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长三角工业互联网发展概述与典型案例分析(二)

2024-01-09






长三角工业互联网发展概述与典型案例分析(二)

文/杨闫(实习生)、毕得

清华大学互联网产业研究院


长三角区域聚焦集成电路、生物医药、智能制造、新材料、新能源汽车等重点行业及特色产业,以行业龙头企业为主体,协同培育一批具有带动引领作用的行业性工业互联网平台。长三角聚焦细分领域优势产业,打造垂直行业的开放生态工业互联网平台,平台汇聚企业、生产、研发创新、金融服务等产业链资源,优化资源配置和运营效率,推动垂直行业产业生态聚集与优化。

一、雪浪云



雪浪云简介

雪浪云(无锡雪浪数制科技有限公司)成立于 2018 年,通过打造雪浪 OS 工业数据智能系统,帮助制造业管理数据,同时通过工业知识自动化平台,为制造业提供数字化工业知识机理服务,为工业企业提供跨行业、跨地域和全生命周期的数据智能服务。雪浪云工业互联网平台提供“工业数据+工业机理”驱动的智能制造数字底座系统(雪浪OS),基于“数字底座+工具箱+工业 APP/软件”的模式,提供智能设计与智能运维、虚拟制造、群体智能优化等工业软件产品和系统性解决方案。目前,该平台已覆盖 22 个行业 9 个领域,服务全球数百家制造业企业,助力工程师与科学家管理工业数据、工业知识、规划运营,解决工程难题;帮助企业提高安全生产水平、降本增效,推动制造业在数字空间的变革与升级。


高端装备制造行业应用

针对高端装备制造行业设计、制造、运维阶段的特点和痛点,雪浪数制以雪浪云数字中枢系统为基础,构建设计、制造、运维统一架构的全生命周期数字孪生平台。雪浪云旨在缩短研发设计和测试周期、提高人员部门协同效率,改进生产流程、提高生产质量、缩短产品制造周期,优化装备运行控制性能和监测运维服务,驱动提供更新的产品、更快的响应和更好的服务,助力高端装备制造企业提升综合竞争力实现产业转型升级。

雪浪数制协助客户通过开发发动机、新能源装备数字样机、数字孪生系统及其相应的软件接口、组件库、工具集和模板库,为客户打造了基于工业互联网的服务于高端发动机和新能源装备设计、测试、制造、运维和管理的全生命周期数字孪生研发平台,实现高端发动机和新能源装备云边端协同的智能运维和测试过程无人值守,助力企业在数字孪生领域创新研发能力的大幅提升。

1)某发动机与新能源装备企业待解决问题


研发过程工具异构繁多,产品研发与试验周期长,自主研发与创新能力低。部门与人员间协作困难,需求设计响应不及时。

生产过程大数据采集不全、治理不顺、使用缺失。产品状态监测分析与风险预警困难,装备异常影响范围广。

存在不同系统、不同零部件、不同领域、不同目标的体量庞大的仿真模型库,但是每个模型功能单一、模型之间相互孤立,难以耦合分析系统级问题。

仿真模型与实物之间仅有少量的标定联系,仿真模型的可信度较低,仿真结果与实物偏离较大试验对象运行过程与仿真完全分离,无法实时相互校验。

研发工作中存在大量的建模、求解、分析、优化人工重复性工作,模型复用程度低。

研发流程驱动依赖大量自定义文档、模型、数据和审批流程,流程间协同流转效率低。


(2)应用场景


智能设计:通过故障诊断和预测性维护实现测点异常或故障的预警、关键部件寿命预测,实现核心设备的安全、稳定、长周期优良运行。

智能制造:通过流程模拟精准表征生产过程,为后续优化调控提供模型基础;基于参数整定和先进过程控制策略实现关键被控变量的稳定调控;在参数稳定的基础上,通过实时优化策略获得关键变量的设定值,实现全流程降本增效。

智能运维:综合原料、市场,以及产品质量、效益等信息,融合过程机理和操作知识构建供应链调度智能化模型,优化求解获得产线最优生产计划。高效协同生产、调度、操作各部门人员的工作,提高供应链级优化调控水平。


