1　目標和概述 

工業4.0背景下企業數字化轉型是工業經濟邁向數字經濟的必由之路，是小批量多批次生產模式下實現柔性制造和個性化定制的基礎。當前我國大中小型制造企業在數字化轉型過程中存在諸多問題，如網絡安全風險高、數據流量處理壓力大、數據孤島、生產管理人員缺乏專業技能、生產成本大、效率提升難等問題。 

新冠疫情的突然爆發對全國產業鏈、供應鏈的穩定運行和復工復產造成重大影響，而國際形勢的變化對產業鏈的影響更加劇了國內企業的發展壓力。在產業鏈、 供應鏈重組的過程中，很多轉產企業對于陌生產品或供應鏈面臨“缺材料、缺設備、缺專家、缺經驗、產能 低”難題。 

北京航天智造科技發展有限公司（以下簡稱：天智 公司）充分利用工業互聯網平臺優勢，一方面通過構建網絡化協同生產方式，盤活不透明的數據資源，融通大中小企業供應鏈，連接產品生產供需兩側，為產品產能供給保駕護航；另一方面通過軟硬一體的邊緣智能一體機解決企業快速轉產的難題。邊緣智能一體機內嵌航天云網INDICS邊緣版平臺，根據生產需要預裝不同的工業App，打通IT和OT，向下連接生產設備，向上連接工業互聯網平臺，以云邊協同的方式實現云端管理、邊緣計算的全鏈路服務，實現快速準備的生產工藝流程輔助企業排產，實現整個生產流程執行無紙化和可視化，并提供關鍵質量檢驗流程設定，輔助企業快速轉產。通過預裝不同的工業App，連接設備和產線，可以實現對不同應用場景的支持，保持不同類型產品轉產的柔性化。 

2　解決方案介紹 

2.1　系統架構 

本解決方案基于工業互聯網架構，以云邊協同為理念。總體架構由下至上分為工業現場邊緣側的基礎設備設施層、傳輸設備與業務數據的數據傳輸應用層、體現功能應用的業務實現層。解決方案綜合考慮了不同規模企業業務需求的差異，兼顧企業業務協作和生產管控。 橫向從線到面，構建企業供應鏈的網絡化、精準化協同、增強在突發事件下供應鏈的彈性、韌性。縱向從下到上，打通企業設備側、邊緣側、平臺側的有效連接， 應用云技術資源實現快速、柔性轉產。 

基礎設備設施層包括服務器集群、一體機。數據傳輸應用層包括區塊鏈分布式記賬數據應用、INDICS EDGE數據應用。業務應用層包括設備監控與預測性維護、能耗分析、生產管控與持續改進等。 

2.2　建設內容 

平臺總體規劃建設內容包括防疫平臺首頁、供給模 塊、需求模塊、數字地圖、復工復產專區。

防疫平臺首頁模板搭建項目整體的WAP端頁面和框架，承載和提供其他版塊在首頁的數據和信息展示，并為連接其他版塊提供入口；供給模塊和需求模塊分別為用戶端的平臺管理端；數字地圖提供重點防疫物資產量及產線利用率的信息展示和管理；復工復產提供重點應用，聚合有利支持企業復工復產的工具及應用。 （1）邊緣側 

研制邊緣智能一體機，通過對工業互聯網領域OT 層和IT層技術進行高度整合，解決工業互聯網在落地過程中，用戶敏感數據保護，數據實時處理效率低，云、邊、端有效協同等問題。如圖1所示。 

• 硬件方面：具備豐富的工業I/O接口，涵蓋 RS232、USB、CAN等工業常見硬件通訊端口；多樣 的通訊方式，支持有線和無線通訊方式；良好的擴展性 能，留擴展接口，可對通訊模塊、存儲模塊進行擴展； 強大的邊緣計算能力，可搭配NVIDIA GPU卡，支撐邊 緣側AI應用；緊湊的整機工業設計，結構簡單，具有優 良的密封防塵、散熱與抗振性能。 

• 操作系統方面：采用自主可控的安全操作 系統，在邊緣側提供多重的安全保障；搭載邊緣版 INDICS PaaS平臺，快速建立工業設備與一體機之間的 雙向連接，并將非敏感數據上傳至云端；提供云邊協同 服務，可將邊緣智能一體機納管到云平臺，將云端AI模 型和應用部署、運行在邊緣側。 

• 應用功能方面：可作為邊緣服務器，容器化預 裝主流工業應用軟件，包括生產執行系統、可視化看板 系統、工業安全狗，并可與應用商店互動，擴充云端應 用，為企業提供車間級解決方案，在邊緣側即可實現車 間級應用閉環。 

