制造型企業上云應用實踐
發布時間：2021-12-22 10:23:34
企業上云是近幾年制造業企業追捧的熱詞，許多企業通過上云極大的提升了企業的運營效率。從 IT 技術的角度來說，企業通過上云能夠降低基礎設施的運營成本、提高 IT 資源利用率，還可以通過共享云平臺的服務器、共享的存儲系統、網絡組成做到 IT 資源按需分配。正是 IT 技術的發展使眾多企業找到轉型升級的新路徑，隨著 IT 技術在企業的深度應用，上云成為企業發展工業互聯網云平臺的必然選擇，工業互聯網云平臺作為新一代信息技術與工業系統深度融合的產物，日益成為實現生產制造領域全要素、全產業鏈、全價值鏈連接的關鍵支撐和工業經濟數字化、網絡化、智能化的重要基礎設施。
1 企業上云的價值及驅動因素
企業上云是近幾年制造業企業追捧的熱詞，許多企業通過上云極大的提升了企業的運營效率。從 IT 技術的角度來說，企業通過上云能夠降低基礎設施的運營成本、提高 IT 資源利用率，還可以通過共享云平臺的服務器、共享的存儲系統、網絡組成做到 IT 資源按需分配。正是 IT 技術的發展使眾多企業找到轉型升級的新路徑，隨著 IT 技術在企業的深度應用，上云成為企業發展工業互聯網云平臺的必然選擇，工業互聯網云平臺作為新一代信息技術與工業系統深度融合的產物，日益成為實現生產制造領域全要素、全產業鏈、全價值鏈連接的關鍵支撐和工業經濟數字化、網絡化、智能化的重要基礎設施。
企業上云也是國家的政策導向之一，早在 2012年 9 月，科技部就發布的《中國云科技發展十四五專項規劃》。2015 年 1 月，國務院發布《關于促進云計算創新發展培育信息產業新業態的意見》。2017 年 4月，工信部發布《云計算發展三年行動計劃（2017-2019 年）》。2018 年 8 月，工信部出臺的《推動企業上云實施指南（2018-2020 年）》明確了 2020 年全國新增上云企業 100 萬家的目標。
2 制造業企業上云應用場景及典型案例解析
根據 2018 年 8 月 10 日工信部印發的《推動企業上云實施指南（2018-2020 年）》，企業上云應用場景有三種 ：基礎設施類云服務、平臺系統類服務、業務應用類服務。
2.1 基礎設施類云服務
通過設備接入、數據通信渠道建設、工業互聯網云平臺建設及用戶端開發，把終端工業設備接入互聯網平臺。數據進入平臺后，使用云平臺的塊存儲、對象存儲等云存儲服務，提高數據存儲的經濟性、安全性和可靠性。在云端數據處理上，使用平臺上計算資源集中管理、動態分配、彈性擴展和運維減負的各種彈性計算服務，實現數據的高效分析處理。在網絡資源服務上，使用云平臺的虛擬專有云、虛擬專有網絡、負載均衡等技術，確保網絡資源的高度可用和易用性。
另外，云平臺使用的云端主機、安全防護、網絡攻擊防護、應用防火墻等安全服務具有傳統 IT 服務難以比擬的優勢。
中鐵沈陽局集團隨著轄區內鐵路運營里程不斷增加對 , 鐵路運輸及各個沿線設備的檢測維護等后續工作提出了嚴峻的挑戰，沈陽局集團將供電設備桿號信息、作業車合理調度、物資系統管理等基礎運營信息遷移到阿里云平臺，利用其數據存儲能力存儲每年產生龐的大數據量 , 依靠云端強大的計算能力來運算存儲這些寶貴的數據資源，結合優秀的前沿技術深化改革管理模式將企業從傳統的低效率管理思維中解放出來。
2.2 平臺系統類服務
高效存儲、彈性計算和易于擴展使云平臺為用戶提供平臺系統類服務成為可能。平臺系統類服務一般包含數據庫服務、大數據分析、終端應用開發三個方面。其中，在數據庫服務方面，利用云數據庫系統易于跨平臺、跨業務的優勢提升不同系統之間的數據協同管理能力。在大數據分析方面，利用云端平臺的數據規模效應，結合建模技術、人工智能技術的應用，形成人機交互識別、大數據分析及預測等智能服務的能力，進行數據存儲、分析、挖掘和協同應用。
在終端應用開發方面，一是利用云上中間件服務，構建分布式系統架構，終端定制化需求，比如夸平臺、夸物理空間的設備可視化管理。二是通過云上開發平臺進行軟件生命周期管理，快速構建開發、測試、運行環境。徐 工 Xrea工業互聯網平臺遵循 “ 數據 + 模型=服務”模式，構建基于微服務架構的數字模型，把工業技術原理、行業知識、模型工具軟件化、模塊化，封裝成微服務和工業應用。Xrea工業互聯網平臺匯聚了大量工業微服務和工業應用，可以滿足制造業多樣化、個性化場景的需求，助推傳統制造向智能制造轉型升級。
