2021-03-10

康凯:工业互联网支撑下的“质效双升”的制造模式丨工业互联网“咖”解

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工业互联网“咖”解丨康凯:工业互联网支撑下的“质效双升”的制造模式


作者:

康凯

海信集团研发与供应链部副总经理兼安全环保部副总经理、工业互联网产业联盟理事

张倩

海信集团流程IT与数据管理部需求管理顾问


引言

工业互联网可以说是一个新兴事物,这个概念直到2012年才由通用电气提出,并推出了Predix;但工业互联网本质上是一种在新技术支持下的生产关系变革,它诞生发展的基础并不是新兴事物,而是已经在全球形成成熟产业链条的工业体系。工业互联网不是空中楼阁,而是必须建立在完善发达的工业基础上,并且最终是要服务于企业的生产力发展。

海信集团始终将制造作为支撑企业发展的核心竞争力,以效益为导向,在“技术创新”与“NPS管理”的双擎驱动下,通过与互联网、云计算、大数据的深度融合,实现涵盖设计、制造、供应链、服务全流程协同网络,体系驱动、综合施策、内涵发展,打造“质效双升”的制造模式。


海信工业互联网建设实践

海信工业互联网平台1.0从2016年开始建设,是以工业互联网的业务产出为驱动、为制造业企业实现数字化、网络化和智能化的工业企业架构,基于工业互联网的应用场景,以制造型企业战略转型或过程生产结果为驱动,融合工业互联网技术架构、数据架构和安全架构为决策者提供可执行的解决方案。包括基础设施、基础云平台、工业PaaS、数字孪生与工业APP管理、工业APP、工业云运营平台、接入控制层和工业云安全体系八个部分,分别提供云基础设施服务、虚拟化/容器等基础云服务、工业云PaaS平台服务、工业APP管理服务、工业APP服务、工业物联网接入服务、工业云运营服务和工业云安全服务。

2019年依托工信部工业互联网创新发展工程的资助启动平台2.0的升级建设。工业互联网平台2.0主要结合工业大数据存储分析、边缘计算分析、工业数据智能和工控系统等先进技术,面向研发设计、生产工艺质量、智能制造、设备运行、运营管理等业务方向和场景,打造可复制和可推广的工业数据、机理模型和智能算法资源池,形成有效支撑行业发展的工业智能APP和应用解决方案,推动海信集团“质效双升”的制造模式的创新应用和推广。

在建设过程中,从以下几个方面保证技术的落地效果:

1)在边缘层重视智能化网络技术,通过协同感知提升传感精度和效率,通过软件定义网络按需分配带宽和拓扑,通过云端一体方式分配计算能力和资源,从而能够在现有技术条件下最大化接入效率;

2)在IaaS层注意成熟技术和先进理念的融合,通过精心组织资源提高资源利用率、易用性并保证多层认知安全体制;

3)在基础PaaS层依赖开放的PaaS层技术,如容器、Kubernetes、DevOps工具链等,技术路线符合业界PaaS层技术发展的主流和趋势。在此基础之上,以工业互联网业务场景为目标,构建工业云PaaS服务。工业服务以Http/Https协议为主,遵照云服务开发与设计的一般性原则,技术路线可行且风险可控。集成侧,以开放的Oauth2.0协议作为云服务集成的标准,支持服务之间的身份认证,提升服务之间的访问控制能力。上述技术都是业界开放的技术标准或事实规范,技术上具备完全的可行性,技术和项目风险可控;

4)在工业PaaS层引入了工业大数据和工业AI能力两大能力服务中心,构建工业大数据资源池、工业机理模型资源池和工业智能算法资源池,为工业智能化应用场景提供完善的基础;

