龐 戈

（浙江藍(lán)卓工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)有限公司）

作為世界化工產(chǎn)品生產(chǎn)制造大國，日用化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品在國內(nèi)化工產(chǎn)品中的比例越來越高，已成為我國化工類產(chǎn)品生產(chǎn)制造的重中之重。 日化行業(yè)具有技術(shù)密集、附加值高、品種繁多和多學(xué)科交叉的特點。 近年來，我國日化行業(yè)市場規(guī)模呈逐年上升趨勢，2020 年中國日化市場規(guī)模達(dá)到906.75 億美元，仍保持了5.83%的增長率，成為全球為數(shù)不多正增長的市場。 我國本土日化企業(yè)開始在制皂、液體洗滌劑用品及口腔護(hù)理等領(lǐng)域占有較大比重。

隨著日化企業(yè)產(chǎn)值規(guī)模的不斷提升，采用人工作業(yè)和管理已經(jīng)不能滿足企業(yè)發(fā)展的需要，甚至由于客戶對企業(yè)的交期和產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，工廠的內(nèi)部損耗越來越大，生產(chǎn)過程信息不透明，數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)不暢通，造成企業(yè)內(nèi)部的損失越來越大，企業(yè)期望快速提升業(yè)務(wù)管理和生產(chǎn)管控能力，這就急需一個一體化信息管理平臺以進(jìn)行精益化生產(chǎn)管理，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造來支撐企業(yè)的快速發(fā)展。 傳統(tǒng)的日化企業(yè)需要建設(shè)基于5G 網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的智能化工廠， 實施工廠操作系統(tǒng)、工廠多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的實時智能化采集、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化展示、信息系統(tǒng)集成、機(jī)器視覺代替人工作業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢測等，來全面提升企業(yè)的生產(chǎn)智造能力，實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型賦能升級。

筆者根據(jù)某企業(yè)制皂和液體洗滌劑產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝特點和行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)管理普遍現(xiàn)狀與需求，系統(tǒng)闡述基于“5G+工廠操作系統(tǒng)”創(chuàng)新模式的數(shù)字化生產(chǎn)智造平臺的設(shè)計與實現(xiàn)，主要包括：車間5G 網(wǎng)絡(luò)布署、工廠操作系統(tǒng)建設(shè)、現(xiàn)場溫/濕度監(jiān)控、 設(shè)備狀態(tài)與生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)測，DCS 實時數(shù)采、企業(yè)多元異構(gòu)數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)可視化展示、生產(chǎn)決策分析、ERP 系統(tǒng)實施、工業(yè)制造APP應(yīng)用及機(jī)器視覺檢測等。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀與需求

1.1 主要工藝流程

皂類生產(chǎn)工藝流程如圖1 所示，先由混料機(jī)將抗氧化劑、填料、著色劑及香精等原料按規(guī)定比例混合后制成皂基，通過干燥、攪拌、均化及冷卻等處理后， 通過壓條工序的壓條機(jī)擠壓出皂條，皂條由流水線傳送帶傳送到切塊工序，切塊機(jī)將皂條按標(biāo)準(zhǔn)要求切割成塊狀，繼續(xù)經(jīng)流水線傳送帶傳送到打印工序，由打印機(jī)進(jìn)行打印壓制成型，隨后通過自動化給袋機(jī)進(jìn)行小塊皂品進(jìn)袋包裝，最后由流水線末端的機(jī)械臂包裝成箱并噴涂包裝碼后交碼垛機(jī)器人裝整處理轉(zhuǎn)入倉庫。

圖1 皂類生產(chǎn)工藝流程簡圖

液體洗滌劑生產(chǎn)工藝流程如圖2 所示，將原料進(jìn)行稱重按一定比例混合后注入混料機(jī)，在設(shè)定時間內(nèi)進(jìn)行原料攪拌和乳化處理，出料后經(jīng)過滌蕩泡沫澄清后成為液體洗滌劑半成品，再通過自動化灌裝機(jī)灌裝到產(chǎn)品瓶體中，經(jīng)流水線傳送帶送往旋蓋機(jī)，由旋蓋機(jī)上蓋旋緊，再由傳送帶送往噴碼工序，瓶體噴碼后進(jìn)行產(chǎn)品碼噴碼質(zhì)量檢測，最后將產(chǎn)品包裝入庫。

圖2 液體洗滌劑生產(chǎn)工藝流程簡圖

1.2 生產(chǎn)現(xiàn)狀和需求

1.2.1 傳統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)日化企業(yè)在業(yè)務(wù)管理和生產(chǎn)制造方面普遍存在車間數(shù)字化能力弱、產(chǎn)線設(shè)備數(shù)據(jù)采集能力弱的問題，工廠“信息孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重，從銷售訂單到計劃派工、生產(chǎn)報工及產(chǎn)品出入庫管理等全流程數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)不暢，信息不透明、生產(chǎn)數(shù)據(jù)未實現(xiàn)可視化，人工作業(yè)易疲勞出錯，導(dǎo)致計劃派工不精確、生產(chǎn)報工不準(zhǔn)確、生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品交期遲滯和企業(yè)戰(zhàn)略決策不到位，嚴(yán)重阻礙企業(yè)的快速發(fā)展。 具體如下：

a. 缺少生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)。生產(chǎn)信息管理手段落后，依靠人工紙質(zhì)記錄流轉(zhuǎn)傳遞，不但費時而且成本高，出錯率也高。

b. 設(shè)備管理能力弱。缺少數(shù)據(jù)采集和設(shè)備監(jiān)控應(yīng)用，設(shè)備的實時狀態(tài)無法獲取。 維修時間長、維修經(jīng)驗沒有積累傳承。 非計劃停機(jī)頻繁，產(chǎn)能瓶頸無法突破。

c. 缺乏數(shù)據(jù)采集能力，信息流轉(zhuǎn)不暢。 工廠車間里的人、機(jī)、料、法、環(huán)、測關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)采集能力缺乏， 無法實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)信息的互通流轉(zhuǎn)，生產(chǎn)過程不透明。

d. 質(zhì)量管控體系不健全。來料質(zhì)量缺少系統(tǒng)管控，手工物料清單（BOM）精準(zhǔn)度低，配方未標(biāo)準(zhǔn)化，缺少投料防錯管控系統(tǒng)，產(chǎn)品質(zhì)量由人工質(zhì)檢，成本高。

e. 倉儲物料管理水平低。出入庫依靠人工紙張記錄，無法獲知物料庫存實時狀態(tài)，生產(chǎn)物料齊套缺失嚴(yán)重，影響生產(chǎn)、延誤交期。 工廠中的物料、產(chǎn)品、人員、庫位、出入庫單據(jù)及物流對接單等實體信息未能實現(xiàn)統(tǒng)一編碼關(guān)聯(lián)，缺少系統(tǒng)管理，生產(chǎn)過程無法追溯。

f. 缺少移動端管理工具。 沒有移動端管理平臺， 管理層對生產(chǎn)管理實時狀態(tài)掌控力度低，相關(guān)報表無法隨時查閱，管理成本高。

g. 人工識別檢測作業(yè)效率低。產(chǎn)品包裝噴碼檢測靠人工肉眼識別作業(yè)，容易產(chǎn)生疲勞，檢測效率低下，急需機(jī)器換人。

1.2.2 企業(yè)數(shù)字化目標(biāo)與需求

隨著產(chǎn)值規(guī)模的不斷提升，日化企業(yè)的自動化水平有了大幅提高，但信息化水平較弱，“信息孤島”現(xiàn)象較為嚴(yán)重，工廠設(shè)備和信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集不到位，系統(tǒng)數(shù)據(jù)未實現(xiàn)打通，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)不暢， 生產(chǎn)節(jié)點信息不透明，企業(yè)內(nèi)部的低效率生產(chǎn)協(xié)同模式已經(jīng)不能滿足企業(yè)發(fā)展的需要，甚至由于客戶對企業(yè)產(chǎn)品的交期和質(zhì)量要求越來越高，工廠內(nèi)部協(xié)同損耗越來越大，造成企業(yè)的損失越來越大。