2.3 業務應用類服務
在云平臺還能幫助企業搭建云端 APP，為用戶提供業務應用類服務，提升具體的業務應用效率。制造型企業按照流程一般分為采購、技術研發、制造、倉儲、銷售等業務模塊，再圍繞這些職能配置供應鏈管理、人力資源管理、運營管理等管理資源，企業的信息化需求圍繞這些管理和業務模塊展開。受限于傳統 IT 系統功能單一且各自部署，導致 IT 供應商眾多、IT 架構不同、數據標準不一，最終運行低效且難以應對不斷增加的業務流程調整，不利于企業做大做強的信息化需求。企業上云主要圍繞提升業務模塊的運行效率、數據共享以及業務互聯互通為目的。
海爾智能互聯工廠的做法是 “ 三聯 ” 和 “ 三化 ”。其中，“ 三聯 ” 與高精度對應，“ 三化 ” 與高效率對應。
“ 三聯 ” 的核心是和用戶互聯。第一個 “ 聯 ” 指的是用戶所有的需求和工廠所有的設備以及所有環節的人互聯 ；第二個 “ 聯 ” 是用戶和 ‘ 網器 ’ 相連，用戶的需求可通過 “ 網器 ” 和所有的工廠要素相連 ；第三個 “ 聯 ”是用戶和全環節的互聯。“ 三化 ”，即柔性化、智能化、數字化。智能化是 “ 三化 ” 的核心，智能化體現在產品要具備自感知、自判斷、自學習的功能。智能化互聯工廠的任何兩套設備之間都可以實時交互，實現物料找人、物料找設備的智能化生產。
3 企業上云過程
3.1 選擇云服務商的原則
我國的制造型企業種類繁多，IT 的應用場景復雜且需求各式各樣，現有 IT 業務零碎、分散，對于每個企業來說，業務特點不同伴隨著上云的種類和需求不一，有交互系統上云，有洞察系統上云，有開發測試系統上云，不同的企業上云需求和路徑不同，選擇云服務商時，除過常規的評估指標以外，還需要注意以下兩點 ：
（1）云服務選擇一定要有特定垂直行業市場，例如 ：金融行業、消費品、游戲行業與制造業的云服務應用環境必然有本質區別，細分到制造業中，流程制造和離散制造也有很大不同。
（2）云服務商的平臺擴展能力以及二次開發能力，云平臺具有鏈接外部資源的能力，對于制造型企業來說，業務流程的發展及認知每天都在進步，對于云平臺的需求沒有終點。
3.2 企業上云過程
制造型企業可在云平臺服務商或第三方機構等外部機構的支持下，按照應用場景梳理現有業務流程，確定數據節點，策劃上云業務流程，并根據上云方案進行構建環境，進行上云演練，經過測試和驗證，不斷優化完善上云方案，通常有 3 步。
（1）業務流程梳理，包括上云場景梳理，業務過程梳理，包含與業務流程相關的人、機、料、法、測等過程輸入要素及輸出要素的梳理，這些要素的數字化是上云的第一步。
（2）平臺端開發，主要包括上云鏈路通道搭建、接口開發，在云平臺端開發數據存儲模型，數據分析處理模型，構建模擬環境，進行功能測試、性能測試、備份測試、容災測試等。
（3）應用端開發，即為所謂的 “ 前端開發 ”，對于一個制造過程，一個過程的終點往往是另一個過程的起點，具體的前端對象包括人、機、料、法、環、測等制造過程的實際業務場景需求。
4 企業上云典型案例解析
輪胎行業是具有技術密集型特點的高技術行業，煉膠是輪胎生產的第一道工序，其主要過程是將橡膠（包含天然膠、合成膠）、炭黑、硫化劑、促進劑、防老劑等原料在混煉機中加壓攪拌成為混煉膠。原材料品質、工藝過程參數的變化對混煉膠的合格率影響十分明顯。但受制于傳統的人工記錄、經驗判斷結合手工調節的工藝管控方式，數據收集及處理的及時性和有效性比較差，工廠已經無法將混煉膠的合格率進一步提升。企業通過數據上云，在云端在建立煉膠 ET工業大腦平臺，利用云平臺高效存儲、彈性計算和易于擴展的功能，形成針對煉膠過程的大數據分析及預測等智能服務，實現煉膠工業的提質降本。
4.1 分析煉膠工藝過程
在煉膠過程中，炭黑、硫化劑、促進劑等各種添加劑按照一定的工藝要求和工藝順序添加到橡膠中，這些添加劑隨膠料一起在密煉機中通過密煉機轉子與轉子間隙、轉子與上、下頂拴、密煉室內壁的間隙時受到剪切而破碎、混合，并最終均勻分散在橡膠中形成混煉膠。在混煉膠的生產過程中，橡膠及各種添加劑的品類、投加順序以及混煉時間、密煉室溫度、上頂栓壓力、排膠溫度等上百種工藝參數都是非常重要的生產因子，任何一個變量的變化都會影響膠料的品質，不合格的膠料往往需要再次返煉或者降級甚至報廢處理。煉膠工序現部署有 PLM 系統（管理膠料配方數據）、MES 系統（管理工藝過程數據）以及 WMS（管理原材料信息）等信息化管理系統，生產全部采用基于自動化控制系統的密煉機以及其他輔機，除過部分原材料的質檢信息手工記錄外，其他過程信息已基本實現在各自模塊的數字化記錄和保存。
