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工业操作系统重塑企业数字化竞争力

供稿:Plantmate 2021/3/4 17:06:15

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  • 关键词: 工业互联网 操作系统 工业软件
  • 摘要:在过去几年,“工业互联网”不仅在全球引发了一场技术风潮,更成为政府在当前复杂多变的政治经济局势下,打造中国工业强引擎、构建产业新生态、引领经济高质量发展的重要武器……

在过去几年,“工业互联网”不仅在全球引发了一场技术风潮,更成为政府在当前复杂多变的政治经济局势下,打造中国工业强引擎、构建产业新生态、引领经济高质量发展的重要武器。

一、工业互联网已成重要基础设施

当今世界,信息化浪潮席卷全球,信息通信技术与制造技术交叉融合,人类社会正在进入万物互联、虚实结合、数字智能、开放共享的新时代。工业互联网与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇,为我国实施创新驱动发展战略提供了难得的重大历史机遇。

近日,国家统计局公布我国国内年度生产总值首次突破百万亿,成为主要经济体中唯一实现正增长的经济体。制造业的快速复苏为我国经济的增长和稳定做出了非常突出的贡献,数据显示2020年1-11月份,全国规模以上工业企业实现利润总额57445亿元,同比增长2.4%。在工业互联网技术的助力下,各地工业企业快速复产复工,反映了中国制造业门类完整齐全、产业链韧性强、灵活度高、自我恢复能力强的优势。工业互联网产业经过4年多发展,也在这场突如其来的疫情中,交出了一份令人满意的答卷。

二、工业操作系统的必要性

目前制造业在向数字化、网络化、智能化转型过程中,其生产、管理、运营各环节逐步暴露出许多问题。工业企业的真实需求,主要体现在数据融合,生产计划调度,工业设备管理,生产协同等方面。

在数据融合应用方面,普遍存在多元数据采集、异构系统集成、数据融合应用的需求。在生产制造过程中生产数据、管理数据、化验数据、安全监控数据、环保监测数据、气象环境数据、原材料质量、人员定位数据和视频监控数据等如何进行有效地加工和应用是目前工业企业面临的共性问题。在企业的实际经营和运维过程中,又强烈地要求这些数据能够无缝融合。

在生产计划调度方面,企业急需应用门槛低的行业工厂模型、物性数据库及算法库。由于现代工业企业,生产环节多,协作关系复杂,生产连续性强,情况变化快,某一局部发生故障,或某一措施没有按期实现,往往会波及整个生产系统的运行。因此,加强生产调度工作,对于及时了解、掌握生产进度,研究分析影响生产的各种因素,根据不同情况采取相应对策,使差距缩小或恢复正常是非常重要的。

在工业设备管理方面,企业缺乏智能化、可视化、一体化的管理工具。制造业企业存在大量动设备和静设备,包括罐类、塔类、阀门类、管道类、仪表类、化验分析类等。这些设备的智能化程度不一,维护、保养和管理要求不同。很多企业针对这些设备并没有实现电子化全生命周期管理,仅靠人工和纸面台账的方式进行记录,对单个设备的维护仅靠计划性的周期性保养和维修。然而,这些设备在生产环境中,均有长期运行和稳定运行的要求,如果某个设备因为故障而无法及时修复,将影响装置的正常运行,导致停车整修。

在工业生产安全管理方面,随着工业自动化的发展,生产装置变得越来越自动化、连续化、大型化、复杂化,企业生产过程处理和储存的易燃、易爆、有毒的危险物规模也越来越大,一旦这些物质的正常运行状态遭到破坏,就有可能造成人员伤亡、财产损失和环境破坏。灾害影响范围大,事故的发生具有突发性、灾难性、复杂性和社会性。因此制造业对安全管理的要求极为严格。

在生产协同方面,企业希望内部可以消除企业内部信息孤岛,打通不同信息系统的数据以提高生产效率,生产品质和减少成本。在产业链的上、下游企业之间,企业一方面希望可以通过产品物流的追踪实现产品质量、运输过程和中间存储过程的透明,另一方面希望能消除信息不对称,实现柔性、科学的供应链管理。

当下越来越多工业企业已经认识到数字化转型的必要性,对于数字化的应用落地也非常迫切。工业操作系统可以有效连接工厂内部各种各样的设备和系统,实现互联互通和集成融合,另一方面,可以实现企业和企业之间、产业链上下游的协同,通过开放平台,工业智能软件实现去技能化。工业操作系统还可以把工业软件构建起来,实现工业知识的有效沉淀、共享和复用,驱动企业的业务模式转型、管理的变革和商业模式的创新,增强企业的核心竞争力,进而助力产业的高质量发展。

