中電鵬程工業互聯網網絡化解決方案
以“智能裝備+工業互聯網”技術為產業方向，中電鵬程聚焦半導體、EMS 等核心工業制造領域，憑借超高精度智能視覺處理、超高精度運動軌跡控制、基于ARM 的工控產品硬件核心模塊等核心技術，為客戶提供高端智能裝備、智能產線升級改造、數字化工廠、智能制造咨詢等產品及服務，為制造型企業“以智提質、以機增效”高質量發展提供強大支撐。
堅守“智”造強國初心，中電鵬程秉持誠實守信經營理念，聚焦市場發展與客戶需求，以創新為驅動、以技術為支撐、以品質為保障、以奮斗者為本，致力于攜手生態伙伴共同賦能引領制造業高質量發展，成長為值得信賴并受人尊敬的行業領軍企業。
一、項目概況
1.項目背景
我國制造業經過數十年的快速發展，在規模上已經處于國際前列，但是總體仍然大而不強，技術含量不高，產品附加值低，高精尖技術多年被國外所壟斷。隨著新一代網絡信息、數據傳感、建模仿真、人工智能與計算機技術的發展，制造業也迎來新的發展契機和突破點。多個大國先后提出了制造業轉型升級的國家戰略，如德國的“工業4.0”，美國的“工業互聯網”以及我國的“中國制造2025”。把握住“第四次工業革命”的重要機遇，將新一代科學技術應用于制造業，為制造業的轉型升級提供新的動力，實現我國制造業對發達國家先進技術的追趕，是新時代我國由制造大國向制造強國發展的使命所在。
以智能制造為核心的“中國制造2025”國家戰略的快速推進，包括流程工業在內的各類工業企業走向智能制造已成為必然趨勢，以萬物互聯、可感知、可診斷、可預測、可精準恢復、可自適應調整等為特征的設備遠程（智能）運維應運而生，并成為工業企業智能制造實現的基礎和重要組成。設備運維水平不僅直接影響企業的生產成本，包括維修維護、人力資源、物料消耗等費用，也直接影響生產效率和產品的質量。因此，提高智能化遠程運維水平對我國從制造大國轉型為制造強國具有非常重要的意義。
《國家智能制造標準體系建設指南》明確了智能制造新模式，包括流程型智能制造，離散型智能制造、網絡協同制造、大規模個性化定制以及遠程運維。同時，對遠程運維進行了明確的要求：遠程運維標準主要包括平臺接口規范、通用要求、安全規范、監控規范和應急管理規范等五個部分。要求建有標準化信息采集與控制系統，自動診斷系統，基于專家系統的故障預警模型和故障檢索模知識庫；可實現裝備遠程無人操作，工作環境預警、運行狀態監測、故障診斷與自修復；建立產品全生命周期分析平臺、用戶使用習慣信息模型；可對智能裝備提供健康狀態監測、虛擬設備維護方案推送、創新應用開發等服務。
2.項目簡介
中電鵬程自主知識產權的智能裝備融合自主研發的超高精度智能視覺處理技術、激光定位技術、超高精度運動軌跡控制技術、半導體封測核心工藝、驅動控制以及、國內首創的除塵技術，采用“PKS”體系，在線智能裝備運用飛騰高端嵌入式CPU+麒麟嵌入式操作系統+“S- Security”立體防護的安全鏈。PKS的雙體系內生安全架構保障了智能裝備數據安全、網絡安全；防病毒，保數據、防擴散；防網絡攻擊；同時防止裝備性能降、應急慢、生態不兼容，是一個工業智能終端，是工業互聯網的一個節點載體。
本項目利用物聯網技術融合了未來網絡“LY208N型-低功耗物聯網數據采集器”、紫金山實驗室科技成果、基于TSN的智能制造協同網絡設計采集上傳智能裝備的原始傳感器信息運行數據（電流、電壓、振動、噪聲等）、生產車間環境數據（溫度、濕度等）、生產車間圖像數據（人流數量、安裝姿態），基于工業現場異構通信協議集成實施工業現場的高效數據采集，通過低功耗物聯網數據采集終端對客戶生產車間設備的實時采集監控，車間局域網通信采用基于TSN的智能制造協同網絡設計優化設備布局與通信方式，實現工廠內網絡的車間級和現場級融合，IT網絡與OT網絡融合。
