【智慧製造】歌爾股份打造面向可重構和微服務的可穿戴產品智慧工廠

一、專案概況

1.   專案背景

智慧可穿戴產品未來將保持30%左右的高速增長，然而整體制造能力不能滿足行業高速增長、變化快的要求。消費者對於產品的外觀、功能和售後定製服務提出了更多複雜的需求，大批量生產的產品趨同已不能適應消費升級的需求。成本壓力大、招工困難給可持續發展帶來嚴峻挑戰。升級現有製造模式，打造柔性化、數字化和智慧化的生產體系適應消費者個性化日益提升的需求以及市場快速變化的趨勢尤為迫切。

2. 專案簡介

本專案面向離散型智慧製造和大規模個性化定製，建立了包含頭戴式顯示器（HMD）、智慧手錶、智慧手環等可穿戴產品智慧工廠軟硬體協同解決方案，包含七條產線改造、兩套系統、兩大平臺和三套標準/規範草案。

3. 專案目標

本專案重點基於虛擬現實及其互動腕帶類產品產線改造優化，建立一套面向可穿戴產品的智慧工廠軟硬體解決方案，包括七條產線改造優化，其中四條HMD產線、一條智慧手錶產線、兩條智慧手環產線；兩套系統部署，包括一套自動倉儲系統、一套能源控制系統；兩大平臺建設，包括一套3D虛擬工廠模擬平臺和一套大資料聚合雲平臺；三套標準/草案的形成，包括一套製造服務標準草案、一套智慧可穿戴檢測標準、一套智慧工廠建設實施規範草案。標準化元件通過重構一方面可面向同行業實現部署和服務，另一方面可面向個人消費者提供定製微服務。

二、專案實施概況

1. 專案總體架構和主要內容

歌爾參考工業網際網路體系架構，制定了工業網際網路總體方案，從網路、物理系統、資料、安全和應用5個方面進行了規劃，如下圖：

圖1 歌爾股份智慧工廠總體方案

• 網路包括整體網路架構規劃和現場工業網路規劃

  
  

• 物理系統包括裝備智慧化改造和構建柔性產線

  
  

• 資料包括資訊縱橫整合打通、建立虛擬工廠和工業大資料平臺

  
  

• 安全包括網路、裝置、控制、資料和應用安全

  
  

• 應用包括智慧化生產和個性化定製

2. 網路互聯架構

1）網路互連體系是各類裝置、系統的連線與資料整合的基礎。網路架構進行扁平化建設，分為企業工業網、企業辦公網、企業外部網路三部分，每部分通過防火牆進行互聯安全隔離。工業網線體之間採用防火牆（帶VPN功能）隔離，減少相互之間通訊衝突，產線的獨立除錯運維、複製、快速部署。AGV、PDA、感測器（溫度/溼度等）通過工業WIFI技術進行海量接入，進行效能引數的資料採集，以及實時控制。智慧穿戴產品通過運營商的3G、4G網路實現海量智慧穿戴產品的接入，通過雲平臺進行資料採集，支撐資訊化系統的建設。

2） 網路應用支撐體系分為廠外工業雲和工廠雲，PLM/ERP/MES/WM等IT系統部署在工廠雲，電商平臺、CRM、消費資料分析部署在廠外工業雲，提供面向客戶、終端使用者的服務。

3. 資料架構和應用

1）依託智慧裝置、網路和整合技術，實現裝置、系統的連線與資料整合。資料整合遵循單一資料來源的原則，基於標準資料模型，實現產品研發&工藝規劃（PLM）、企業資源計劃（ERP）和製造運營（MOM）的資料高效協同與整合，基於先進感測和PLC技術，實現製造運營與可穿戴自動化產線（裝配裝置、檢測裝置、物流裝置等）的資料閉環。

2）基於資訊流的整合，通過建模模擬技術建立虛擬工廠，指導物理工廠。歌爾工業網際網路平臺是以全數字化整合的軟體系統為核心，具有“全面感知、裝置互聯、數字整合、智慧預測”等特點的製造平臺，虛即虛擬工廠的模擬生產，實即實體工廠的產線執行。實體工廠的產線、裝置等資源通過先進感測技術等，實現全面狀態感知和資料採集。通過實體工廠與虛擬工廠互聯互通，實現實體物理製造過程和資源的虛擬映像，完整模擬從需求到產品、從訂單到交付的物理製造全過程，“虛”能夠指導“實”的建立，“實”為“虛”提供準確驗證。