三、工业操作系统的特性

在充分了解、认识,并且深入一线整理了企业的数字化需求之后,蓝卓在2018年推出了国内首个具备自主知识产权的工业操作系统——supOS。在我们的体系架构中,工业操作系统是一个“承上启下”的通用平台,假如把一个工厂看成一个手机,为每个工厂装上智能的操作系统,管理工厂里的每一个硬件、生产要素,就像安卓或iOS管理手机里的芯片等元素一样;原先工厂当中垂直烟囱式的大型软件变成了智能操作系统上的APP,来自不同厂家的APP可以运营在统一平台上,实现OS+APP的智能工厂新模式。

我们认为符合现代工业发展需求的工业操作系统,需要具备如下特性:

1)用于工厂全信息的集成,可有效地融合工厂的生产、管理和运营数据。将传统工厂DCS、MESERP等系统金字塔式的数据传递方式,(补充一下:不仅是系统里的数据,还包括设备数据,视频监控、温湿度等异构系统数据)回复:这里讲的是金字塔式数据传递方式,不是指数据结构,异构系统在第二条转变为“扁平化”结构,实现基础自动化各系统之间的互联互通与优化控制,真正发挥工业企业在工厂自动化层面所建系统的协同、优化及放大作用,为工厂“安、稳、长、满、优、智”的高效运行提供基础性的核心支撑作用。

2)作为工厂的通用连接器,兼容各类主流工业协议,可实现工业数据的全集成与标准化管理,如数据标准化和对象信息模型的运行期管理,多元数据预处理、存储、压缩处理,提供实时和历史数据查询服务,计算资源管理和服务治理,业务流搭建,提供一个信息融合、多元数据混合的快速数据分析构建平台。

3)提供组态式的APP开发环境,具有数据分析和挖掘所需的算法模块和展示模板,支持界面DIY,用户通过鼠标拖拉拽就可以完成报表的制作和业务流程的落地,支持用户对简易工业APP快速设计和开发。

4)提供智能引擎服务,支持主流算法如聚类分析、回归分析、决策树、随机森林、朴素贝叶斯、遗传算法、深度学习、神经网络等,同时提供面向行业共性的机理模型、知识图谱等,全面提高智能应用的灵活性,降低大数据和人工智能应用的门槛和难度。

5)提供平台开放服务,开发工具集、开发包、接口及认证发布服务,简单易用。具备完整全面的工业APP商店和开发者中心,技术上支持生态合作伙伴的发展,能够繁荣工业互联网应用的生态圈。

6)提供安全可控的分层多点信息安全防护,支持深度防御安全,将安全防护能力分布在平台中的各层架构。实现访问控制、数据分区隔离、通信安全加密、入侵检测等信息安全防护功能。

四、工业操作系统的发展经验

在产品应用规模上,supOS工业操作系统经过从V1.0到V3.0三个大版本迭代,已经实现以“平台+工业智能APPs”的应用模式,赋能17个行业,包括石化化工、建材等流程行业和金属制品加工、汽配、装备制造等离散行业,应用项目覆盖了全国27个省市地区,以及白俄罗斯、泰国、沙特等国家。建设了宁波、嘉兴、安庆、绍兴等区域级的工业互联网平台,还有汽车零部件、金属制品、箱包、胶囊等行业级平台,融通上下游产业链条和产业集群,打造区域特色产业。同时蓝卓正在积极建设以化工园区、小微型工业园区为主的园区级平台,增强园区业主方的数字化运营管理能力。

在产品成熟度层面,supOS已成为具备边缘智能平台、工业信息全集成平台、工业数据湖、工业数据资产管理平台、工业APP开放平台、工业大数据分析平台、Open API、SDK、工业智能算法、应用商店、开发者中心、蓝卓云等一体的完整的操作系统。可为企业提供以工业大数据为核心的全生命周期服务;提供工业大数据和人工智能的集成、分析、挖掘和可视化展示的一整套IT工具集和模板库,为工厂的生产者、管理者、经营者和业务专家们提供了数据和应用场景创新的平台;提供开放的数据服务、计算服务、存储服务和安全服务,支持原生开发、迁移与集成,帮助工业APP开发者聚焦业务本身的开发与设计,降低基础服务的技术门槛和开发成本;提供云、企、端的统一架构,可实现工业智能APP和数据的快速迁移,满足企业不同时期的应用部署场景和要求。

图1、supOS工业操作系统架构图

目前,蓝卓正面向区域、行业、园区、企业四个层次参与各个地方的工业互联网平台体系建设。联合本地服务商和全国的优秀服务商生态,面向地方的优势产业赋能。同时蓝卓也联合生态合作伙伴,以supOS工业操作系统为基础平台,和生态合作伙伴在行业方面进行合作,蓝卓的生态合作伙伴都具备行业的积累以及面向专业领域的行业性产品,基础平台结合以后,已面向多个行业推出了行业级的子平台,通过平台赋能中小企业的数字化转型。