基于SD-WAN的高質量企業外網實現工廠局域網與云平臺的通信，實現邊緣層采集的海量工業數據的高質量傳輸。實現智能調度，實時監管，即插即用的功能。大大加強了平臺可擴展性，滿足中電鵬程各領域客戶生產車間與平臺對接。
云平臺采用母公司中電工業互聯網有限公司自主研發的“中電云網”平臺，中電云網（BachOS）”為本項目提供成套云技術和安全保障，具備完整的工業APP開發、部署、運行、運維等全生態平臺。
本項目運用5G+確定性網絡/時間敏感網絡（TSN）+邊緣計算+工業光網+ IPv6等技術，通過物聯網系統和工業互聯網大數據平臺完成對智能裝備的整體生命周期的過程管控，運用遠程智能故障診斷系統代替人工分析診斷，能耗管理，運用BP神經網絡為設備提供預測性維護，并給出維護策略，提高了運維效率；為智能制造企業提供SASS服務，整合智能制造行業上下游資源，為智能制造客戶提供整體解決方案，提高行業整體服務水平和競爭力。通過對智能裝備運行的實時監測，提供遠程維護、故障預測、性能優化能一系列服務，并反饋優化產品設計，實現企業服務化轉型，開拓裝備服務新模式。
3. 項目目標
1、智能裝備遠程運維平臺目標為解決當前行業痛點問題，并且進行系統運維軟件和遠程運維系統在設備管理方面的層級架構升級，關鍵技術突破，功能更新更加完善，結合當前工業互聯網技術新生態，新架構來進行功能升級和生態衍生。另一個方面，以自主可信、可控為目標，項目結合中國電子PKS體系，從系統核心處理器，到操作系統及自有云平臺中電云網及平臺上的海量應用，實現智能裝備遠程運維平臺全流程的國產化，系統化，可信可控化，安全化。
圖1基于物聯網和邊緣智能的電子制造裝備生產運維管控平臺數據流
1）通過對智能裝備運行的實時監測，提供遠程維護、故障預測、性能優化能一系列服務，并反饋優化產品設計，實現企業服務化轉型。
2）結合物聯網系統和工業大數據預測性維護、診斷，完成對智能裝備的整體生命周期的過程管控，讓設備更智能，產線更精益，有效做到提質、增效、降本。
3）簡化產業鏈流程，達到對當前工業企業產業鏈的優化目標，提高對產業鏈上企業生產的效率，對工業企業資金壓力的緩解，降低采購成本，提高企業的銷售收入，幫助企業進行轉型升級改造，完成對企業的供給側改革。
4）在不少于4個行業（智能裝備、數字零售、SMT、工程機械等）模式復制應用，落地應用場景不少于10個，接入設備數量不低于10萬臺，總體服務企業數量不低于240家，營收不少于3億元。
2、以PKS為體系，開發全國產化的、可定制、可編程的智能裝備，立足于核心裝備建設基于中國制造2025智能制造行業的，以PKS為體系，集成國產化可信可控零件模組，傳感器，自主研發操作系統，融合工業互聯網，數據采集系統，云計算，大數據，視覺系統，運動控制，敏感網絡，TSN，SDWAN,IP6，5G，AI等互聯網新技術新生態，用于智能制造裝備行業智能裝備企業級/車間級/工廠級遠程運維的信息系統平臺。平臺采用工業互聯網網絡技術、設計云邊端協同的新型工廠內網網絡架構、并研制TSN原型系統及建設企業級/車間級云平臺，滿足制造過程中的數據實時采集、靈活存儲、按需分享等需求。
圖2基于物聯網和邊緣智能的電子制造裝備生產運維管控平臺功能框架
二、項目實施概況
1. 項目總體架構和主要內容
