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成都阿普奇科技股份有限公司

1 目標和概述

在“自動化+信息化”的產(chǎn)業(yè)升級的大背景下，針對個性化定制類的生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展依然存在很大的制約，面向個性化定制場景的柔性制造一體化方案期望解決的問題包括：

（1）小批量、多訂單混合生產(chǎn)管理柔性化不足。

（2）生產(chǎn)數(shù)據(jù)多、數(shù)據(jù)維護工作量大。

（3）產(chǎn)品非標準程度高、經(jīng)驗依賴性強。

（4）行業(yè)特性顯著，智能化改造缺乏匹配的AI能力支持。針對以上問題和痛點，本方案需要針對該細分場景提供全流程的解決方案，提供前端訂單系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、產(chǎn)品運維、質(zhì)量檢測系統(tǒng)等，達到訂單全流程透明、車間管理數(shù)字化、產(chǎn)品在線追溯的全流程覆蓋，同時針對工業(yè)中的AI需求提供算力和算法平臺支持能力，為個性化定制類企業(yè)提供了一體化的解決方案。

2 方案介紹

2.1 總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體提供一體化的柔性化智能工廠服務(wù)能力。核心流程和功能如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)核心流程和功能

系統(tǒng)采用多層軟件體系結(jié)構(gòu)，提供分布計算環(huán)境及對應(yīng)用的通用服務(wù)；同時采用面向?qū)ο蠹皹?gòu)件技術(shù)在框架上靈活組成應(yīng)用系統(tǒng)。體系架構(gòu)支持線性平滑擴展，可動態(tài)地增加系統(tǒng)組件服務(wù)器來滿足用戶不斷增加的需求，不同系統(tǒng)組件可以部署到不同服務(wù)器上，多臺服務(wù)器同時處理、均衡負載，而系統(tǒng)性能基本與硬件的投入成線性關(guān)系。

該項目采用B/S架構(gòu)，支持服務(wù)、應(yīng)用端、移動端等多個節(jié)點，完全基于瀏覽器操作。系統(tǒng)采用J2EE框架，應(yīng)具備良好的兼容性和跨平臺性，支持當前大多數(shù)操作系統(tǒng)平臺，如：Windows、Unix、Linux等。整體系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

主要包括：

（1）設(shè)備感知層：主要完成數(shù)據(jù)、傳感信號的采集。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：完成異構(gòu)數(shù)據(jù)的接入、冗余數(shù)據(jù)的清洗等邊緣計算。

（3）平臺PaaS層：基礎(chǔ)平臺能力的構(gòu)建，包括設(shè)備、用戶、過程、數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的管理。同時完成計算引擎、數(shù)據(jù)引擎等能力支撐。

（4）應(yīng)用SaaS層：提供業(yè)務(wù)過程定制集成、大數(shù)據(jù)分析呈現(xiàn)、用戶交互等能力。在應(yīng)用上提供產(chǎn)品商城、訂單流轉(zhuǎn)、智能車間、產(chǎn)品運維、視覺引擎等應(yīng)用模塊。

2.2 主要內(nèi)容

系統(tǒng)提供了在線商城、訂單流轉(zhuǎn)、智能車間、算法引擎等核心能力。提供端到端的整體一體化解決方案。實現(xiàn)訂單整體在線流程透明化，同時提供個性化產(chǎn)品的擴展定義能力和行業(yè)擴展能力，主要功能層面包括：

（1）在線商城系統(tǒng)

·為客戶提供包括產(chǎn)品展示、購物車、配置定制、報價計算等功能；

·提供后臺管理配置功能，包括商品定義、上架、銷量數(shù)據(jù)分析等。

（2）訂單管理系統(tǒng)

·提供訂單透明化管理能力，包括下單、審核、進度狀態(tài)（生產(chǎn)排單計劃、生產(chǎn)狀態(tài)、生產(chǎn)入庫、計劃發(fā)貨、發(fā)貨審核、確認發(fā)貨、物流狀態(tài)等）；

·合同管理功能，包括合同制作、自動生成、電子簽章、合同審核等過程。

（3）數(shù)字車間系統(tǒng)

主要功能包括：

·提供生產(chǎn)排產(chǎn)和產(chǎn)線管理（設(shè)備、人員、工位、標準作業(yè)程序（StandardOperatingProcedure，SOP）資料等）；

·過程管理（生產(chǎn)準備、執(zhí)行、老化管理等）；

·生產(chǎn)匯報、大屏看板、質(zhì)量分析；

·產(chǎn)線設(shè)備檢測。

（4）產(chǎn)品運維系統(tǒng)