目前， 企業(yè)急需快速改善數(shù)字信息化結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，提升核心業(yè)務(wù)管理水平和生產(chǎn)管控能力，這就需要建設(shè)一個一體化的信息管理平臺和生產(chǎn)管理系統(tǒng)來支撐企業(yè)的快速發(fā)展。 依據(jù)行業(yè)特征和企業(yè)發(fā)展實際情況， 需要建設(shè)基于“5G 網(wǎng)絡(luò)+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺” 的企業(yè)數(shù)字化生產(chǎn)智造平臺［1，2］，全面實施工廠操作系統(tǒng)平臺、數(shù)據(jù)智能化采集、數(shù)據(jù)可視化展示、信息系統(tǒng)集成、制造執(zhí)行MES 系統(tǒng)（工業(yè)智造APP）及機(jī)器視覺檢測等數(shù)字化應(yīng)用，來提升企業(yè)實際生產(chǎn)智能制造能力，促進(jìn)企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。 具體需求如下：

a. 建立工廠操作系統(tǒng)平臺，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺全信息數(shù)據(jù)底座能力實現(xiàn)業(yè)務(wù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全面融合， 通過 “5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺+工業(yè)APP” 的創(chuàng)新智造模式來促進(jìn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級；

b. 在生產(chǎn)車間布署5G 網(wǎng)絡(luò)， 支撐工廠多元異構(gòu)數(shù)據(jù)、VR 及機(jī)器視覺檢測等應(yīng)用數(shù)據(jù)的采集傳輸；

c. 對生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、 生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、DCS 數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實時采集，并實時匯聚到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)中臺；

d. 工廠多元異構(gòu)數(shù)據(jù)集中匯聚到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)中臺，由數(shù)據(jù)湖統(tǒng)一進(jìn)行清洗、加工、處理和存儲，通過數(shù)據(jù)中臺中的工業(yè)大數(shù)據(jù)算法和智能算法模型實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計；

e. 生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計結(jié)果以報表、圖表（柱狀圖、餅圖及折線圖等）的形式通過工廠控制中心（駕駛艙）大屏和車間電子看板輸出，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化展示，輔助企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)決策；

f. 采用工業(yè)相機(jī)+機(jī)器視覺檢測算法方案代替人工作業(yè)，檢測識別液體洗滌劑等相關(guān)生產(chǎn)流水線上瓶體生產(chǎn)編碼的打?。▏娡浚_保無錯噴和漏噴的情況，如檢測到錯噴、漏噴產(chǎn)品則現(xiàn)場亮燈，系統(tǒng)給出報警提醒，同時機(jī)器視覺檢測裝置上的氣動桿對噴碼有誤的產(chǎn)品進(jìn)行推離剔除操作；

g. 采用生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES 或工業(yè)APP，實現(xiàn)精準(zhǔn)的計劃派工、高效的生產(chǎn)報工和可靠的設(shè)備互聯(lián)與管理，通過對工廠業(yè)務(wù)的高效管理和生產(chǎn)的精益管控，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部閉環(huán)管理和網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同。

2 數(shù)字化智造平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

數(shù)字化智能制造平臺對企業(yè)的生產(chǎn)一體化管理體系進(jìn)行前瞻性的統(tǒng)一設(shè)計， 通過5G 網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的結(jié)合，實現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)和生產(chǎn)的完美協(xié)同，對企業(yè)的業(yè)務(wù)管理和生產(chǎn)工藝全流程進(jìn)行設(shè)計、集成、實施與優(yōu)化改造，實現(xiàn)生產(chǎn)流程控制信息、業(yè)務(wù)管理信息和產(chǎn)品經(jīng)營信息的上傳下達(dá)；從支撐企業(yè)管理的角度，借助數(shù)字化技術(shù)與精益管理相結(jié)合，在企業(yè)經(jīng)營、生產(chǎn)、供應(yīng)、營銷和管理的全過程中，通過數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)集成、過程優(yōu)化與資源配置，實現(xiàn)物料流、信息流和資金流的集成與優(yōu)化，提高企業(yè)市場應(yīng)變能力和核心競爭力。 引進(jìn)先進(jìn)的管理理念，適用的管理方法，對業(yè)務(wù)流程進(jìn)行優(yōu)化和重組。 將優(yōu)化和重組后的業(yè)務(wù)流程在應(yīng)用系統(tǒng)中固定下來，使業(yè)務(wù)操作規(guī)范、透明且高效，從而更好地保證工作效率。 通過數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，運(yùn)用一定的計算模型進(jìn)行處理，為業(yè)務(wù)管理和生產(chǎn)決策提供準(zhǔn)確實時的數(shù)據(jù)分析與決策支持。

企業(yè)數(shù)字化生產(chǎn)智造項目基于工廠操作系統(tǒng)平臺，具有多元異構(gòu)信息化系統(tǒng)集成和高可擴(kuò)展性， 能夠避免企業(yè)普遍存在的 “信息孤島”現(xiàn)象。 通過產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的設(shè)備數(shù)采和移動端報工對產(chǎn)品在各生產(chǎn)節(jié)點的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化監(jiān)控和電子化記錄，平臺掛載基于MES 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)功能的輕量級工業(yè)APP 應(yīng)用，通過網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同實現(xiàn)對業(yè)務(wù)的優(yōu)化管理和生產(chǎn)的閉環(huán)管控，以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)的可視化追溯。 平臺數(shù)據(jù)湖具有強(qiáng)大的多元異構(gòu)數(shù)據(jù)集成能力，支持多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)協(xié)議接入，如Modbus TCP、Modbus RTU、MQTT及OPC 等主流通信協(xié)議， 滿足國內(nèi)外主流廠家PLC 和數(shù)控設(shè)備的實時數(shù)據(jù)接入。

依據(jù)企業(yè)生產(chǎn)車間的具體情況，從實際應(yīng)用要求對控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行特性分析，具有變化快、通信量大、數(shù)據(jù)及時性和完整性要求高等特點。 在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理時，配合采用熱備冗余、數(shù)據(jù)訂閱、數(shù)據(jù)變化更新、斷線重連及斷線回補(bǔ)等技術(shù)手段來保證數(shù)據(jù)的實時性和可靠性。 同時，通過現(xiàn)場機(jī)器視覺裝置和檢測算法來代替人眼識別，有效減少由于人工作業(yè)疲勞引起的識別錯誤和遺漏現(xiàn)象， 實現(xiàn)機(jī)器換人，大幅減少生產(chǎn)線人力成本。

