制造型企业上云应用实践

发布时间：2021-12-22 10:23:34

企业上云是近几年制造业企业追捧的热词，许多企业通过上云极大的提升了企业的运营效率。从 IT 技术的角度来说，企业通过上云能够降低基础设施的运营成本、提高 IT 资源利用率，还可以通过共享云平台的服务器、共享的存储系统、网络组成做到 IT 资源按需分配。正是 IT 技术的发展使众多企业找到转型升级的新路径，随着 IT 技术在企业的深度应用，上云成为企业发展工业互联网云平台的必然选择，工业互联网云平台作为新一代信息技术与工业系统深度融合的产物，日益成为实现生产制造领域全要素、全产业链、全价值链连接的关键支撑和工业经济数字化、网络化、智能化的重要基础设施。

1 企业上云的价值及驱动因素

企业上云是近几年制造业企业追捧的热词，许多企业通过上云极大的提升了企业的运营效率。从 IT 技术的角度来说，企业通过上云能够降低基础设施的运营成本、提高 IT 资源利用率，还可以通过共享云平台的服务器、共享的存储系统、网络组成做到 IT 资源按需分配。正是 IT 技术的发展使众多企业找到转型升级的新路径，随着 IT 技术在企业的深度应用，上云成为企业发展工业互联网云平台的必然选择，工业互联网云平台作为新一代信息技术与工业系统深度融合的产物，日益成为实现生产制造领域全要素、全产业链、全价值链连接的关键支撑和工业经济数字化、网络化、智能化的重要基础设施。

企业上云也是国家的政策导向之一，早在 2012年 9 月，科技部就发布的《中国云科技发展十四五专项规划》。2015 年 1 月，国务院发布《关于促进云计算创新发展培育信息产业新业态的意见》。2017 年 4月，工信部发布《云计算发展三年行动计划（2017-2019 年）》。2018 年 8 月，工信部出台的《推动企业上云实施指南（2018-2020 年）》明确了 2020 年全国新增上云企业 100 万家的目标。

2 制造业企业上云应用场景及典型案例解析

根据 2018 年 8 月 10 日工信部印发的《推动企业上云实施指南（2018-2020 年）》，企业上云应用场景有三种 ：基础设施类云服务、平台系统类服务、业务应用类服务。

2.1 基础设施类云服务

通过设备接入、数据通信渠道建设、工业互联网云平台建设及用户端开发，把终端工业设备接入互联网平台。数据进入平台后，使用云平台的块存储、对象存储等云存储服务，提高数据存储的经济性、安全性和可靠性。在云端数据处理上，使用平台上计算资源集中管理、动态分配、弹性扩展和运维减负的各种弹性计算服务，实现数据的高效分析处理。在网络资源服务上，使用云平台的虚拟专有云、虚拟专有网络、负载均衡等技术，确保网络资源的高度可用和易用性。

另外，云平台使用的云端主机、安全防护、网络攻击防护、应用防火墙等安全服务具有传统 IT 服务难以比拟的优势。

中铁沈阳局集团随着辖区内铁路运营里程不断增加对 , 铁路运输及各个沿线设备的检测维护等后续工作提出了严峻的挑战，沈阳局集团将供电设备杆号信息、作业车合理调度、物资系统管理等基础运营信息迁移到阿里云平台，利用其数据存储能力存储每年产生庞的大数据量 , 依靠云端强大的计算能力来运算存储这些宝贵的数据资源，结合优秀的前沿技术深化改革管理模式将企业从传统的低效率管理思维中解放出来。

2.2 平台系统类服务

高效存储、弹性计算和易于扩展使云平台为用户提供平台系统类服务成为可能。平台系统类服务一般包含数据库服务、大数据分析、终端应用开发三个方面。其中，在数据库服务方面，利用云数据库系统易于跨平台、跨业务的优势提升不同系统之间的数据协同管理能力。在大数据分析方面，利用云端平台的数据规模效应，结合建模技术、人工智能技术的应用，形成人机交互识别、大数据分析及预测等智能服务的能力，进行数据存储、分析、挖掘和协同应用。

在终端应用开发方面，一是利用云上中间件服务，构建分布式系统架构，终端定制化需求，比如夸平台、夸物理空间的设备可视化管理。二是通过云上开发平台进行软件生命周期管理，快速构建开发、测试、运行环境。徐 工 Xrea工业互联网平台遵循 “ 数据 + 模型=服务”模式，构建基于微服务架构的数字模型，把工业技术原理、行业知识、模型工具软件化、模块化，封装成微服务和工业应用。Xrea工业互联网平台汇聚了大量工业微服务和工业应用，可以满足制造业多样化、个性化场景的需求，助推传统制造向智能制造转型升级。

