基于工業互聯網技術的生產大數據平臺在蒙牛的應用

姚國新

(內蒙古蒙牛乳業(集團)股份有限公司,內蒙古呼和浩特 010200)

1 必要性分析

1.1 國家政策源動力

制造業是國民經濟的主體,是立國之本、興國之器、強國之基,中國連續幾年成為“世界制造力競爭指數”最強的國家。我國相繼提出“中國制造2025”,“互聯網+”等多項措施,著力推進制造強國的建設戰略[1]。

1.2 數字化轉型源動力

1.2.1 蒙牛數字化轉型戰略的驅動

蒙牛積極響應國家政策,實施集團數字化轉型戰略,提出2025再造一個蒙牛的戰略目標,致力于打造乳制品行業工業互聯網、大數據、數智化的樣板工程,全面提升公司的智能制造水平,力爭在總體上達到行業領先,從而支撐蒙牛未來可持續的競爭力。

1.2.2 IOT技術迭代的驅動

乳制品生產由過去幾十年奠定的工業領域信息化技術體系已經非常成熟,數字化、智能化技術逐步迭代原有工業模式。

乳品生產行業在信息化領域的投入,正逐漸從傳統的IT系統快速迭代模式向工業互聯網、物聯網、大數據平臺快速度轉變。

乳品生產行業的數字化、智能化技術應用,有利于優化生產過程,提高生產效率。對于乳品制造行業來說,提高效率意味著能夠在單位時間內創造更多的價值。

乳品生產行業的數字化、智能化技術應用,有利于延伸產業鏈長度,擴展服務環節。

1.2.3 企業經營源動力

乳品行業各大企業均已在智能制造領域規劃長期戰略,選擇工業互聯網、數字化轉型。

工業互聯網、數字化、智能化業務的戰略目標與落地計劃的實現,將直接使企業在經營決策、組織變革、業務模式創新等方面全面受益。

1.2.4 精益運營源動力

數字化項目在技術標準化的同時,達到生產運營管理體系的精益化。通過工業互聯網、大數據等手段,實現全鏈條追溯供應商、生產工廠、產品、終端消費者數據,這些數據對于產品的評估、升級的把控、以及各方管理至關重要,有利于資源的合理配置,避免風險,極大的提升企業的精益化運營和管理。

2 解決方案

2.1 總體設計

基于工業互聯網技術的生產大數據平臺總體包括以下幾個維度:構建工業互聯網架構和體系;將所有設備、系統實現互聯互通;實現數據交互;對所有工業生產數據進行清洗、計算、治理,形成生產大數據;讓數據全面應用,并服務于生產、服務于企業。

工業互聯網的核心是互聯和交互,通過信息化手段形成一個物聯網絡,把設備、生產線、工廠、供應商、產品、客戶緊密地連接在一起,真正實現萬物互聯[2]。

2.2 網絡架構

依托蒙牛集團已經建設成的雙活、容災的內網網絡基礎平臺,給工業互聯網和生產大數據平臺提供更高性能、更可靠、更安全的運行環境。

通過OT網絡與IT網絡的高度安全融合,OT網絡邊界由工業防火墻保障安全,防火墻將OT網絡與外部網絡隔離開,進而搭建完善的信息安全、網絡安全體系。

工業互聯網網絡設備包括有線和無線網絡,承擔著設備信息接入、數據通信、數據交互和轉發的功能。

工業互聯網網絡分為四個層級別,即核心層、匯聚層、接入層、出口層,采用星形網絡拓撲結構,具有結構簡單、集中管理、控制簡單、建網容易、網絡延遲時間較短、傳輸誤差小的優點。

每個核心都是由雙鏈路到達匯聚層交換機,不出現故障情況下,雙鏈路提供了負載均衡的作用,提高匯聚層到核心層的鏈路帶寬。鏈路故障時,提供冗余鏈路。核心交換機采用雙機堆疊方式,單核心節點故障,不會影響整體網絡。

