數(shù)字化到智能化賦能精密組裝堆疊 ——數(shù)據(jù)價(jià)值設(shè)計(jì)創(chuàng)造與執(zhí)行
富泰華工業(yè)（深圳）有限公司主要從事信息產(chǎn)業(yè)、通訊產(chǎn)業(yè)、自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)業(yè)、光電產(chǎn)業(yè)、精密機(jī)械產(chǎn)業(yè)的制造、銷售與服務(wù)；專注于科技創(chuàng)新，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融入到高科技產(chǎn)品生產(chǎn)中，助力中國(guó)制造2025目標(biāo)達(dá)成。憑借在3C高端產(chǎn)品的制造經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，致力成為創(chuàng)新數(shù)位系統(tǒng)產(chǎn)品制造的智能工廠典范。
富泰華工業(yè)（深圳）有限公司成立于2007年，注冊(cè)資本3.7億美元，現(xiàn)在職員工人數(shù)逾12萬(wàn)人，其中研發(fā)人員超過(guò)3500人，辦公面積30萬(wàn)平方米，研發(fā)場(chǎng)地8萬(wàn)多平方米。公司榮登深圳巿2016年度工業(yè)百?gòu)?qiáng)企業(yè)排行榜第二名、GDP貢獻(xiàn)前三強(qiáng)。至2016年底累計(jì)擁有專利申請(qǐng)數(shù)3133項(xiàng)，其中發(fā)明專利申請(qǐng)數(shù)2920項(xiàng)，實(shí)用新型專利申請(qǐng)數(shù)79項(xiàng)，外觀設(shè)計(jì)專利申請(qǐng)數(shù)134項(xiàng)，累計(jì)已獲準(zhǔn)且維持中的專利數(shù)449項(xiàng)。
公司以《中國(guó)制造2025》為指導(dǎo)原則，建立“硬軟整合、實(shí)虛結(jié)合、萬(wàn)物互聯(lián)”的智能工廠，專注于高科技產(chǎn)品的智能生產(chǎn)。在智能工廠運(yùn)作過(guò)程中建立了天行者平臺(tái)，將一系列數(shù)字化集成系統(tǒng)進(jìn)行智能化升級(jí)，同時(shí)深化平臺(tái)安全防護(hù)，每年通過(guò)國(guó)際ISO27001信息安全認(rèn)證。通過(guò)專業(yè)服務(wù)團(tuán)隊(duì)，與客戶攜手，永續(xù)經(jīng)營(yíng)，打造世界級(jí)的行業(yè)應(yīng)用標(biāo)桿。
一、項(xiàng)目概況
1.項(xiàng)目背景
富泰華公司可攜式智能產(chǎn)品智能生產(chǎn)示范項(xiàng)目，根據(jù)《中國(guó)制造2025》整體戰(zhàn)略要求及貫徹《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，并落實(shí)富士康集團(tuán)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)綱領(lǐng)，特在深圳廠區(qū)建立智能生產(chǎn)工廠天行者平臺(tái)，以期達(dá)到提質(zhì)增效，降本減存。
2.項(xiàng)目簡(jiǎn)介
智能示范工廠是富泰華工業(yè)（深圳）有限公司專門從事可攜式智能產(chǎn)品生產(chǎn)的工廠，是創(chuàng)新型的離散型智能制造企業(yè)。
在示范工廠中，建構(gòu)的天行者運(yùn)行平臺(tái)，透過(guò)智能設(shè)備采集數(shù)據(jù)，建立大數(shù)據(jù)模型，利用公司內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)，將一系列數(shù)字化集成系統(tǒng)進(jìn)行智能化升級(jí)。天行者平臺(tái)將智能工廠全流程信息進(jìn)行集成，建構(gòu)戰(zhàn)情指揮系統(tǒng)，進(jìn)行可視化智能管理，平臺(tái)應(yīng)用簡(jiǎn)介如下：
（1）信息物理設(shè)計(jì)反饋系統(tǒng)：通過(guò)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行物理檢測(cè)與實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行驗(yàn)證與優(yōu)化，提升可攜式智能產(chǎn)品用戶體驗(yàn)；
（2）智能設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)：通過(guò)智能傳感與控制裝備，實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)與智能生產(chǎn)；
（3）智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)：將人、機(jī)、料等生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳，及時(shí)預(yù)警，異常監(jiān)控；
（4）智能品質(zhì)管理系統(tǒng)：監(jiān)控來(lái)料品質(zhì)并監(jiān)控示范工廠生產(chǎn)產(chǎn)品全生命周期品質(zhì)；
（5）智能良率/重測(cè)率系統(tǒng)：進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、建模、分析，進(jìn)行測(cè)試流程防呆及失效分析建模，指導(dǎo)實(shí)時(shí)決策。智能工廠建立在安全、高可用性、持續(xù)性、可快速?gòu)?fù)制擴(kuò)充的基礎(chǔ)上，保護(hù)客戶新產(chǎn)品信息安全，每年零損失、零（6）泄露，每年通過(guò)ISO 27001國(guó)際信息安全管理體系認(rèn)證。
3.項(xiàng)目目標(biāo)
（1）落實(shí)中國(guó)制造2025戰(zhàn)略目標(biāo)，成為中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要推手；