·針對IT服務(wù)商，提供運營級管理能力，包括租戶管理、用戶管理、消息管理、資源管理等功能；

·針對集成商場景，提供產(chǎn)品管理、模板管理、設(shè)備管理等物聯(lián)功能，同時針對運維業(yè)務(wù)，提供故障定義、報警管理、處理預研、工單管理等；

·針對終端用戶，提供自定義服務(wù)、消息定制、任務(wù)管理、工單派發(fā)等功能；

·同時提供運維大數(shù)據(jù)分析、知識庫、故障預測等功能和能力。

（5）AI算法引擎

主要功能包括：

·算力加速SDK和算法插件接入平臺；

·統(tǒng)一的算法模塊注冊、調(diào)用接口；

·基礎(chǔ)算法和算子實例；

·神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運行基礎(chǔ)環(huán)境和平臺；

·針對細分行業(yè)（金剛石加工工具行業(yè)等）的行業(yè)化算法模塊。

2.3 突破的關(guān)鍵技術(shù)

（1）邊緣大數(shù)據(jù)清洗技術(shù)。工業(yè)現(xiàn)場協(xié)議繁多、數(shù)據(jù)量巨大，需要在邊緣端實現(xiàn)數(shù)據(jù)初步整合和清洗。

目前大多數(shù)工業(yè)物聯(lián)平臺針對不同行業(yè)都需要定制開發(fā)，本項目采用了“模型化”設(shè)計理念，將不同行業(yè)的產(chǎn)品抽象成由屬性、服務(wù)、事件所組成的數(shù)據(jù)模型，使得本系統(tǒng)可以適配于不同行業(yè)。

（2）高性能計算技術(shù)。在實際應(yīng)用的數(shù)據(jù)中，除了結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也存在大量視頻、音頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，需要提供對于數(shù)據(jù)的分析、識別、訓練、推理等服務(wù)能力，高性能計算技術(shù)成為項目可實施性的關(guān)鍵。對于算力的構(gòu)建，在微觀算力優(yōu)化上支持指令集優(yōu)化、CPU/GPU等并行計算技術(shù)；在宏觀技術(shù)架構(gòu)上，支持單機、邊緣側(cè)、外部云等算力架構(gòu)。采用分布式計算方式，把一部分計算任務(wù)，遷移到CPU之外的部件進行計算，把解碼任務(wù)整體遷移到核芯顯卡中進行，核芯和CPU共享內(nèi)存能夠帶來更小的系統(tǒng)開銷，從而提升整體性能。同時也降低了成本和整體能耗。

（3）操作系統(tǒng)層之下的遠程運維技術(shù)。在智能制造領(lǐng)域中，計算機節(jié)點是現(xiàn)場系統(tǒng)的信息中樞，在出現(xiàn)操作系統(tǒng)損壞等情況下，提供修復和控制能力的意義重大。市面上主流運維系統(tǒng)都是基于操作系統(tǒng)進行開發(fā)的，運行在操作系統(tǒng)之上，本系統(tǒng)采用了硬件級的技術(shù)手段，在脫離操作系統(tǒng)的情況下，用戶可以對設(shè)備進行硬件級的維護。

（4）邊緣AI計算能力。提供AI計算框架和引擎。支持算法的插件式集成。支持卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學習算法模型的無縫導入。并為工業(yè)質(zhì)量檢測中切割盤等典型加工行業(yè)場景提供了定制化的算法模塊，實現(xiàn)了AI算法的行業(yè)精確適配。

（5）工業(yè)異構(gòu)數(shù)據(jù)支持。阿普奇網(wǎng)關(guān)套件定位于解決工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中協(xié)議、規(guī)約復雜多樣，數(shù)據(jù)通訊接口不暢及設(shè)備上云的問題，采用高性能嵌入式硬件平臺，內(nèi)嵌工業(yè)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，具有多種通信規(guī)約庫，可以實現(xiàn)對不同工業(yè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、預處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換和復用轉(zhuǎn)發(fā)。

3 代表性及推廣價值

本項目提供如下服務(wù)：

（1）項目設(shè)計和建設(shè)，為客戶提供整體智能工廠系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)、實施等。

（2）平臺運營服務(wù)，為客戶提供數(shù)據(jù)分析、產(chǎn)品運維等服務(wù)。為客戶提供長期持續(xù)服務(wù)。

當前已經(jīng)應(yīng)用的實踐案例：

3.1 工業(yè)邊緣計算設(shè)備制造商

3.1.1 解決的問題

工業(yè)邊緣計算設(shè)備，包括了常規(guī)的工業(yè)計算機和AI邊緣算力設(shè)備等，該行業(yè)個性化、小批量、定制多，導致訂單管理復雜、生產(chǎn)過程復雜、質(zhì)量管控難度高等。

