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1　目標(biāo)和概述 

工業(yè)4.0背景下企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是工業(yè)經(jīng)濟(jì)邁向數(shù)字經(jīng)濟(jì)的必由之路，是小批量多批次生產(chǎn)模式下實(shí)現(xiàn)柔性制造和個(gè)性化定制的基礎(chǔ)。當(dāng)前我國(guó)大中小型制造企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過(guò)程中存在諸多問題，如網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)高、數(shù)據(jù)流量處理壓力大、數(shù)據(jù)孤島、生產(chǎn)管理人員缺乏專業(yè)技能、生產(chǎn)成本大、效率提升難等問題。 

新冠疫情的突然爆發(fā)對(duì)全國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的穩(wěn)定運(yùn)行和復(fù)工復(fù)產(chǎn)造成重大影響，而國(guó)際形勢(shì)的變化對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的影響更加劇了國(guó)內(nèi)企業(yè)的發(fā)展壓力。在產(chǎn)業(yè)鏈、 供應(yīng)鏈重組的過(guò)程中，很多轉(zhuǎn)產(chǎn)企業(yè)對(duì)于陌生產(chǎn)品或供應(yīng)鏈面臨“缺材料、缺設(shè)備、缺專家、缺經(jīng)驗(yàn)、產(chǎn)能 低”難題。 

北京航天智造科技發(fā)展有限公司（以下簡(jiǎn)稱：天智 公司）充分利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，一方面通過(guò)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同生產(chǎn)方式，盤活不透明的數(shù)據(jù)資源，融通大中小企業(yè)供應(yīng)鏈，連接產(chǎn)品生產(chǎn)供需兩側(cè)，為產(chǎn)品產(chǎn)能供給保駕護(hù)航；另一方面通過(guò)軟硬一體的邊緣智能一體機(jī)解決企業(yè)快速轉(zhuǎn)產(chǎn)的難題。邊緣智能一體機(jī)內(nèi)嵌航天云網(wǎng)INDICS邊緣版平臺(tái)，根據(jù)生產(chǎn)需要預(yù)裝不同的工業(yè)App，打通IT和OT，向下連接生產(chǎn)設(shè)備，向上連接工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，以云邊協(xié)同的方式實(shí)現(xiàn)云端管理、邊緣計(jì)算的全鏈路服務(wù)，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)備的生產(chǎn)工藝流程輔助企業(yè)排產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)流程執(zhí)行無(wú)紙化和可視化，并提供關(guān)鍵質(zhì)量檢驗(yàn)流程設(shè)定，輔助企業(yè)快速轉(zhuǎn)產(chǎn)。通過(guò)預(yù)裝不同的工業(yè)App，連接設(shè)備和產(chǎn)線，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景的支持，保持不同類型產(chǎn)品轉(zhuǎn)產(chǎn)的柔性化。 

2　解決方案介紹 

2.1　系統(tǒng)架構(gòu) 

本解決方案基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，以云邊協(xié)同為理念?？傮w架構(gòu)由下至上分為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)邊緣側(cè)的基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施層、傳輸設(shè)備與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用層、體現(xiàn)功能應(yīng)用的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)層。解決方案綜合考慮了不同規(guī)模企業(yè)業(yè)務(wù)需求的差異，兼顧企業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)作和生產(chǎn)管控。 橫向從線到面，構(gòu)建企業(yè)供應(yīng)鏈的網(wǎng)絡(luò)化、精準(zhǔn)化協(xié)同、增強(qiáng)在突發(fā)事件下供應(yīng)鏈的彈性、韌性。縱向從下到上，打通企業(yè)設(shè)備側(cè)、邊緣側(cè)、平臺(tái)側(cè)的有效連接， 應(yīng)用云技術(shù)資源實(shí)現(xiàn)快速、柔性轉(zhuǎn)產(chǎn)。 

基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施層包括服務(wù)器集群、一體機(jī)。數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用層包括區(qū)塊鏈分布式記賬數(shù)據(jù)應(yīng)用、INDICS EDGE數(shù)據(jù)應(yīng)用。業(yè)務(wù)應(yīng)用層包括設(shè)備監(jiān)控與預(yù)測(cè)性維護(hù)、能耗分析、生產(chǎn)管控與持續(xù)改進(jìn)等。 