2.3 业务应用类服务

在云平台还能帮助企业搭建云端 APP，为用户提供业务应用类服务，提升具体的业务应用效率。制造型企业按照流程一般分为采购、技术研发、制造、仓储、销售等业务模块，再围绕这些职能配置供应链管理、人力资源管理、运营管理等管理资源，企业的信息化需求围绕这些管理和业务模块展开。受限于传统 IT 系统功能单一且各自部署，导致 IT 供应商众多、IT 架构不同、数据标准不一，最终运行低效且难以应对不断增加的业务流程调整，不利于企业做大做强的信息化需求。企业上云主要围绕提升业务模块的运行效率、数据共享以及业务互联互通为目的。

海尔智能互联工厂的做法是 “ 三联 ” 和 “ 三化 ”。其中，“ 三联 ” 与高精度对应，“ 三化 ” 与高效率对应。

“ 三联 ” 的核心是和用户互联。第一个 “ 联 ” 指的是用户所有的需求和工厂所有的设备以及所有环节的人互联 ；第二个 “ 联 ” 是用户和 ‘ 网器 ’ 相连，用户的需求可通过 “ 网器 ” 和所有的工厂要素相连 ；第三个 “ 联 ”是用户和全环节的互联。“ 三化 ”，即柔性化、智能化、数字化。智能化是 “ 三化 ” 的核心，智能化体现在产品要具备自感知、自判断、自学习的功能。智能化互联工厂的任何两套设备之间都可以实时交互，实现物料找人、物料找设备的智能化生产。 

3 企业上云过程

3.1 选择云服务商的原则

我国的制造型企业种类繁多，IT 的应用场景复杂且需求各式各样，现有 IT 业务零碎、分散，对于每个企业来说，业务特点不同伴随着上云的种类和需求不一，有交互系统上云，有洞察系统上云，有开发测试系统上云，不同的企业上云需求和路径不同，选择云服务商时，除过常规的评估指标以外，还需要注意以下两点 ：

（1）云服务选择一定要有特定垂直行业市场，例如 ：金融行业、消费品、游戏行业与制造业的云服务应用环境必然有本质区别，细分到制造业中，流程制造和离散制造也有很大不同。

（2）云服务商的平台扩展能力以及二次开发能力，云平台具有链接外部资源的能力，对于制造型企业来说，业务流程的发展及认知每天都在进步，对于云平台的需求没有终点。

3.2 企业上云过程

制造型企业可在云平台服务商或第三方机构等外部机构的支持下，按照应用场景梳理现有业务流程，确定数据节点，策划上云业务流程，并根据上云方案进行构建环境，进行上云演练，经过测试和验证，不断优化完善上云方案，通常有 3 步。

（1）业务流程梳理，包括上云场景梳理，业务过程梳理，包含与业务流程相关的人、机、料、法、测等过程输入要素及输出要素的梳理，这些要素的数字化是上云的第一步。

（2）平台端开发，主要包括上云链路通道搭建、接口开发，在云平台端开发数据存储模型，数据分析处理模型，构建模拟环境，进行功能测试、性能测试、备份测试、容灾测试等。

（3）应用端开发，即为所谓的 “ 前端开发 ”，对于一个制造过程，一个过程的终点往往是另一个过程的起点，具体的前端对象包括人、机、料、法、环、测等制造过程的实际业务场景需求。

4 企业上云典型案例解析

轮胎行业是具有技术密集型特点的高技术行业，炼胶是轮胎生产的第一道工序，其主要过程是将橡胶（包含天然胶、合成胶）、炭黑、硫化剂、促进剂、防老剂等原料在混炼机中加压搅拌成为混炼胶。原材料品质、工艺过程参数的变化对混炼胶的合格率影响十分明显。但受制于传统的人工记录、经验判断结合手工调节的工艺管控方式，数据收集及处理的及时性和有效性比较差，工厂已经无法将混炼胶的合格率进一步提升。企业通过数据上云，在云端在建立炼胶 ET工业大脑平台，利用云平台高效存储、弹性计算和易于扩展的功能，形成针对炼胶过程的大数据分析及预测等智能服务，实现炼胶工业的提质降本。

4.1 分析炼胶工艺过程

在炼胶过程中，炭黑、硫化剂、促进剂等各种添加剂按照一定的工艺要求和工艺顺序添加到橡胶中，这些添加剂随胶料一起在密炼机中通过密炼机转子与转子间隙、转子与上、下顶拴、密炼室内壁的间隙时受到剪切而破碎、混合，并最终均匀分散在橡胶中形成混炼胶。在混炼胶的生产过程中，橡胶及各种添加剂的品类、投加顺序以及混炼时间、密炼室温度、上顶栓压力、排胶温度等上百种工艺参数都是非常重要的生产因子，任何一个变量的变化都会影响胶料的品质，不合格的胶料往往需要再次返炼或者降级甚至报废处理。炼胶工序现部署有 PLM 系统（管理胶料配方数据）、MES 系统（管理工艺过程数据）以及 WMS（管理原材料信息）等信息化管理系统，生产全部采用基于自动化控制系统的密炼机以及其他辅机，除过部分原材料的质检信息手工记录外，其他过程信息已基本实现在各自模块的数字化记录和保存。