(3)应用效果


构建了高端发动机和新能源装备全要素完整数字样机和数字孪生系统,大大降低产品研发周期和测试成本。

实现设计阶段复杂模型在运维阶段的高度复用,并于性能故障预测和智能维护决策构建健康管理系统以提高装备的可靠性和可用性。

研发流程自动化的实施促进了销售、研发、生产、运维人员的高效协同。



流程型制造业应用

雪浪数字制造中枢系统基于流程型制造业的特点及痛点,为某火电厂间接空冷智能控制系统提供优化服务,从数据、计算和 AI 算法方面推动新一代信息技术与流程制造业深度融合创新,通过工艺孪生、智能调控、优化决策和风险评估,推进火电厂的资源利用高效化。

(1)火电厂待破解的问题


过程感知认知能力有限、过程性能调控能力不足、资源能源优化配置困难、重大安全风险隐患突出。

空冷环境气流复杂,人工控制滞后。

散热器等执行机构数量多,温度控制不精准。

散热器冬季防冻压力大,容易损坏空冷管路系统。

汽轮机背压较高,汽轮机组运行效益低。


(2)应用场景


设备智能:通过故障诊断和预测性维护实现测点异常或故障的预警、关键部件寿命预测,实现核心设备的安全、稳定、长周期优良运行。

产线智能:通过流程模拟精准表征生产过程,为后续优化调控提供模型基础;基于参数整定和先进过程控制策略实现关键被控变量的稳定调控;在参数稳定的基础上,通过实时优化策略获得关键变量的设定值,实现全流程降本增效。

供应链智能:综合原料、市场,以及产品质量、效益等信息,融合过程机理和操作知识构建供应链调度智能化模型,优化求解获得产线最优生产计划。高效协同生产、调度、操作各部门人员的工作,提高供应链级优化调控水平。

管理智能:围绕安全生产、环境管理、应急管理、封闭管理、能源管理、运输管理、厂区办公、公共服务等领域,通过数据融合与大数据平台建设实现流程工业厂区智能化管理与高效运行,以建设“安全、创新、绿色、智能、协调”的智慧型厂区。利用数字孪生预测模型精准预测工况:针对实际调控需求,在模型构建方面,利用有限元数字孪生预测模型实现装置高精度的稳定工况预测,于传热机理的预测模型实现大范围工况突变的精准预测。

于预测提供反馈与最优控制参数输出:在控制策略方面,于模型预测控制提前感知未来温度变化趋势,并进行滚动优化与反馈校正,输出冷端最优控制参数。


(3)应用效果


大幅提高参数控制平稳度:水温稳定且温度波动从 ±10 摄氏度减小为 ±4 摄氏度,避免系统冷冻损坏,提高了系统安全裕度。

显著节能降耗:降低冷端水温,使机组背压在最佳工作点运行,节省约 1% 燃煤以某单台 600MW 空冷塔为例,一年可多节约 2.2 万吨标准煤。

二、星云智汇工业互联网平台



星云智汇工业互联网平台介绍

星云智汇工业互联网平台是上海电气集团数字科技有限公司(电气数科)通过建设面向高端装备行业的工业互联网平台。电气数科是上海电气集团股份有限公司直属子公司,是上海电气集团数字化产业发展和转型的关键载体。电气数科面向制造企业,融合信息技术和数字技术,聚焦工业互联网、企业管理信息化、智慧供应链、数字化工厂等领域,助力制造企业实现产品、生产、服务、管理的数字化和智能化,打造上海电气工业解决方案和产品的输出平台,赋能制造业高质量发展。星云智汇工业互联网平台打造设备健康管理、远程运维诊断、能源管理、数字化工厂、机床联网运维等应用,在企业内部实现了生产智能化、精细化管理,在企业外部实现了产品增值服务;并基于平台形成了高端装备行业工业机理模型和 App,支撑高端装备企业快速、高效地开展工业互联网创新应用,助力高端装备行业内企业转型升级。通过数据积累、算法优化、模型迭代,电气数科形成了覆盖高端装备领域的各类知识库、工具库、模型库,将自身的经验和知识进行提炼和保存,实现企业内部和行业内的资源共享,同时通过本案例的实施,积累平台建设和应用经验,培养了一批工业互联网平台技术人才,形成了可复制的平台解决方案,为全方位持续开展和向外输出工业互联网创新应用提供坚实保障。

