01 使能技術在智慧制造的應用領域
工業(yè)互聯(lián)網平臺架構（2017工業(yè)互聯(lián)網白皮書）
工業(yè)互聯(lián)架構可分為四層層：感知層、網絡層、平臺層和應用層。以下我們分別看看使能技術在各個層級中的應用情況。
*感知層的技術
感知層是物聯(lián)網的核心，是信息采集的關鍵部分。感知層位于物聯(lián)網三層結構中的最底層，其功能為“感知”，即通過傳感網絡獲取環(huán)境信息。感知層的作用就像人的視覺、觸覺、味覺、聽覺一樣，它是物聯(lián)網獲取識別物體、采集信息的來源，主要功能是識別物體、采集信息。
感知層是物聯(lián)網的核心，是信息采集的關鍵部分。感知層所需要的關鍵技術包括檢測技術、短距離無線通信技術等。
感知層解決的是人類世界和物理世界的數(shù)據(jù)獲取問題。它首先通過傳感器、數(shù)碼相機等設備，采集外部物理世界的數(shù)據(jù)，然后通過二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、M2M終端、傳感器、傳感器網關、工業(yè)現(xiàn)場總線、藍牙、紅外等短距離傳輸技術傳遞數(shù)據(jù)。
感知層具有兩項基本功能，一是數(shù)據(jù)集成，一是邊緣計算處理能力。
?設備接入：基于工業(yè)以太網、工業(yè)總線等工業(yè)通信協(xié)議，以太網、光纖等通用協(xié)議，3G/4G/5G、NB-IOT 等無線協(xié)議將工業(yè)現(xiàn)場設備接入到平臺邊緣層。
?協(xié)議轉換：一方面運用協(xié)議解析、中間件等技術兼容 ModBus、OPC、CAN、Profibus 等各類工業(yè)通信協(xié)議和軟件通信接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉換和統(tǒng)一。另一方面利用 HTTP、MQTT 等方式從邊緣側將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程接入。
?邊緣數(shù)據(jù)處理：基于高性能計算芯片、實時操作系統(tǒng)、邊緣分析算法等技術支撐，在靠近設備或數(shù)據(jù)源頭的網絡邊緣側進行數(shù)據(jù)預處理、存儲以及智能分析應用，提升操作響應靈敏度、消除網絡堵塞，并與云端分析形成協(xié)同。
簡單一句話就是，感知層對海量設備進行連接和管理，并利用協(xié)議轉換實現(xiàn)海量工業(yè)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和互操作;同時，通過運用邊緣計算技術，實現(xiàn)錯誤數(shù)據(jù)剔除、數(shù)據(jù)緩存等預處理以及邊緣實時分析，降低網絡傳輸負載和云端計算壓力。
涉及的技術領域：物聯(lián)網、工業(yè)物聯(lián)網、人工智能（算法）、傳感、通訊等技術。
*網絡層的技術
網絡層是物聯(lián)網的紐帶，是連接物理實體工廠和虛擬數(shù)字工廠的橋梁。網絡層由互聯(lián)網、私有網絡、無線和有線通信網、網絡管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成，主要負責傳遞和處理感知層獲取的信息?；谔摂M化、分布式存儲、并行計算、負載調度等技術，實現(xiàn)網絡、計算、存儲等計算機資源的池化管理，根據(jù)需求進行彈性分配，并確保資源使用的安全與隔離，為用戶提供完善的云基礎設施服務。
涉及的技術領域：物聯(lián)網、互聯(lián)網、通訊技術、通信技術、大數(shù)據(jù)、云計算等技術。
*平臺層的技術
平臺層是在通用PaaS架構上進行二次開發(fā)，疊加大數(shù)據(jù)處理、工業(yè)數(shù)據(jù)分析、工業(yè)微服務等創(chuàng)新功能，實現(xiàn)工業(yè)PaaS層的構建，為工業(yè)用戶提供海量工業(yè)數(shù)據(jù)的管理和分析服務，并能夠積累沉淀不同行業(yè)與不同領域內技術、知識、經驗等資源，實現(xiàn)封裝、固化和復用，在開放的開發(fā)環(huán)境中以工業(yè)微服務的形式提供給開發(fā)者，用于快速構建定制化工業(yè)APP，打造完整、開放的工業(yè)操作系統(tǒng)。