2.1 5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

通常情況下， 企業(yè)車間寬帶網(wǎng)絡(luò)能力較弱、信號差、網(wǎng)速慢，通過網(wǎng)絡(luò)改造實施5G 網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)布署， 利用5G 網(wǎng)絡(luò)高帶寬、 高頻率、高速率和低延遲的特點，通過采用5G 基站、MEC、5G 通信模塊及5G CPE 等通信設(shè)備， 提升工廠的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同能力。 企業(yè)車間5G 網(wǎng)絡(luò)布署拓?fù)淙鐖D3 所示。

圖3 企業(yè)車間5G 網(wǎng)絡(luò)布署拓?fù)?/p>

某企業(yè)的制皂車間和液體洗滌劑車間，通過WiFi 網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備和DCS 進(jìn)行通信連接， 同時通過支持5G 的智慧數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)與帶有PLC 控制器的現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行連接，借助智慧數(shù)采網(wǎng)關(guān)的斷點續(xù)傳功能，可以大幅提高車間產(chǎn)線設(shè)備數(shù)據(jù)采集的可靠性、安全性、完整性和時效性，全面監(jiān)控工廠人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等生產(chǎn)數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)，助力企業(yè)實現(xiàn)業(yè)務(wù)精益化管理和生產(chǎn)經(jīng)營高效管控。

5G 應(yīng)用可覆蓋場景如下：

a. 實現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)實時采集，全面實現(xiàn)企業(yè)制造設(shè)備物聯(lián)，打造5G 物聯(lián)工廠；

b. 通過5G 深化應(yīng)用， 實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的AR/VR 遠(yuǎn)程專家維保和遠(yuǎn)程培訓(xùn)；

c. 輔助實現(xiàn)設(shè)備維護(hù)監(jiān)控和遠(yuǎn)程診斷智能化控制管理，成為企業(yè)提升效率和增加效益的突破口；

d. 采用5G 能夠抵抗干擾的大帶寬主流無線技術(shù)， 解決現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境下有線網(wǎng)絡(luò)布線成本高、鋪設(shè)線路困難的問題；

e. 基于5G 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，包括流程監(jiān)控、過程報警、趨勢圖繪制、設(shè)備預(yù)警與生產(chǎn)報表輸出；

f. 利用具有高帶寬、高頻率、高速率、低延遲特征的5G 技術(shù)，實現(xiàn)AGV 物料產(chǎn)品運(yùn)輸小車與立體倉庫無線數(shù)據(jù)傳輸與定位。

2.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)

打造企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺， 消除 “信息孤島”，實現(xiàn)工廠多元異構(gòu)數(shù)據(jù)集成融合。 通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)底座能力，實現(xiàn)多業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的集成和有效數(shù)據(jù)融合， 對工業(yè)企業(yè)已有的“煙囪式” 信息系統(tǒng)進(jìn)行基于MES 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)功能的APP 化遷移。 實現(xiàn)產(chǎn)品信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)從底層現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)采集到過程控制優(yōu)化，再到執(zhí)行應(yīng)用和頂層數(shù)據(jù)分析，最后到企業(yè)決策的輔助等各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，使企業(yè)數(shù)據(jù)信息傳遞暢通無阻，實現(xiàn)工業(yè)數(shù)字化的“一網(wǎng)到底”。 同時，平臺提供開放的工業(yè)智能應(yīng)用孵化平臺，在數(shù)據(jù)智能聯(lián)動、自動統(tǒng)計報表、大數(shù)據(jù)分析和人工智能方面與生態(tài)伙伴、企業(yè)客戶進(jìn)行工業(yè)智能APP 聯(lián)合開發(fā)。 通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的全信息數(shù)字化集成能力，基于企業(yè)人、機(jī)、料、法、環(huán)、測，對工廠實體進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)建模，把車間、產(chǎn)線、工序、控制設(shè)備、智能產(chǎn)品、服務(wù)甚至產(chǎn)業(yè)鏈上下游相關(guān)數(shù)據(jù)信息緊密連接融合， 幫助企業(yè)拉長產(chǎn)業(yè)鏈，形成跨設(shè)備、跨系統(tǒng)、跨廠區(qū)、跨地區(qū)的互聯(lián)互通，從而提高效率，推動整個制造業(yè)體系智能化，全面促進(jìn)企業(yè)的數(shù)字化智能制造轉(zhuǎn)型升級。

工業(yè)互聯(lián)和數(shù)據(jù)平臺對制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的驅(qū)動能力正逐漸顯現(xiàn)：大企業(yè)依托平臺開展工業(yè)大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)更高層次的價值挖掘；中小企業(yè)應(yīng)用平臺的云化工具，以較低成本實現(xiàn)信息化與數(shù)字化普及； 基于平臺的制造資源優(yōu)化配置、產(chǎn)融對接等應(yīng)用模式創(chuàng)新，推動制造業(yè)向著更高水平邁進(jìn)。 制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型已是大勢所趨，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺對于制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的支撐作用會越來越強(qiáng)。 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的應(yīng)用為企業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)營優(yōu)化能力的提升提供了探索應(yīng)用模式和路徑， 隨著平臺的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用突破，將不斷推動制造業(yè)升級轉(zhuǎn)型。

工廠操作系統(tǒng)， 即工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺核心，是以企業(yè)為中心構(gòu)建面向過程監(jiān)控、生產(chǎn)管理和經(jīng)營決策的一體化應(yīng)用平臺，通過“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺+工業(yè)APP”的創(chuàng)新智造模式，實現(xiàn)企業(yè)客戶的信息化、數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級。 工廠操作系統(tǒng)數(shù)字化整體解決方案技術(shù)架構(gòu)如圖4 所示，平臺提供的橫、縱向彈性擴(kuò)展功能，可滿足智能制造細(xì)分行業(yè)中企業(yè)從小到大，從單一優(yōu)勢業(yè)務(wù)發(fā)展為多元化集團(tuán)型應(yīng)用的場景。 工廠操作系統(tǒng)從功能應(yīng)用上分為3 層：第1 層是物聯(lián)套件，主要負(fù)責(zé)邊緣端數(shù)據(jù)采集和控制，包括智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)、IIoT 邊緣智能服務(wù)器及人工智能控制器等； 第2層是工廠操作系統(tǒng)平臺，主要負(fù)責(zé)物聯(lián)套件設(shè)備接入、對象化模型組織、數(shù)據(jù)存儲處理、可視化數(shù)據(jù)分析、工業(yè)APP 開發(fā)、大數(shù)據(jù)分析及人工智能算法應(yīng)用等；第3 層是智能工業(yè)APP 生態(tài)，通過工廠操作系統(tǒng)平臺可構(gòu)建面向特定場景的智能工業(yè)APP，逐步積累形成面向不同行業(yè)的數(shù)字化智造解決方案。

