以数据驱动的CPS“信息-物理系统”,促进制造价值转型 

前情提要

3月29日,在由工业和信息化部指导,中国信息通讯研究院和数据中央同盟主理的“2017大数据产业峰会”上,人称“工业界花轮”的IMS中央博士生,北京天泽智云科技有限公司研发副总裁 刘宗长,分享了IMS基于15年手艺积累,在全球跨越150多个工业项目的实践履历,提炼出的中国制造智能化最焦点的理念和精髓的案例,收到现场嘉宾的努力响应。

“工业界花轮”刘宗长,详细都讲了什么?

1.制造价值,是工业大数据的基本

列位同仁和嘉宾们人人下昼好!今天我主要的分享内容,焦点在于制造价值。制造价值实在是我们做工业大数据的基本动力。今天我的分享主要围绕“制造价值”有什么样的外延和内在?外延对于客户有什么样样的价值?

这个图我们异常熟悉,是整个的工业革命生长脉络。它每一个阶段都由制造价值的焦点驱动,最早一次工业革命到二次工业革命之间,比拼的是产量驱动。

第二次工业革命到第三次工业革命之间,焦点是人人拼质量,若何以只管少的成本,把质量和设计做好。那个时刻包罗日本制造和德国制造,在这个方面都脱颖而出。到了下一个阶段实在是产物的全生命周期治理和服务。

到了第四次工业革命,我们的制造业生长在什么地方?有两个方面。一个是历程治理生产当中的问题,通常包罗KPI的绩效系统和KPI治理方式。对可见的问题举行治理,装备故障、产物缺陷、加工失效、质量偏差等都是治理。所有的可见问题,都是由于隐性问题不停积累发生的损失,已往将大部分的精神放到这里,问题发生之后若何迅速恢复和治理它,现在有了大数据洞察工具,现在要治理隐性的问题。

2.若何从“大而不强”,到中国制造2025

最近国家提出了“中国制造2025”,焦点点是若何改变“大而不强”的问题。实在2010年左右,中国的工业产值已经跨越了美国。到现在一直延续六年的时间,一直是工业产值老大的位置。若是我们看两个指标,第一个指标是叫做劳动力生产率,我们只有美国的四分之一左右。第二,高端手艺密集型出口,占整个出口的比值。我们发现还跟印度兄弟们在同一个水平,不到50%。这个时刻就提出了一个问题,什么是我们的焦点竞争力?这个内里给出了个制造竞争力公式,叫做质量÷成本×客户价值。在制造竞争力方面都要在这几个方面提升,详细体现指标一个是单元时间利润率,所有的生产系统无论用什么样的手段,传统行使谋划治理模式也好,照样数据治理也好,我在单元时间发生多大的利润。第二个是客户价值比,客户花钱购置我们的服务带来多大的收益。一方面是制造一方面是品牌价值,德国和美国在做制造时,行使的手段加倍提高生产效率和质量。美国加倍偏向于客户价值,基于工业互联网,若是在用户运维端为他带来1%的价值,15年之后发生多大的回报?我们看到美国和德国在这两个方面不停加强焦点竞争力。

3.以数据驱动的“信息-物理系统”,即CPS系统

我们怎么明白制造领域焦点的制造知识呢?现场在坐从事制造的朋友们,一定异常清晰制造的5M要素包罗质料、装备、维护、丈量、工艺、建模。制造系统当中要解决问题,第一个是发生问题时怎么行使模子剖析问题,行使模子优化调整5个要素进而解决问题,整个历程从传统行使人的履历固化成模子知识。另外,模子调整每次的反馈都可以优化知识,然后把模子优化下来做大数据的挖掘。

若是以整个的系统焦点价值为导向,可能要回答三个问题。第一个是知识怎么发生的?第二个知识怎么规模化应用?第三个知识怎么传承?从整个的制造系统演化历程中分为五个阶段。

第一,全员生产系统,这个是日本提出来的。应该是七八十年代整个制造系统当中引以为焦点的尺度。这种固化在了组织和对人培训方面。

第二,精益制造和6-Sigma。它的焦点价值是若何以数据作为尺度确立治理系统,在这个基础下面包罗质量治理系统、产物全生命周期治理系统等等。这个时刻数据真正在制造使用历程中发挥作用。

第三,现在处于转型的最主要时期,我们还没有完全到达第三个阶段。这个是以数据驱动的展望性建模剖析,怎么把隐性的问题显性化,显性化之后解决隐性的问题,制止显性问题的发生。

