面向可重構和微服務的 可穿戴產品智慧工廠
歌爾股份有限公司成立于2001年，2008年5月深圳證券交易所上市，股票代碼002241，是國家重點高新技術企業、國家技術創新示范企業，是虛擬現實與智能硬件領域全球領先企業。
2016年9月，工業和信息化部、國家發改委聯合印發《智能硬件產業創新發展專項行動(2016-2018年)》（以下簡稱《專項行動》）。《專項行動》特別提到“提升高端智能硬件產品有效供給”，支持企業面向消費者運動、娛樂、社交等需求，加快智能手表、智能手環、智能服飾、HMD等穿戴設備的研發和產業化，提升產品功能、性能及工業設計水平，推動產品向工藝精良、功能豐富、數據準確、性能可靠、操作便利、節能環保的方向發展。在國家積極推動制造業轉型升級關鍵時期，歌爾可穿戴產品智慧工廠的建設將成為行業發展的基石。在滿足企業自身發展需要的同時，本項目的實施具有積極的行業示范、引領、推動國內經濟轉型等重大意義。
一、項目概況
1. 項目背景
智能可穿戴產品未來將保持30%左右的高速增長，然而整體制造能力不能滿足行業高速增長、變化快的要求。消費者對于產品的外觀、功能和售后定制服務提出了更多復雜的需求，大批量生產的產品趨同已不能適應消費升級的需求。成本壓力大、招工困難給可持續發展帶來嚴峻挑戰。升級現有制造模式，打造柔性化、數字化和智能化的生產體系適應消費者個性化日益提升的需求以及市場快速變化的趨勢尤為迫切。
2. 項目簡介
本項目面向離散型智能制造和大規模個性化定制，建立了包含頭戴式顯示器（HMD）、智能手表、智能手環等可穿戴產品智慧工廠軟硬件協同解決方案，包含七條產線改造、兩套系統、兩大平臺和三套標準/規范草案。
3. 項目目標
本項目重點基于虛擬現實及其交互腕帶類產品產線改造優化，建立一套面向可穿戴產品的智慧工廠軟硬件解決方案，包括七條產線改造優化，其中四條HMD產線、一條智能手表產線、兩條智能手環產線；兩套系統部署，包括一套自動倉儲系統、一套能源控制系統；兩大平臺建設，包括一套3D虛擬工廠仿真平臺和一套大數據聚合云平臺；三套標準/草案的形成，包括一套制造服務標準草案、一套智能可穿戴檢測標準、一套智慧工廠建設實施規范草案。標準化組件通過重構一方面可面向同行業實現部署和服務，另一方面可面向個人消費者提供定制微服務。
二、項目實施概況
1. 項目總體架構和主要內容
歌爾參考工業互聯網體系架構，制定了工業互聯網總體方案，從網絡、物理系統、數據、安全和應用5個方面進行了規劃，如下圖：
圖1 歌爾股份智能工廠總體方案
? 網絡包括整體網絡架構規劃和現場工業網絡規劃
? 物理系統包括裝備智能化改造和構建柔性產線
? 數據包括信息縱橫集成打通、建立虛擬工廠和工業大數據平臺
? 安全包括網絡、設備、控制、數據和應用安全
? 應用包括智能化生產和個性化定制
2. 網絡互聯架構
1）網絡互連體系是各類設備、系統的連接與數據集成的基礎。網絡架構進行扁平化建設，分為企業工業網、企業辦公網、企業外部網絡三部分，每部分通過防火墻進行互聯安全隔離。工業網線體之間采用防火墻（帶VPN功能）隔離，減少相互之間通訊沖突，產線的獨立調試運維、復制、快速部署。AGV、PDA、傳感器（溫度/濕度等）通過工業WIFI技術進行海量接入，進行性能參數的數據采集，以及實時控制。智能穿戴產品通過運營商的3G、4G網絡實現海量智能穿戴產品的接入，通過云平臺進行數據采集，支撐信息化系統的建設。
2） 網絡應用支撐體系分為廠外工業云和工廠云，PLM/ERP/MES/WM等IT系統部署在工廠云，電商平臺、CRM、消費數據分析部署在廠外工業云，提供面向客戶、終端用戶的服務。
3. 數據架構和應用