2.2　建設(shè)內(nèi)容 

平臺(tái)總體規(guī)劃建設(shè)內(nèi)容包括防疫平臺(tái)首頁(yè)、供給模 塊、需求模塊、數(shù)字地圖、復(fù)工復(fù)產(chǎn)專區(qū)。

防疫平臺(tái)首頁(yè)模板搭建項(xiàng)目整體的WAP端頁(yè)面和框架，承載和提供其他版塊在首頁(yè)的數(shù)據(jù)和信息展示，并為連接其他版塊提供入口；供給模塊和需求模塊分別為用戶端的平臺(tái)管理端；數(shù)字地圖提供重點(diǎn)防疫物資產(chǎn)量及產(chǎn)線利用率的信息展示和管理；復(fù)工復(fù)產(chǎn)提供重點(diǎn)應(yīng)用，聚合有利支持企業(yè)復(fù)工復(fù)產(chǎn)的工具及應(yīng)用。 （1）邊緣側(cè) 

研制邊緣智能一體機(jī)，通過(guò)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域OT 層和IT層技術(shù)進(jìn)行高度整合，解決工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在落地過(guò)程中，用戶敏感數(shù)據(jù)保護(hù)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理效率低，云、邊、端有效協(xié)同等問題。如圖1所示。 

• 硬件方面：具備豐富的工業(yè)I/O接口，涵蓋 RS232、USB、CAN等工業(yè)常見硬件通訊端口；多樣 的通訊方式，支持有線和無(wú)線通訊方式；良好的擴(kuò)展性 能，留擴(kuò)展接口，可對(duì)通訊模塊、存儲(chǔ)模塊進(jìn)行擴(kuò)展； 強(qiáng)大的邊緣計(jì)算能力，可搭配NVIDIA GPU卡，支撐邊 緣側(cè)AI應(yīng)用；緊湊的整機(jī)工業(yè)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有優(yōu) 良的密封防塵、散熱與抗振性能。 

• 操作系統(tǒng)方面：采用自主可控的安全操作 系統(tǒng)，在邊緣側(cè)提供多重的安全保障；搭載邊緣版 INDICS PaaS平臺(tái)，快速建立工業(yè)設(shè)備與一體機(jī)之間的 雙向連接，并將非敏感數(shù)據(jù)上傳至云端；提供云邊協(xié)同 服務(wù)，可將邊緣智能一體機(jī)納管到云平臺(tái)，將云端AI模 型和應(yīng)用部署、運(yùn)行在邊緣側(cè)。 

• 應(yīng)用功能方面：可作為邊緣服務(wù)器，容器化預(yù) 裝主流工業(yè)應(yīng)用軟件，包括生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、可視化看板 系統(tǒng)、工業(yè)安全狗，并可與應(yīng)用商店互動(dòng)，擴(kuò)充云端應(yīng) 用，為企業(yè)提供車間級(jí)解決方案，在邊緣側(cè)即可實(shí)現(xiàn)車 間級(jí)應(yīng)用閉環(huán)。 

圖1 邊緣側(cè) 

（2）用戶端 

用戶端提供供需對(duì)接服務(wù)、專家對(duì)接服務(wù)等。為用戶發(fā)布的供給信息及需求信息提供大數(shù)據(jù)智能匹配和人工匹配服務(wù)，同時(shí)依托平臺(tái)方的專家資源為需求用戶提供專家對(duì)接服務(wù)。

2.3　主要功能 

2.3.1　邊緣智能一體機(jī) 

邊緣智能一體機(jī)是天智公司自主研發(fā)的支持快速 組織轉(zhuǎn)產(chǎn)的、軟硬一體的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣智能設(shè)備，可作為邊緣服務(wù)器構(gòu)建私有云環(huán)境，提供邊緣智能，在邊緣側(cè)實(shí)現(xiàn)完整應(yīng)用閉環(huán)；也可直接將設(shè)備/產(chǎn)線/工廠快速接入云平臺(tái)。產(chǎn)品具有豐富的工業(yè)I/O接口、支持多樣的通信協(xié)議（Modbus、OPC UA、PROFINET、 HTTP、MQTT等）及良好的擴(kuò)展性能（通訊和存儲(chǔ) 模塊）。具備強(qiáng)大的邊緣計(jì)算處理能力（支持第六代 Interl? CoreTM i7/i5/i3 U系列處理器，可搭配NVIDIA GPU卡），還支持?jǐn)U充邊緣側(cè)AI應(yīng)用和云端應(yīng)用，具備超強(qiáng)“云邊協(xié)同”能力。其上搭載了物聯(lián)網(wǎng)接入工具、 智能巡檢系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、可視化看板系統(tǒng)等工業(yè)軟件，開箱即用，只需簡(jiǎn)單配置，即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線信息化和自動(dòng)化的整合，幫助生產(chǎn)企業(yè)快速組織生產(chǎn)，提升設(shè)備管理效率，在為企業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增效的同時(shí)，大幅降低設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間，并為產(chǎn)品質(zhì)量工藝優(yōu)化和企業(yè)運(yùn)營(yíng)決策提供數(shù)據(jù)支撐。 