圖4 工廠操作系統(tǒng)數(shù)字化整體解決方案技術(shù)架構(gòu)

工廠操作系統(tǒng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心，基于工業(yè)5T 技術(shù)融合（PT——工藝技術(shù)、ET——設(shè)備技術(shù)、OT——運(yùn)營技術(shù)、AT——自動化技術(shù)、IT——信息技術(shù)），將大量工業(yè)技術(shù)原理、行業(yè)知識、基礎(chǔ)工藝、模型工具規(guī)則化、軟件化、模塊化，并構(gòu)建為可重復(fù)使用的平臺內(nèi)置微服務(wù)組件。 第三方應(yīng)用開發(fā)者可面向特定工業(yè)場景開發(fā)不同的工業(yè)APP，進(jìn)而構(gòu)建成基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心是 “工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺+工業(yè)APP 生態(tài)”創(chuàng)新智造模式體系（圖5）。

圖5 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺“工廠操作系統(tǒng)+APP 生態(tài)”的創(chuàng)新智造模式

2.3 多元異構(gòu)全信息數(shù)據(jù)實時采集

工廠操作系統(tǒng)提供多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)協(xié)議接入功能，如Modbus TCP 和Modbus RTU，滿足國內(nèi)外主流PLC 等系統(tǒng)軟件的實時數(shù)據(jù)接入。從日化行業(yè)企業(yè)的實際應(yīng)用需求對控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行特性分析，具有變化快、通信量大、數(shù)據(jù)及時性和完整性要求高等特點。 在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理時，需通過熱備冗余、數(shù)據(jù)訂閱、數(shù)據(jù)變化更新、斷線重連及斷線回補(bǔ)等技術(shù)手段來保證數(shù)據(jù)的實時性和可靠性，有效適應(yīng)行業(yè)設(shè)備運(yùn)行特征。

數(shù)據(jù)采集方案（圖6）如下：

圖6 基于數(shù)據(jù)總線的全信息多元異構(gòu)數(shù)據(jù)采集架構(gòu)

a. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通過數(shù)據(jù)總線提供數(shù)據(jù)服務(wù)，服務(wù)于工廠生產(chǎn)應(yīng)用場景（設(shè)備信息、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)績效、視頻數(shù)采、物料管理、能源分析、風(fēng)險預(yù)測、庫存管理、人員績效、工藝管理、質(zhì)量檢測及產(chǎn)品化驗等）， 以數(shù)據(jù)底座能力實現(xiàn)對上層工業(yè)軟件、工業(yè)APP 及決策系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)應(yīng)用支撐；

b. 對高銷量產(chǎn)品生產(chǎn)車間設(shè)備（原料混合攪拌裝置、導(dǎo)入泵、灌裝機(jī)、旋蓋機(jī)、噴碼機(jī)、壓條機(jī)、切塊機(jī)、打印機(jī)、全自動包裝線及機(jī)器視覺檢測裝置等）的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)（溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、能耗、開停機(jī)時間）和產(chǎn)線工序生產(chǎn)數(shù)據(jù)（產(chǎn)品計數(shù)、產(chǎn)能、不良品量及人員工作量等）進(jìn)行實時高效數(shù)據(jù)采集；

c. 對接現(xiàn)有DCS、SCADA 和稱重計量系統(tǒng)，集成系統(tǒng)采集關(guān)鍵數(shù)據(jù)（時序數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)及現(xiàn)場操作記錄等）， 通過采集器上送平臺數(shù)據(jù)總線；

d. 對接工廠現(xiàn)有異構(gòu)系統(tǒng)，集成獲取相關(guān)數(shù)據(jù)（視頻數(shù)據(jù)、電話錄音、圖片影像、人員定位、火災(zāi)預(yù)警及安全環(huán)保等數(shù)據(jù)信息）， 通過采集器上送平臺數(shù)據(jù)總線；

e. 集 成 企 業(yè) 現(xiàn) 有 信 息 系 統(tǒng)（ERP、WMS、MES、CRM 及OA 等）業(yè)務(wù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，接入工廠操作系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)總線；

f. 將工業(yè)相機(jī)拍攝到的海量機(jī)器視覺檢測照片數(shù)據(jù)信息實時匯聚到平臺數(shù)據(jù)湖，供機(jī)器視覺檢測算法模型訓(xùn)練和檢測大數(shù)據(jù)分析調(diào)用。

2.4 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計報表與可視化展示

工廠操作系統(tǒng)平臺中提供數(shù)據(jù)DIY 分析工具，用戶可以通過組態(tài)方式實現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的自主分析與利用，如建立生產(chǎn)看板、能耗看板、設(shè)備預(yù)警看板、 重要指標(biāo)參數(shù)看板及重要攝像頭監(jiān)控等。 工業(yè)過程中產(chǎn)生的時序數(shù)據(jù)、流式數(shù)據(jù)和關(guān)系數(shù)據(jù)，利用不同展示方式，可實現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的可視化綜合應(yīng)用。

在可視化工具方面，平臺提供了一整套數(shù)據(jù)展示控件庫，包括基礎(chǔ)圖元控件、圖表控件、報表控件、趨勢控件、實時報警控件、歷史報警控件和視頻控件。 基礎(chǔ)圖元控件包括矩形、圓角矩形、橢圓、弦、扇形、多邊形、按鈕、棒狀圖、管道、直線、弧、折線、文本、數(shù)據(jù)鏈接及圖片等；圖表控件包括柱狀圖、曲線圖、散點圖、折線圖、餅圖、氣泡圖、面積圖、玫瑰圖、儀表盤及熱力圖等。

系統(tǒng)通過工廠操作系統(tǒng)平臺中的報表APP工具，按用戶需求顯示企業(yè)制皂車間和液體洗滌劑車間現(xiàn)場產(chǎn)線設(shè)備狀態(tài)信息、海量實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)、歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計信息報表和圖表（圖7、8）。 其中，分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)分類顯示（按餅圖、柱狀圖、曲線圖等形式顯示），包括：

圖7 某制皂車間產(chǎn)線設(shè)備狀態(tài)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化展示

a. 按日、月、季度及年度等切換顯示生產(chǎn)信息；

b. 統(tǒng)計皂類產(chǎn)品制造和液體洗滌劑灌裝生產(chǎn)合格數(shù)量；

c. 計量統(tǒng)計產(chǎn)品不良品數(shù)量和不合格率；

d. 實時顯示車間產(chǎn)線設(shè)備的狀態(tài)信息 （待料/故障/正常/待保養(yǎng)/待維修/停機(jī)累計時間）；

e. 分析統(tǒng)計車間產(chǎn)線設(shè)備的稼動率（OEE）。

圖8 某液體洗滌劑車間產(chǎn)線設(shè)備狀態(tài)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化展示