1）依托智能設備、網絡和集成技術，實現設備、系統的連接與數據集成。數據集成遵循單一數據來源的原則，基于標準數據模型，實現產品研發&工藝規劃（PLM）、企業資源計劃（ERP）和制造運營（MOM）的數據高效協同與集成，基于先進傳感和PLC技術，實現制造運營與可穿戴自動化產線（裝配設備、檢測設備、物流設備等）的數據閉環。
2）基于信息流的集成，通過建模仿真技術建立虛擬工廠，指導物理工廠。歌爾工業互聯網平臺是以全數字化集成的軟件系統為核心，具有“全面感知、設備互聯、數字集成、智能預測”等特點的制造平臺，虛即虛擬工廠的模擬生產，實即實體工廠的產線運行。實體工廠的產線、設備等資源通過先進傳感技術等，實現全面狀態感知和數據采集。通過實體工廠與虛擬工廠互聯互通，實現實體物理制造過程和資源的虛擬映像，完整模擬從需求到產品、從訂單到交付的物理制造全過程，“虛”能夠指導“實”的建立，“實”為“虛”提供準確驗證。
如下圖，虛擬工廠主體要素包含以下幾個部分：產品/工藝研發、供應鏈、生產制造三個業務要素。產品/工藝研發業務要素是需求到產品的核心，依據實際的產品需求，通過PLM實現對3D模型、初始BOM的制作及物料主數據和器件庫的管理；同時將產品3D模型、BOM及物料主數據傳遞至仿真平臺，通過對設計仿真驗證分析，實現對產品設計的優化。使用產品設計圖紙、BOM及仿真分析數據，通過工藝管理平臺進行工藝設計和仿真，并輸出工藝文件傳遞至PLM與ERP。研發設計及工藝設計過程中，通過仿真平臺實現力學、射頻、熱分析、氣密性、膠水粘膠/脫膠等產品仿真，裝配公差、裝配干涉分析等工藝仿真，為產品提供虛擬數據依據。
供應鏈業務要素是訂單到交付的核心，依照工藝文件通過PLM實現對產品初始BOM結構化，同步將結構化的BOM數據、物料數據傳遞至ERP，用于執行物料采購、庫存管理、排產管理等。ERP根據產品數據、訂單信息及生產計劃生成備料計劃，并將備料計劃傳遞至WMS，生成倉庫作業計劃指導物料分揀及產線物料供應，WMS將執行結果反饋到ERP。
制造業務要素是訂單到交付的核心，ERP將BOM、生產計劃、工藝文件等信息傳遞至MES，MES與虛擬產線結合，實現對生產過程各個環節的模擬。MES收集并整合生產過程數據，傳遞至PLM與ERP，實現產品設計與制造過程的優化。
以上三個業務要素的無縫融合，完成產品在虛擬工廠的制造過程模擬，通過模擬不斷優化制造過程的瓶頸工序、節拍、物流規劃等，對實體工廠的HMD、智能手表、智能手環三類產品生產線改造、提升和優化進行指導。
3）建設工業大數據平臺，通過數據分析實現了設計、生產、管理、營銷等方面的優化，工業大數據包括企業的經營管理活動和生產制造活動，跟互聯網大數據不同，不在于數據的海量，專注于數據的準確、全面、真實、可靠。通過工業大數據的分析和應用，可預測需求和制造、整合產業鏈和價值鏈，通過用戶價值缺口，發現和管理不可見問題，為用戶提供定制化的產品和微服務。鑒于工業大數據在智能制造中的核心地位，歌爾制定了未來三到五年的信息化戰略規劃，并對企業內的數據分析做了頂層設計，規劃了大數據平臺，采集B2B領域的工業大數據和B2C領域的互聯網大數據。企業對大數據的駕馭和掌控，其核心并不在于擁有多大規模的數據，而在于是否能夠對來自于企業內外部多樣化信息源的涌流數據進行敏捷持續的捕捉和整合，并通過深度分析開發其商務價值。
圖4 歌爾股份大數據藍圖
歌爾大數據平臺是面向產品研發、生產制造、供應鏈、財務管理、營銷管理、質量管理和戰略管理的全方位的工業大數據平臺，結合歌爾的實際業務需要，在各業務領域中識別了七個領域亟需且能快速產生價值的應用場景。
4. 安全及可靠性
