工业互联网业务知识

背景

第四次工业革命带动制造业产业升级

21th智能时代。特点是万物互联基于物联信息系统。目标是降本增效。

主要工业大国不同路径

1. 德国：工业4.0
   西门子、博世、SAP为代表的行业细分领域领军企业。智能装备、智能工厂、智能生产。切入生产环节。
2. 美国：工业互联网
   GE、思科、Intel、IBM为代表的企业以工业大数据分析和预测维护切入设计维护环节。
3. 中国：工业互联网 + 智能制造
   以信通院、海尔、电信代表的以智能化生产、网络化协同、个性化定制切入设计、生产、维护、供应链等领域环节。

架构

ISA95体系

L0 工业装备 机器人 数控机床
L1 传感与执行 PLC 传感器
L2 监测与控制 DCS SCADA
L3 生产管理软件 MES APS QMS
L4 经营管理软件 ERP CAX PLM

架构变革趋势

工业装备智能化：智能工业机器人、高端机床
工业网络：5G、F5G、IP融入工业网络
工业软件云化：生产、设计、运营软件 SAAS化
工业数据价值化：数据治理、知识沉淀

基础通用架构

数据采集

平台

工业互联网应用软件

1. 需求：PLM、CRM
   • CRM（咨询、售前、售中、售后）
     • 咨询：线索收集、客服管理、线索入池
     • 售前：线索分配、数据处理、数据沉淀、数据唤醒
     • 售中：线索扭转、工单扭转、用户画像、数据报表
     • 售后：线索挖掘、用户画像
2. 计划：PLM、MES（生产执行制造系统）
   • MES:
     • 工序调度：
     • 资源分配&状态管理
     • 生产单元分配：无聊或生产计划送到加工单元开始加工操作
     • 文档控制：信息收集与管理
     • 产品跟踪：获取产品历史记录
     • 性能分析： 生产的产品与客户性能要求对比
     • 维护管理：机器设备巡检
     • 过程管理：生产流程指导改进
     • 质量管理：跟踪和产品分析
     • 数据采集：
3. 设计： PLM、MES
4. 工艺：PLM、MES、ERP
   • ERP：
     • 物料管理：定制化
     • 经营管理：定制化
     • 人力管理（或以OA独立）：组织架构、人员职位、人员招聘、员工培训、绩效核算
     • 财务管理：流程、记账、应付、内部订单
5. 生产：PLM、MES、ERP、SCM
   • SCM：供应链管理
     • 供应商管理：
     • 渠道管理：
     • 仓库管理：
     • 配送管理：
6. 销售：PLM、CRM、ERP
7. 服务：PLM、CRM、ERP
8. 验收：PLM
   • PLM：产品生命周期管理系统
     • 研发设计：
     • 项目管理：
     • 产品管理：
     • 各类数据管理：

工业互联网全要素连接

产品视角：产销服务企业的业务流程

1. 市场研究 - 产品开发 - 研发设计 - 指定产品标准
2. 制定工艺 - 零部件采购 - 测试仪表配置 - 生产制造 - 工序控制 - 检测
3. 销售 - 服务
   

企业数字化改造：车间级全要素连接

工业互联网的产品体系

通用架构

应用

工业APP：MES、ERP、SCM、PLM、CAPP、能耗管理、数据大屏、AR应用

平台

1. 业务底座：测试、仓储、生产、供应链、能耗管理等服务
2. 能力底座：AI、大数据、区块链等
3. 数据底座：数据接入、清洗、存储、建模服务

连接（CT类设备）

1. 有线方式：以太网、工业总线、光网络等
2. 无线方式：WIFI、5G、NB-IOT等

终端（OT类设备）

1. 控制层：PLC、数据采集监控SCADA、分散控制系统DCS、仓储控制系统WCS等
2. 现场层：自动化产线、立体仓储、搬运设备（AGV/机械臂）、质检设备、人机交互终端、传感器

安全

终端、网络、身份认证、数据、云安全

行业维度

港铁、汽车、纺织、建筑、化工等

工业互联网术语

灯塔工厂

代表当今全球化制造业领域智能制造和数字化最高水平。

5G全连接工厂

工信部标准：指充分利用5G为代表的新一代信息通信技术集成，打造新型工业互联网基础设施，新建或改造产线级、车间级、工厂级等生产现场
重点行业：电子设备制造、装备制造、刚忒、采矿、电力等

