)級和SoS(System of System,系統(tǒng)之系統(tǒng))級三個層級。最高級的SoS級由多個系統(tǒng)級CPS構(gòu)成，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚，從而對內(nèi)進行資產(chǎn)優(yōu)化、對外形成運營優(yōu)化服務(wù)，主要功能包括:數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)融合、分布式計算、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)性能管理和運營優(yōu)化等服務(wù)，其中運營優(yōu)化服務(wù)可包括個性化定制、供應(yīng)鏈協(xié)同、數(shù)字制造管控和遠程運維管理等，最終實現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨平臺互聯(lián)互通以及互操作，促進多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成、交換和共享的閉環(huán)自動流動。
在智能制造大生態(tài)系統(tǒng)中，由設(shè)計者、生產(chǎn)者和使用者形成的產(chǎn)業(yè)鏈，循環(huán)往復地借助由數(shù)據(jù)層、映射層、認知層和服務(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、交付及盈利能力，從而最終帶動制造業(yè)整體價值鏈能力提升，實現(xiàn)工業(yè)與信息服務(wù)業(yè)深度融合，推動行業(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、生產(chǎn)、運行數(shù)據(jù)以及設(shè)計、生產(chǎn)、使用活動、外部數(shù)據(jù)等，實現(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)價值奠定基礎(chǔ)。
映射層。通過群體、活動、環(huán)境等多維空間以及智能組網(wǎng)，實現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)、運行等個體空間集群協(xié)同，設(shè)計、生產(chǎn)、使用活動空間活動協(xié)同，以及外部環(huán)境協(xié)同等，將實際生產(chǎn)制造過程進行數(shù)字化抽樣及映射，建立起各類應(yīng)用服務(wù)與實際生產(chǎn)活動之間的映射關(guān)系。
認知層。借助推演、預測空間，以及行業(yè)理解知識能力，梳理從知識發(fā)現(xiàn)到交互，最終實現(xiàn)融合的內(nèi)在聯(lián)系，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動、機器學習、機理模型、數(shù)據(jù)增強、群體行為、群體啟發(fā)等手段，建立起個體行為認知和啟發(fā)認知、群體認知。
服務(wù)層。通過智能裝備、CPS智能膠囊等手段，實現(xiàn)裝備協(xié)同優(yōu)化，通過視情設(shè)計、視情生產(chǎn)，實現(xiàn)智能制造的敏捷設(shè)計、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、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等各個環(huán)節(jié)，并具備可描述、可診斷、可預測、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)場設(shè)備數(shù)據(jù)。現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)主要來源于生產(chǎn)線設(shè)備、機器、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器的設(shè)備運行情況、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
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)歷了幾代演進及融合，從最初龐大的ERP系統(tǒng)中逐漸獨立出了MRP系統(tǒng)，主要負責庫存、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)的成長而不斷優(yōu)化、改進,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、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)用場景角度進一步細化，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)等平臺應(yīng)用的系統(tǒng)功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚、交互、共享及處理，最終通過實時數(shù)據(jù)形式，對工藝設(shè)計、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、預測、評估、決策等分析結(jié)果。