星云智汇工业互联网平台功能

(1)功能服务

结合上海电气多产业业务特性,星云智汇工业互联网平台建设过程中充分考虑通用性和专业性,针对各产业应用需求进行扩展和实施,并基于各产业的经验和实践固化为行业解决方案,打造风电智能运维、火电远程运维、机床售后服务、储能电池综合管理、康复医疗机器人、环保分布式水处理系统等一批解决方案。平台逐步从设备运维向生产管控、研发设计、服务增值全链条延伸,在助力集团内火电、燃机、风电、机床、电机、轨交、环保、分布式能源、康复医疗等产业的同时,对外提供以平台带动上海电气智能制造整体解决方案的输出。工业互联网平台利用 IaaS 资源虚拟化技术,实现网络、计算、存储等计算机资源的池化管理;通过工业设备数据采集、通讯协议转换及边缘计算处理,构建数据基础;基于通用 PaaS 框架,实现大数据处理、工业数据分析、工业微服务等创新功能,构建可扩展的开放式云平台;构筑满足不同行业、场景的工业 SaaS 应用,形成工业互联网平台的全过程管控价值链体系。

(2)星云智汇工业互联网平台架构

星云智汇工业互联网平台通过 IoT 服务能力、PaaS 服务能力、开发运营能力、可视化开发能力、数据服务能力、安全保障能力等核心能力,构建良好的工业 App 开发环境,使开发者基于平台数据和微服务功能实现应用创新,为用户提供生产过程管理和增值服务等一系列创新性业务应用。该平台主要分为接入层、平台层、应用层 3 层架构体系。

① 接入层

星云智汇通过大范围、深层次的数据采集,以及异构数据的协议转换和边缘处理,构建了工业互联网平台的数据基础:一是通过各类通信手段接入不同设备、系统和产品,采集生产现场产生的海量数据;二是依托协议转换技术实现多源、异构数据的归一化和边缘计算;三是利用边缘计算设备实现对底层数据的汇聚处理,以及数据向云端平台的发送。

② 平台层

星云智汇基于虚拟化、分布式存储、并行计算、负载调度等技术,实现了网络、计算、存储等计算机资源的池化管理,根据需求进行弹性分配,基于通用 PaaS 叠加大数据处理、工业数据分析、工业微服务等创新功能,构建了可扩展的开放式云操作系统:一是提供工业数据处理能力,帮助制造企业形成工业数据分析能力,实现对数据价值的挖掘;二是把技术、知识、经验等资源固化为可移植、可复用的工业微服务组件库,供开发者调用;三是构建应用开发环境,借助微服务组件和工业应用开发工具,帮助用户快速创建定制化的工业 App。

③ 应用层
星云智汇创建了满足不同行业、不同场景需求的工业 SaaS 和工业 App,形成了工业互联网平台的最终价值:一是提供生产过程管理和增值服务等一系列创新性业务应用;二是构建良好的工业 App 开发环境,使开发者基于平台数据和微服务功能实现应用创新。

星云智汇工业互联网实践

(1)综合服务

① 生产制造执行系统,基于离散型制造车间在生产制造环节信息获取手段落后、质量问题难追溯、缺陷难定位等痛点和需求,通过工业互联网平台架构,打通终端、设备、生产线和业务系统的信息流、数据流,消除“信息孤岛”现象,打造企业级生产管理和质量管控追溯体系,加强产品 BOM 管理,帮助企业提高生产效率和良品率,降低单位成本;将业务功能模块化,从而便于部署实施、产品迭代和功能扩展,满足中小型企业的共性需求,同时满足集团型企业的个性需求。

② 智慧供应链平台,为集团型企业的供应链管理和数字化转型提供服务,从供应商到客户、从采购环节到销售环节,打通“端”到“端”对外互动的各类集团型企业的业务场景,帮助其统一标准和开拓个性化业务;从企业业务到行业生态,融合客商关系,帮助企业开拓新市场和新业务,展现企业数据汇聚优势,发挥供应链数据资产金融价值。该平台将促进基于大数据分析决策的智慧化信息管理模式的发展,打造企业级“智慧大脑”,前瞻性地指导、优化传统供应链的运营管理和业务运作模式,打造精益、绿色的供应链业务链条,改善供需分析并实现降本增效,提升企业的经营管理水平,提高社会资源的利用率。

③ 区域智慧能源运营中心,基于新能源场站资源分散、利用率低等痛点,以云计算、大数据分析、物联网等先进技术为支撑,以星云智汇工业互联网平台为载体,为用户建立一个技术先进、数据开放、标准统一、安全可靠,且具备协调控制、视频监控、远程集中监控、集中功率预测、智能生产管理、智能健康管理、智能统计与分析等功能的集控管理平台,实现区域级新能源电站生产运行数据的接入、存储、展示和智能化分析应用,包括风电场、光伏电站、智能微网、离散型微网、海水淡化、智慧港口、智能楼宇等,打造新能源产业数据的综合管理和运营平台。