數(shù)據(jù)可視化展示通過電子看板（控制中心大屏和車間看板）實現(xiàn)，主要用于可視化管理生產(chǎn)，特別是現(xiàn)場設(shè)備實時狀態(tài)和生產(chǎn)信息的透明化管理。 可視化看板可顯示：生產(chǎn)計劃進(jìn)度監(jiān)控（設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控（OEE）等）和可視化看板的顯示位置（工廠控制中心調(diào)度室，綜合生產(chǎn)辦公室，生產(chǎn)車間產(chǎn)線現(xiàn)場，倉庫或其他區(qū)域）。 為某企業(yè)設(shè)計的 生產(chǎn)經(jīng)營電子看板如圖9 所示。

圖9 某企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營電子看板

2.5 物料產(chǎn)品條碼化、標(biāo)簽化可追溯流轉(zhuǎn)管理

對企業(yè)產(chǎn)品的包裝盒和瓶體，以標(biāo)簽、二維碼及RFID 等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用為重點， 提高企業(yè)包括產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)制造、原料采購、市場開拓、產(chǎn)品銷售及服務(wù)支持等環(huán)節(jié)的智能化水平，從而極大地提高企業(yè)的精益化管理水平和生產(chǎn)管控能力。

物料物品條碼化、標(biāo)簽化可追溯流轉(zhuǎn)實施方案如圖10 所示。 將條碼技術(shù)應(yīng)用于每件物料或產(chǎn)品上，即可對整個生產(chǎn)、銷售過程實現(xiàn)可追溯管理。 在車間產(chǎn)線的每一道工序都布署掃碼裝置，并配備相應(yīng)的中間件系統(tǒng)，接入互聯(lián)網(wǎng)。 在原料的檢驗、混合、產(chǎn)品的檢驗、轉(zhuǎn)運(yùn)出入庫和成品包裝過程中，當(dāng)產(chǎn)品流轉(zhuǎn)到某個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的標(biāo)簽和條碼閱讀器時，閱讀器在有效讀取范圍內(nèi)就會檢測到物品編碼。 物料或產(chǎn)品編碼將成為產(chǎn)品的唯一標(biāo)識，以此編碼為索引就能實時地在系統(tǒng)中查詢、更新物料和產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息。 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，生產(chǎn)操作員或公司管理人員在辦公室就可以實時掌握整個生產(chǎn)現(xiàn)場和流通環(huán)節(jié)，實現(xiàn)實時、動態(tài)、高效的業(yè)務(wù)管理和生產(chǎn)管控。

圖10 物料物品條碼化、標(biāo)簽化可追溯流轉(zhuǎn)實施方案

2.6 工業(yè)生產(chǎn)制造APP 應(yīng)用

2.6.1 工業(yè)APP 開發(fā)環(huán)境

工廠操作系統(tǒng)提供的可組態(tài)的工業(yè)APP 開發(fā)環(huán)境，通過圖形化、組件化、模塊化的向?qū)綉?yīng)用構(gòu)建，有效降低APP 開發(fā)和設(shè)計的IT 門檻。 用戶只需關(guān)注應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)流程的分析和設(shè)計，利用平臺提供的表單設(shè)計和工作流設(shè)計工具，即可快速開發(fā)APP 應(yīng)用。

平臺提供微服務(wù)容器框架，每個APP 都運(yùn)行在一個獨立的容器中，可實現(xiàn)熱插拔。 通過平臺提供的交互式業(yè)務(wù)和流程設(shè)計器，滿足流程圖監(jiān)控、在線報表、APP 業(yè)務(wù)管理頁面、工作流管理、Dashboard 分析、 大屏畫面及數(shù)據(jù)DIY 分析等一體的混合業(yè)務(wù)編排和場景設(shè)計要求。

2.6.2 基于MES 功能的工業(yè)生產(chǎn)制造APP 應(yīng)用

生產(chǎn)制造系統(tǒng)是位于上層的計劃管理系統(tǒng)與下層的工業(yè)控制之間、面向車間層的制造過程管理信息系統(tǒng)，它為生產(chǎn)制造人員提供計劃的執(zhí)行并跟蹤所有工廠資源（人、機(jī)、料、法、環(huán)、測）的生產(chǎn)過程可視化。 在工廠操作系統(tǒng)上布署基于傳統(tǒng)MES 系統(tǒng)功能的工業(yè)生產(chǎn)制造APP 應(yīng)用，實現(xiàn)對工廠車間精益化、高效的生產(chǎn)信息化閉環(huán)管控。

針對企業(yè)需求，實施的工業(yè)APP 應(yīng)用功能模塊如下：

a. 基礎(chǔ)配置。維護(hù)工廠模型樹，包括工廠、車間、產(chǎn)線、工序；維護(hù)物料通用屬性和其他領(lǐng)域物料相關(guān)屬性；維護(hù)倉庫、庫位數(shù)據(jù)和相關(guān)屬性。

b. 企業(yè)供應(yīng)商的檔案管理。供應(yīng)商檔案是公司內(nèi)物流、溯源等子系統(tǒng)共同使用的數(shù)據(jù)，包括供應(yīng)商編號、供應(yīng)商描述、地址及電話等信息。

c. 計劃派工管理。 接收上游系統(tǒng)（ERP）下發(fā)的生產(chǎn)訂單信息，對生產(chǎn)訂單進(jìn)行管理，根據(jù)生產(chǎn)訂單創(chuàng)建生產(chǎn)派工單并支持按產(chǎn)/成品類型進(jìn)行分解，實現(xiàn)工單生產(chǎn)狀態(tài)管理/工單執(zhí)行狀態(tài)跟蹤等基本管理。

d. 生產(chǎn)報工管理。開工后系統(tǒng)記錄工序開工時間；掃描派工單條碼或二維碼，輸入當(dāng)前工序的合格與報廢數(shù)量，完成當(dāng)前工序報工，系統(tǒng)記錄工序完工時間并流轉(zhuǎn)至下道工序； 工單完工后，執(zhí)行完工事物處理。

e. 產(chǎn)品質(zhì)檢管理。各工序需要進(jìn)行首檢和完工檢；成品下線入庫前可設(shè)置檢驗工序進(jìn)行成品入庫檢驗；車間員工通過系統(tǒng)提交檢驗申請生成點檢任務(wù)單；質(zhì)檢人員在首檢和完工檢功能中查看生產(chǎn)員工提交的檢驗任務(wù)單， 并維護(hù)檢驗結(jié)果。 質(zhì)檢類型和位置可在系統(tǒng)后臺按生產(chǎn)需求定義。

f. 出入庫管理。 根據(jù)單據(jù)，按倉庫類型、物料屬性及庫位配置關(guān)系等策略，對出入庫的物料進(jìn)行管理，形成臺賬記錄，出入庫查詢。

g. 庫存管理。 對倉庫、庫位和庫存物料進(jìn)行管理，包括庫存調(diào)整、庫存查詢、明細(xì)查詢、物料查詢、物料批次查詢和基本的統(tǒng)計分析功能。

h. 庫存盤點。按庫位對庫存物料生成盤點任務(wù)單；按盤點單對物料庫存數(shù)據(jù)進(jìn)行盤點；按盤點結(jié)果對實際庫存進(jìn)行調(diào)整，并形成盤點記錄。

