打造面向可重構(gòu)和微服務(wù)的可穿戴產(chǎn)品智慧工廠

一、項(xiàng)目概況

1. 項(xiàng)目背景

智能可穿戴產(chǎn)品未來(lái)將保持30%左右的高速增長(zhǎng)，然而整體制造能力不能滿足行業(yè)高速增長(zhǎng)、變化快的要求。消費(fèi)者對(duì)于產(chǎn)品的外觀、功能和售后定制服務(wù)提出了更多復(fù)雜的需求，大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品趨同已不能適應(yīng)消費(fèi)升級(jí)的需求。成本壓力大、招工困難給可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。升級(jí)現(xiàn)有制造模式，打造柔性化、數(shù)字化和智能化的生產(chǎn)體系適應(yīng)消費(fèi)者個(gè)性化日益提升的需求以及市場(chǎng)快速變化的趨勢(shì)尤為迫切。

2. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目面向離散型智能制造和大規(guī)模個(gè)性化定制，建立了包含頭戴式顯示器（HMD）、智能手表、智能手環(huán)等可穿戴產(chǎn)品智慧工廠軟硬件協(xié)同解決方案，包含七條產(chǎn)線改造、兩套系統(tǒng)、兩大平臺(tái)和三套標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范草案。

3. 項(xiàng)目目標(biāo)

本項(xiàng)目重點(diǎn)基于虛擬現(xiàn)實(shí)及其交互腕帶類產(chǎn)品產(chǎn)線改造優(yōu)化，建立一套面向可穿戴產(chǎn)品的智慧工廠軟硬件解決方案，包括七條產(chǎn)線改造優(yōu)化，其中四條HMD產(chǎn)線、一條智能手表產(chǎn)線、兩條智能手環(huán)產(chǎn)線；兩套系統(tǒng)部署，包括一套自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、一套能源控制系統(tǒng)；兩大平臺(tái)建設(shè)，包括一套3D虛擬工廠仿真平臺(tái)和一套大數(shù)據(jù)聚合云平臺(tái)；三套標(biāo)準(zhǔn)/草案的形成，包括一套制造服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)草案、一套智能可穿戴檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、一套智慧工廠建設(shè)實(shí)施規(guī)范草案。標(biāo)準(zhǔn)化組件通過(guò)重構(gòu)一方面可面向同行業(yè)實(shí)現(xiàn)部署和服務(wù)，另一方面可面向個(gè)人消費(fèi)者提供定制微服務(wù)。

二、項(xiàng)目實(shí)施概況

1. 項(xiàng)目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容

歌爾參考工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，制定了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)總體方案，從網(wǎng)絡(luò)、物理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、安全和應(yīng)用5個(gè)方面進(jìn)行了規(guī)劃，如下圖：

圖1 歌爾股份智能工廠總體方案

網(wǎng)絡(luò)包括整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃和現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

物理系統(tǒng)包括裝備智能化改造和構(gòu)建柔性產(chǎn)線

數(shù)據(jù)包括信息縱橫集成打通、建立虛擬工廠和工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)

安全包括網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、控制、數(shù)據(jù)和應(yīng)用安全

應(yīng)用包括智能化生產(chǎn)和個(gè)性化定制

2. 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)架構(gòu)

1）網(wǎng)絡(luò)互連體系是各類設(shè)備、系統(tǒng)的連接與數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行扁平化建設(shè)，分為企業(yè)工業(yè)網(wǎng)、企業(yè)辦公網(wǎng)、企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)三部分，每部分通過(guò)防火墻進(jìn)行互聯(lián)安全隔離。工業(yè)網(wǎng)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(chǎn)線的獨(dú)立調(diào)試運(yùn)維、復(fù)制、快速部署。AGV、PDA、傳感器（溫度/濕度等）通過(guò)工業(yè)WIFI技術(shù)進(jìn)行海量接入，進(jìn)行性能參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，以及實(shí)時(shí)控制。智能穿戴產(chǎn)品通過(guò)運(yùn)營(yíng)商的3G、4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)海量智能穿戴產(chǎn)品的接入，通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，支撐信息化系統(tǒng)的建設(shè)。

2） 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用支撐體系分為廠外工業(yè)云和工廠云，PLM/ERP/MES/WM等IT系統(tǒng)部署在工廠云，電商平臺(tái)、CRM、消費(fèi)數(shù)據(jù)分析部署在廠外工業(yè)云，提供面向客戶、終端用戶的服務(wù)。