2016年歌爾通過ISO27001體系認證，遵循體系要求，從14個控制域、35個控制目標、113個控制措施進行了規劃和實施，制定了40個流程和制度，并每半年進行一次安全審計，實現了被動查事件到主動抓風險的轉變。歌爾工業互聯網的安全架構參考ISO27001管理體系的標準，建立信息安全組織和流程。在安全技術架構方面，在物理、設備、網絡、控制、應用、數據方面設計了網絡隔離、病毒防護、入侵防御等訪問控制措施，并將所有信息安全事件進行統一的分析和存儲、關聯分析和預警，將信息安全事件的處置從事后提前到事中，結合大數據的分析實現事前預警，如下圖。
圖5 歌爾股份工業互聯網安全架構
5. 其他亮點
基于工業互聯網平臺，未來歌爾主要打造兩種應用模式。
（1）智能化生產模式。從生產端切入，基于自主MES系統，通過PLM、ERP、MES、SCADA和可穿戴產品自動化產線的集成，實現產品研發、工藝規劃、生產制造和供應鏈等的高效協同，打造高度柔性化、數字化、智能化的生產模式，如下圖。
圖6 歌爾股份智能化生產模式
（2）個性化定制模式。未來基于與企業客戶的協同研發平臺，通過SuperBOM構建、電商平臺和CRM系統實施實現個性化定制模式。如下圖所示。
圖7 歌爾股份個性化定制模式
三、下一步實施計劃
歌爾工業互聯網平臺遵循“總體規劃、分步實施”的原則進行建設，總體規劃即統一頂層設計，充分借鑒工業互聯網產業聯盟發布的《工業互聯網體系架構》，確保頂層設計不會偏離方向；分步實施即問題牽引，從歌爾及行業面臨的問題入手，展開總體技術路線和各個系統平臺的詳細設計，以避免設計、實施與應用脫節，總體計劃分三個階段。
1) 2017.06-2017.12：完成各模塊的論證與設計工作
2) 2018.01-2018.12：完成各實驗線的建設
3) 2019.01-2019.12：完成智能制造標準體系建設及定制微服務推廣
四、項目創新點和實施效果
1. 項目先進性及創新點
1）標準先進性及創新
通過該項目的實施，將形成多個標準體系，可用來指導行業發展。
? 制定《可穿戴產品制造服務標準》；
? 制定《可穿戴產品智慧工廠建設實施規范》草案；
? 制定智能可穿戴產品檢測標準草案，包括《虛擬現實頭戴式顯示設備通用規范》、《頭盔顯示器舒適度測試方法》、《頭盔顯示器安全測試方法》、《手勢交互系統標準》。
2）技術先進性及創新
? 短板裝備：突破核心技術、系統集成、填補空白、建立智能可穿戴裝備成套生產線；
? 虛實協同：通過工廠仿真（車間、產線、工藝等）形成數字化孿生體，實現虛實實時動態映射優化；
? 數據融通：工藝平臺、供應鏈平臺、MES和自動化設備數據流全融通，訂單到客戶協同；
? 整子抽取：可穿戴產品制造行業基于PROSA的整子抽取與整子網絡的建立；
? 定制微服務：面向可穿戴產品制造商的整子微服務以及面向消費者大規模個性化定制服務。
2. 實施效果
項目在標準和技術方面的先進性決定了未來的高可成長性，實施成功將為整個消費電子行業樹立標桿，同時形成的標準和解決方案面向行業輸出，提升我國電子信息行業競爭力。
? 經濟效益：
可穿戴產品智慧工廠建設項目達產后，將實現年產智能穿戴產品390萬只（臺）的產能，預計實現年產值近50億元，年利稅近10億元。預計未來通過個性化定制模式激發市場潛力及解決方案輸出拉動全球千億產值。
? 社會效益：
核心短板裝備國產化貢獻：通過與國際國內核心裝備供應商密切合作，打造智能可穿戴產品成套生產線；
產業鏈上下游輻射：以可穿戴產品帶動上游零部件供應商如控制器和下游軟件開發商、服務商如PLM和仿真軟件，提升產業鏈整體的智能制造水平，為終端客戶提供更優質的個性化定制服務；
豎立標桿、帶動行業整體發展：將成為可穿戴行業智慧工廠標桿，形成可重構產線和系統整子，面向行業輸出微服務定制解決方案，提升我國電子信息行業競爭力；
人才培養：培養一批智能制造的核心人才隊伍。
聲明
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