成都阿普奇科技股份有限公司

1 目標和概述

在“自動(dòng)化+信息化”的產(chǎn)業(yè)升級的大背景下，針對個(gè)性化定制類(lèi)的生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展依然存在很大的制約，面向個(gè)性化定制場(chǎng)景的柔性制造一體化方案期望解決的問(wèn)題包括：

（1）小批量、多訂單混合生產(chǎn)管理柔性化不足。

（2）生產(chǎn)數據多、數據維護工作量大。

（3）產(chǎn)品非標準程度高、經(jīng)驗依賴(lài)性強。

（4）行業(yè)特性顯著(zhù)，智能化改造缺乏匹配的AI能力支持。針對以上問(wèn)題和痛點(diǎn)，本方案需要針對該細分場(chǎng)景提供全流程的解決方案，提供前端訂單系統、生產(chǎn)管理系統、產(chǎn)品運維、質(zhì)量檢測系統等，達到訂單全流程透明、車(chē)間管理數字化、產(chǎn)品在線(xiàn)追溯的全流程覆蓋，同時(shí)針對工業(yè)中的AI需求提供算力和算法平臺支持能力，為個(gè)性化定制類(lèi)企業(yè)提供了一體化的解決方案。

2 方案介紹

2.1 總體架構

系統總體提供一體化的柔性化智能工廠(chǎng)服務(wù)能力。核心流程和功能如圖1所示。

圖1 系統核心流程和功能

系統采用多層軟件體系結構，提供分布計算環(huán)境及對應用的通用服務(wù)；同時(shí)采用面向對象及構件技術(shù)在框架上靈活組成應用系統。體系架構支持線(xiàn)性平滑擴展，可動(dòng)態(tài)地增加系統組件服務(wù)器來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)不斷增加的需求，不同系統組件可以部署到不同服務(wù)器上，多臺服務(wù)器同時(shí)處理、均衡負載，而系統性能基本與硬件的投入成線(xiàn)性關(guān)系。

該項目采用B/S架構，支持服務(wù)、應用端、移動(dòng)端等多個(gè)節點(diǎn)，完全基于瀏覽器操作。系統采用J2EE框架，應具備良好的兼容性和跨平臺性，支持當前大多數操作系統平臺，如：Windows、Unix、Linux等。整體系統架構圖如圖2所示。

圖2 系統架構圖

主要包括：

（1）設備感知層：主要完成數據、傳感信號的采集。

（2）網(wǎng)絡(luò )傳輸層：完成異構數據的接入、冗余數據的清洗等邊緣計算。

（3）平臺PaaS層：基礎平臺能力的構建，包括設備、用戶(hù)、過(guò)程、數據、系統的管理。同時(shí)完成計算引擎、數據引擎等能力支撐。

（4）應用SaaS層：提供業(yè)務(wù)過(guò)程定制集成、大數據分析呈現、用戶(hù)交互等能力。在應用上提供產(chǎn)品商城、訂單流轉、智能車(chē)間、產(chǎn)品運維、視覺(jué)引擎等應用模塊。

2.2 主要內容

系統提供了在線(xiàn)商城、訂單流轉、智能車(chē)間、算法引擎等核心能力。提供端到端的整體一體化解決方案。實(shí)現訂單整體在線(xiàn)流程透明化，同時(shí)提供個(gè)性化產(chǎn)品的擴展定義能力和行業(yè)擴展能力，主要功能層面包括：

（1）在線(xiàn)商城系統

·為客戶(hù)提供包括產(chǎn)品展示、購物車(chē)、配置定制、報價(jià)計算等功能；

·提供后臺管理配置功能，包括商品定義、上架、銷(xiāo)量數據分析等。

（2）訂單管理系統

·提供訂單透明化管理能力，包括下單、審核、進(jìn)度狀態(tài)（生產(chǎn)排單計劃、生產(chǎn)狀態(tài)、生產(chǎn)入庫、計劃發(fā)貨、發(fā)貨審核、確認發(fā)貨、物流狀態(tài)等）；

·合同管理功能，包括合同制作、自動(dòng)生成、電子簽章、合同審核等過(guò)程。

（3）數字車(chē)間系統

主要功能包括：

·提供生產(chǎn)排產(chǎn)和產(chǎn)線(xiàn)管理（設備、人員、工位、標準作業(yè)程序（StandardOperatingProcedure，SOP）資料等）；