3.1.2 應(yīng)用情況

典型的場景包括：

（1）采用該柔性化智能工廠系統(tǒng)解決了該行業(yè)商品訂購信息精確匹配的問題。

（2）訂單過程透明化。

（3）完成了工序的結(jié)構(gòu)化定義和生產(chǎn)防呆管理，

圖3為SOP呈現(xiàn)工位面板運行界面。

圖3 SOP呈現(xiàn)工位面板運行界面

（3）解決了生產(chǎn)信息實時呈現(xiàn)問題，圖4為生產(chǎn)實時大屏。

圖4生產(chǎn)實時大屏顯示

（5）提供了產(chǎn)品出廠后的遠程運維能力。

3.1.3 成效總結(jié)

（1）完成了整體訂單透明化管理，實現(xiàn)了訂單狀態(tài)的實時反饋和管控能力。

（2）提升了業(yè)務(wù)處理的在線處理效率，通過在線合同管理、審批、簽章，極大提升了處理的響應(yīng)速度。

（3）提升了生產(chǎn)過程智能化程度，通過設(shè)備監(jiān)測、SOP結(jié)構(gòu)化、質(zhì)量管控等一系列功能，提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量水平。

（4）提供了完整的產(chǎn)品監(jiān)測、運維、追溯能力。減少了現(xiàn)場維護成本，提升了服務(wù)的及時性，同時增加了客戶粘度。

3.2 切割片行業(yè)質(zhì)量檢測

3.2.1 解決的問題

金剛石加工工具行業(yè)是一個非常傳統(tǒng)的行業(yè)，這個行業(yè)最為重要的特點就是工藝流程長，包括了制坯、沖孔、印刷等九個流程，在各個環(huán)節(jié)，對于檢測的缺陷類型和應(yīng)用條件都差異很大。該行業(yè)具有工藝流程長、檢測需求多、精度高等特點，此外還存在切割盤金屬拉絲背景的干擾，用標準算法不能完全滿足部分工序下的檢測需求，比如印刷環(huán)節(jié)的印刷檢測、燒結(jié)環(huán)節(jié)的裂紋檢測，因此提供了整套定制算法以及完整的技術(shù)解決方案。

3.2.2 應(yīng)用情況

基于本項目平臺，除了物聯(lián)平臺功能、數(shù)字車間功能外，重點在現(xiàn)有AI算法引擎的基礎(chǔ)上進行配置擴展，提供了以下產(chǎn)品質(zhì)量視覺檢測能力：

核心功能包括：

（1）工程管理

·工程增刪查改，系統(tǒng)化集中管理；

·支持工程復制，相似型號產(chǎn)品只需微調(diào)算法參數(shù)即可適用；

·支持工程數(shù)據(jù)完整備份與遷移；

·同一設(shè)備支持多機位同時運行工程，性能最大化；

·工程運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，支持設(shè)置合格率警報線來進行報警，并自動停止工程運行。

（2）工程配置

·引導式算法配置流程，無需編程，經(jīng)過簡單培訓即可獨自進行工程配置應(yīng)用；

·相機、算法插件化管理，支持標準GigEVision、USB3.0Vision系列工業(yè)相機；

·圖像采集，支持軟件、硬件、外部信號多種觸發(fā)方式；

·智能算法庫，滿足識別、定位、測量、檢測等多樣化視覺需求；

·算法參數(shù)實時修改驗證，無需來回切換；

·支持工業(yè)以太網(wǎng)、RS232、RS485、I/O接口等標準外部設(shè)備連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)外傳。

（3）運行監(jiān)控

·工程檢測結(jié)果實時查看；

·多機位同時運行，同時查看結(jié)果數(shù)據(jù)；

·歷史NG（不通過）結(jié)果圖片查看。

（4）統(tǒng)計分析

·工程檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總查看，為工業(yè)生產(chǎn)維護提供數(shù)據(jù)支持；

·支持合格率、NG率、實時檢測結(jié)果多維度圖表數(shù)據(jù)統(tǒng)計；

·支持工程歷史結(jié)果追蹤；

·支持工程總體檢測結(jié)果及各算法單獨的結(jié)果統(tǒng)計。

3.2.3 成效總結(jié)

（1）該方案的實施，整體提升了該行業(yè)的數(shù)字化水平；

（2）用智能化手段解決了切割盤行業(yè)的質(zhì)量視覺檢測的問題，解放了人力，整體提升了產(chǎn)品品質(zhì)。

摘自《自動化博覽》2022年2月刊