i. 設(shè)備臺賬管理。通過設(shè)備基礎(chǔ)檔案（設(shè)備類型、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備故障）、備品備件、設(shè)備操作保養(yǎng)說明文檔、 采購安裝日期等基礎(chǔ)信息的管理，對設(shè)備資產(chǎn)進(jìn)行有效管理。

j. 設(shè)備檢維修管理。 對設(shè)備檢維修計劃和檢修記錄進(jìn)行有效管理， 提高作業(yè)質(zhì)量和執(zhí)行效率，降低設(shè)備故障率，提高設(shè)備完成率。 包括設(shè)備檢維修、備件管理、設(shè)備保養(yǎng)和設(shè)備巡檢。

k. 設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)。 建立“設(shè)備維護(hù)”主數(shù)據(jù)，作為設(shè)備保養(yǎng)執(zhí)行項目； 維護(hù)設(shè)備保養(yǎng)計劃，以供系統(tǒng)做出保養(yǎng)消息提醒；通過保養(yǎng)單據(jù)，記錄保養(yǎng)過程。

l. 班組人員管理及績效管理。 依據(jù)系統(tǒng)計劃派工單實現(xiàn)生產(chǎn)人員的班組劃分和歸屬，提供實時更新的員工狀態(tài)信息數(shù)據(jù)（工時、出勤、產(chǎn)量及質(zhì)量等），依據(jù)人員所在班組及其任職資格，按照企業(yè)規(guī)定的計算方法和考核模式，在系統(tǒng)中定義配置對不同崗位和級別員工的考核標(biāo)準(zhǔn)，自動實現(xiàn)對員工績效的統(tǒng)計管理與員工計件薪資的核算。

2.7 系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)對接

某日化企業(yè)現(xiàn)有ERP 信息化業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)（業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)）以供應(yīng)鏈管理為核心，以銷售部門和采購部門為信息源頭，使信息流在ERP 內(nèi)部得到有效傳遞和集成；工業(yè)APP 應(yīng)用（生產(chǎn)管控系統(tǒng)）是位于上層的計劃管理系統(tǒng)與下層的工業(yè)控制之間、面向車間層的生產(chǎn)制造過程的管理信息系統(tǒng)，為操作人員和管理人員提供計劃執(zhí)行并跟蹤所有工廠資源（人、設(shè)備、物料、客戶需求）的當(dāng)前狀態(tài)。

然而，業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)對車間層的信息缺少足夠的控制，無法對實時事件進(jìn)行及時處理。 而生產(chǎn)管控系統(tǒng)又缺乏計劃層的有效決策信息。 兩個系統(tǒng)各自獨立運(yùn)行，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)流和業(yè)務(wù)流的傳遞，從而導(dǎo)致計劃層與執(zhí)行層脫節(jié)，使系統(tǒng)應(yīng)用效果大打折扣。 企業(yè)在系統(tǒng)應(yīng)用過程中迫切需要探索二者的集成方式， 打通系統(tǒng)之間的壁壘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在兩個系統(tǒng)間的交流與傳遞，從而達(dá)到計劃、控制、反饋和調(diào)整的完整閉環(huán)管理。

為實現(xiàn)上述目標(biāo)， 對生產(chǎn)管控系統(tǒng) （基于MES 功能的工業(yè)APP 應(yīng)用） 與業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)（ERP）進(jìn)行系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)對接：

a. 工廠模型。 工廠、車間及產(chǎn)線等信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)資料，生產(chǎn)管控系統(tǒng)中的資料要與業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)保持一致。

b. 物料清單。所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中，物料信息，包含物料代碼、 名稱等是非常重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)、倉儲及設(shè)備等都會使用到物料信息，這部分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)在生產(chǎn)管控系統(tǒng)與業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)中保持一致，以保證上述業(yè)務(wù)正常開展。

c. 生產(chǎn)訂單。生產(chǎn)訂單是生產(chǎn)部門的依據(jù)，顯示了生產(chǎn)的內(nèi)容、數(shù)量等信息。當(dāng)業(yè)務(wù)部門在業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)中下達(dá)訂單以后， 可以在生產(chǎn)管控系統(tǒng)中導(dǎo)入，用于指導(dǎo)生產(chǎn)部門進(jìn)行生產(chǎn)。同步信息包括生產(chǎn)訂單編號、生產(chǎn)部門、計劃完工時間、產(chǎn)品物料編號、產(chǎn)品名稱及計劃生產(chǎn)數(shù)量等信息。

d. 報工數(shù)據(jù)。生產(chǎn)管控系統(tǒng)完成工單后，將完成信息反饋至業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。需要同步訂單編號、產(chǎn)品編號、完工數(shù)量、生產(chǎn)部門及完工日期等。

e. 倉庫主數(shù)據(jù)。倉庫主數(shù)據(jù)包括倉庫和庫位信息，是出庫、入庫和庫存管理的基礎(chǔ)。

f. 出入庫數(shù)據(jù)。 生產(chǎn)管控系統(tǒng)可以直接生成庫存出入庫單據(jù)，單據(jù)上有品種、數(shù)量、時間及計劃號等詳細(xì)信息，極大地降低了業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)中庫存模塊的工作量， 也提高了庫存的計劃精度，讓庫存管理更加科學(xué)規(guī)范。

2.8 5G+機(jī)器視覺噴碼檢測應(yīng)用

2.8.1 5G+機(jī)器視覺檢測概述

產(chǎn)品質(zhì)量是保障工業(yè)安全與效率的基礎(chǔ)，也是保證企業(yè)利潤和品牌形象的重要因素。 當(dāng)前的缺陷檢測技術(shù)主要依賴于將產(chǎn)品檢測圖像與預(yù)定義的缺陷類型和知識庫進(jìn)行對比分析，通過差異變化來最終判定產(chǎn)品質(zhì)量是否合格，這種方法缺乏一定的學(xué)習(xí)能力和檢測彈性，從而導(dǎo)致檢測精度和效率降低，同時還存在一定的失誤，給質(zhì)量管理工作帶來巨大壓力。

近年來，基于在線機(jī)器的視覺檢測技術(shù)日趨成熟，也在多個領(lǐng)域場景落地使用。 但是，該技術(shù)仍然存在的一些問題阻礙了它的推廣，限制了它的應(yīng)用范圍，例如：視覺檢測是通過對生產(chǎn)線上的產(chǎn)品進(jìn)行實時的圖像識別，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖说馁|(zhì)量判定系統(tǒng)進(jìn)行圖像對比分析，從而在最短的時間內(nèi)出具報告并給出改進(jìn)措施建議。 但由于非常依賴網(wǎng)絡(luò)的帶寬和可靠性， 導(dǎo)致在一些高溫、高壓、易腐蝕、潮濕的惡劣環(huán)境下無法使用傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 另外，在一些偏遠(yuǎn)的工廠環(huán)境中，由于受距離的影響，鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的成本非常高， 即便采用3G/4G 等技術(shù)，也會因為信號、帶寬等原因無法滿足傳輸要求。 而5G 技術(shù)的誕生和發(fā)展， 同時解決了帶寬和傳輸速度的問題，使得在線監(jiān)測這項技術(shù)能夠適應(yīng)更多的環(huán)境和場景，加快了在線質(zhì)量檢測的落地和推進(jìn)。