4.2 上云方案设计、测试和部署

将分布在研发、采购、原材料质检、生产过程、混炼胶检验等多个节点的关键因子数据，通过 ERP、WMS、MES、工控系统、数据报表等各类途径和方式收集起来建立数据库，然后设计上云路径和接口，在云端开发大数据分析模型。主要包含以下四个部分。

（1）自主研发离线中间数据库及中策大数据平台接口。

（2）优选合作伙伴，联合开发云平台接口，双方共同完成离线数据链路通道建立、离线云数仓统一建模、离线云数仓生产调度、混炼工艺全链路数据生命周期梳理等。

（3）离线数据上传云端后，在云端完成工艺数据关联、数据特征预处理、关键因素挖掘方向设计、算法开发、工艺参数推荐等一系列模块的开发部署。

（4）将影响门尼波动的几百项数据指标进行相关性研究，针对门尼合格率影响因子的权重结果进行对比、排序，寻找出不同胶种的最优化配置的制造过程参数。

4.3 BI 可视化功能搭建、BI 报表开发

在云平台上开发 BI 报表、BI 可视化模块，将相关的业务需求同步到生产现场，指导现场工艺人员针对性的进行工艺优化，并在此基础上，进一步实现将门尼的波动方差有效缩窄，实现更高水平的确保混炼胶门尼指标的一致性。

4.4 验证和总结

本项目在技术上实现炼胶工艺的 “ 工业大脑 ” 分析技术，相较于橡胶传统行业而言，从原有的人工分析或半自动化分析的制造模式到现在的基于大数据技术下的云上分析，将混炼胶的平均合格率提升了 5%以上，每年可产生经济效益上千万元。

项目还为企业的信息化转型提供了新的发展路径，企业可利用大数据分析，建立关键参数监控模型，对生产过程进行监控和预警 ；通过 BI 可视化界面，对生产数据做多维度统计分析，建立车间和事业部生产大屏看板等 ；将密炼工序门尼指标数据、天然胶入库检测多维数据链贯通，为原材料的供应链也提供参考依据。

5 制造型企业上云展望

全球制造业正迎来新一轮的变革浪潮，云计算、IOT、大数据、人工智能等新技术正在加速与工业领域的融合，受上云的技术发展水平、制造业数字化的成熟度以及当前上云的成本限制，制造业实施企业上云的深度和广度必然是一个长期发展的过程，以目前的技术来看，上云至少在以下两个方面为企业带来实实在在的价值。

5.1 制造型企业上云提升企业运营效率

（1）在多要素参与的工序上部署上云，应用工业大数据技术提升过程质量，多要素参与的制造工艺过程以前是靠老专家的经验来支持，而工业大数据将这种机理推向更科学的手段，同时，还可应用工艺创新、流程优化、风险预警等方面。

（2）在业务流程复杂、物理空间跨度广的跨区域较多的过程应用云技术提升 IT 系统稳定性，比如铁路局、电信公司以及从事重工业装备制造的企业等。

（3）在并发数据波动较大的业务流程应用云技术来降低 IT 成本，实现快速部署，比如间歇性工作的航空、航天工程、特种钢生产等等。

5.2 数据上云为流程性企业进行产业技术革命提供了新路径

流程型生产企业以生产过程中被加工对像不间断地通过生产设备为主要特征，加工过程往往伴随着原材料进行规定的化学反应或物理变化 , 具有工艺复杂、制造成本高的特点，流程型企业应用工业互联网结合大数据技术在单工序提升过程质量的前提下，围绕企业上云三大应用场景，还可以构建以下流程变革模式。

（1）可将工业大数据与云计算、物联网、移动互联网等技术的融合应用使得海量的数据能够实时地采集、存储、监控和感知，生产环节之间的联系和互动更为紧密，提升生产效率。中策橡胶炼胶大数据项目以工业大数据为核心的信息技术在天然胶采购 — 入场检验 — 混炼 — 质检等 4 个步骤实现应用，除提升生产效率和产品质量外，也为胶料的配方设计与计划排产提供了数据基础。以本项目的应用为切入点，将胶料的数据信息向前后延伸，策划从炼胶 — 半制品 — 成 型 — 硫化 — 质检 — 仓储物流整个流程的大数据应用，推动企业智慧化制造的转型升级。

（2）工业互联网云平台的应用为人、机、料、法、环、测等生产要素的输入以及制品输出的精细化管理提供了更多的可能，结合精益六西格玛的理论思想，实现对于生产过程的持续优化。

来源：控制网