圖1 邊緣側 

（2）用戶端 

用戶端提供供需對接服務、專家對接服務等。為用戶發布的供給信息及需求信息提供大數據智能匹配和人工匹配服務，同時依托平臺方的專家資源為需求用戶提供專家對接服務。

2.3　主要功能 

2.3.1　邊緣智能一體機 

邊緣智能一體機是天智公司自主研發的支持快速 組織轉產的、軟硬一體的工業互聯網邊緣智能設備，可作為邊緣服務器構建私有云環境，提供邊緣智能，在邊緣側實現完整應用閉環；也可直接將設備/產線/工廠快速接入云平臺。產品具有豐富的工業I/O接口、支持多樣的通信協議（Modbus、OPC UA、PROFINET、 HTTP、MQTT等）及良好的擴展性能（通訊和存儲 模塊）。具備強大的邊緣計算處理能力（支持第六代 Interl? CoreTM i7/i5/i3 U系列處理器，可搭配NVIDIA GPU卡），還支持擴充邊緣側AI應用和云端應用，具備超強“云邊協同”能力。其上搭載了物聯網接入工具、 智能巡檢系統、生產執行系統、可視化看板系統等工業軟件，開箱即用，只需簡單配置，即可實現產線信息化和自動化的整合，幫助生產企業快速組織生產，提升設備管理效率，在為企業生產提質增效的同時，大幅降低設備故障停機時間，并為產品質量工藝優化和企業運營決策提供數據支撐。 

圖2 邊緣智能一體機

2.3.2　容器化預裝工業App 

一體機提供輕量化的docker應用容器引擎，只需 要將App打包成容器化鏡像便可方便快捷地部署到一體機中，而不用考慮由系統環境不一致導致應用無法運行的問題。針對應急物資生產企業快速轉產的需求，一體機容器化預裝了生產執行系統和企業可視化看板兩款工業App。 

（1）生產執行系統 

實現DCS、WMS、物流管理等重要生產現場系統的相互兼容，對成本、生產線、物流、庫存等方面進行嚴格的集成管理;完整記錄、存儲、處理工業數據，檢查與維護數據，及時傳遞設備運行與維護的狀態信息， 為生產和各項工作安排提供數據信息支持，成為企業打通計劃層與控制層有效的信息化手段，提高資產的使用 效率。生產執行系統建立的大量詳細數據信息將直接為 預防性維護與維修工作管理提供計劃和任務制定的依據，從而保障工作管理的合理性，保障設備的正常與安全運行，提高工作效率，改善工作質量，降低運行與維護成本。

圖3 生產執行系統流程圖 

（2）企業可視化看板 

基于可視化技術面向企業管理人員快速直觀掌握產線生產進度、設備OEE、設備故障信息、質量信息、 人員信息、環境參數等信息，實現對短板設備的快速鎖定，達到生產效率和產品質量持續提高的目的。可視化看板采用電子看板、廣播等手段實現產品、物流、生產 狀態、能源監管等信息公開化、可視化，以提升現場管 理水平，優化生產工作環境，支持根據用戶現場環境和 特殊需求進行定制化開發。

圖4 生產信息看板 

2.3.3　工業安全狗 

工業安全狗能夠在內核層控制主機上所有進程的行為，確保合法可信的進程啟動與運行，同時輔以外設控制、安全監控、安全檢查、安全基線等能力，全面提升網絡中重要主機的安全防御能力，實現全面洞察、管控和敏銳反饋。不需要重新啟動系統，即可為一體機提供可靠安全服務，抵御未知惡意代碼，有效防御APT攻 擊。 

2.3.4　云端產能監控和數字地圖 

用戶可在云端查看產能地圖，查詢平臺內全國及 各省范圍防疫物資生產企業名錄，并發布信息進行對接。平臺依據國家統計的重點防疫物資品類科學規劃產能維度、防疫物資類目，通過TCP傳輸控制協議即時更新產量數據及產能利用率，配合平臺運營服務協助企業開展供需對接，實現產業資源精確匹配和有效流動。 

一體機直接連接平臺，幫助企業實現異地管控。企業用戶可通過移動端對產線進行實時、動態的數字化監 控，以及實現質量、設備、運營分析。

2.3.5　云端資源對接 

（1）防疫供給模塊 

防疫供給支持企業發布相應的醫用紡織物資的產品或原材料等信息，提供供給企業產品展示窗口，需求單位快速尋找供給的渠道，同時為保證信息的真實有效以及合理供給，搭建后臺對供給信息和狀態提供有效管理。 