一是提供工業(yè)數(shù)據(jù)管理能力，將數(shù)據(jù)科學與工業(yè)機理結合， 幫助制造企業(yè)構建工業(yè)數(shù)據(jù)分析能力，實現(xiàn)數(shù)據(jù)價值挖掘；
二是把技術、知識、經驗等資源固化為可移植、可復用的工業(yè)微服務件庫，供開發(fā)者調用；
三是構建應用開發(fā)環(huán)境， 借助微服務組件和工業(yè)應用開發(fā)工具， 幫助用戶快速構建定制化的智慧化方案。
涉及的技術領域：大數(shù)據(jù)、云計算、工業(yè)軟件、人工智能、仿真技術、通訊技術等技術。
*應用層的技術
應用層是通過自主研發(fā)或者是引入第三方開發(fā)者的方式，平臺以云化軟件或工業(yè)APP形式為用戶提供設計、生產、管理、服務等一系列創(chuàng)新性應用服務，實現(xiàn)價值的挖掘和提升。
應用層的技術涉及的技術種類繁多，根據(jù)客戶不同的需求，應用層的軟件所包含的內容并不相同。也可以這么說，應用層的技術隨著科學技術的發(fā)展，不斷地推動應用領域獲新的應用不斷推陳出新，或對原有的應用升級。
涉及的主要技術領域：計算機軟件、大數(shù)據(jù)、云計算、互聯(lián)網、物聯(lián)網、工業(yè)軟件、人工智能、仿真技術、VR/AR/MR、通訊技術等技術。
02 使能技術下制造業(yè)十大應用場景
智能制造的關鍵技術當中，智能產品與智能服務可以幫助企業(yè)帶來商業(yè)模式的創(chuàng)新;智能裝備、智能產線、智能車間到智能工廠，可以幫助企業(yè)實現(xiàn)生產模式的創(chuàng)新;智能研發(fā)、智能管理、智能物流與供應鏈則可以幫助企業(yè)實現(xiàn)運營模式的創(chuàng)新;而智能決策則可以幫助企業(yè)實現(xiàn)科學決策。
?場景一：智能產品
智能產品(Smart Product)：通常包括機械、電氣和嵌入式軟件，具有記憶、感知、計算和傳輸功能。
典型的智能產品包括智能手機、智能可穿戴設備、無人機、智能汽車、智能家電、智能售貨機、智能裝備以及眾多智能硬件產品等。
?場景二：智能服務
智能服務(Smart Service)：基于工業(yè)物聯(lián)網，可以感知產品的狀態(tài)，從而進行預防性維修維護，及時幫助客戶更換備品備件，甚至可以通過了解產品運行的狀態(tài)，幫助客戶帶來商業(yè)機會。還可以采集產品運營的大數(shù)據(jù)，輔助企業(yè)進行市場營銷的決策。此外，企業(yè)通過開發(fā)面向客戶服務的APP，也是一種智能服務的手段，可以針對企業(yè)購買的產品提供有針對性的服務，從而鎖定用戶，開展服務營銷。
?場景三：智能裝備
智能裝備(Smart Equipment)：經歷了機械裝備到數(shù)控裝備的發(fā)展，目前正在逐步發(fā)展為智能裝備，智能裝備包括智能數(shù)控裝備、智能機器人等。智能裝備具有檢測功能，可以實現(xiàn)在機檢測，從而補償加工誤差，提高加工精度，還可以對熱變形進行補償。以往一些精密裝備對環(huán)境的要求很高，現(xiàn)在由于有了閉環(huán)的檢測與補償，可以降低對環(huán)境的要求。
?場景四：智能產線
智能產線(Smart Production line)：很多行業(yè)的企業(yè)高度依賴自動化生產線，比如鋼鐵、化工、制藥、食品飲料、煙草、芯片制造、電子組裝、汽車整車和零部件制造等，實現(xiàn)自動化的加工、裝配和檢測，一些機械標準件生產也應用了自動化生產線，比如軸承。但是，裝備制造企業(yè)目前還是以離散制造為主。很多企業(yè)的技術改造重點，就是建立自動化生產線、裝配線和檢測線。自動化生產線可以分為剛性自動化生產線和柔性自動化生產線，柔性自動化生產線一般建立了緩沖。為了提高生產效率，工業(yè)機器人、吊掛系統(tǒng)在自動化生產線上應用越來越廣泛。
?場景五：智能車間
智能車間(Smart workshop)：一個車間通常有多條生產線，這些生產線要么生產相似零件或產品，要么有上下游的裝配關系。要實現(xiàn)車間的智能化，需要對生產狀況、設備狀態(tài)、能源消耗、生產質量、物料消耗等信息進行實時采集和分析，進行高效排產和合理排班，顯著提高設備利用率(OEE)。因此，無論什么制造行業(yè)，制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)成為企業(yè)的必然選擇。