如下圖，虛擬工廠主體要素包含以下幾個部分：產品/工藝研發、供應鏈、生產製造三個業務要素。產品/工藝研發業務要素是需求到產品的核心，依據實際的產品需求，通過PLM實現對3D模型、初始BOM的製作及物料主資料和器件庫的管理；同時將產品3D模型、BOM及物料主資料傳遞至模擬平臺，通過對設計模擬驗證分析，實現對產品設計的優化。使用產品設計圖紙、BOM及模擬分析資料，通過工藝管理平臺進行工藝設計和模擬，並輸出工藝檔案傳遞至PLM與ERP。研發設計及工藝設計過程中，通過模擬平臺實現力學、射頻、熱分析、氣密性、膠水粘膠/脫膠等產品模擬，裝配公差、裝配干涉分析等工藝模擬，為產品提供虛擬資料依據。

圖2 歌爾股份虛實協同智慧工廠示意

供應鏈業務要素是訂單到交付的核心，依照工藝檔案通過PLM實現對產品初始BOM結構化，同步將結構化的BOM資料、物料資料傳遞至ERP，用於執行物料採購、庫存管理、排產管理等。ERP根據產品資料、訂單資訊及生產計劃生成備料計劃，並將備料計劃傳遞至WMS，生成倉庫作業計劃指導物料分揀及產線物料供應，WMS將執行結果反饋到ERP。

製造業務要素是訂單到交付的核心，ERP將BOM、生產計劃、工藝檔案等資訊傳遞至MES，MES與虛擬產線結合，實現對生產過程各個環節的模擬。MES收集並整合生產過程資料，傳遞至PLM與ERP，實現產品設計與製造過程的優化。

以上三個業務要素的無縫融合，完成產品在虛擬工廠的製造過程模擬，通過模擬不斷優化製造過程的瓶頸工序、節拍、物流規劃等，對實體工廠的HMD、智慧手錶、智慧手環三類產品生產線改造、提升和優化進行指導。

3）建設工業大資料平臺，通過資料分析實現了設計、生產、管理、營銷等方面的優化，工業大資料包括企業的經營管理活動和生產製造活動，跟網際網路大資料不同，不在於資料的海量，專注於資料的準確、全面、真實、可靠。通過工業大資料的分析和應用，可預測需求和製造、整合產業鏈和價值鏈，通過使用者價值缺口，發現和管理不可見問題，為使用者提供定製化的產品和微服務。鑑於工業大資料在智慧製造中的核心地位，歌爾制定了未來三到五年的資訊化戰略規劃，並對企業內的資料分析做了頂層設計，規劃了大資料平臺，採集B2B領域的工業大資料和B2C領域的網際網路大資料。企業對大資料的駕馭和掌控，其核心並不在於擁有多大規模的資料，而在於是否能夠對來自於企業內外部多樣化資訊源的湧流資料進行敏捷持續的捕捉和整合，並通過深度分析開發其商務價值。

圖3 歌爾股份大資料藍圖

歌爾大資料平臺是面向產品研發、生產製造、供應鏈、財務管理、營銷管理、質量管理和戰略管理的全方位的工業大資料平臺，結合歌爾的實際業務需要，在各業務領域中識別了七個領域亟需且能快速產生價值的應用場景。

4. 安全及可靠性

2016年歌爾通過ISO27001體系認證，遵循體系要求，從14個控制域、35個控制目標、113個控制措施進行了規劃和實施，制定了40個流程和制度，並每半年進行一次安全審計，實現了被動查事件到主動抓風險的轉變。歌爾工業網際網路的安全架構參考ISO27001管理體系的標準，建立資訊保安組織和流程。在安全技術架構方面，在物理、裝置、網路、控制、應用、資料方面設計了網路隔離、病毒防護、入侵防禦等訪問控制措施，並將所有資訊保安事件進行統一的分析和儲存、關聯分析和預警，將資訊保安事件的處置從事後提前到事中，結合大資料的分析實現事前預警，如下圖。

圖4 歌爾股份工業網際網路安全架構

5. 其他亮點

基於工業網際網路平臺，未來歌爾主要打造兩種應用模式。

（1）智慧化生產模式。從生產端切入，基於自主MES系統，通過PLM、ERP、MES、SCADA和可穿戴產品自動化產線的整合，實現產品研發、工藝規劃、生產製造和供應鏈等的高效協同，打造高度柔性化、數字化、智慧化的生產模式，如下圖。