機(jī)器視覺檢測應(yīng)用是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷。 機(jī)器視覺系統(tǒng)是通過機(jī)器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置， 分為CMOS 和CCD 兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，得到被攝目標(biāo)的形態(tài)信息，根據(jù)像素分布、亮度及顏色等信息，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)特征，進(jìn)而根據(jù)判別分析結(jié)果控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。

機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖11 所示，機(jī)器視覺模型建模過程如圖12 所示， 機(jī)器視覺平臺的技術(shù)特性如圖13 所示。

圖11 機(jī)器視覺平臺結(jié)構(gòu)組成

圖12 機(jī)器視覺模型建模過程

圖13 機(jī)器視覺平臺技術(shù)特性

2.8.2 機(jī)器視覺噴碼檢測應(yīng)用

在液體洗滌劑生產(chǎn)車間的灌裝流水線上的瓶體編碼打?。▏娡浚┰O(shè)備后方布署帶有工業(yè)相機(jī)的機(jī)器視覺智能檢測裝置， 實現(xiàn)對光源高度、拍攝鏡頭角度及檢測計數(shù)器精度等的自由設(shè)置。如圖14、15 所示，對灌裝產(chǎn)線傳送帶上的液體洗滌劑瓶體編碼打?。▏娡浚┪恢眠M(jìn)行拍照，通過工廠操作系統(tǒng)中集成的機(jī)器視覺識別檢測算法對拍攝照片進(jìn)行識別分析，判斷編碼打印（噴涂）是否完整、清晰，如有漏噴、錯噴或噴碼不清晰的，系統(tǒng)立即亮燈報警或發(fā)出提醒。

圖14 液體洗滌劑瓶體標(biāo)準(zhǔn)噴碼效果

機(jī)器視覺識別檢測智能裝置上安裝氣動桿，當(dāng)系統(tǒng)識別出瓶體噴碼出現(xiàn)漏噴或噴碼不完整時，自動認(rèn)定該瓶產(chǎn)品為不合格產(chǎn)品，對瓶體噴碼問題部位即刻拍照并存入系統(tǒng)，同時系統(tǒng)自動啟動氣動桿將該瓶體從流水線迅速推離剔除。

圖15 5G+機(jī)器視覺應(yīng)用

系統(tǒng)對機(jī)器視覺識別檢測裝置檢測出的噴碼結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行實時記錄，照片數(shù)據(jù)上傳至工廠操作系統(tǒng)平臺存儲，對海量檢測數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行分析統(tǒng)計，可視化展示日、周、月的不良品數(shù)量和占比，并自定義選擇時段查詢。

2.9 手機(jī)端APP 應(yīng)用

通過工廠操作系統(tǒng)包含的移動端應(yīng)用子平臺實現(xiàn)工廠業(yè)務(wù)和生產(chǎn)的統(tǒng)一管理。 如圖16 所示，移動端應(yīng)用子平臺作為工廠操作系統(tǒng)在移動端的延伸和擴(kuò)展，其設(shè)置有豐富的平臺功能移動化應(yīng)用，支持用戶企業(yè)多層級、多組織管理，讓所有的關(guān)鍵應(yīng)用都可以在手機(jī)端展現(xiàn)，打破時間與空間的束縛，有效地實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的協(xié)同辦公。

圖16 工廠操作系統(tǒng)移動端應(yīng)用子平臺技術(shù)架構(gòu)

無論何時何地，用戶可以通過移動終端實現(xiàn)工廠實時運(yùn)行過程的掌控、設(shè)備實時運(yùn)行狀態(tài)的獲取、生產(chǎn)過程參數(shù)實時管控、生產(chǎn)安全預(yù)警、工業(yè)視頻監(jiān)控、工藝指標(biāo)變化趨勢展示、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)追溯、產(chǎn)品出入庫精確管理、倉儲智能管控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析報表輸出、業(yè)務(wù)工作流管理、公告信息發(fā)布等，進(jìn)行任務(wù)下達(dá)、工作審批及事項跟蹤等業(yè)務(wù)流程處理（圖17）。

移動端應(yīng)用子平臺主要支持：

a. 生產(chǎn)辦公協(xié)同。平臺提供生產(chǎn)過程移動化畫面監(jiān)控、視頻監(jiān)控、趨勢分析、報警查看及待辦處理等功能，快速高效地實現(xiàn)生產(chǎn)過程的協(xié)同辦公。

b. 企業(yè)社交服務(wù)。 通過平臺提供的即時溝通、群聊、組織及公告等功能，在企業(yè)側(cè)的現(xiàn)場操作內(nèi)外協(xié)同、 進(jìn)行工作任務(wù)溝通等提升工作效率。

c. 應(yīng)用集成與管理。 支持企業(yè)信息個性化設(shè)置；支持平臺桌面應(yīng)用移動化展示；支持第三方應(yīng)用接入，滿足企業(yè)持續(xù)集成與優(yōu)化的需求。

3 應(yīng)用效果

3.1 數(shù)據(jù)采集應(yīng)用效果

實現(xiàn)了企業(yè)車間產(chǎn)線設(shè)備互聯(lián)互通和設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，將工業(yè)大數(shù)據(jù)實時上傳至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺；通過對產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的透明化管控，實現(xiàn)產(chǎn)線設(shè)備的故障監(jiān)控、異常提醒、預(yù)警和生產(chǎn)成本的有效控制。

運(yùn)行狀態(tài)實時顯示、異常類型自動記錄和參數(shù)詳細(xì)記錄，以便于分析。

降低異常處理成本（成本為異常處理時間之和與設(shè)備運(yùn)行單價之積）。 異常實時反映到車間和設(shè)備管理者，減少信息傳遞時間；異常發(fā)生時狀態(tài)參數(shù)全部記錄， 減少鎖定問題與解決時間；通過異常類型匯總分析，制定保養(yǎng)或設(shè)備升級方案，減少異常次數(shù)。

及時干預(yù)節(jié)約成本（成本為預(yù)警次數(shù)與平均故障處理時間之積）。 監(jiān)控參數(shù)發(fā)現(xiàn)異常后及時干預(yù)，最終避免停機(jī)發(fā)生。

綜合管理節(jié)約成本（每小時產(chǎn)量提升值與單位機(jī)器人工成本之積）。 管理層關(guān)注開機(jī)率等數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為相關(guān)部門考核，提升效率；系統(tǒng)自動記錄產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為計件制提升員工積極性。