采用冗余防火墻熱備,利用路由優先級切換,實現了數據穩定出口,保障了上云的穩定性,雙防火墻不出故障情況下同樣提供負載均衡,提高出口帶寬,如圖1所示。

圖1 層級網絡拓撲Fig.1 Hierarchical network topology

2.3 互聯互通

2.3.1 生產大數據平臺架構

數據采集總體技術路線采用PLC＋OPC UA的方式,以OPC UA作為對上層MES以及信息層數據庫的統一數據接口標準,PLC的數據處理程序以及網絡通訊方案易于標準化,運行穩定,可靠性強,容易在不同工廠之間復制推廣,如圖2所示。

圖2 生產大數采平臺架構Fig.2 Production large data mining platform architecture

2.3.2 生產大數據采集標準

生產大數據采集包括工廠內現場生產設備的數據采集、工廠外智能產品或裝備的數據采集,數據平臺的采集范圍為工廠內從CCS1收奶到CCS6包裝段所有設備,主要采集以下類別的數據[3]:

工藝數據:生產、清洗流程中為達到生產、質量、安全目標需要達到目標的參數;

過程數據:生產過程中各類傳感器測得的實際數據,此類數據反饋了運行狀態,最典型數據為溫度、流量、電導率、閥門開閉的數據;

管控數據:各類限定、報警值、提示數據;

故障信息:導致正常生產、清洗流程暫停的故障類數據;

配置信息:線號、設備編號、位置定義等數據。

2.4 數據應用

在工業互聯網通信和數據采集與交互的基礎上,利用邊緣計算、云計算、大數據等新一代信息技術,在保障信息安全的前提下,實現對所有生產大數據的協同、共享、應用,實現與MES、MOM、ERP、SAP等集成和數據交互,為產品數智化、運營數智化、產業鏈數智化提供大數據支撐,具體如下:

2.4.1 產品數據

產品全生命周期各階段的數據信息應用,產品的各種數據信息被傳輸、處理和加工,使得產品全生命周期管理成為可能,使得個性化服務成為可能,使得產品管理能夠貫穿其全部生命歷程,使得用戶能夠參與產品設計、加工的各種活動中。

2.4.2 運營數據

企業內部的生產線、生產設備的數據,它可以用于對設備本身進行實時監控,并反饋到生產過程中,使得生產控制和管理最優化。還包括經濟運行、行業、市場競爭對手等企業外部數據,通過對采購、倉儲、銷售、配送等供應鏈環節上數據采集分析,可以減少庫存、動態調整生產、改進和優化供應鏈。

2.4.3 產業鏈數據

包括客戶、供應商、合作伙伴等數據信息,通過了解技術開發、生產作業、采購銷售、內外部后勤等產業鏈各環節競爭要素數據信息,為企業管理者和參與者提供看待價值鏈的信息,使得企業有機會把價值鏈上更多的環節轉化為企業的戰略優勢。

3 總結與展望

3.1 應用總結

基于工業互聯網技術的生產大數據平臺的應用旨在依據蒙牛數字化轉型和實現智能制造的戰略,將生產工廠萬物互聯、互聯互通,建設成穩定、實時、可靠的生產大數據平臺,為過程自動化、信息數字化、生產精益化、管理透明化的數智化工廠夯實底層基礎[4]。

數據是數字化、智能制造一切愿景的開端與基石,工業互聯網是實現數據交互的手段和通道,故通過工業互聯網建設,搭建生產大數據平臺,形成穩定可靠的數據平臺是蒙牛數字化轉型和智能制造建設的基石與重中之重。

穩定可靠、開放兼容的大數據平臺,將為上層應用平臺業務功能實現及未來的業務功能擴展提供有效保障,會極大降低智能制造和其他應用搭建的風險。

3.2 未來展望

對于制造業而言,希望既要符合工業4.0或者是中國制造2025的發展方向,又要投資小、見效快、確保成功率。在快速變化的時代大背景下,IOT技術在制造業領域中的重要程度將有別于過往,IT和OT的深度融合、工業互聯網的應用、大數據的構建和應用已成為制造業轉型升級和突破增長瓶頸的必經路徑之一。工業互聯網、生產大數據、數智化給制造業注入了新的活力,顯示出了強勁的生命力,未來必將拉動整個制造業的變革。