未来工厂

浙江省提出广泛应用数字孪生、人工智能、大数据等新一代信息技术革新生产方式。
基础：数据驱动生产流程再造，以数字化设计、智能化生产、数字化管理、绿色化制造、安全化管控为
特征：网络化协同、个性化定制、服务化延申等新模式
目标：以企业价值链和核心竞争力提升

工业互联网网络协议

现场总线

一系列工业网络协议的总称，用于实时分布式控制。目前的工业总线网络可归纳为485网络（1200米，10Mpbs）和Field BUS现场总线网络。
FF、CAN、PROFIBUS、Modbus

工业以太网

PROFiNET、POWERLINK、EtherNET、EtherCAT、ModbusTCP。
以TCP、UDP、IP协议为基础，硬件层部分更改，控制器做区分。

工业无线网络

实时性、确定性、可伸缩、可扩展。
蓝牙、LoRa、NB-IoT、WiFi、ZigBee、Z-Wave

工业互联网基本概念

离散制造

1. 概念：加工装配型。产品大多由一堆部件组成，加工过程是离散的，把多个零件经过一系列不连续的工序加工装配成最终产品的过程。
2. 行业：火箭、飞机、船舶、电子设备、机械、服装等制造业
3. 例子：组织专业化生产，即机器的生产往往不是在一个工厂内单独完成的，而是由许多工厂和撤件联合起来共同完成的。汽车的生产过程就包括玻璃、电气设备、仪表、轮胎、发动机等写作工厂以及汽车总装厂等单位的劳动过程总和。

流程制造

1. 概念：在生产过程中，所需要的物料基本是均匀连续的按照生产工艺进行的，生产工艺的过程连续性较强，需要严格的过程控制和安全性能措施。
2. 行业：石化、冶金、食品、医药、建材
3. 例子：炼油化工工艺流程（炼油工艺装置的作用是将原油加工成为液体燃料如汽油、没有、柴油。通过一些列加工装置使原材料进行化学或物理变化，最终得到产品。该工艺过程是连续的。）

MES核心功能

11大核心功能（MESA协会）

资源分配和状态管理

管理机床、工具、人员、物料、其他设备以及其他生产实体（eg加工必备的工艺文件、数控加工程序文档等资料），用以保证生产的正常进行。他还要提供资源的使用情况历史记录，确保设备能够正常安装运转，以提供实时的状态信息。对这些资源的管理，还包括满足作业排程计划目标对其所做的预订和调度。

运作/详细调度

在具体生产单元的操作中，根据相关的优先级、属性、特征和配方，提供作业排序功能。eg：当根据特征（顺序、紧缺）进行合理排序，可最大限度减少生产过程中的准备时间。

生产单元分配

以作业、订单、批量、成批和工作单等形式管理生产单元间工作的流动。分配信息用于作业顺序的定制以及撤件有事件发生时的变更。生产单元分配功能具有变更撤件已经指定的生产计划的能力，对返修品和废品进行处理，用缓冲区管理的方法控制任意位置的制品数量。

文档管理

管理生产单元有关记录和表格，包括工作指令、配方、工程图纸、标准工艺规程、零件的数控加工程序、批量加工记录、工程更改通知以及班次之间的通讯记录，并提供了按计划编辑信息的功能。它将各种指令下达给操作层，包括向操作者提供操作数据或向设备控制层提供生产配方。此外它还包括对环境、健康和安全制度信息、以及ISO信息的管理与完整性维护。eg：纠正措施控制程序。当然还有存储历史信息功能。

数据采集

能通过数据采集接口来获取生产单元的记录和表格上填写的各种作业生产数据和参数。这些数据可以从撤件以手工录入或自动从设备上获取按分种级实时更新的数据。

劳务管理

提供按分钟级更新的内部人员状态，作为作业成本核算的基础。包括出勤报告、人员的认证跟踪、以及跟踪人员的辅助业务能力，eg：物料准备或工具间工作情况。劳务管理与资源分配功能相互作用，共同确定最佳分配。