“中電鵬程基于物聯網和邊緣智能的電子制造裝備生產運維管控平臺” 開拓“智能裝備+工業互聯網”的全新商業模式，帶動智能制造整體產業鏈的協同創新，形成跨行業、跨領域推廣應用，為制造企業“機器換人”提質、增效、降本，提供有力支撐，助力裝備制造行業企業有效提升。并打造智能制造行業及地區的工業互聯網標桿，與相關領域企業共享數據平臺，為制造企業賦能，推動制造企業轉型升級。
圖3平臺數字駕駛艙
項目基于PKS體系的智能裝備，采用CEC “PKS”體系運用5G+確定性網絡/時間敏感網絡（TSN）+邊緣計算+工業光網+IPv6等技術，通過物聯網系統和工業互聯網大數據平臺完成對智能裝備的管控，運用遠程智能故障診斷系統、智能裝備預測性維護系統代替人工分析診斷，提高維修效率；為智能制造企業提供SASS服務，整合智能制造行業上下游資源，為智能制造客戶提供整體解決方案，提高行業整體服務水平和競爭力。
通過對智能裝備運行的實時監測，提供遠程維護、故障預測、性能優化能一系列服務，并反饋優化產品設計，實現企業服務化轉型；結合物聯網系統和工業大數據預測性維護、診斷，完成對智能裝備的管控，讓設備更智能，產線更精益，有效做到提質、增效、降本；實現中電鵬程智能裝備的設計、加工過程監控、物流、質量檢測等關鍵環節的全流程數字化管控，提高車間生產效率和生產管理能力，細化材料、工時等消耗統計，縮減企業生產和管理成本，實現車間的產品制造生產的數字化。該系統技術能夠有效彌補MES、ERP系統在裝備生產環節中的數字化、智能化管控方面的不足之處，實現工藝數據上傳、規范下達、質量控制追溯、工時精準管控等車間級精細管理，解決管控軟件進車間、取真數據等難題，突破車間級底層設備的互聯互通、制造大數據的如何應用難題。
圖4平臺裝備運行管理界面
1）在線智能裝備運用飛騰高端嵌入式CPU+麒麟嵌入式操作系統+“S-Security”立體防護的安全鏈。PKS為智能裝備提供可信雙體系防護，具有CPU計算核和可信核，采用可信應用軟件和可信固件，處理器隔離出可信核用于可信計算、內存隔離、I/O隔離；將白名單機制嵌入到OS，全流程監控。同時中電鵬程智能裝備運用自主研發的超高精度智能視覺處理技術，激光定位技術、超高精度運動軌跡控制技術，靈活的接口，使得智能裝備不只是生產裝備， 而且是一個工業智能終端，是工業互聯網的一個節點載體。
2）裝備智能管控工業互聯網平臺項目融合了國家重點實驗室紫金山實驗室的未來網絡 “LY208N型-低功耗物聯網數據采集器”、紫金山實驗室科技成果、基于TSN的智能制造協同網絡設計。采集上傳智能裝備的原始傳感器信息運行數據（電流、電壓、振動、噪聲等）、生產車間環境數據（溫度、濕度等）、生產車間圖像數據（人流數量、安裝姿態），基于工業現場異構通信協議集成實施工業現場的高效數據采集，通過低功耗物聯網數據采集終端對客戶生產車間設備的實時采集監控。
3）時間敏感網絡（TSN）的創新運用
TSN配置管理系統架構創新，基于SDN的TSN網絡配置管理工具，采用分層分域的架構，可以實現全網配置TSN網絡資源，根據業務需求，彈性分配網絡資源，達到網絡資源可視、分析、預測，保障的目的。
TSN配置管理系統互聯互通創新，針對時間敏感網絡互聯互通難題，設計基于SDN的控制器系統，遵循NetConf/RestConf/Yang模型,可以實現不同廠商的TSN交換機，TSN網關設備互通互聯和控制管理；支持SNMP協議，還可以實現普通交換機的控制管理；同時兼容OPC UA，MQTT工業協議的業務接入需求，實現TSN工業行業應用的互聯互通。
4）運用基于SD-WAN的高質量企業外網