3. 數(shù)據(jù)架構(gòu)和應(yīng)用

1）依托智能設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、系統(tǒng)的連接與數(shù)據(jù)集成。數(shù)據(jù)集成遵循單一數(shù)據(jù)來(lái)源的原則，基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)&工藝規(guī)劃（PLM）、企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）和制造運(yùn)營(yíng)（MOM）的數(shù)據(jù)高效協(xié)同與集成，基于先進(jìn)傳感和PLC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)制造運(yùn)營(yíng)與可穿戴自動(dòng)化產(chǎn)線（裝配設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、物流設(shè)備等）的數(shù)據(jù)閉環(huán)。

2）基于信息流的集成，通過(guò)建模仿真技術(shù)建立虛擬工廠，指導(dǎo)物理工廠。歌爾工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是以全數(shù)字化集成的軟件系統(tǒng)為核心，具有“全面感知、設(shè)備互聯(lián)、數(shù)字集成、智能預(yù)測(cè)”等特點(diǎn)的制造平臺(tái)，虛即虛擬工廠的模擬生產(chǎn)，實(shí)即實(shí)體工廠的產(chǎn)線運(yùn)行。實(shí)體工廠的產(chǎn)線、設(shè)備等資源通過(guò)先進(jìn)傳感技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)全面狀態(tài)感知和數(shù)據(jù)采集。通過(guò)實(shí)體工廠與虛擬工廠互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)實(shí)體物理制造過(guò)程和資源的虛擬映像，完整模擬從需求到產(chǎn)品、從訂單到交付的物理制造全過(guò)程，“虛”能夠指導(dǎo)“實(shí)”的建立，“實(shí)”為“虛”提供準(zhǔn)確驗(yàn)證。

如下圖，虛擬工廠主體要素包含以下幾個(gè)部分：產(chǎn)品/工藝研發(fā)、供應(yīng)鏈、生產(chǎn)制造三個(gè)業(yè)務(wù)要素。產(chǎn)品/工藝研發(fā)業(yè)務(wù)要素是需求到產(chǎn)品的核心，依據(jù)實(shí)際的產(chǎn)品需求，通過(guò)PLM實(shí)現(xiàn)對(duì)3D模型、初始BOM的制作及物料主數(shù)據(jù)和器件庫(kù)的管理；同時(shí)將產(chǎn)品3D模型、BOM及物料主數(shù)據(jù)傳遞至仿真平臺(tái)，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)化。使用產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙、BOM及仿真分析數(shù)據(jù)，通過(guò)工藝管理平臺(tái)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和仿真，并輸出工藝文件傳遞至PLM與ERP。研發(fā)設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)力學(xué)、射頻、熱分析、氣密性、膠水粘膠/脫膠等產(chǎn)品仿真，裝配公差、裝配干涉分析等工藝仿真，為產(chǎn)品提供虛擬數(shù)據(jù)依據(jù)。

圖2 歌爾股份虛實(shí)協(xié)同智慧工廠示意

供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)要素是訂單到交付的核心，依照工藝文件通過(guò)PLM實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品初始BOM結(jié)構(gòu)化，同步將結(jié)構(gòu)化的BOM數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)傳遞至ERP，用于執(zhí)行物料采購(gòu)、庫(kù)存管理、排產(chǎn)管理等。ERP根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)、訂單信息及生產(chǎn)計(jì)劃生成備料計(jì)劃，并將備料計(jì)劃傳遞至WMS，生成倉(cāng)庫(kù)作業(yè)計(jì)劃指導(dǎo)物料分揀及產(chǎn)線物料供應(yīng)，WMS將執(zhí)行結(jié)果反饋到ERP。

制造業(yè)務(wù)要素是訂單到交付的核心，ERP將BOM、生產(chǎn)計(jì)劃、工藝文件等信息傳遞至MES，MES與虛擬產(chǎn)線結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的模擬。MES收集并整合生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，傳遞至PLM與ERP，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過(guò)程的優(yōu)化。

以上三個(gè)業(yè)務(wù)要素的無(wú)縫融合，完成產(chǎn)品在虛擬工廠的制造過(guò)程模擬，通過(guò)模擬不斷優(yōu)化制造過(guò)程的瓶頸工序、節(jié)拍、物流規(guī)劃等，對(duì)實(shí)體工廠的HMD、智能手表、智能手環(huán)三類產(chǎn)品生產(chǎn)線改造、提升和優(yōu)化進(jìn)行指導(dǎo)。