圖5 歌爾股份智慧化生產模式

（2）個性化定製模式。未來基於與企業客戶的協同研發平臺，通過SuperBOM構建、電商平臺和CRM系統實施實現個性化定製模式。如下圖所示。

圖6 歌爾股份個性化定製模式

三、下一步實施計劃

歌爾工業網際網路平臺遵循“總體規劃、分步實施”的原則進行建設，總體規劃即統一頂層設計，充分借鑑工業網際網路產業聯盟釋出的《工業網際網路體系架構》，確保頂層設計不會偏離方向；分步實施即問題牽引，從歌爾及行業面臨的問題入手，展開總體技術路線和各個系統平臺的詳細設計，以避免設計、實施與應用脫節，總體計劃分三個階段。

1) 2017.06-2017.12：完成各模組的論證與設計工作

2) 2018.01-2018.12：完成各實驗線的建設

3) 2019.01-2019.12：完成智慧製造標準體系建設及定製微服務推廣

四、專案創新點和實施效果

1. 專案先進性及創新點

1）標準先進性及創新

通過該專案的實施，將形成多個標準體系，可用來指導行業發展。

• 制定《可穿戴產品製造服務標準》；

  
  

• 制定《可穿戴產品智慧工廠建設實施規範》草案；

  
  

• 制定智慧可穿戴產品檢測標準草案，包括《虛擬現實頭戴式顯示裝置通用規範》、《頭盔顯示器舒適度測試方法》、《頭盔顯示器安全測試方法》、《手勢互動系統標準》。

2）技術先進性及創新

• 短板裝備：突破核心技術、系統整合、填補空白、建立智慧可穿戴裝備成套生產線；

  
  

• 虛實協同：通過工廠模擬（車間、產線、工藝等）形成數字化孿生體，實現虛實實時動態對映優化；

  
  

• 資料融通：工藝平臺、供應鏈平臺、MES和自動化裝置資料流全融通，訂單到客戶協同；

  
  

• 整子抽取：可穿戴產品製造行業基於PROSA的整子抽取與整子網路的建立；

  
  

• 定製微服務：面向可穿戴產品製造商的整子微服務以及面向消費者大規模個性化定製服務。

2. 實施效果

專案在標準和技術方面的先進性決定了未來的高可成長性，實施成功將為整個消費電子行業樹立標杆，同時形成的標準和解決方案面向行業輸出，提升我國電子資訊行業競爭力。

經濟效益：可穿戴產品智慧工廠建設專案達產後，將實現年產智慧穿戴產品390萬隻（臺）的產能，預計實現年產值近50億元，年利稅近10億元。預計未來通過個性化定製模式激發市場潛力及解決方案輸出拉動全球千億產值。

社會效益：核心短板裝備國產化貢獻：通過與國際國核心心裝備供應商密切合作，打造智慧可穿戴產品成套生產線；

產業鏈上下游輻射：以可穿戴產品帶動上游零部件供應商如控制器和下游軟體開發商、服務商如PLM和模擬軟體，提升產業鏈整體的智慧製造水平，為終端客戶提供更優質的個性化定製服務；

豎立標杆、帶動行業整體發展：將成為可穿戴行業智慧工廠標杆，形成可重構產線和系統整子，面向行業輸出微服務定製解決方案，提升我國電子資訊行業競爭力；

人才培養：培養一批智慧製造的核心人才隊伍。

人工智慧賽博物理作業系統

AI-CPS OS

“人工智慧賽博物理作業系統”（新一代技術+商業作業系統“AI-CPS OS”：雲端計算+大資料+物聯網+區塊鏈+人工智慧）分支用來的今天，企業領導者必須瞭解如何將“技術”全面滲入整個公司、產品等“商業”場景中，利用AI-CPS OS形成數字化+智慧化力量，實現行業的重新佈局、企業的重新構建和自我的煥然新生。

AI-CPS OS的真正價值並不來自構成技術或功能，而是要以一種傳遞獨特競爭優勢的方式將自動化+資訊化、智造+產品+服務和資料+分析一體化，這種整合方式能夠釋放新的業務和運營模式。如果不能實現跨功能的更大規模融合，沒有顛覆現狀的意願，這些將不可能實現。

領導者無法依靠某種單一戰略方法來應對多維度的數字化變革。面對新一代技術+商業作業系統AI-CPS OS顛覆性的數字化+智慧化力量，領導者必須在行業、企業與個人這三個層面都保持領先地位：

1. 重新行業佈局：你的世界觀要怎樣改變才算足夠？你必須對行業典範進行怎樣的反思？

2. 重新構建企業：你的企業需要做出什麼樣的變化？你準備如何重新定義你的公司？

3. 重新打造自己：你需要成為怎樣的人？要重塑自己並在數字化+智慧化時代保有領先地位，你必須如何去做？

AI-CPS OS是數字化智慧化創新平臺，設計思路是將大資料、物聯網、區塊鏈和人工智慧等無縫整合在雲端，可以幫助企業將創新成果融入自身業務體系，實現各個前沿技術在雲端的優勢協同。AI-CPS OS形成的數字化+智慧化力量與行業、企業及個人三個層面的交叉，形成了領導力模式，使數字化融入到領導者所在企業與領導方式的核心位置：