4.2 上云方案設計、測試和部署
將分布在研發、采購、原材料質檢、生產過程、混煉膠檢驗等多個節點的關鍵因子數據，通過 ERP、WMS、MES、工控系統、數據報表等各類途徑和方式收集起來建立數據庫，然后設計上云路徑和接口，在云端開發大數據分析模型。主要包含以下四個部分。
（1）自主研發離線中間數據庫及中策大數據平臺接口。
（2）優選合作伙伴，聯合開發云平臺接口，雙方共同完成離線數據鏈路通道建立、離線云數倉統一建模、離線云數倉生產調度、混煉工藝全鏈路數據生命周期梳理等。
（3）離線數據上傳云端后，在云端完成工藝數據關聯、數據特征預處理、關鍵因素挖掘方向設計、算法開發、工藝參數推薦等一系列模塊的開發部署。
（4）將影響門尼波動的幾百項數據指標進行相關性研究，針對門尼合格率影響因子的權重結果進行對比、排序，尋找出不同膠種的最優化配置的制造過程參數。
4.3 BI 可視化功能搭建、BI 報表開發
在云平臺上開發 BI 報表、BI 可視化模塊，將相關的業務需求同步到生產現場，指導現場工藝人員針對性的進行工藝優化，并在此基礎上，進一步實現將門尼的波動方差有效縮窄，實現更高水平的確保混煉膠門尼指標的一致性。
4.4 驗證和總結
本項目在技術上實現煉膠工藝的 “ 工業大腦 ” 分析技術，相較于橡膠傳統行業而言，從原有的人工分析或半自動化分析的制造模式到現在的基于大數據技術下的云上分析，將混煉膠的平均合格率提升了 5%以上，每年可產生經濟效益上千萬元。
項目還為企業的信息化轉型提供了新的發展路徑，企業可利用大數據分析，建立關鍵參數監控模型，對生產過程進行監控和預警 ；通過 BI 可視化界面，對生產數據做多維度統計分析，建立車間和事業部生產大屏看板等 ；將密煉工序門尼指標數據、天然膠入庫檢測多維數據鏈貫通，為原材料的供應鏈也提供參考依據。
5 制造型企業上云展望
全球制造業正迎來新一輪的變革浪潮，云計算、IOT、大數據、人工智能等新技術正在加速與工業領域的融合，受上云的技術發展水平、制造業數字化的成熟度以及當前上云的成本限制，制造業實施企業上云的深度和廣度必然是一個長期發展的過程，以目前的技術來看，上云至少在以下兩個方面為企業帶來實實在在的價值。
5.1 制造型企業上云提升企業運營效率
（1）在多要素參與的工序上部署上云，應用工業大數據技術提升過程質量，多要素參與的制造工藝過程以前是靠老專家的經驗來支持，而工業大數據將這種機理推向更科學的手段，同時，還可應用工藝創新、流程優化、風險預警等方面。
（2）在業務流程復雜、物理空間跨度廣的跨區域較多的過程應用云技術提升 IT 系統穩定性，比如鐵路局、電信公司以及從事重工業裝備制造的企業等。
（3）在并發數據波動較大的業務流程應用云技術來降低 IT 成本，實現快速部署，比如間歇性工作的航空、航天工程、特種鋼生產等等。
5.2 數據上云為流程性企業進行產業技術革命提供了新路徑
流程型生產企業以生產過程中被加工對像不間斷地通過生產設備為主要特征，加工過程往往伴隨著原材料進行規定的化學反應或物理變化 , 具有工藝復雜、制造成本高的特點，流程型企業應用工業互聯網結合大數據技術在單工序提升過程質量的前提下，圍繞企業上云三大應用場景，還可以構建以下流程變革模式。
（1）可將工業大數據與云計算、物聯網、移動互聯網等技術的融合應用使得海量的數據能夠實時地采集、存儲、監控和感知，生產環節之間的聯系和互動更為緊密，提升生產效率。中策橡膠煉膠大數據項目以工業大數據為核心的信息技術在天然膠采購 — 入場檢驗 — 混煉 — 質檢等 4 個步驟實現應用，除提升生產效率和產品質量外，也為膠料的配方設計與計劃排產提供了數據基礎。以本項目的應用為切入點，將膠料的數據信息向前后延伸，策劃從煉膠 — 半制品 — 成 型 — 硫化 — 質檢 — 倉儲物流整個流程的大數據應用，推動企業智慧化制造的轉型升級。
（2）工業互聯網云平臺的應用為人、機、料、法、環、測等生產要素的輸入以及制品輸出的精細化管理提供了更多的可能，結合精益六西格瑪的理論思想，實現對于生產過程的持續優化。
來源：控制網