质量管理

对生产制造过程中获得的测量值进行实时分析，以确保产品质量得到良好把控，质量问题得到关注。该功能还可以针对质量问题推荐相关纠正措施，包括对症状、行为和结果继续宁关联以确定问题原因。质量管理还包括对统计过程控制（SPC）和统计质量控制（SQC）的跟踪，实验室信息管理系统（LIMS）的线下检修操作和分析管理。

过程管理

监控生产过程、自动纠错或向用户提供决策支持以纠正和改进制造过程活动。这些活动具有内操作性，主要集中在被监控的机器和设备上，同时具有互操作性，跟踪从一项到另外一项作业流程。过程管理还包括报警功能，使撤件人员能够及时察觉到出现了超出允许误差的过程更改。通过数据采集接口，过程管理可以 实现智能设备与制造执行系统之间的数据交换。

维护管理

跟踪和直到作业活动，维护设备和工具以确保他们能够正常运转并安排进行定期检修，以及对突发问题能够立即响应或报警，还能保留历史维护管理记录和问题，帮助进行问题诊断。

产品跟踪和系谱

提供弓箭在任一时刻的位置和状态信息。其状态信息可包括：进行该工作的人员信息，按供应商划分的组成物料、产品批量、序列号、当前生产情况、警告、返工或与产品相关的其他异常信息。其在线跟踪功能也可创建一个历史记录，使得零件和每个末端产品的使用具有追溯性。

性能分析

提供按分钟级更新的实际生产运行结果报告信息，对过去记录和预想结果进行比较。运行性能结果包括资源利用率、资源可获取行、产品单位周期、与排程表的一致性、与标准的一致性等指标的测量值。性能分析包括SPC/SQC。该功能从度量操作参数的不同功能提取信息，当前性能的评估结果以报告或在线公布的形式呈现。

各个功能之间的联系

WMS仓库管理系统

整体概述：主要是用于管理跟踪客户订单、采购订单、以及仓库的综合管理。

用户价值：

1. 基于数据实现精准管理、全自动化智能导向
2. 库位精确定位管理，充分利用有限仓库空间
3. 货品智能上架和下架
4. 掌控企业库存

业务描述

实现业务：收获、在正确的地点存货、存货管理、订单处理、分拣和配送控制。
常见功能模块：管理单独订单处理以及库存控制、基本信息管理、货物流管理、信息报表、收货管理、拣选管理、盘点管理、移库管理、打印管理和后台服务系统。

常见功能

货位管理

采用数据收集器读取产品条形码，查询产品在货位的具体位置（如X产品在A货区B航道C货位），实现产品的全方位管理

产品入库

入库时扫描其中一件产品包装上的条码，在采集器上输入相应数量，扫描货位条形码，数据库种记录此次入库的瓶中、数量、入库人

产品出库

凭借销售部门的提货单，执行出库任务，到指定的货位，扫描产品的条码，如果满足出库任务条件则出入数量执行出库，并核对或记录下运输单位以及车辆信息（以便后期产品跟踪和追溯使用）

物料配送

根据不同货位生成的配料清单（配料时间、配料工位、配料明细、配料数量）等，相关报关人员在拣货时可以根据这些条码信息自动生成预警，错误配料预警提示。

仓库退货

根据实际退货情况，扫描退货物品条码，导入系统生成退货单，确认后生成退货明细和账务的核算等

仓库盘点

仓库工作人员到指定区域扫描产品条码输入数量的方式进行盘点，采集完毕后把数据上传到系统中，生成盘点报表。

ERP

发展历程

订货点法 -> MRP（物料需求计划阶段） -> 闭环MRP -> 第二代MRP -> ERP

主要宗旨

对企业所拥有的人、财、物、信息、时间、空间等综合资源进行综合平衡和优化管理，协调企业各管理部门，围绕市场导向开展业务活动，提高企业核心竞争力，从而取得最好的经济小医。是IT技术与管理思想的融合体。

主要应用场景

企业管理场景：生产控制（计划、制造）
物流管理：分销、采购、库存管理
财务管理：会计核算、财务管理
人力资源管理：

核心功能模块

示例

TODO ：未完待续
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