3）建設(shè)工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、營(yíng)銷等方面的優(yōu)化，工業(yè)大數(shù)據(jù)包括企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)和生產(chǎn)制造活動(dòng)，跟互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)不同，不在于數(shù)據(jù)的海量，專注于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、全面、真實(shí)、可靠。通過(guò)工業(yè)大數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用，可預(yù)測(cè)需求和制造、整合產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈，通過(guò)用戶價(jià)值缺口，發(fā)現(xiàn)和管理不可見問(wèn)題，為用戶提供定制化的產(chǎn)品和微服務(wù)。鑒于工業(yè)大數(shù)據(jù)在智能制造中的核心地位，歌爾制定了未來(lái)三到五年的信息化戰(zhàn)略規(guī)劃，并對(duì)企業(yè)內(nèi)的數(shù)據(jù)分析做了頂層設(shè)計(jì)，規(guī)劃了大數(shù)據(jù)平臺(tái)，采集B2B領(lǐng)域的工業(yè)大數(shù)據(jù)和B2C領(lǐng)域的互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)。企業(yè)對(duì)大數(shù)據(jù)的駕馭和掌控，其核心并不在于擁有多大規(guī)模的數(shù)據(jù)，而在于是否能夠?qū)?lái)自于企業(yè)內(nèi)外部多樣化信息源的涌流數(shù)據(jù)進(jìn)行敏捷持續(xù)的捕捉和整合，并通過(guò)深度分析開發(fā)其商務(wù)價(jià)值。

圖3 歌爾股份大數(shù)據(jù)藍(lán)圖

歌爾大數(shù)據(jù)平臺(tái)是面向產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造、供應(yīng)鏈、財(cái)務(wù)管理、營(yíng)銷管理、質(zhì)量管理和戰(zhàn)略管理的全方位的工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，結(jié)合歌爾的實(shí)際業(yè)務(wù)需要，在各業(yè)務(wù)領(lǐng)域中識(shí)別了七個(gè)領(lǐng)域亟需且能快速產(chǎn)生價(jià)值的應(yīng)用場(chǎng)景。

4. 安全及可靠性

2016年歌爾通過(guò)ISO27001體系認(rèn)證，遵循體系要求，從14個(gè)控制域、35個(gè)控制目標(biāo)、113個(gè)控制措施進(jìn)行了規(guī)劃和實(shí)施，制定了40個(gè)流程和制度，并每半年進(jìn)行一次安全審計(jì)，實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)查事件到主動(dòng)抓風(fēng)險(xiǎn)的轉(zhuǎn)變。歌爾工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全架構(gòu)參考ISO27001管理體系的標(biāo)準(zhǔn)，建立信息安全組織和流程。在安全技術(shù)架構(gòu)方面，在物理、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、控制、應(yīng)用、數(shù)據(jù)方面設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)隔離、病毒防護(hù)、入侵防御等訪問(wèn)控制措施，并將所有信息安全事件進(jìn)行統(tǒng)一的分析和存儲(chǔ)、關(guān)聯(lián)分析和預(yù)警，將信息安全事件的處置從事后提前到事中，結(jié)合大數(shù)據(jù)的分析實(shí)現(xiàn)事前預(yù)警，如下圖。

圖4 歌爾股份工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)

5. 其他亮點(diǎn)

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，未來(lái)歌爾主要打造兩種應(yīng)用模式。

（1）智能化生產(chǎn)模式。從生產(chǎn)端切入，基于自主MES系統(tǒng)，通過(guò)PLM、ERP、MES、SCADA和可穿戴產(chǎn)品自動(dòng)化產(chǎn)線的集成，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)制造和供應(yīng)鏈等的高效協(xié)同，打造高度柔性化、數(shù)字化、智能化的生產(chǎn)模式，如下圖。

圖5 歌爾股份智能化生產(chǎn)模式

（2）個(gè)性化定制模式。未來(lái)基于與企業(yè)客戶的協(xié)同研發(fā)平臺(tái)，通過(guò)SuperBOM構(gòu)建、電商平臺(tái)和CRM系統(tǒng)實(shí)施實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制模式。如下圖所示。