5)在SaaS层,结合现有成熟核心应用进行基于微服务的重构,同时引入代码自动生成技术降低开发难度,从而保证应用开发的可行性。

工业互联网平台的总体框架包括工控层、边缘层、IaaS层、基础PaaS、工业PaaS层和SaaS层,如下图所示。

工业互联网“咖”解丨康凯:工业互联网支撑下的“质效双升”的制造模式


按照服务定位不同,工业互联网平台包括三类、十种核心服务,分别提供工业互联网平台运行基础支撑、领域核心和工业应用集成三大场景下的核心服务,如下图所示。

工业互联网“咖”解丨康凯:工业互联网支撑下的“质效双升”的制造模式


工业互联网平台的核心能力中心建设主要集中在以下几个子平台:工业物联网平台、工业AI平台和信数平台。

工业物联网平台利用工业以太网、工业现场总线、工业无线网络等先进通讯技术,支持23种以上的工业通讯协议,实现工业资源数据的互联互通,拓展了机器与机器、机器与人、机器与环境之间连接的深度和广度,形成便捷、高效的工业物联网信息通道。对采集到的数据进行数据解析、格式转换、元数据提取、初步清洗等预处理工作。

工业互联网“咖”解丨康凯:工业互联网支撑下的“质效双升”的制造模式


工业物联网平台融合网络、计算、存储、应用等核心能力,提供边缘智能服务,满足工业数字化在敏捷连接、实施业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求,更有效地利用计算资源。同时,通过工业控制系统(如分布式控制系统、可编程逻辑控制器等),对智能设备进行实时、精准、安全、可靠的控制。

1、先进行与开放性:海信集团物联网平台基于微服务架构,支持消息队列的方式实时分发工业数据到不同的平台和服务。开放的平台微服务组件提供对上层应用的有效支撑,容器化的管理管理方式,支持各类工业APP的接入和部署。

2、服务与效率特性:平台支持JAVA等开发语言,提供开放的应用开发框架和开发工具,帮助开发者快速的开发应用,平台提供丰富的数据建模,满足不同场景、不同行业的开发需求。

3、并联与共享特性:物联网平台兼容多种工业通讯协议,支持上百种主流的工业协议,支持定制私有协议驱动。平台具有丰富的可复用成熟组件,丰富的API接口与培训文档,可供在平台进行二次开发。

4、稳定与安全特性:嵌入式硬件服务器JACE作为部署在设备侧的边缘计算模块,具备高吞吐并发能力、断点续传和掉电保持能力,满足海量工业数据的高并发处理需求。平台对数据、通信、权限、用户等方面具有多重的安全策略保障,满足工控网的安全探测并提供工控防护措施,具备一定的容错机制。所有的上层软件应用,全部运行在K8S的容器框架内,架构安全可靠。每个应用的访问都支持SSL加密连接。应用数据可通过网络文件系统或分布式文件系统保存在服务端。通过权限管理机制来实现数据隔离。

5、创新与引领特性:物联网平台与海信现有平台及未来要求匹配,提供面向多种工业场景的机理模型,并提供两类工业APP:设备全生命周期管理系统、设备数据实时分析系统。

信智AI平台是领先的机器学习平台,支持当下最流行的机器学习及深度学习框架,提供了数据标注、数据分析探索、模型建模训练、统一模型库管理、模型推理等功能;平台架构灵活开放,支持R、Python、PySpark多种语言,基础资源可灵活调度;三位一体的建模方式,支持业务人员、算法工程师、数据科学家不同人员使用;支持场景建模闭环自学习,可持续迭代优化。

工业互联网“咖”解丨康凯:工业互联网支撑下的“质效双升”的制造模式


信数平台是海信集团工业大数据平台的数据分析产品平台,针对集团内存在大量数据孤岛、数据断点;数据标准不统一、指标繁杂、数据整合度弱;各系统数据平台多、对业务场景支撑少、数字化氛围较缺失的痛点,按照统一存储、统一标准、统一管理、垂直整个、横向共享的方向,搭建了集团级大数据平台,对数据平台统一调度、统一管理。利用平台能力,服务于供应链、研发、营销、消费者等大数据采集、存储、调度、计算,深入研究数据应用,打造五类大数据应用场景,形成数据产品,建立大数据展示与分发平台,实现数据全链路敏捷分析与精准推送。