图2、多级工业互联网平台体系建设

在流程行业,我们应用工业操作系统+APP的方式为海螺水泥构建了企业级平台。通过打通ERP系统、物流系统和DCS系统、质量系统实现云边协同应用,通过大数据和人工智能的技术,实现关键设备的状态检测和预测预警,提高设备利用率,减少现场人工的巡检,实现现场的少人化,有效满足了大型水泥集团需要全国性异地办厂、集中管控的需要。

图3、海螺水泥智慧工厂数据中心示范

在离散行业,我们为安庆一枝梅打造了基于工业操作系统的数字化车间。通过产线设备的数字化改造,通过点线实现工厂各设备的互联互通,通过打通ERP系统和工业APP之间的数据闭环,实现生产计划、控制、反馈、调节的闭环管理。例如,通过车间、产线、工序全过程可视化,实现基于工业和设备的透明工厂。通过订单拉动产线和库存,实现智能的生产和智能的仓储物流,并且通过产线当中生产能力的分析以及和生产相关重要设备运行状态的监测以及匹配生产计划和加工量的统计,实现基于大数据智能的生产调度等。

图4、安庆一枝梅车间产线工序全生命周期可视化

在园区层面,我们基于supOS建设智慧工业园区平台,通过平台连接园区内的各种工业企业,一方面可以为园区提供统一的平台进行安全的监管、环保、节能减排的监管功能,另一方面通过平台为园区内的企业提供公共的生产管理、设备运维、仓储物流等公共服务,提升园区的数字化整体竞争力。


五、工业互联网的未来发展趋势

先进企业的数字化创新和驱动成果,会不断引领行业发展的整体走向。工业互联网是走向未来工业发展的必须使用的手段。而先进企业需要的平台必须能帮助其实现企业内部互联互通,塑造基于数据驱动的业务模式、管理模式、商业模式。

从技术发展的角度来说,工业互联网产业正呈现以下趋势:

第一,在数据互联和集成方面,以泛在适配器和业务服务软总线的方式,实现工厂多业务系统协同、全系统集成,具备对常见工业协议和工业设备的支撑能力,实现全域数据,统一管理的能力。

第二,针对市场普遍存在大企业更关注私有化部署,中小微企业更关注云上使用的现象,云化部署和混合云部署将成为主流实施方式,一方面既满足企业对即插即用、弹性扩容以及降低实施门槛的要求,一方面也满足企业对于数据安全、完整、保密以及权限管控的需要。

第三,平台型产品支持对数据进行全域组态化建模,面向各种各样场景提供开放的数据服务,包括综合展示、业务APP、智能APP等。为工厂的生产、管理提供可视化支撑,大大降低工厂的数据门槛,实现自助的数据融合应用。

第四,发展低代码开发工具,同时针对大量传统工业软件向工业互联网架构转移的现状,提供快速的工业软件集成迁移工具,通过弱集成、浅集成、深集成的方式,使平台上的APP更丰富。

从产业发展的角度来说,未来的工业互联网产业还呈现以下趋势:

第一,通过企业的智能制造、数字化建设,将工艺专家的知识经验等转换成智能工业软件,实现“去技能化”。从企业的角度来讲,现在很多工艺质量的精准控制,或者一些高水准生产管控,在很大程度上还是依赖一些熟练的工艺专家,而有经验的老工人越来越稀缺。通过建设企业工业互联网平台,构建承载工厂全生命周期的PT(工艺技术)、ET(设备技术)、OT(运营技术)、AT(自动化技术)、IT(ABC信息技术)的知识融合平台,可以将工业知识和经验沉淀下来,用软件来辅助人的操作,将复杂的制造过程konw-how沉淀下来。

第二,工业互联网平台化和开放化的重要性将越来越凸显。业主方会避免建设一些封闭式的、烟囱式的,以后很容易推倒重建的系统,并且重视平台的延展性和开放性。只有这样做,才能持续地让企业的知识、经验和技能得到不断发展。

第三,亟需构建面向于生态体系的开放平台。工业互联网的发展会使得工业软件共性的内容下沉到平台上面,面向垂直领域的APP将由很多行业里面的专家、生态合作伙伴共同开发,最终来实现整个由平台商、工业软件商、实施服务商、工业用户,共同参与的一种工业智能应用的生态体系。

第四,针对工业互联网的网络安全和信息安全得到空前发展。随着联网化和各种生态型APP的出现,现在已经有非常多的定向对于工业企业的攻击,对于数据的安全、生产的安全,无论是企业还是国家顶层层面都将非常重视。

审核编辑(王静)

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