1. 精細：這種力量能夠使人在更加真實、細緻的層面觀察與感知現實世界和數字化世界正在發生的一切，進而理解和更加精細地進行產品個性化控制、微觀業務場景事件和結果控制。

2. 智慧：模型隨著時間（資料）的變化而變化，整個系統就具備了智慧（自學習）的能力。

3. 高效：企業需要建立實時或者準實時的資料採集傳輸、模型預測和響應決策能力，這樣智慧就從批量性、階段性的行為變成一個可以實時觸達的行為。

4. 不確定性：數字化變更顛覆和改變了領導者曾經仰仗的思維方式、結構和實踐經驗，其結果就是形成了複合不確定性這種顛覆性力量。主要的不確定性蘊含於三個領域：技術、文化、制度。

5. 邊界模糊：數字世界與現實世界的不斷融合成CPS不僅讓人們所知行業的核心產品、經濟學定理和可能性都產生了變化，還模糊了不同行業間的界限。這種效應正在向生態系統、企業、客戶、產品快速蔓延。

AI-CPS OS形成的數字化+智慧化力量通過三個方式激發經濟增長：

1. 創造虛擬勞動力，承擔需要適應性和敏捷性的複雜任務，即“智慧自動化”，以區別於傳統的自動化解決方案；

2. 對現有勞動力和實物資產進行有利的補充和提升，提高資本效率；

3. 人工智慧的普及，將推動多行業的相關創新，開闢嶄新的經濟增長空間。

給決策制定者和商業領袖的建議：

1. 超越自動化，開啟新創新模式：利用具有自主學習和自我控制能力的動態機器智慧，為企業創造新商機；

2. 迎接新一代資訊科技，迎接人工智慧：無縫整合人類智慧與機器智慧，重新

   評估未來的知識和技能型別；

3. 制定道德規範：切實為人工智慧生態系統制定道德準則，並在智慧機器的開

   發過程中確定更加明晰的標準和最佳實踐；

4. 重視再分配效應：對人工智慧可能帶來的衝擊做好準備，制定戰略幫助面臨

   較高失業風險的人群；

5. 開發數字化+智慧化企業所需新能力：員工團隊需要積極掌握判斷、溝通及想象力和創造力等人類所特有的重要能力。對於中國企業來說，創造兼具包容性和多樣性的文化也非常重要。

子曰：“君子和而不同，小人同而不和。”  《論語·子路》雲端計算、大資料、物聯網、區塊鏈和 人工智慧，像君子一般融合，一起體現科技就是生產力。

如果說上一次哥倫布地理大發現，擴充的是人類的物理空間。那麼這一次地理大發現，擴充的就是人們的數字空間。在數學空間，建立新的商業文明，從而發現新的創富模式，為人類社會帶來新的財富空間。雲端計算，大資料、物聯網和區塊鏈，是進入這個數字空間的船，而人工智慧就是那船上的帆，哥倫布之帆！

新一代技術+商業的人工智慧賽博物理作業系統AI-CPS OS作為新一輪產業變革的核心驅動力，將進一步釋放歷次科技革命和產業變革積蓄的巨大能量，並創造新的強大引擎。重構生產、分配、交換、消費等經濟活動各環節，形成從巨集觀到微觀各領域的智慧化新需求，催生新技術、新產品、新產業、新業態、新模式。引發經濟結構重大變革，深刻改變人類生產生活方式和思維模式，實現社會生產力的整體躍升。

產業智慧官  AI-CPS

用“人工智慧賽博物理作業系統”（新一代技術+商業作業系統“AI-CPS OS”：雲端計算+大資料+物聯網+區塊鏈+人工智慧），在場景中構建狀態感知-實時分析-自主決策-精準執行-學習提升的認知計算和機器智慧；實現產業轉型升級、DT驅動業務、價值創新創造的產業互聯生態鏈。

長按上方二維碼關注微信公眾號： AI-CPS，更多資訊回覆：

新技術：“雲端計算”、“大資料”、“物聯網”、“區塊鏈”、“人工智慧”；新產業：“智慧製造”、“智慧金融”、“智慧零售”、“智慧駕駛”、“智慧城市”；新模式：“財富空間”、“工業網際網路”、“資料科學家”、“賽博物理系統CPS”、“供應鏈金融”。

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