(2)拓展产业服务

电气数科基于在装备制造业多年的数字化转型经验,立足装备制造业的优势和特点,以优化产品服务为切入点、以星云智汇工业互联网平台为载体,开发了面向物联接入、智能制造、智能服务、大数据分析等的各类管理工具和工业应用,同时打通产业上下游,建立智慧供应链平台,探索产业互联网服务新模式。

① 面向中小型企业,星云智汇通过星云套件的开发,为中小型企业提供快速“上云上平台”的服务,针对行业内中小型企业的痛点和需求,面向智能制造的生产过程、质量管控、设备管理、能耗管理等场景提供低成本、易部署、易维护的轻量化工业应用,提升中小型企业数字化、网络化水平,从而提高生产效率和产品质量。

② 面向大型企业,星云智汇构建企业级工业互联网平台,针对工业数据打通难、数据标准化难、价值挖掘难等痛点,建立工业数据治理平台,帮助大型企业构建工业数据标准体系,为企业提供工业数据治理和分析工具,通过定制化数据湖建设方案、可视化数据建模工具、插件化扩展预处理策略、流程化运行任务监控,进行分布式处理以提高效率,为不同企业提供场景化服务、决策化支持、创新化业务模式引领。

③ 面向产业上下游,星云智汇打造智慧供应链平台,助力集团型企业采购、销售的数字化转型和产业供应链协作,推进企业业务一体化发展,提升供应链管理水平,为集团型企业和产业链可持续发展提供保障。在工业互联网的基础上,星云智汇发展产业链式经济,探索装备制造产业互联网,将产品、业务、资产、金融全价值链打通,以产业互联经济模式对链上企业进行赋能,实现产业链整体转型升级。

④ 面向城市和区域,电气数科构建工业互联网赋能中心,打造一体化服务平台和可持续发展生态,通过工业互联网平台的核心能力、数字化转型经验、生态伙伴资源的对外输出,赋能“研、产、供、销、服”生产全生命周期,助力区域内企业在制造能力、经营效率、获客渠道、产品质量、供应流通等多方面取得显著进步,同时向当地政府提供宏观数据,作为引导政策实施的有力支撑。

(3)应用效果

① 生产制造执行系统,通过应用实现生产车间机床加工效率、设备综合效率(OEE)、质量的动态监控、机床工艺程序的远程下载和维护,以及生产工单派工、报工等功能,树立车间精细化生产新标杆,使设备管理效率提升 30%、产品质量合格率提升 5%、维修期缩短 30%、维修成本降低 30%、操作人员操作规范率提升至 95% 以上。通过规范设备数据和信息、优化业务管理流程、建立合理的指标体系,该系统实现设备资产全生命周期规范化、标准化管理,提升设备管理效率,保障设备运行的可靠性、安全性,实现设备故障率年降低 20%、设备消缺时间年缩短 18%、设备日常维修成本降低 8%、年物资采购资金减少 10%。

② 智慧供应链平台,通过打造电气数科数字化供应链生态,实现采销一体、客商融合,连接 2.29 万家供应商、10000 余家客户,发掘 1500 多家一体化客商,线上交易额超 400 亿元,14.49 万条订单互动协同,协同金额超 71 亿元,完成 7.73 亿元供应链金融业务,实现商流、物流、资金、票据四流合一;通过在线协同和自助化、自动化操作,构建供应商库,提升采购效率,降低间接成本;通过采购过程数字化,支持全球寻源,可追溯、可审计,进一步促进采供销业务从事务型采购向战略型采购的转型、从被动响应向主动服务的转型、从执行部门向运营部门的转型,赋能企业智慧运营。

③ 区域智慧能源运营中心,通过统一监控、调度和管理,实现多类型设备的集中监控和故障实时告警,从纸质化业务流程全面演化为数字化管理模式,运营、运维、工单、票据全面电子化,管理水平显著提升;结合场站特征进行多维度健康评估,包括区域级宏观评估、场站级整体评估、部件级精细评估,使场站工作人员减少为 1 人/每光伏场站、3 人/每风电场站,平均场站日常故障事件响应速度提高 20%,运营成本大幅降低;通过大数据分析技术的应用,对机组运行效率、发电性能指标、发电量完成率、损失电量、发电量偏差等关键绩效指标进行统计、分析和可视化处理,提升区域能源运营管理水平,助力当地能源结构和发电体系的调整和决策优化。