·過(guò)程管理（生產(chǎn)準備、執行、老化管理等）；

·生產(chǎn)匯報、大屏看板、質(zhì)量分析；

·產(chǎn)線(xiàn)設備檢測。

（4）產(chǎn)品運維系統

·針對IT服務(wù)商，提供運營(yíng)級管理能力，包括租戶(hù)管理、用戶(hù)管理、消息管理、資源管理等功能；

·針對集成商場(chǎng)景，提供產(chǎn)品管理、模板管理、設備管理等物聯(lián)功能，同時(shí)針對運維業(yè)務(wù)，提供故障定義、報警管理、處理預研、工單管理等；

·針對終端用戶(hù)，提供自定義服務(wù)、消息定制、任務(wù)管理、工單派發(fā)等功能；

·同時(shí)提供運維大數據分析、知識庫、故障預測等功能和能力。

（5）AI算法引擎

主要功能包括：

·算力加速SDK和算法插件接入平臺；

·統一的算法模塊注冊、調用接口；

·基礎算法和算子實(shí)例；

·神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )運行基礎環(huán)境和平臺；

·針對細分行業(yè)（金剛石加工工具行業(yè)等）的行業(yè)化算法模塊。

2.3 突破的關(guān)鍵技術(shù)

（1）邊緣大數據清洗技術(shù)。工業(yè)現場(chǎng)協(xié)議繁多、數據量巨大，需要在邊緣端實(shí)現數據初步整合和清洗。

目前大多數工業(yè)物聯(lián)平臺針對不同行業(yè)都需要定制開(kāi)發(fā)，本項目采用了“模型化”設計理念，將不同行業(yè)的產(chǎn)品抽象成由屬性、服務(wù)、事件所組成的數據模型，使得本系統可以適配于不同行業(yè)。

（2）高性能計算技術(shù)。在實(shí)際應用的數據中，除了結構化數據，也存在大量視頻、音頻等非結構化數據，需要提供對于數據的分析、識別、訓練、推理等服務(wù)能力，高性能計算技術(shù)成為項目可實(shí)施性的關(guān)鍵。對于算力的構建，在微觀(guān)算力優(yōu)化上支持指令集優(yōu)化、CPU/GPU等并行計算技術(shù)；在宏觀(guān)技術(shù)架構上，支持單機、邊緣側、外部云等算力架構。采用分布式計算方式，把一部分計算任務(wù)，遷移到CPU之外的部件進(jìn)行計算，把解碼任務(wù)整體遷移到核芯顯卡中進(jìn)行，核芯和CPU共享內存能夠帶來(lái)更小的系統開(kāi)銷(xiāo)，從而提升整體性能。同時(shí)也降低了成本和整體能耗。

（3）操作系統層之下的遠程運維技術(shù)。在智能制造領(lǐng)域中，計算機節點(diǎn)是現場(chǎng)系統的信息中樞，在出現操作系統損壞等情況下，提供修復和控制能力的意義重大。市面上主流運維系統都是基于操作系統進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，運行在操作系統之上，本系統采用了硬件級的技術(shù)手段，在脫離操作系統的情況下，用戶(hù)可以對設備進(jìn)行硬件級的維護。

（4）邊緣AI計算能力。提供AI計算框架和引擎。支持算法的插件式集成。支持卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )深度學(xué)習算法模型的無(wú)縫導入。并為工業(yè)質(zhì)量檢測中切割盤(pán)等典型加工行業(yè)場(chǎng)景提供了定制化的算法模塊，實(shí)現了AI算法的行業(yè)精確適配。

（5）工業(yè)異構數據支持。阿普奇網(wǎng)關(guān)套件定位于解決工業(yè)網(wǎng)絡(luò )中協(xié)議、規約復雜多樣，數據通訊接口不暢及設備上云的問(wèn)題，采用高性能嵌入式硬件平臺，內嵌工業(yè)數據采集和處理系統，具有多種通信規約庫，可以實(shí)現對不同工業(yè)設備的數據采集、預處理、協(xié)議轉換和復用轉發(fā)。

3 代表性及推廣價(jià)值

本項目提供如下服務(wù)：

（1）項目設計和建設，為客戶(hù)提供整體智能工廠(chǎng)系統的設計、開(kāi)發(fā)、實(shí)施等。

（2）平臺運營(yíng)服務(wù)，為客戶(hù)提供數據分析、產(chǎn)品運維等服務(wù)。為客戶(hù)提供長(cháng)期持續服務(wù)。

當前已經(jīng)應用的實(shí)踐案例：

3.1 工業(yè)邊緣計算設備制造商

3.1.1 解決的問(wèn)題

工業(yè)邊緣計算設備，包括了常規的工業(yè)計算機和AI邊緣算力設備等，該行業(yè)個(gè)性化、小批量、定制多，導致訂單管理復雜、生產(chǎn)過(guò)程復雜、質(zhì)量管控難度高等。