圖6 歌爾股份個(gè)性化定制模式

三、下一步實(shí)施計(jì)劃

歌爾工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)遵循“總體規(guī)劃、分步實(shí)施”的原則進(jìn)行建設(shè)，總體規(guī)劃即統(tǒng)一頂層設(shè)計(jì)，充分借鑒工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)》，確保頂層設(shè)計(jì)不會(huì)偏離方向；分步實(shí)施即問(wèn)題牽引，從歌爾及行業(yè)面臨的問(wèn)題入手，展開總體技術(shù)路線和各個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，以避免設(shè)計(jì)、實(shí)施與應(yīng)用脫節(jié)，總體計(jì)劃分三個(gè)階段。

1) 2017.06-2017.12：完成各模塊的論證與設(shè)計(jì)工作

2) 2018.01-2018.12：完成各實(shí)驗(yàn)線的建設(shè)

3) 2019.01-2019.12：完成智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)及定制微服務(wù)推廣

四、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)施效果

1. 項(xiàng)目先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn)

1）標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)性及創(chuàng)新

通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施，將形成多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系，可用來(lái)指導(dǎo)行業(yè)發(fā)展。

制定《可穿戴產(chǎn)品制造服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)》；

制定《可穿戴產(chǎn)品智慧工廠建設(shè)實(shí)施規(guī)范》草案；

制定智能可穿戴產(chǎn)品檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)草案，包括《虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示設(shè)備通用規(guī)范》、《頭盔顯示器舒適度測(cè)試方法》、《頭盔顯示器安全測(cè)試方法》、《手勢(shì)交互系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》。

2）技術(shù)先進(jìn)性及創(chuàng)新

短板裝備：突破核心技術(shù)、系統(tǒng)集成、填補(bǔ)空白、建立智能可穿戴裝備成套生產(chǎn)線；

虛實(shí)協(xié)同：通過(guò)工廠仿真（車間、產(chǎn)線、工藝等）形成數(shù)字化孿生體，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)映射優(yōu)化；

數(shù)據(jù)融通：工藝平臺(tái)、供應(yīng)鏈平臺(tái)、MES和自動(dòng)化設(shè)備數(shù)據(jù)流全融通，訂單到客戶協(xié)同；

整子抽?。嚎纱┐鳟a(chǎn)品制造行業(yè)基于PROSA的整子抽取與整子網(wǎng)絡(luò)的建立；

定制微服務(wù)：面向可穿戴產(chǎn)品制造商的整子微服務(wù)以及面向消費(fèi)者大規(guī)模個(gè)性化定制服務(wù)。

2. 實(shí)施效果

項(xiàng)目在標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)方面的先進(jìn)性決定了未來(lái)的高可成長(zhǎng)性，實(shí)施成功將為整個(gè)消費(fèi)電子行業(yè)樹立標(biāo)桿，同時(shí)形成的標(biāo)準(zhǔn)和解決方案面向行業(yè)輸出，提升我國(guó)電子信息行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

經(jīng)濟(jì)效益：可穿戴產(chǎn)品智慧工廠建設(shè)項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，將實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)智能穿戴產(chǎn)品390萬(wàn)只（臺(tái)）的產(chǎn)能，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值近50億元，年利稅近10億元。預(yù)計(jì)未來(lái)通過(guò)個(gè)性化定制模式激發(fā)市場(chǎng)潛力及解決方案輸出拉動(dòng)全球千億產(chǎn)值。

社會(huì)效益：核心短板裝備國(guó)產(chǎn)化貢獻(xiàn)：通過(guò)與國(guó)際國(guó)內(nèi)核心裝備供應(yīng)商密切合作，打造智能可穿戴產(chǎn)品成套生產(chǎn)線；

產(chǎn)業(yè)鏈上下游輻射：以可穿戴產(chǎn)品帶動(dòng)上游零部件供應(yīng)商如控制器和下游軟件開發(fā)商、服務(wù)商如PLM和仿真軟件，提升產(chǎn)業(yè)鏈整體的智能制造水平，為終端客戶提供更優(yōu)質(zhì)的個(gè)性化定制服務(wù)；

豎立標(biāo)桿、帶動(dòng)行業(yè)整體發(fā)展：將成為可穿戴行業(yè)智慧工廠標(biāo)桿，形成可重構(gòu)產(chǎn)線和系統(tǒng)整子，面向行業(yè)輸出微服務(wù)定制解決方案，提升我國(guó)電子信息行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力；

人才培養(yǎng)：培養(yǎng)一批智能制造的核心人才隊(duì)伍。