工业互联网研究与在能源装备企业中的应用

工业互联网研究与在能源装备企业中的应用

王登峰 1 冯海舟 2 易鑫 2 易志红 2

1. 国网宁夏电力有限公司营销部 宁夏 银川 750000 ； 2. 河南许继仪表有限公司 河南 许昌 461000

Industrial Internet Research and

Application in Electrical Equipment

Enterprises

Wandenfeng1 fenghaizhou2 yixin2 yizhihong2

1.Marketing Service Center of linxia Electric Power Company yinchuan 750000；2. henan xj metering co.,led xuchang 461000

摘要：工业互联网作为实现智能制造的重要抓手，是新一代信息通信技术与现代工业技术深度融合的产物，是制造业数字化、网络化、智能化的重要载体，文章以国家电网下属企业河南许继仪表有限公司工业互联网平台建设内容为个案，论述了工业互联网建设的总体构架，业务构架和业务功能，为工业互联网平台在电力装备领域的应用提供了思路和经验。

关键词：工业互联网 智能制造 信息技术 平台功能

Abstract: As an key point for the realization of intelligent manufacturing, the Industrial Internet is the product of the deep integration of a new generation of information communication technology and modern industrial technology, and an important carrier for the digitalization, networking and intelligence of the manufacturing industry. Following the construction content of the Industrial Internet Platform of XJ Metering Co., Ltd. as a case, it discusses the overall structure, business structure and business functions of the Industrial Internet construction, and provides ideas and experience for the application of the Industrial Internet platform in the field of electrical equipment.

Keywords: Industrial Internet, Intelligent Manufacturing, Information Technology, Platform Function

0引言

当前，新一轮科技革命和产业变革正蓬勃兴起，制造业加速向数字化、网络化、智能化方向延伸拓展，软件定义、数据驱动、平台支撑、服务增值、智能主导的特征日趋明显。电力行业是关系国计民生的支柱产业，能源电力装备是实现能源安全稳定供给和国民经济持续健康发展的基础。随着“中国制造2025”、“一带一路”、“能源互联网”等战略和概念的提出，我国能源电力装备产业正迎来发展的新机遇。“中国制造2025”将能源电力装备作为十大重点发展领域之一，提出推进新能源和可再生能源装备、先进储能装置、智能电网用输变电及用户端设备发展。《中国制造2025重点领域技术路线图》明确，2025年我国输变电行业产值达到3.0万亿元，装备关键零部件自主化率达到90%以上。

智能制造是“中国制造2025”的主攻方向，工业互联网作为实现智能制造的重要抓手，是新一代信息通信技术与现代工业技术深度融合的产物，是制造业数字化、网络化、智能化的重要载体。工业互联网平台是联接制造、研发设计、物流、客户、供应链、双创平台等事物，实现“全联接”的基础，也是实现“制造+平台+服务”转型升级的重要支撑。加快发展工业互联网平台，不仅是各国顺应产业发展大势，抢占产业未来制高点的战略选择，也是我国加快制造强国和网络强国建设，推动制造业质量变革、效率变革和动力变革，实现经济高质量发展的客观要求。

为响应“中国制造2025”国家战略，国家电网公司高度重视工业互联网相关产业发展，制定了公司“为建设能源互联网企业而奋斗”的战略目标。作为国家电网公司直属能源电力装备生产企业,河南许继仪表有限公司，发展工业互联网产业符合国家战略和公司要求，更符合企业转型升级的自身需求。

1什么是工业互联网

所谓工业互联网，就是运用新一代信息技术，如云计算、大数据，机器人，传感器，ERP，MES，PLM，网络，平台等等，通过纵向集成、横向集成、端到端集成，实现工业要素的互联互通，达到提高产品质量，提高制造效率，降低生产成本，降低劳动强度的目标。

简单地说：工业互联网就是将人、数据和机器联接起来的泛在互联网，通过人、机器、物的全面联接，实现全要素、全产业链、全价值链的全面连接，形成全新的工业生产制造和服务体系。

工业是网络，实现机器、物品、控制系统、信息系统、人之间的泛在联接；

工业是平台，通过云和大数据实现海量工业数据的集成，处理和分析；

工业是新模式新业态，实现智能化生产、网络化协同、个性化定制和服务化延伸。

2能源装备企业面临的问题

当前，能源电力装备制造行业具有产品丰富，生产线和检测线多样，多源复杂信息系统且控制方式复杂等特点。能源电力装备制造行业信息化覆盖率低、自动化程度偏低，流程标准不统一，且现场网络基础设施条件较差，信号干扰广泛存在，导致设备生产质量和成本不能得到有效控制。当前能源电力装备自动化生产线多为半自动化生产线，充电桩、开关柜、变压器等能源电力装备产品的装配过程仍以大量人力劳动为主。