設備、網絡和應用融合：FN-IND平臺面向工業企業數字化、網絡化、智能化需求，采集海量工業互聯網感知層數據，并基于工業互聯網海量數據的采集、匯聚、分析提供開放式API接口，結合工業現場實際需求賦能應用。同時將SD-WAN/蜂窩連接和工業設備數據進行融合，實現高質量網絡和蜂窩連接管理，具備云網端融合、多平臺聚合、網絡連接多場景覆蓋等特點。實現設備層、網絡層、應用層的全場景覆蓋。
5）項目結合中電云網工業互聯網平臺，助力全生命周期的工業智能制造，實現了包含研發設計，采購供應，生產制造，運營管理，企業管理，倉儲物流，產品服務等全流程的遠程運維及工業互聯網服務。
6）運用人工智能神經網絡和目標優化等多種方法，實現了精度較高的故障預測方法對設備故障進行了預測，滿足制造企業對其設備的可靠性和利用率提出了更高的要求，不僅要求減少設備停機次數和時間，提高設備綜合利用效率，而且要求降低設備維護成本。
2. 具體應用場景和應用模式
應用場景一：面向工業現場的生產過程優化。中電鵬程的生產運維平臺能夠有效采集和匯聚設備運行數據、工藝參數、質量檢測數據、物料配送數據和進度管理數據等生產現場數據，通過數據分析和反饋在制造工藝、生產流程、質量管理、設備維護和能耗管理等具體場景中實現優化應用。
應用場景二：面向企業運營的管理決策優化。借助平臺可打通生產現場數據、企業管理數據和供應鏈數據，提升決策效率，實現更加精準與透明的企業管理，其具體場景包括供應鏈管理優化、生產管控一體化、企業決策管理等。
應用場景三：面向社會化生產的資源優化配置與協同。平臺可實現制造企業與外部用戶需求、創新資源、生產能力的全面對接，推動設計、制造、供應和服務環節的并行組織和協同優化。場景包括協同制造、制造能力交易與個性定制等。
應用場景四：面向產品全生命周期的管理與服務優化。平臺可以將產品設計、生產、運行和服務數據進行全面集成，以全生命周期可追溯為基礎，在設計環節實現可制造性預測，在使用環節實現健康管理，并通過生產與使用數據的反饋改進產品設計。具體場景主要有產品溯源、產品/裝備遠程預測性維護、產品設計反饋優化等。
應用模式：平臺化設計，集人員、設備、算法、模型等資源，能夠實現裝備機理模型分析和管控；數字化管理，實現數據收集、分析、模型優化等一體化，讓生產更精確，高效；智能化制造，從設計、生產、管理、運輸等都能實現智能化人工替代；網絡化協同，平臺可集聚生產設備資源、智力資源和各種核心能力進行協同管理、協同服務；個性化定制，面對客戶的個性化需求，實現高質量、個性化產品；服務化延伸，平臺可實現售出設備的聯網與運行數據采集，并利用大數據分析提供多樣化智能服務。
3. 其他亮點
目前國內外主要智能制造企業，雖然部分實現了數字化工廠，但是主要側重于車間設備狀態的監控方面，與企業數字化管控系統（PDM、MES、ERP）缺乏信息交互，更無法對整個裝備的生命周期進行維護管理，缺少相關大數據的分析和反饋。本項目通過建立智能裝備全生命周期智能管控工業互聯網平臺，完成了產品從設計研發到生產制造，再到運營維護，最后將運維數據反饋到產品的升級改造中的一整個閉環系統，實現了智能數字工廠與下游設備以及不同制造工廠之間的互聯互通，具有典型性和代表性。
三、下一步實施計劃
首先是從自身應用實施開始，在自身實施的基礎上，對系統功能進行逐步優化完善。向母公司中電互聯及其分子公司進行逐步推廣。結合中電互聯在中電云網，工業互聯網，5G，大數據，云計算，AI等眾多優勢及技術支撐下，利用中電互聯眾多的業務模式和應用場景，進行各個模塊，各個系統的推廣實施。