（2）防疫需求模塊 

防疫需求支持企業發布相應的醫用紡織物資的產品或原材料等需求信息，提供需求物品的展示窗口，為需求企業提供快速獲得供給的渠道，同時為保證信息的真實有效以及合理供給，搭建后臺對需求信息和狀態提供有效管理。 

2.3.6 專家指導 

用戶在供需對接模塊除了可發布熔噴布、呼吸機、 醫用口罩需求外，還可發布專家指導需求，平臺運營人員收到并記錄專家需求，后續如有新的供應方在平臺發布相應專家資源時，平臺方會第一時間為雙方進行對接。 

2.3.7　復工復產 

復工復產版塊提供重點應用，聚合有利于支持企業復工復產的工具及應用，提供向優質復工復產功能的引導。 

2.3.8　信息上鏈 

解決方案針對防疫應急工作的展開，結合區塊鏈、 標識解析等主要新興技術，增強防疫物資供需對接互信機制。將防疫物資生產企業、防疫物資需求和供應的審 核數據上鏈存證，實現防疫物資相關信息的多方共識存儲，從而使關于防疫物資的整個供需數據公開透明、難以篡改、有據可查、安全可信，提高防疫物資數據對接 的效率和可信度。 

2.3.9　互信不足環境下的擔保支付 

為了解決防疫物資交易中存在的交易雙方互信不足、資金交易安全難以保障等問題，天智公司攜手中國農業銀行推出資金擔保支付（簡稱：農行保付）。交易雙方用戶在達成訂單意向后，通過農行保付服務完成在線支付，付款后資金將進入賣方在農業銀行的監管賬戶，待買方確認收貨無誤后，平臺將向銀行發送解付指令，銀行將監管資金解付到賣方企業賬戶有效解決了平 臺企業間在線交易面臨的風險。 

2.3.10　基于標識解析的信息記錄和追溯 

用戶提交防疫物資生產企業、物資需求和物資供應的信息后，后臺審核通過的數據需要上鏈存證，同時將上鏈哈希數據返回前臺，供前臺用戶備用查證。針對每一個需求、供應、物資企業的狀態變更信息，也需要上鏈存證，區塊鏈可以追溯狀態變更信息。 

2.4　軟硬件平臺

（1）邊緣側軟硬件配置（如表1所示） 

表1 邊緣側軟硬件配置表

（2）平臺軟硬件配置（如表2所示） 

表2 平臺軟硬件配置表 

3　代表性及推廣價值 

（1）應用情況及效果 

本方案在2020年抗擊新冠肺炎疫情、保障醫療衛生用紡織品防疫物資的生產和轉產中發揮了重要的作 用，解決了口罩生產中關鍵原材料熔噴布緊缺問題，成功對接完成685.88噸醫用口罩生產熔噴布的供給問題，有效保障了浙江、江蘇、山東、湖南等地的口罩生產廠的產能。通過匯聚東華大學和行業專家資源，以線上線 下相結合的方式，對防疫物資生產企業提供產線咨詢、 工藝指導、產能提升等服務。推出的面向口罩生產的開箱即用的邊緣智能一體機（內嵌安全可控的INDICS工業操作系統、口罩生產管理MES、設備巡檢系統等） 成功支持剛投產口罩的南京優倍醫療器材有限公司一周內順利轉產口罩。生產企業可以快速依據內嵌在邊緣智能一體機中的口罩生產工藝流程和生產管理系統組織生產，同時管理者能在云端和手機端實時獲知產線、設備的實時狀況，包括各個產線、設備、人員的生產效率， 產能、環境、能耗等參數，幫助企業進行設備遠程運維監控、產能分析、生產質量追溯，實現口罩生產的精細化運營管理。 

（2）社會價值

云邊協同的快速柔性轉產解決方案，發揮全連接作用，企業、行業協會、高校等相互配合，發揮各自優勢，形成強大的研究、開發、生產應用一體化的系統并在運行中體現出綜合優勢。天智公司發揮航天云網 INDICS平臺能力，提供具有自主知識產權的、具備跨區域、跨部門、跨產業能力的工業互聯網平臺技術和資源；聯合行業協會根據掌握的行業國內外信息，有針對性的根據行業企業的需求，發揮在生產、調撥中的協調職能。 

方案提供方、生態合作伙伴和地方政府搭建防疫物資供給供應鏈通道，一方面提升區域的應急防疫能力，另一方面圍繞企業柔性轉產所需要掌握的政策、 服務、物資等信息，協助政府部門全面了解當地防疫物資企業復工復產的環境、現狀和困難，快速安全轉產。方案可以幫助實現大規模企業快速上云，利用云邊協同的機制有效處理上云的通用化和企業需求的個性化問題。

摘自《自動化博覽》2021年2月刊