平台亟待解决的主要问题如下：

2.1、车间精益生产管控能力薄弱

当前，能源电力装备生产线存在设备智能化低、物流自动化程度低、生产管控能力薄弱等问题。无法实现对智能电表生产所使用的生产装备、仪表仪器、传感器、设备运行状态等数据的全面采集。各部门之间缺乏信息整合，无法对生产订单进行有效排产和跟踪。急需优化各生产部门的业务流程，建立生产管控平台，实现车间资源优化调度，提高企业对车间的生产管控能力。

2.2、产业链资源难以快速有效整合

供应链企业拥有各自独立的信息化系统，系统之间没有集成，用户需求、配套资源、库存信息存在信息孤岛和延时交互情况。如由于缺乏有效的物料批次管理手段，在发生物料质量问题时，无法确定问题物料的分布，无法确定现场运行的智能电表是否包含问题物料，只能全面覆盖的依靠售后解决，给生产企业造成大量人力、物力浪费，对产品用户留下不好印象。

2.3、制造型向服务型升级缺少抓手

当前大多数能源电力装备制造企业仍是以制造型为主的企业，在“智能制造”国家战略工程的快速推进下，大多数企业对于如何通过智能制造的实施来推进企业转型升级感到茫然。随着工业互联网平台的应用实施，将形成以工业互联网平台为核心的资源价值体系，开展更多面向客户需求的价值增值服务，这将成为许继仪表从制造型向服务型转型升级的重要抓手。

3工业互联网总体规划

3.1．总体架构

许继能源电力装备工业互联网平台打通智能工厂内外部之间的信息通道，为设备使用方、供给方、监管方提供生产信息共享、运维检修服务、物流供应调控、生产质量跟踪、产品质量监督、行业信息辅助等有价值的微应用服务。

平台以智能电表等智能工厂为基础数据来源，通过对智能工厂的人、机、料、法、环、测等生产要素的集成，使企业的管理层和执行层之间的数据实现流通与共享，提升生产效率，提高产品质量、降低生产成本。许继能源电力装备工业互联网平台总体架构如图1所示。

图1 工业互联网平台总体架构

3.2．业务架构

许继能源电力装备工业互联网平台业务细分为六个层级，分别为：决策层、业务层、执行层、控制层、网络层、设备层，业务架构如图2所示：

图2 许继能源电力装备工业互联网平台业务架构

（1）决策层：包括订单管理、质量管理和决策管理三个子模块。

（2）业务层：对跨产业部门的订单进行排产和跟踪，保证各单位之间协同工作，便于预测产品交期、生产质量实现可追溯。

（3）执行层：对企业生产进行管理，主要实现生产执行管理MES、产品生命周期管理PLM、企业资源计划ERP等系统的数据集成。

（4）控制层：基于边缘计算技术，采用信息物理系统CPS对设备层进行就地控制管理。

（5）网络层：建设时间敏感网络，连接设备层和控制层，支撑数字化工厂业务应用，为其提供准确、可靠、安全、高效的传输服务。网络层是实现采集数据可靠、安全传输的基础，是连接数据采集层与应用层的通道。

（6）设备层：构成系统的基础数据采集部分。该层对企业内的生产情况进行实时信息数据的采集、辨识，是整个系统的最为基础的部分。通过在用户侧建设信息采集基础设施，主要包括对生产装备、仪表仪器、传感器、设备运行状态的全数据采集，并与网络层对接。

4工业互联网功能

许继能源电力装备工业互联网平台已完成3个工业APP开发，正在进行2个工业APP开发。平台已接入105家企业用户，系统操作员1125人，每日产生70万条数据。当前主要具备以下功能：

4.1工厂建模

工厂建模从高层面规划如何对MES系统中的组织、生产布局、系统用户、生产时间、产品、物料、工艺路线和维修基本资料进行管理的方案，完成对工厂建模的定义工作，定义出组织结构、生产布局、系统用户、生产时间、要生产的产品、要管控的物料、使用的工艺路线和工序BOM。为生产、品质和物流功能的执行提供基本的数据支持。该信息包括指导生产作业的相关属性和信息追溯所需要的基础资料。