?場景六：智能工廠
智能工廠(Smart Factory)：一個工廠通常由多個車間組成，大型企業(yè)有多個工廠。作為智能工廠，不僅生產過程應實現(xiàn)自動化、透明化、可視化、精益化，同時，產品檢測、質量檢驗和分析、生產物流也應當與生產過程實現(xiàn)閉環(huán)集成。一個工廠的多個車間之間要實現(xiàn)信息共享、準時配送、協(xié)同作業(yè)。一些離散制造企業(yè)也建立了類似流程制造企業(yè)那樣的生產指揮中心，對整個工廠進行指揮和調度，及時發(fā)現(xiàn)和解決突發(fā)問題，這也是智能工廠的重要標志。
智能工廠依賴的信息系統(tǒng)支撐，主要包括PLM、ERP、CRM、SCM和MES五大核心系統(tǒng)。大型企業(yè)的智能工廠需要應用ERP系統(tǒng)制定多個車間的生產計劃并由MES系統(tǒng)根據(jù)各個車間的生產計劃進行詳細排產，MES排產的粒度是按天、小時，甚至分鐘。
?場景七：智能研發(fā)
智能研發(fā)(Smart R&D)：離散制造企業(yè)在產品研發(fā)方面，已經應用了計算機輔助設計、計算機輔助工程、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助制造等工具軟件和產品生命周期管理、產品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。企業(yè)要開發(fā)智能產品，需要機電軟件多學科的協(xié)同配合;要縮短產品研發(fā)周期，需要深入應用仿真技術，建立虛擬數(shù)字化樣機，實現(xiàn)多學科仿真，通過仿真減少實物試驗;需要貫徹標準化、系列化、模塊化的思想，以支持大批量客戶定制或產品個性化定制;需要將仿真技術與試驗管理結合起來，以提高仿真結果的置信度。流程制造企業(yè)已開始應用PLM系統(tǒng)實現(xiàn)工藝管理、配方管理以及實驗室信息管理。
?場景八：智能管理
智能管理(Smart Management)：制造企業(yè)核心的運營管理系統(tǒng)還包括人力資產管理系統(tǒng)(HCM)、客戶關系管理系統(tǒng)(CRM)、企業(yè)資產管理系統(tǒng)(EAM)、能源管理系統(tǒng)(EMS)、供應商關系管理系統(tǒng)(SRM)、企業(yè)門戶(EP)、業(yè)務流程管理系統(tǒng)(BPM)等，國內企業(yè)也把辦公自動化(OA)作為一個核心信息系統(tǒng)。為了統(tǒng)一管理企業(yè)的核心主數(shù)據(jù)，近年來主數(shù)據(jù)管理(MDM)也在大型企業(yè)開始部署應用。實現(xiàn)智能管理和智能決策，最重要的條件是基礎數(shù)據(jù)準確和主要信息系統(tǒng)無縫集成。
?場景九：智能供應鏈與物流
智能物流與供應鏈(Smart logistics and SCM)：制造企業(yè)內部的采購、生產、銷售流程都伴隨著物料的流動，因此，越來越多的制造企業(yè)在重視生產自動化的同時，也越來越重視物流自動化，自動化立體倉庫、無人引導小車(AGV)、智能吊掛系統(tǒng)得到了廣泛的應用;而在制造企業(yè)和物流企業(yè)的物流中心，智能分揀系統(tǒng)、堆垛機器人、自動輥道系統(tǒng)的應用日趨普及。倉儲管理系統(tǒng)和運輸管理系統(tǒng)也受到制造企業(yè)和物流企業(yè)的普遍關注。
?場景十：智能決策
智能決策(Smart Decision Making)：企業(yè)在運營過程中，產生了大量的數(shù)據(jù)。一方面是來自各個業(yè)務部門和業(yè)務系統(tǒng)產生的核心業(yè)務數(shù)據(jù)，比如與合同、回款、費用、庫存、現(xiàn)金、產品、客戶、投資、設備、產量、交貨期等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般是結構化的數(shù)據(jù)，可以進行多維度的分析和預測，這就是業(yè)務智能(Business-Intelligence，BI)技術的范疇，也被稱為管理駕駛艙或決策支持系統(tǒng)。
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