面向模具制造行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺構(gòu)建方法研究

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引言

在國家提出工業(yè)4.0的大背景下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為中國新一輪產(chǎn)業(yè)革命的重要技術(shù)支撐[1]。2019年《政府工作報告》中提出建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺促進傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。傳統(tǒng)制造行業(yè)的發(fā)展需要符合現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展的全新要求，智能信息技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的深度融合是產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的必然結(jié)果，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設(shè)不僅可以有效提升制造產(chǎn)能推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，而且以信息網(wǎng)絡(luò)作為驅(qū)動力的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺可以有效增加各行業(yè)之間的合作機會[2]。本文設(shè)計了基于工業(yè)大數(shù)據(jù)和微服務(wù)架構(gòu)技術(shù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)制造過程的信息化和智能化[3]。

1 模具制造行業(yè)特點與需求分析

1.1 行業(yè)特點

中國模具制造行業(yè)從無到有并迅速崛起，并且中國成為世界模具制造大國，這是中國模具制造行業(yè)的第一次飛躍。隨著中國汽車工業(yè)的發(fā)展，國產(chǎn)自主品牌海外市場進軍，這也為模具制造提出了新的需求，模具制造從低端化向高精度發(fā)展這是模具制造行業(yè)的第二次飛躍，但是模具制造行業(yè)所固有的特點也限制住了行業(yè)發(fā)展，模具行業(yè)是典型的單件訂貨型企業(yè)，對于不同生產(chǎn)要求的模具無法采用同一條生產(chǎn)線；其次模具制造行業(yè)的訂單不穩(wěn)定，隨時產(chǎn)生訂單隨時生產(chǎn)這會造成生產(chǎn)計劃的分配不均衡；并且隨著模具生產(chǎn)高端化的要求，模具的制造技術(shù)難度會越來越大，而且制造過程也會更加復(fù)雜。

1.2 對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的需求

模具制造行業(yè)對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的需求可以大致歸納為五點：提高企業(yè)的商業(yè)創(chuàng)新模式，提高企業(yè)整體的智能化水平，及時跟蹤市場和產(chǎn)業(yè)動態(tài)，并能根據(jù)自身情況，多維度進行分析，從而做出最優(yōu)化決策，驅(qū)動企業(yè)向數(shù)字化，服務(wù)化模式轉(zhuǎn)變；同類產(chǎn)品差異化發(fā)展，通過低門檻、標準化模塊、快捷配置等優(yōu)勢，快速實現(xiàn)生產(chǎn)過程監(jiān)控，降低生產(chǎn)成本，更進一步要求能快速響應(yīng)客戶訂制化要求，及時調(diào)整生產(chǎn)進度；優(yōu)化售后服務(wù)，優(yōu)化后服務(wù)市場資源配置和備件管理水平，提高后服務(wù)質(zhì)量，基于行業(yè)大數(shù)據(jù)分析，分析市場動向，支撐商業(yè)決策。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺結(jié)構(gòu)

2.1 總體框架

本文設(shè)計的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺不僅可以應(yīng)用于模具制造行業(yè)，通過對平臺系統(tǒng)的擴展性開發(fā)也可以應(yīng)用于其他制造行業(yè)，互聯(lián)網(wǎng)平臺的通用性對于智能化制造發(fā)展具有非常重要的意義[4]。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺總體構(gòu)架可以分為四個部分：邊緣層、基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺層以及應(yīng)用層。

邊緣層是互聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎(chǔ)架構(gòu)，主要包括信息系統(tǒng)集成以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)關(guān)這兩個部分，在信息系統(tǒng)集成部分可以將ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、PDM系統(tǒng)等集成接入平臺；基礎(chǔ)設(shè)施層是互聯(lián)網(wǎng)平臺的運行架構(gòu)，具體包括計算、儲存、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)等管理設(shè)備，在本文設(shè)計的互聯(lián)網(wǎng)平臺中主要包括六個子模塊：應(yīng)用開發(fā)模塊、微服務(wù)組件、通用算法模型庫、工業(yè)建模分析模塊、工業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、資源部署與管理模塊。

2.2 可實現(xiàn)功能

互聯(lián)網(wǎng)平臺具體可實現(xiàn)的功能主要包括產(chǎn)品全生命周期管理、經(jīng)營數(shù)據(jù)分析（成本、品質(zhì)、交期）、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備故障預(yù)測、設(shè)備效率分析、設(shè)備維護數(shù)據(jù)管理等。產(chǎn)品全生命周期管理的目的是實現(xiàn)對產(chǎn)品整個開發(fā)過程中持續(xù)的質(zhì)量監(jiān)控和改進,提高產(chǎn)品質(zhì)量。使新產(chǎn)品能更快的投放到市場，更快響應(yīng)客戶需求，縮短新產(chǎn)品上市周期；經(jīng)營數(shù)據(jù)分析具體包括財務(wù)分析、業(yè)務(wù)經(jīng)營分析和市場分析；設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的目的是檢查生產(chǎn)設(shè)備的運行情況，并實時監(jiān)控其生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括設(shè)備的實際溫度、油溫等指標的實時查看和監(jiān)控。設(shè)備故障預(yù)警通過對設(shè)備進行動態(tài)監(jiān)控，根據(jù)實際情況對設(shè)備的各項指標閾值實現(xiàn)危險預(yù)測警告。同時為日常生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題提供早期預(yù)防和科學(xué)處理辦法。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 工業(yè)大數(shù)據(jù)

工業(yè)制造領(lǐng)域的生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)具有以下特點：數(shù)據(jù)變化波動范圍較小所以可能會產(chǎn)生大量重復(fù)性冗余數(shù)據(jù)，而且為了保證數(shù)據(jù)采集的準確度，數(shù)據(jù)的采集頻次會很高所以會產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)直接應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)平臺上不僅會造成大量資源的浪費而且嚴重影響系統(tǒng)運行的流暢性，所以需要通過工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)對設(shè)備數(shù)據(jù)進行篩選挖掘分析等處理，本文采用的工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)總共分為五個層次，分別為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)儲存與管理層、數(shù)據(jù)分析層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層。數(shù)據(jù)采集層是對設(shè)備原始數(shù)據(jù)進行采集，具體包括工業(yè)時序、結(jié)構(gòu)化以及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理；數(shù)據(jù)儲存與管理層主要包括四個部分：數(shù)據(jù)模型管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)安全管理、數(shù)據(jù)共享管理。

3.2 微服務(wù)架構(gòu)

本文設(shè)計的平臺是根據(jù)微服務(wù)架構(gòu)進行設(shè)計的，微服務(wù)架構(gòu)是面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，具有高度可控性、服務(wù)器獨立部署、靈活的技術(shù)選擇、一定容錯性和可擴展性等技術(shù)特征，微服務(wù)的優(yōu)勢在于開發(fā)簡單并且可以集中管理，可在各平臺重復(fù)移植基本不需要二次開發(fā)。微服務(wù)架構(gòu)在多平臺互聯(lián)應(yīng)用領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢，通過單網(wǎng)關(guān)多服務(wù)器的負載多端口分配，有效緩解手機、電腦、云網(wǎng)絡(luò)等多個平臺同時工作時網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器運行的壓力。