3.2 工業(yè)APP 應(yīng)用與系統(tǒng)集成效果

應(yīng)用工業(yè)制造APP，并集成業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和生產(chǎn)管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，將生產(chǎn)全過程中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合， 形成全生產(chǎn)流程閉環(huán)管控。 使工廠生產(chǎn)過程透明，采用獎勵機(jī)制拉開員工報酬差距，激勵員工自主提效，各部門數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)自動互通并校驗，減少工作量，及時發(fā)現(xiàn)異常并卡控。 具體如下：

a. 節(jié)約內(nèi)部數(shù)據(jù)信息傳達(dá)時間（從銷售接單到完成生產(chǎn)安排、物料采購的時間等）；

b. 生產(chǎn)透明，促進(jìn)人均產(chǎn)出的提升（各工序入庫成本和車間員工數(shù)）；

c. 各環(huán)節(jié)校驗較少風(fēng)險（采購銷售數(shù)據(jù)不一致導(dǎo)致多采購的金額等）；

d. 大幅縮短產(chǎn)品加工周期（工單的完工日與開工日時差）；

e. 計劃安排合理，提高庫存周轉(zhuǎn)（紙箱等采購件領(lǐng)出時間與入庫時間時差）；

f. 分析耗材用量， 提前備貨， 避免停機(jī)待料（根據(jù)歷史用量提前采購低耗品）；

g. 根據(jù)銷售進(jìn)度及時收款 （發(fā)出商品金額、開票未收款金額等事項提醒）；

h. 根據(jù)采購準(zhǔn)交率和良品率加強(qiáng)供應(yīng)商管理（交貨及時率、良品率）。

3.3 數(shù)據(jù)分析輔助改善效果

輔助判斷季節(jié)溫/濕度對產(chǎn)能的影響。實時采集制皂車間環(huán)境溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、壓條機(jī)炮口溫度數(shù)據(jù)和壓條機(jī)產(chǎn)量數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)積累進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，按照日、月、季度、半年度的分析報表， 輸出溫/濕度和產(chǎn)量數(shù)據(jù)折線圖，輔助分析溫/濕度對產(chǎn)量的影響。

輔助分析制皂產(chǎn)線協(xié)同情況。 對制皂車間產(chǎn)線設(shè)備具體開停機(jī)時間、停機(jī)斷線次數(shù)、中斷時間、 累計次數(shù)及累計時間等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，輔助管理層對制皂車間設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，并按表格數(shù)據(jù)輸出產(chǎn)線的故障情況折線圖。

分析產(chǎn)線班組開停機(jī)時間，統(tǒng)計績效。 通過車間產(chǎn)線設(shè)備開、 停機(jī)時間分析班組的工時績效，輔助管理層對車間產(chǎn)線和班組的工作工時和產(chǎn)量產(chǎn)能進(jìn)行準(zhǔn)確的計數(shù)統(tǒng)計和生產(chǎn)趨勢分析，并按表格數(shù)據(jù)輸出產(chǎn)線工序的產(chǎn)能趨勢折線圖。

3.4 機(jī)器視覺識別檢測應(yīng)用效果

按照企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢測需求，對機(jī)器視覺識別檢測裝置的光源高度、鏡頭角度和計數(shù)器精度進(jìn)行最優(yōu)化調(diào)整， 高效自動剔除檢測出的不良品，從而有效代替人工檢測作業(yè)，全面降低產(chǎn)品瓶體噴碼檢測的人工成本，提高檢測效率和準(zhǔn)確性，杜絕因人員疲勞給檢測工序帶來的漏檢和錯檢現(xiàn)象，同時促進(jìn)噴碼檢測數(shù)量和產(chǎn)量的實時統(tǒng)計，將機(jī)器視覺檢測裝置拍攝的檢測圖片進(jìn)行自動存檔，存儲到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，對積累的海量存檔圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計，輸出產(chǎn)品瓶體噴碼檢測完整性趨勢，數(shù)據(jù)提供噴碼機(jī)供應(yīng)商用以改善優(yōu)化，改善效果實現(xiàn)二次降本增效。

注：每條產(chǎn)線節(jié)約人工成本為檢驗員平均月薪與設(shè)備月折舊金額之差。 漏檢比例降低（漏檢數(shù)/總生產(chǎn)數(shù)），漏檢可從成品檢驗、客戶投訴數(shù)據(jù)取得。 噴碼檢測數(shù)量手工統(tǒng)計（月（按30 天計）節(jié)約成本為每天人工統(tǒng)計漏檢時間與小時工資之積）。

3.5 其他5G 應(yīng)用效果

基于5G+AI 的人臉識別和VR 技術(shù)，面向企業(yè)廠區(qū)，提供包含車輛道閘、廠區(qū)全景VR、安防監(jiān)控、訪客登記及考勤管理等功能的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)，開展疫情常態(tài)化防控，人臉識別考勤記錄，實現(xiàn)廠區(qū)管理的信息化與可視化。

3.6 綜合應(yīng)用成效分析

通過5G 網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺網(wǎng)絡(luò)協(xié)同智能制造新模式的應(yīng)用， 在降低企業(yè)運(yùn)營成本、縮短產(chǎn)品研制周期、提高生產(chǎn)效率、提升網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造能力、降低產(chǎn)品不良品率、提高能源利用率及促進(jìn)機(jī)器換人等方面取得顯著成效，并持續(xù)改善，具有良好的增長性。

使企業(yè)實現(xiàn)精益管理，準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)進(jìn)度，監(jiān)控產(chǎn)品檢測的不良率、產(chǎn)能與進(jìn)度，使產(chǎn)能利用率增加20%，交期準(zhǔn)確度提高30%。 工藝管控與產(chǎn)品檢驗，實現(xiàn)了無死角全覆蓋，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，有效提升了客戶滿意度。人員調(diào)整更加容易，提高了換線速度，減少人員閑置和產(chǎn)能浪費。完善了質(zhì)量回溯追蹤，原料、工序、設(shè)備、員工、設(shè)計可能不良原因的追溯查詢。 協(xié)助用戶企業(yè)降低不良品率5%以上，大比例節(jié)約質(zhì)量維護(hù)成本。 各種數(shù)字化功能的應(yīng)用， 大幅提高了數(shù)據(jù)利用率和綜合管理水平，提高綜合生產(chǎn)管理效率達(dá)15%以上。

4 結(jié)束語

基于“5G+工廠操作系統(tǒng)” 的數(shù)字化智造平臺，通過5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、設(shè)備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)可視化展示、系統(tǒng)集成、工業(yè)生產(chǎn)制造APP 應(yīng)用和機(jī)器視覺識別檢測技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了從業(yè)務(wù)到生產(chǎn)的集中閉環(huán)管控。 建立起實時財務(wù)核算、業(yè)務(wù)管理、生產(chǎn)管控、質(zhì)量控制和倉儲管理的經(jīng)營智造模式， 從而更具針對性地改善了生產(chǎn)績效、提高產(chǎn)品質(zhì)量。 通過在倉庫、車間和生產(chǎn)線上的流動與數(shù)據(jù)采集， 實現(xiàn)物品流和信息流的精細(xì)化、透明化和自動化，質(zhì)量控制的實時化、數(shù)據(jù)化、一體化。 最終將產(chǎn)品關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)，建立起從供應(yīng)商送貨、財務(wù)核算、檢驗、入庫、生產(chǎn)領(lǐng)料、生產(chǎn)過程控制、在線檢驗、成品入庫、發(fā)運(yùn)、售后服務(wù)的全流程管控。 帶動整個行業(yè)企業(yè)研發(fā)、制造、管理及服務(wù)等各環(huán)節(jié)智能化水平的提高，使企業(yè)智能化發(fā)展在日化行業(yè)處于領(lǐng)先水平，具有工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型示范帶動作用。