3.1.2 應用情況

典型的場(chǎng)景包括：

（1）采用該柔性化智能工廠(chǎng)系統解決了該行業(yè)商品訂購信息精確匹配的問(wèn)題。

（2）訂單過(guò)程透明化。

（3）完成了工序的結構化定義和生產(chǎn)防呆管理，

圖3為SOP呈現工位面板運行界面。

圖3 SOP呈現工位面板運行界面

（3）解決了生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)呈現問(wèn)題，圖4為生產(chǎn)實(shí)時(shí)大屏。

圖4生產(chǎn)實(shí)時(shí)大屏顯示

（5）提供了產(chǎn)品出廠(chǎng)后的遠程運維能力。

3.1.3 成效總結

（1）完成了整體訂單透明化管理，實(shí)現了訂單狀態(tài)的實(shí)時(shí)反饋和管控能力。

（2）提升了業(yè)務(wù)處理的在線(xiàn)處理效率，通過(guò)在線(xiàn)合同管理、審批、簽章，極大提升了處理的響應速度。

（3）提升了生產(chǎn)過(guò)程智能化程度，通過(guò)設備監測、SOP結構化、質(zhì)量管控等一系列功能，提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量水平。

（4）提供了完整的產(chǎn)品監測、運維、追溯能力。減少了現場(chǎng)維護成本，提升了服務(wù)的及時(shí)性，同時(shí)增加了客戶(hù)粘度。

3.2 切割片行業(yè)質(zhì)量檢測

3.2.1 解決的問(wèn)題

金剛石加工工具行業(yè)是一個(gè)非常傳統的行業(yè)，這個(gè)行業(yè)最為重要的特點(diǎn)就是工藝流程長(cháng)，包括了制坯、沖孔、印刷等九個(gè)流程，在各個(gè)環(huán)節，對于檢測的缺陷類(lèi)型和應用條件都差異很大。該行業(yè)具有工藝流程長(cháng)、檢測需求多、精度高等特點(diǎn)，此外還存在切割盤(pán)金屬拉絲背景的干擾，用標準算法不能完全滿(mǎn)足部分工序下的檢測需求，比如印刷環(huán)節的印刷檢測、燒結環(huán)節的裂紋檢測，因此提供了整套定制算法以及完整的技術(shù)解決方案。

3.2.2 應用情況

基于本項目平臺，除了物聯(lián)平臺功能、數字車(chē)間功能外，重點(diǎn)在現有AI算法引擎的基礎上進(jìn)行配置擴展，提供了以下產(chǎn)品質(zhì)量視覺(jué)檢測能力：

核心功能包括：

（1）工程管理

·工程增刪查改，系統化集中管理；

·支持工程復制，相似型號產(chǎn)品只需微調算法參數即可適用；

·支持工程數據完整備份與遷移；

·同一設備支持多機位同時(shí)運行工程，性能最大化；

·工程運行數據統計，支持設置合格率警報線(xiàn)來(lái)進(jìn)行報警，并自動(dòng)停止工程運行。

（2）工程配置

·引導式算法配置流程，無(wú)需編程，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓即可獨自進(jìn)行工程配置應用；

·相機、算法插件化管理，支持標準GigEVision、USB3.0Vision系列工業(yè)相機；

·圖像采集，支持軟件、硬件、外部信號多種觸發(fā)方式；

·智能算法庫，滿(mǎn)足識別、定位、測量、檢測等多樣化視覺(jué)需求；

·算法參數實(shí)時(shí)修改驗證，無(wú)需來(lái)回切換；

·支持工業(yè)以太網(wǎng)、RS232、RS485、I/O接口等標準外部設備連接，實(shí)現數據外傳。

（3）運行監控

·工程檢測結果實(shí)時(shí)查看；

·多機位同時(shí)運行，同時(shí)查看結果數據；

·歷史NG（不通過(guò)）結果圖片查看。

（4）統計分析

·工程檢測數據統計匯總查看，為工業(yè)生產(chǎn)維護提供數據支持；

·支持合格率、NG率、實(shí)時(shí)檢測結果多維度圖表數據統計；

·支持工程歷史結果追蹤；

·支持工程總體檢測結果及各算法單獨的結果統計。

3.2.3 成效總結

（1）該方案的實(shí)施，整體提升了該行業(yè)的數字化水平；

（2）用智能化手段解決了切割盤(pán)行業(yè)的質(zhì)量視覺(jué)檢測的問(wèn)題，解放了人力，整體提升了產(chǎn)品品質(zhì)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年2月刊