工业互联网“咖”解丨康凯:工业互联网支撑下的“质效双升”的制造模式



海信工业互联网应用

2015年海信集团首批通过工信部“两化融合”体系评定以及国家首批智能制造综合标准化类专项试点示范企业;2016年通过国家及山东省智能制造试点示范企业;2016年入选《中国“互联网+”行动百佳实践》案例;2017年海信电器成为首批国家绿色制造体系绿色工厂示范;2018年海信通信入选国家绿色制造体系绿色工厂示范。2019年海信集团《面向“高质量好产品”工业数据智能的工业互联网平台测试床项目》中标工信部“2019工业互联网创新发展工程”。

在海信集团平度家电产业园,新的工业互联网平台投入使用后,将使整个产业链向智能化转型。不仅满足企业自身的应用需求,同时响应国家的战略,赋能上下游企业,引领行业的发展。在建设过程中,数据的采集、设备的物联、工业机理模型的搭建,至关重要。对于一个互联网平台来说,设备数据的采集是首要任务。园区内平台涉及的主要设备有一万多台,而且来自多个国家,通讯协议和数据格式五花八门,要实现数据的互联共享,首先要整合、打通其中的数据壁垒。工业互联网平台不能仅仅依靠企业自身的力量完成开发,需要打造开放的生态体系来整合先进资源。在平度家电产业园,也引入了诸如青岛奥利普自动化控制系统有限公司这样的合伙作伴。因为承接这样的业务,既需要精通企业的自动化和软件技术,又需要熟悉家电行业的工业机理,这对企业综合实力要求是很高的。而青岛奥利普公司,与德国西门子有十年合作,已经掌握了家电行业这方面的核心技术,拥有采集大数据,并形成业务分析和场景应用的能力。

工业互联网“咖”解丨康凯:工业互联网支撑下的“质效双升”的制造模式


目前平度家电产业园实现了部分人机互联、机机互联、和厂区与园区数据信息的互联互通,使物料流、资金流和信息流实现了及时和透明,生产效率提高了28%,后期将会在全国各个园区展开相应的推广工作。

海信工业互联网平台应用的策划是结合集团“高质量好产品”的战略要求,立足自身实践特点,打造具有差异化、前瞻性的工业互联网平台。平台主要包括工业物联网、工业大数据以及工业AI等3大子平台,完成产品设计、生产工艺、设备运行、运营管理等全流程的数据资源和制造资源集成。通过工业大数据存储分析及工业AI等新技术的应用,在持续降本增效的同时,寻找技术创新和应用的突破点,探索能够引领未来趋势的路线和模式。

工业互联网“咖”解丨康凯:工业互联网支撑下的“质效双升”的制造模式


作者简介

工业互联网“咖”解丨康凯:工业互联网支撑下的“质效双升”的制造模式


康凯

1983年出生,2008年毕业于西安工程大学,机械设计及理论专业硕士研究生。现任职于海信集团有限公司,担任海信集团研发与供应链部副总经理兼安全环保部副总经理职务。负责集团内生产制造及供应链相关改善工作,负责智能制造工作推进。海信结合自身在制造方面的成功经验,形成了海信特色的“质效双升的先进制造模式”,并成为首批通过工信部“两化融合”评定企业,获得了国家首批“智能制造综合标准化类专项试点示范企业”,国家“智能制造试点示范企业”,入选《中国“互联网+”行动百佳实践》案例,中标国家“工业互联网平台测试床项目”。并且通过此模式的推进,使海信在近几年人均产出提升3倍多,三获“全国质量管理奖”,16年获得“中国质量奖提名奖”,成为首批“中国出口质量安全示范企业”。

作者简介

工业互联网“咖”解丨康凯:工业互联网支撑下的“质效双升”的制造模式


张倩

海信集团流程IT与数据管理部需求管理顾问,长期从事供应链管理领域的研究工作,主持过多项智能制造、工业互联网相关项目。目前负责海信工业互联网平台整体建设推进工作,打造可复制的海信先进制造模式样板,形成基于工业互联网平台的整体解决方案,助力企业业务模式创新和数字化转型。