第四,以展望为基础的资源有效性运营决议优化。对于已往发生的关联性都能够建模之后,怎么凭据系统生产、环境、职员多方要素转变举行实时动态优化。

第五,“信息-物理”系统。我们以为它是确立在对于所有装备自己运行的环境、流动目的异常正确建模基础上,这个时刻我们发生知识的应用和传承问题。

系统的手艺跨越目的,是以装备故障为焦点的全员维护方式,有一个词叫Fail And Fix,TPS强调三现,现场、现时、现物。未来要做到装备还没有发生故障,预期到早期警备,连系生产工艺把这些风险制止掉,实现0故障。以绩效系统和人的履历为焦点的决议方式,逐步转化为以数据驱动为焦点的综合优化自主决议。第三个是以依赖人为载体的制造知识训练与应用,最终转化为以模子和数据为载体的运维决议和知识传承。

对于工业大数据的应用系统,李杰教授提出了基于“信息-物理系统”(CPS)的5层构架,通过构建“五个智能”和“四个转变“实现制造系统的智能化升级。它凭据智能决议优化建议,对装备的控制与企业资源的优化设置举行同步,实现“为用户缔造新的价值”。这个镜像模子全是服务于使用的目的、建模、效能和用户目的等等。在这个条理上面有差别数据搜集起来之后,再举行数据的挖掘和发生。今年3月1日工信部正式公布了“信息-物理系统”白皮书,系统性地论述了CPS与智能装备、智能制造和智能服务之间的关系,对这个新兴手艺偏向的应用和生长有很好的指导作用。李杰教授的第三本书,《CPS:新一代工业智能》也将很快出书,应该是海内第一本系统先容CPS手艺理论和应用系统的著作。

4.从应用案例看价值

怎么行使数据驱动系统价值呢?我们以为有两个偏向,第一个偏向是无论各个因素怎么转变?都要到达最优的转变,这是我们界说的所谓无忧。

给人人分享两个例子,第一个是中国船舶工业团体与IMS团结成立了海洋智能手艺创新中央,从2013年IMS配合中船团体举行以客户价值为焦点的智慧海洋5S工程。它的靠山是人人可能知道,2008年经济危机之后,2009年-2012年之间船市市场异常欠好,有大量的船企倒闭,那个时刻一艘船的价钱险些砍到一半,这个时刻他们想从历久来看船舶市场很难恢复,以是他们想怎么实现连续盈利?他们把眼光放在第一个是环境,第二个是对船舶的服务,系统和智能优化,最后是怎么从手艺创新面向客户使用的创值。

中船团体用了三年时间开发了SOMS系统,由于船舶每次出海之后,船东运营部门都不知道它的状态,那个时刻做了两个剖析,一个是有一部分数据在运营方面的,大量剖析算法所用的模子都是放在船上剖析的,船在运行历程中对一些实时数据举行剖析,剖析完的效果会不定期传到大数据中央去,大数据中央再做进一步模子优化,一艘船舶天天的需求。

每船两百兆数据是一千美元,我们叫平台级的产物设计,焦点是大数据剖析和应用开发平台。在运营历程中需求是多样化的,怎么样把一些算法模块化,功效应用以船为焦点(船自己也是传感器)在海上运行时可以搜集水纹、气象的数据,这些数据可以给船务公司提供气象服务。还可以给船运公司、码头等等这些提供什么样的服务。

中船团体开发的SOMS产物已经进入了试运营阶段,并正在与劳式船级社等国际组织努力推动智能船尺度的确立。

第二个是大数据在制造场景当中的应用。这个是的在PCB电子制造行业,整个制造方面大概有20多个差别上百种装备,制造系统当中许多的问题是碎片化的。刚刚袁总提到一个问题,一开始平台搭建好,整个前端的应用怎么去部署?最大的问题是每次运用发生大量成本是解决碎片化的问题,由于这样的难度成本会异常大。

我们确立以数据驱动的“信息-物理制造系统”智能治理生产制造系统中的隐性问题,在赛博端形成实体端的映射,形成部件、装备、制造历程、产物和生产线的赛博镜像模子,经由该CPS系统剖析实现运维决议协同优化。

这个是UV镭射的钻孔,这个装备在整个工厂内里大概有近百台。近百台内里镭射头是耗材,平均停机周期为一个月,因此对于已往41个镭射的全生命周期数据举行建模,开发了整个的衰退历程建模,用康健值定量0~1,1是完全康健,0是故障,我们可以看到潜在故障预警。

刚刚讲了许多碎片化的问题,以点代面的方式给PCB制造部门做了一个面向差别应用的智能运维系统。这个流程是说无论是前面装备的治理部门照样质量治理部门提出需求,凭据界说好的需求,我们可以把数据的目的和采集方式举行汇总,可以在向他们提供的Watchdog Agent®工具箱上面快速开发平台,天生定制化应用,连接到工厂系统当中去。这个系统已经应用到镭射头、、锅炉泵等等一系列装备的在线智能监控和运维。经统计,该系统上线一年后平均每个月削减53.7个小时宕机。

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