（2）致力成為創(chuàng)新數(shù)位系統(tǒng)產(chǎn)品生產(chǎn)的智能工廠典范，最終成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能制造世界級(jí)的行業(yè)應(yīng)用標(biāo)桿；
（3）運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智造系統(tǒng)的可視化、預(yù)測(cè)化、協(xié)同化，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)憂的智造環(huán)境。
二、項(xiàng)目實(shí)施概況
1.項(xiàng)目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
（1）項(xiàng)目總體架構(gòu)
圖1 天行者平臺(tái)總體架構(gòu)圖
天行者平臺(tái)是富泰華工業(yè)(深圳)有限公司示范工廠打造的核心工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，是萬(wàn)物互聯(lián)互通時(shí)代，工業(yè)生產(chǎn)資源接入管理、數(shù)據(jù)采集的有效解決方案，可以通過(guò)天行者平臺(tái)高效、安全的將工業(yè)設(shè)備連接至邊緣計(jì)算及云端，并在核心層和云端進(jìn)行設(shè)備管理、監(jiān)控，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、分析，建立數(shù)據(jù)模型運(yùn)算和關(guān)鍵數(shù)據(jù)指標(biāo)可視化呈現(xiàn)，給予企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理決策支持。
（2）應(yīng)用案例--信息物理反饋系統(tǒng)
圖2 信息物理反饋系統(tǒng)架構(gòu)圖
信息物理反饋系統(tǒng)通過(guò)對(duì)產(chǎn)品零件精密堆疊組裝、測(cè)試、用戶體驗(yàn)等產(chǎn)品全生命周期數(shù)字化信息進(jìn)行采集、建模、分析，進(jìn)行物理檢測(cè)與實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)驗(yàn)證與優(yōu)化，調(diào)整示范工廠生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備參數(shù)，不斷提升示范工廠整體營(yíng)運(yùn)效率和生產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)，不斷提高用戶滿意度。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)是工業(yè)，工業(yè)的重點(diǎn)是產(chǎn)品與服務(wù)，產(chǎn)品與服務(wù)的重點(diǎn)是品質(zhì)，品質(zhì)是設(shè)計(jì)出來(lái)的。設(shè)計(jì)品質(zhì)的精神就是讓生產(chǎn)一臺(tái)跟五千萬(wàn)臺(tái)的品質(zhì)都是一樣的。
圖3 以ISO9001為標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)頂層架構(gòu)圖
設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)種類：結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析模型有判定樹、聚類、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多元回歸等;非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析模型有圖像識(shí)別、圖像分割、點(diǎn)檢測(cè)等。
圖4以ISO9001為標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型
（3）應(yīng)用案例--智能品質(zhì)管理系統(tǒng)
圖5 智能品質(zhì)管理系統(tǒng)架構(gòu)圖
運(yùn)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，使供應(yīng)商和示范工廠之間的流程重組、信息互通、資源共享，形成更快速、更高效的新品質(zhì)管理模式，以實(shí)現(xiàn)雙方互利共贏的目標(biāo)。
（4）應(yīng)用案例--智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)
圖6 智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)架構(gòu)圖
智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)通過(guò)連接人臉識(shí)別考勤機(jī)、人事考勤系統(tǒng)、薪資管理系統(tǒng)等，建立員工大數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)生物特征識(shí)別系統(tǒng)采集員工信息，運(yùn)用智能派工模型自動(dòng)匹配工作崗位，縮短員工崗位調(diào)配時(shí)間，提升工作效率。
智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)員工操作崗位推行實(shí)時(shí)獎(jiǎng)金激勵(lì)，激發(fā)員工士氣。
智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)將ERP系統(tǒng)和SFC系統(tǒng)的信息互聯(lián)互通，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算線體綜合生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)生產(chǎn)安排，減少和避免停線損失。
（5）應(yīng)用案例--智能設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)