中電鵬程將開發電子制造裝備生產運維數字孿生平臺，技術將真實物理空間的成套智能裝備，實時映射到數字空間的裝備孿生體，運用智能應用軟件，從數字空間得到有效的指導與決策。貫穿設計、制造、調試、運行、維護、報廢/回收智能裝備全生命周期，提升裝備從設計到報廢過程的智能化水平。
項目將采用更加安全的策略確保客戶的數據不外泄。采用保密通信綜合解決方案基于“絕對安全”的量子密鑰分發技術，結合國密算法，通過分布式量子密鑰管理服務平臺，為各遠程運維平臺的車間集基礎網絡和企業外網提供安全自主的量子保密通信，為遠程運維平臺系統提供量子安全賦能。
四、項目創新點和實施效果
1. 項目先進性及創新點
中電鵬程自主知識產權的智能裝備，可以和系統無縫對接，可編程可定制可調整，本項目采用CEC “PKS”體系，在線智能裝備運用飛騰高端嵌入式CPU+麒麟嵌入式操作系統+“S- Security”立體防護的安全鏈。PKS的雙體系內生安全架構保障了智能裝備數據安全、網絡安全；防病毒，保數據、防擴散；防網絡攻擊；同時防止裝備性能降、應急慢、生態不兼容。本項目運用確定性網絡/時間敏感網絡（TSN）+邊緣計算+工業光網+IPv6+人工智能等技術，通過物聯網系統和工業互聯網大數據平臺完成對智能裝備的管控，運用遠程智能故障診斷系統、智能裝備預測性維護系統代替人工分析診斷，提高維修效率。工廠內網絡的車間級和現場級將融合性高，IT網絡與 OT網絡融合性高。此外，本項目采用基于SD-WAN的高質量企業外網實現工廠局域網與云平臺的通信，實現邊緣層采集的海量工業數據的高質量傳輸。實現智能調度，實時監管，即插即用的功能。大大加強了平臺可擴展性，滿足中電鵬程各領域客戶生產車間與平臺對接。
1）硬件層面，本系統采用的PKS系統底層硬件、軟件系統、網絡架構，云計算及上層各種應用，均采用的國產化的處理器，操作系統及安全保障系統，完全自主知識產權，可信可控，掌握核心技術，不被卡脖子；
2）應用對象智能裝備，屬于自主研發、生產、制造。設備采用的工控機、運動控制卡、驅動器，傳感器等關鍵模組零部件，也均是國產化，對于底層硬件及網絡架構的互聯互通更加便捷，擴展及通用性更強，兼容性更全面。
3）實現了制造業全流程的，從底層硬件基礎，到智能裝備層面數據采集運算加工分析，再到云端各種應用程序的融合，真正打通了各個環節的數據互通，解決了國外局部應用，數據孤島，無法實現全流程的服務缺陷。
2. 實施效果
產品研發模型更優化，更貼近客戶需求，產品用戶體驗及可靠度提升，核心競爭力提升；
生產制造數據通過車間數字化管控系統，結合機器學習、大數據分析模型，實現產品工藝優化、設備自動控制、智能監測等，提升裝備生產效率，降低人工、設備、工時、材料等資源消耗，可有效降低企業的生產管理成本20%以上；
平臺智能故障診斷代替人工分析診斷，無需專業工程師參與即可快速定位故障，提高維修效率30%以上，提高了客戶設備整體稼動率；
平臺大數據建模+機器學習算法，自動預測設備運行趨勢及使用壽命、提供智能化維護維修建議，降低定期維護次數，減少備品備件的采購和庫存。
消除“信息孤島”，打造數字化、網絡化、物聯化、智能化、可視化的智慧工廠，實現真正的數字工廠；提高生產車間生產速度，提升智能裝備利用率與使用率，實現智能裝備的生產效益最大化，助力企業大大減少工廠的管理成本、人力資源成本，打造真正的黑燈工廠。
聲明
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