4.2物料追溯管理

实现物料从供应商到产品加工全过程追溯管理。

物料标签及送货单管理：自动导入采购订单数据，供应商直接生成标签的物料标签，物料标签管理包括小包、中包、大包。其中大包如果是同一种物料，可以建立批量物料大包，后续可以整包进行备料和上线使用。使用送货单功能勾选所发运的物料，完成发货。

库房收料管理：库房人员扫描送货单上二维码，完成一键收料。

物料检验管理：收料后，根据物料批次自动生成物料交检单，检验合格后，本送货单自动入库。

备料管理：库房人员根据备料单使用PDA进行备料操作，系统自动检查所扫描物料是否本料单物料，自动核算物料数量，当物料数量超过时，自动提醒进行拆包处理。

线边上料：贴片、一次插装、二次插装、总装，分别进行线边上料扫描，同时流水线上的工业相机自动读取PCB二维码，后台进行批次绑定。

物料批次追溯：系统可以进行正向追溯、反向追溯，如查询某批次物料，可以查询到该物料应用到哪些订单，哪些产品；查询某产品，可以查询到其所用物料批次。物料追溯过程监控功能如图2.5所示：

图3 物料追溯过程监控

4.3协同制造

完成许继仪表与上下游供应链之间的协同制造，主要包括原材料供应商、外协加工商、客户以及许继之间的四方协同制造；同时也支撑许继内部业务部门之间的协同作业，包括采购部、计划科、生产部、库房、质量部、售后服务部等6个部门。

与原材料供应商交互的业务主要包括预采购通知、采购订单传递、物料标签生成及打印、送货单生成及打印、送货及物流跟踪等。采购部将未来订单拆解成采购需求，自动推送至供应商，供应商可以提前介入做准备。正式采购订单自动传递至供应商处，供应商根据采购订单生成物料标签，物料标签分为小包、中包、大包，他们之间建立的有包含关系，送货单与物料标签之间同样建立的有包含关系。通过统一协同制造，保证了物料采购的准确性，物料标签的一致性，为后续的工序作业打好基础。

物料运送的目的地分为两类，贴片类运送至许继仪表本部库房，二次插装类运送至外协加工商，本部库房和外协加工商统一使用本APP进行收料操作。收料后自动生成物料检验单，统一由许继仪表质量部按照物料检验单进行物料检验，检验合格后物料自动入库。

物料加工过程主要分布在外协加工商，主要工序包括贴片、一次插装、二次插装、总装。每个外协厂商的生产线，安装工业相机，自动采集过站PCB二维码，同时物料员扫描线边上料的物料标签，这些数据随着生产节拍，源源不断汇集到许继仪表工业互联网平台内，再由后台服务进行数据加工处理，形成可追溯的物料批次数据。

外协公司将半成品运送至许继仪表，在公司的自动化产线上进行调试检验，合格后安装铭牌，铭牌号码是由仪表客户指定的，最终铭牌号码与PCB二维码进行一一绑定，所有电表可以通过铭牌直接获取其所用物料的厂家，批次等信息。

电表成品运送至客户处，客户需要进行二次检验，公司售后服务人员将检验不合格的产品信息录入至系统中，公司质量部门可以调取其整个加工过程物料数据，进行分析判断。

4.4客户返修

客户返修记录包含返修表等物资的接收、转移、采集不良代码、维修和发货功能，提供返修台账、维修记录、维修进度、维修费用和发货记录查询。

维修数据分析包括物资返修单维护、不良品采集、维修处理、维修记录修改等功能。

4.5质量管理

质量管理是对现场的质量管理规范进行控制，并记录生产过程中的质量要素。包括问题反馈单管理、QC基础资料维护、抽检管理和质量追溯等功能。质量管理功能如图所示：

4.6生产运营管理

生产运营管理 实现生产运营期的全流程化透明化的信息定位，显示投产订单生产各环节、开票回款各环节的最新动态。

运营中心电子看板主要展示生产运营周期达标率、投产订单生产各环节的最新动态以及生产过程中各环节正常、延期状态统计。

市场部电子看板实现开票及回款的透明化信息定位，显示本年度开票和回款的信息汇总情况，并用饼状图的形式显示出来。支持按照起止时间进行查询。

5结束语

百家讲“谈”，千人千“网”。工业互联网建设一个企业一个样，但求有效，不求相同。每个企业一定要根据自己业务的痛点、痒点，具体问题具体分析，总体规划，分步实施，建设具有自己特色的工业互联网平台，实现提质、增效、降成本的目标。

参考文献：1，《工业互联网的发展》 吴波 著

2，《工业互联网的模式》 吴波 著