圖7 智能設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖
智能設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)設(shè)備、治具數(shù)據(jù)采集并鏈接SFC/備品系統(tǒng)/PDCA等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)整合、分析，建立數(shù)據(jù)分析模型，達(dá)到智能判斷預(yù)警。
智能設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀況、工站良率，實(shí)時(shí)采集關(guān)鍵因子數(shù)據(jù)并自動(dòng)判定結(jié)果，對(duì)設(shè)備點(diǎn)檢保養(yǎng)、耗材壽命、庫(kù)存實(shí)時(shí)智能預(yù)警。
（6）應(yīng)用案例--智能良率/重測(cè)率系統(tǒng)
圖8 智能良率/重測(cè)率系統(tǒng)架構(gòu)圖
智能良率/重測(cè)率系統(tǒng)從監(jiān)控生產(chǎn)流程工藝品質(zhì)出發(fā)，測(cè)試工站智能設(shè)備進(jìn)行采集產(chǎn)品實(shí)時(shí)生產(chǎn)測(cè)試參數(shù)，進(jìn)行邊緣數(shù)據(jù)處理。
智能良率/重測(cè)率系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品流程工藝進(jìn)行管控，監(jiān)控生產(chǎn)工藝水平，預(yù)測(cè)不良潛在的風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)通知責(zé)任人采取措施，避免隱性問(wèn)題導(dǎo)致不良品產(chǎn)生和設(shè)備停機(jī)，建立良率/重測(cè)率實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警機(jī)制，達(dá)到提質(zhì)、增效、降本、減存的目的。
2.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)架構(gòu)
圖9 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)架構(gòu)圖
（1）利用現(xiàn)有三層網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，采用多鏈路，將設(shè)備連接至網(wǎng)絡(luò)，保證設(shè)備冗余；
（2）各區(qū)域主干網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)絡(luò)分別采用雙線路連接，以保證鏈路冗余與帶寬負(fù)載；
（3）生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行物理分離，各自獨(dú)立運(yùn)行，減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高網(wǎng)絡(luò)可用性；
（4）架設(shè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，滿足多種移動(dòng)終端的穩(wěn)定，高效訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源，為各項(xiàng)移動(dòng)應(yīng)用提供有力的支撐；
（5）園區(qū)之間通過(guò)VPN連接，DMZ為對(duì)外服務(wù)提供安全的接入環(huán)境；
（6）客戶通過(guò)專線或VPN接入生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。
3. 數(shù)據(jù)架構(gòu)和應(yīng)用
數(shù)據(jù)采集：應(yīng)用Sqoop /Flume采集結(jié)構(gòu)化/半結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；AP&APP寫入數(shù)據(jù)等。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：應(yīng)用MongoDB、Cassandra、Redis、SequoiaDB、Hadoop等技術(shù)存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù) 。
數(shù)據(jù)處理：應(yīng)用 Spark、Java、Hive 等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、建模。
數(shù)據(jù)應(yīng)用：應(yīng)用 Spark、SPSS、R等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、預(yù)測(cè)、決策判斷、商品推薦等。運(yùn)用CNN算法、拉普拉斯算法、LBP算法、Tensorflow技術(shù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)應(yīng)用。
4. 安全及可靠性
設(shè)計(jì)信息安全框架：在ISO27001國(guó)際信息安全體系及客戶信息安全要求為信息安全基線的基礎(chǔ)上，融入國(guó)內(nèi)外工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息安全框架，制定及實(shí)施公司信息安全政策，確保設(shè)備安全、控制安全、網(wǎng)絡(luò)安全、應(yīng)用安全及數(shù)據(jù)安全。在邊緣層、IaaS、PaaS、SaaS層實(shí)施訊息安全控制措施以確保設(shè)備安全、控制安全、網(wǎng)絡(luò)安全、應(yīng)用安全及數(shù)據(jù)安全。
（1）達(dá)成系統(tǒng)可靠的方法：