圖2 邊緣智能一體機(jī)

2.3.2　容器化預(yù)裝工業(yè)App 

一體機(jī)提供輕量化的docker應(yīng)用容器引擎，只需 要將App打包成容器化鏡像便可方便快捷地部署到一體機(jī)中，而不用考慮由系統(tǒng)環(huán)境不一致導(dǎo)致應(yīng)用無(wú)法運(yùn)行的問題。針對(duì)應(yīng)急物資生產(chǎn)企業(yè)快速轉(zhuǎn)產(chǎn)的需求，一體機(jī)容器化預(yù)裝了生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)和企業(yè)可視化看板兩款工業(yè)App。 

（1）生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng) 

實(shí)現(xiàn)DCS、WMS、物流管理等重要生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的相互兼容，對(duì)成本、生產(chǎn)線、物流、庫(kù)存等方面進(jìn)行嚴(yán)格的集成管理;完整記錄、存儲(chǔ)、處理工業(yè)數(shù)據(jù)，檢查與維護(hù)數(shù)據(jù)，及時(shí)傳遞設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)的狀態(tài)信息， 為生產(chǎn)和各項(xiàng)工作安排提供數(shù)據(jù)信息支持，成為企業(yè)打通計(jì)劃層與控制層有效的信息化手段，提高資產(chǎn)的使用 效率。生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)建立的大量詳細(xì)數(shù)據(jù)信息將直接為 預(yù)防性維護(hù)與維修工作管理提供計(jì)劃和任務(wù)制定的依據(jù)，從而保障工作管理的合理性，保障設(shè)備的正常與安全運(yùn)行，提高工作效率，改善工作質(zhì)量，降低運(yùn)行與維護(hù)成本。

圖3 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)流程圖 

（2）企業(yè)可視化看板 

基于可視化技術(shù)面向企業(yè)管理人員快速直觀掌握產(chǎn)線生產(chǎn)進(jìn)度、設(shè)備OEE、設(shè)備故障信息、質(zhì)量信息、 人員信息、環(huán)境參數(shù)等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)短板設(shè)備的快速鎖定，達(dá)到生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)提高的目的?？梢暬窗宀捎秒娮涌窗濉V播等手段實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、物流、生產(chǎn) 狀態(tài)、能源監(jiān)管等信息公開化、可視化，以提升現(xiàn)場(chǎng)管 理水平，優(yōu)化生產(chǎn)工作環(huán)境，支持根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和 特殊需求進(jìn)行定制化開發(fā)。

圖4 生產(chǎn)信息看板 

2.3.3　工業(yè)安全狗 

工業(yè)安全狗能夠在內(nèi)核層控制主機(jī)上所有進(jìn)程的行為，確保合法可信的進(jìn)程啟動(dòng)與運(yùn)行，同時(shí)輔以外設(shè)控制、安全監(jiān)控、安全檢查、安全基線等能力，全面提升網(wǎng)絡(luò)中重要主機(jī)的安全防御能力，實(shí)現(xiàn)全面洞察、管控和敏銳反饋。不需要重新啟動(dòng)系統(tǒng)，即可為一體機(jī)提供可靠安全服務(wù)，抵御未知惡意代碼，有效防御APT攻 擊。 

2.3.4　云端產(chǎn)能監(jiān)控和數(shù)字地圖 

用戶可在云端查看產(chǎn)能地圖，查詢平臺(tái)內(nèi)全國(guó)及 各省范圍防疫物資生產(chǎn)企業(yè)名錄，并發(fā)布信息進(jìn)行對(duì)接。平臺(tái)依據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)的重點(diǎn)防疫物資品類科學(xué)規(guī)劃產(chǎn)能維度、防疫物資類目，通過(guò)TCP傳輸控制協(xié)議即時(shí)更新產(chǎn)量數(shù)據(jù)及產(chǎn)能利用率，配合平臺(tái)運(yùn)營(yíng)服務(wù)協(xié)助企業(yè)開展供需對(duì)接，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)資源精確匹配和有效流動(dòng)。 