三、羚羊工业互联网



平台简介

羚羊工业互联网是  2021 年 9 月安徽省推出的首个政企联合打造、市场化运作的工业互联网综合服务平台。该平台注册用户 50.8 万,累计服务企业 218 万次,在促进产学研协同、推动中小企业降本增效和数字化转型等方面发挥了重要作用,让越来越多的中小企业拥有了数字化转型的“加速度”。截至目前,已有超过 1.1 万家服务商活跃在羚羊工业互联网平台之上,仅在合肥市就为 102 家企业“智改数转”提供了诊断服务,并正在组织开展营收 5 亿元至 10 亿元企业咨询诊断工作。

平台创新服务

羚羊工业互联网平台针对企业创新发展需求,依托 AI 算法匹配和技术经理人,聚合高质量科技成果、高水平科研人员,提供多方位全流程服务,让企业创新少走弯路。羚羊工业互联网平台发展了一批技术经理人,作为衔接高校、科研院所和企业的桥梁,为技术供需双方提供专业对接服务。目前,羚羊工业互联网平台已携手美亚光电、古井、荣事达、铜陵有色等 30 多家龙头企业,构建以数据+算法为核心的一体化工业智能平台“工业大脑”。预计到 2023 年末,“工业大脑”将服务  100 家龙头企业,并逐步拓展至长三角地区乃至全国。

应用案例

安徽一维新能源科技有限公司正在研发一款新能源汽车充电桩产品,由于企业缺乏终端消费品的工业设计经验,不清楚如何设计才能符合当今年轻消费者审美和使用需求。公司在羚羊工业互联网平台发布了外观和结构设计需求。安徽工业大学机械设计学院肖旺群博士团队通过羚羊工业互联网平台实现了一维新能源科技有限公司的需求对接,完成了技术细节确认,进行研发设计。截至目前,羚羊工业互联网平台已入驻高校及科研院所 148 家,汇聚专家及个人服务商 1.87 万名,学生创客 8.8 万人,汇总科技成果发布 7.1 万条,技术需求 1.2 万条。

羚羊工业互联网平台支撑企业构建“工业大脑”。合肥美亚光电技术股份有有限公司(以下简称美亚光电)是国内生产光电色选设备的龙头企业。羚羊工业互联网平台结合公司业务情况为其量身定制了数据中台,并从数据中台延伸出超 3 万项数据,汇聚研发、生产、质量、服务、财务等运营全环节,信息动态贯穿始终,支撑起了企业内部全要素数字化和企业外部的全产业链数字化。通过数据打通,公司原先 800 张业务报表被精减成 8 张报表体系,且销售预测准确率提升 30%、设备综合率提升 15%、排产作业效率提升 50%。在此基础上,羚羊工业互联网平台携手美亚光电打造了“美亚智联”与“美亚智云”两个云平台,通过色选机、口腔 CBCT 等智能设备互联及数据打通,链接产业上下游一万多家食品加工企业及医疗单位。

为企业数字化转型“把脉问诊”。合肥中亚环保科技有限公司(以下简称中亚环保)是国内专门从事环境保护大气污染治理技术及装备研究的单位。羚羊工业互联网平台结合中亚环保生产工艺的需求进行工厂内部输入输出和车间的日常物流衔接规划,设备、人力等资源需求的测算,以及工厂整体工艺详细布局、规划、仓储和辅助设施规划等,为中亚环保定制详尽的解决方案,提升了员工的工作效率。现在中亚环保的运营效率得到显著提升:场地利用率提高 32%、人均生产效率提高 21%、物流距离节约 35%、在制品库存减少了 22%。


参考资料:

[1]《长三角城市数字经济发展水平评估评价白皮书(2022)》,赛迪数字经济研究中心。

[2] 两业融合系列之长三角地区一体化工业互联网建设研究,中关村产业研究院。

[3] 左越等,长三角制造业集群发展路径研究——以工业互联网平台为切入口,中国信息化,2020(07)。

[4] 雪浪云,https://www.xuelangyun.com/。

[5] 星云智汇工业互联网,https://sec-portal.apps.paas.se-unicloud.com。

[6] 蓝卓,https://www.supos.com。

[7] 安徽工业互联网发展研究报告(2023)。

[8] 重塑“安徽制造”,安徽经济报,2023 年10月21日。

[9] 助力制造业加速转型——安徽高标准打造羚羊工业互联网平台,科技日报,2023年6月7日。

[10] 印刷行业史无前例的“超级秀” ——2018全印展“智能印刷示范园”,http://aip.smartinfo.cn/。



编辑|段文秀

审核、责编|杨帆