a.遵循ISO20000 IT服務(wù)管理作業(yè)流程(服務(wù)水平管理、服務(wù)報(bào)告、服務(wù)連續(xù)性和可用性管理、服務(wù)的預(yù)算和核算、容量管理、業(yè)務(wù)關(guān)系管理、供應(yīng)商管理、事件和服務(wù)請(qǐng)求管理、問(wèn)題管理、配置管理、變更管理、發(fā)布和部署管理) ；
b.通過(guò)冗余、熱備援、虛擬化、負(fù)載均衡、災(zāi)害恢復(fù)演練、容災(zāi)機(jī)房等技術(shù)建立高可用性的網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)及應(yīng)用系統(tǒng)；
c.建立智能化集成監(jiān)控與管理系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題。
（2）信息安全管理實(shí)施成果：
a.護(hù)客戶新產(chǎn)品信息安全，每年零損失、零泄露；
b.每年通過(guò)ISO27001國(guó)際信息安全管理體系認(rèn)證；
c.實(shí)現(xiàn)客制化軟件安全保障，零黑客攻擊損失；
d.每年系統(tǒng)可用性達(dá)99.999%。
5. 其他亮點(diǎn)
（1）客制化訂單處理
示范工廠生產(chǎn)可攜式智能產(chǎn)品客制化訂單處理流程，已打通用戶個(gè)性化需求、零組件廠商、精密組裝堆疊各環(huán)節(jié)，將網(wǎng)上交易、線下交貨等信息，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接。
（2）移動(dòng)戰(zhàn)情工業(yè)APP
天行者工業(yè)APP的特點(diǎn)著重在大規(guī)模生產(chǎn)海量數(shù)據(jù)的整合，能實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)系統(tǒng)信息，高效的收集數(shù)據(jù)和掌控生產(chǎn)進(jìn)度，提高解決異常問(wèn)題的效率，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，運(yùn)營(yíng)優(yōu)化和預(yù)測(cè)性維護(hù)等功能，現(xiàn)場(chǎng)用戶通過(guò)調(diào)用APP可實(shí)現(xiàn)對(duì)智造資源優(yōu)化配置。
三、下一步實(shí)施計(jì)劃
1.深化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)思維，全方位覆蓋數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化；深度理解提煉工業(yè)機(jī)理，優(yōu)化大數(shù)據(jù)算法模型，找到最優(yōu)參數(shù)，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率。
2.落實(shí)智能工廠能耗管理系統(tǒng)，提高能源使用效率，降低單位能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
3.提升設(shè)備智能化水平，實(shí)現(xiàn)自感知、自預(yù)測(cè)、自比較、自重構(gòu)，達(dá)到無(wú)憂工廠生產(chǎn)環(huán)境。
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)
富泰華工業(yè)（深圳）有限公司示范工廠是‘六流’信息整合運(yùn)行典范，將實(shí)體端的人流、過(guò)程流和物流信息以及虛擬端的訊息流、金流和技術(shù)流信息在示范工廠進(jìn)行整合，提取四項(xiàng)主要先進(jìn)性如下：
（1）人流：示范工廠采用生物特征識(shí)別技術(shù)采集人員信息，連接人員管理系統(tǒng)和智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)，透過(guò)建模分析，實(shí)現(xiàn)智能派工；
（2）過(guò)程流：透過(guò)智能設(shè)備對(duì)產(chǎn)品全生命周期進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；示范工廠已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)客戶、供應(yīng)商、產(chǎn)線信息互聯(lián)互通；
（3）技術(shù)流：建立失效分析大數(shù)據(jù)資料庫(kù)，指導(dǎo)實(shí)時(shí)決策及經(jīng)驗(yàn)傳承；透過(guò)信息物理系統(tǒng)反饋，優(yōu)化產(chǎn)品工藝參數(shù)，提升產(chǎn)品品質(zhì)；
（4）金流：智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)及財(cái)務(wù)系統(tǒng)無(wú)縫銜接，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示激勵(lì)獎(jiǎng)金，提升員工士氣和產(chǎn)品品質(zhì)。
天行者平臺(tái)依托豐富的智能制造經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)積累，可做到數(shù)據(jù)模型化、模型服務(wù)化等集成，將智能升級(jí)經(jīng)驗(yàn)推廣到全產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈延伸。
2. 實(shí)施效果
自國(guó)家2015年提出《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略，富泰華工業(yè)(深圳)有限公司就開始進(jìn)行天行者平臺(tái)的推行和實(shí)踐，迄今為止每年為智能工廠帶來(lái)顯著效益，具體如下：
（1）效率提升18%，產(chǎn)品良率提升10%；
（2）生產(chǎn)人力減少22% ，停線損失降低33%；
（3）庫(kù)存周轉(zhuǎn)天數(shù)縮短32%，成本降低28%。
聲明
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