一體機(jī)直接連接平臺(tái)，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)異地管控。企業(yè)用戶可通過(guò)移動(dòng)端對(duì)產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的數(shù)字化監(jiān) 控，以及實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、設(shè)備、運(yùn)營(yíng)分析。

2.3.5　云端資源對(duì)接 

（1）防疫供給模塊 

防疫供給支持企業(yè)發(fā)布相應(yīng)的醫(yī)用紡織物資的產(chǎn)品或原材料等信息，提供供給企業(yè)產(chǎn)品展示窗口，需求單位快速尋找供給的渠道，同時(shí)為保證信息的真實(shí)有效以及合理供給，搭建后臺(tái)對(duì)供給信息和狀態(tài)提供有效管理。 

（2）防疫需求模塊 

防疫需求支持企業(yè)發(fā)布相應(yīng)的醫(yī)用紡織物資的產(chǎn)品或原材料等需求信息，提供需求物品的展示窗口，為需求企業(yè)提供快速獲得供給的渠道，同時(shí)為保證信息的真實(shí)有效以及合理供給，搭建后臺(tái)對(duì)需求信息和狀態(tài)提供有效管理。 

2.3.6 專家指導(dǎo) 

用戶在供需對(duì)接模塊除了可發(fā)布熔噴布、呼吸機(jī)、 醫(yī)用口罩需求外，還可發(fā)布專家指導(dǎo)需求，平臺(tái)運(yùn)營(yíng)人員收到并記錄專家需求，后續(xù)如有新的供應(yīng)方在平臺(tái)發(fā)布相應(yīng)專家資源時(shí)，平臺(tái)方會(huì)第一時(shí)間為雙方進(jìn)行對(duì)接。 

2.3.7　復(fù)工復(fù)產(chǎn) 

復(fù)工復(fù)產(chǎn)版塊提供重點(diǎn)應(yīng)用，聚合有利于支持企業(yè)復(fù)工復(fù)產(chǎn)的工具及應(yīng)用，提供向優(yōu)質(zhì)復(fù)工復(fù)產(chǎn)功能的引導(dǎo)。 

2.3.8　信息上鏈 

解決方案針對(duì)防疫應(yīng)急工作的展開，結(jié)合區(qū)塊鏈、 標(biāo)識(shí)解析等主要新興技術(shù)，增強(qiáng)防疫物資供需對(duì)接互信機(jī)制。將防疫物資生產(chǎn)企業(yè)、防疫物資需求和供應(yīng)的審 核數(shù)據(jù)上鏈存證，實(shí)現(xiàn)防疫物資相關(guān)信息的多方共識(shí)存儲(chǔ)，從而使關(guān)于防疫物資的整個(gè)供需數(shù)據(jù)公開透明、難以篡改、有據(jù)可查、安全可信，提高防疫物資數(shù)據(jù)對(duì)接 的效率和可信度。 

2.3.9　互信不足環(huán)境下的擔(dān)保支付 

為了解決防疫物資交易中存在的交易雙方互信不足、資金交易安全難以保障等問題，天智公司攜手中國(guó)農(nóng)業(yè)銀行推出資金擔(dān)保支付（簡(jiǎn)稱：農(nóng)行保付）。交易雙方用戶在達(dá)成訂單意向后，通過(guò)農(nóng)行保付服務(wù)完成在線支付，付款后資金將進(jìn)入賣方在農(nóng)業(yè)銀行的監(jiān)管賬戶，待買方確認(rèn)收貨無(wú)誤后，平臺(tái)將向銀行發(fā)送解付指令，銀行將監(jiān)管資金解付到賣方企業(yè)賬戶有效解決了平 臺(tái)企業(yè)間在線交易面臨的風(fēng)險(xiǎn)。 

2.3.10　基于標(biāo)識(shí)解析的信息記錄和追溯 

用戶提交防疫物資生產(chǎn)企業(yè)、物資需求和物資供應(yīng)的信息后，后臺(tái)審核通過(guò)的數(shù)據(jù)需要上鏈存證，同時(shí)將上鏈哈希數(shù)據(jù)返回前臺(tái)，供前臺(tái)用戶備用查證。針對(duì)每一個(gè)需求、供應(yīng)、物資企業(yè)的狀態(tài)變更信息，也需要上鏈存證，區(qū)塊鏈可以追溯狀態(tài)變更信息。 

2.4　軟硬件平臺(tái)

（1）邊緣側(cè)軟硬件配置（如表1所示） 

表1 邊緣側(cè)軟硬件配置表

（2）平臺(tái)軟硬件配置（如表2所示） 

表2 平臺(tái)軟硬件配置表 

3　代表性及推廣價(jià)值 

（1）應(yīng)用情況及效果 

本方案在2020年抗擊新冠肺炎疫情、保障醫(yī)療衛(wèi)生用紡織品防疫物資的生產(chǎn)和轉(zhuǎn)產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作 用，解決了口罩生產(chǎn)中關(guān)鍵原材料熔噴布緊缺問題，成功對(duì)接完成685.88噸醫(yī)用口罩生產(chǎn)熔噴布的供給問題，有效保障了浙江、江蘇、山東、湖南等地的口罩生產(chǎn)廠的產(chǎn)能。通過(guò)匯聚東華大學(xué)和行業(yè)專家資源，以線上線 下相結(jié)合的方式，對(duì)防疫物資生產(chǎn)企業(yè)提供產(chǎn)線咨詢、 工藝指導(dǎo)、產(chǎn)能提升等服務(wù)。推出的面向口罩生產(chǎn)的開箱即用的邊緣智能一體機(jī)（內(nèi)嵌安全可控的INDICS工業(yè)操作系統(tǒng)、口罩生產(chǎn)管理MES、設(shè)備巡檢系統(tǒng)等） 成功支持剛投產(chǎn)口罩的南京優(yōu)倍醫(yī)療器材有限公司一周內(nèi)順利轉(zhuǎn)產(chǎn)口罩。生產(chǎn)企業(yè)可以快速依據(jù)內(nèi)嵌在邊緣智能一體機(jī)中的口罩生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)管理系統(tǒng)組織生產(chǎn)，同時(shí)管理者能在云端和手機(jī)端實(shí)時(shí)獲知產(chǎn)線、設(shè)備的實(shí)時(shí)狀況，包括各個(gè)產(chǎn)線、設(shè)備、人員的生產(chǎn)效率， 產(chǎn)能、環(huán)境、能耗等參數(shù)，幫助企業(yè)進(jìn)行設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維監(jiān)控、產(chǎn)能分析、生產(chǎn)質(zhì)量追溯，實(shí)現(xiàn)口罩生產(chǎn)的精細(xì)化運(yùn)營(yíng)管理。 

（2）社會(huì)價(jià)值

云邊協(xié)同的快速柔性轉(zhuǎn)產(chǎn)解決方案，發(fā)揮全連接作用，企業(yè)、行業(yè)協(xié)會(huì)、高校等相互配合，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，形成強(qiáng)大的研究、開發(fā)、生產(chǎn)應(yīng)用一體化的系統(tǒng)并在運(yùn)行中體現(xiàn)出綜合優(yōu)勢(shì)。天智公司發(fā)揮航天云網(wǎng) INDICS平臺(tái)能力，提供具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、具備跨區(qū)域、跨部門、跨產(chǎn)業(yè)能力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)技術(shù)和資源；聯(lián)合行業(yè)協(xié)會(huì)根據(jù)掌握的行業(yè)國(guó)內(nèi)外信息，有針對(duì)性的根據(jù)行業(yè)企業(yè)的需求，發(fā)揮在生產(chǎn)、調(diào)撥中的協(xié)調(diào)職能。 

方案提供方、生態(tài)合作伙伴和地方政府搭建防疫物資供給供應(yīng)鏈通道，一方面提升區(qū)域的應(yīng)急防疫能力，另一方面圍繞企業(yè)柔性轉(zhuǎn)產(chǎn)所需要掌握的政策、 服務(wù)、物資等信息，協(xié)助政府部門全面了解當(dāng)?shù)胤酪呶镔Y企業(yè)復(fù)工復(fù)產(chǎn)的環(huán)境、現(xiàn)狀和困難，快速安全轉(zhuǎn)產(chǎn)。方案可以幫助實(shí)現(xiàn)大規(guī)模企業(yè)快速上云，利用云邊協(xié)同的機(jī)制有效處理上云的通用化和企業(yè)需求的個(gè)性化問題。

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年2月刊