1　目标和概述 

工业4.0背景下企业数字化转型是工业经济迈向数字经济的必由之路，是小批量多批次生产模式下实现柔性制造和个性化定制的基础。当前我国大中小型制造企业在数字化转型过程中存在诸多问题，如网络安全风险高、数据流量处理压力大、数据孤岛、生产管理人员缺乏专业技能、生产成本大、效率提升难等问题。 

新冠疫情的突然爆发对全国产业链、供应链的稳定运行和复工复产造成重大影响，而国际形势的变化对产业链的影响更加剧了国内企业的发展压力。在产业链、 供应链重组的过程中，很多转产企业对于陌生产品或供应链面临“缺材料、缺设备、缺专家、缺经验、产能 低”难题。 

北京航天智造科技发展有限公司（以下简称：天智 公司）充分利用工业互联网平台优势，一方面通过构建网络化协同生产方式，盘活不透明的数据资源，融通大中小企业供应链，连接产品生产供需两侧，为产品产能供给保驾护航；另一方面通过软硬一体的边缘智能一体机解决企业快速转产的难题。边缘智能一体机内嵌航天云网INDICS边缘版平台，根据生产需要预装不同的工业App，打通IT和OT，向下连接生产设备，向上连接工业互联网平台，以云边协同的方式实现云端管理、边缘计算的全链路服务，实现快速准备的生产工艺流程辅助企业排产，实现整个生产流程执行无纸化和可视化，并提供关键质量检验流程设定，辅助企业快速转产。通过预装不同的工业App，连接设备和产线，可以实现对不同应用场景的支持，保持不同类型产品转产的柔性化。 

2　解决方案介绍 

2.1　系统架构 

本解决方案基于工业互联网架构，以云边协同为理念。总体架构由下至上分为工业现场边缘侧的基础设备设施层、传输设备与业务数据的数据传输应用层、体现功能应用的业务实现层。解决方案综合考虑了不同规模企业业务需求的差异，兼顾企业业务协作和生产管控。 横向从线到面，构建企业供应链的网络化、精准化协同、增强在突发事件下供应链的弹性、韧性。纵向从下到上，打通企业设备侧、边缘侧、平台侧的有效连接， 应用云技术资源实现快速、柔性转产。 

基础设备设施层包括服务器集群、一体机。数据传输应用层包括区块链分布式记账数据应用、INDICS EDGE数据应用。业务应用层包括设备监控与预测性维护、能耗分析、生产管控与持续改进等。 

2.2　建设内容 

平台总体规划建设内容包括防疫平台首页、供给模 块、需求模块、数字地图、复工复产专区。

防疫平台首页模板搭建项目整体的WAP端页面和框架，承载和提供其他版块在首页的数据和信息展示，并为连接其他版块提供入口；供给模块和需求模块分别为用户端的平台管理端；数字地图提供重点防疫物资产量及产线利用率的信息展示和管理；复工复产提供重点应用，聚合有利支持企业复工复产的工具及应用。 （1）边缘侧 

研制边缘智能一体机，通过对工业互联网领域OT 层和IT层技术进行高度整合，解决工业互联网在落地过程中，用户敏感数据保护，数据实时处理效率低，云、边、端有效协同等问题。如图1所示。 

• 硬件方面：具备丰富的工业I/O接口，涵盖 RS232、USB、CAN等工业常见硬件通讯端口；多样 的通讯方式，支持有线和无线通讯方式；良好的扩展性 能，留扩展接口，可对通讯模块、存储模块进行扩展； 强大的边缘计算能力，可搭配NVIDIA GPU卡，支撑边 缘侧AI应用；紧凑的整机工业设计，结构简单，具有优 良的密封防尘、散热与抗振性能。 

• 操作系统方面：采用自主可控的安全操作 系统，在边缘侧提供多重的安全保障；搭载边缘版 INDICS PaaS平台，快速建立工业设备与一体机之间的 双向连接，并将非敏感数据上传至云端；提供云边协同 服务，可将边缘智能一体机纳管到云平台，将云端AI模 型和应用部署、运行在边缘侧。 

• 应用功能方面：可作为边缘服务器，容器化预 装主流工业应用软件，包括生产执行系统、可视化看板 系统、工业安全狗，并可与应用商店互动，扩充云端应 用，为企业提供车间级解决方案，在边缘侧即可实现车 间级应用闭环。 

图1 边缘侧 

（2）用户端 

用户端提供供需对接服务、专家对接服务等。为用户发布的供给信息及需求信息提供大数据智能匹配和人工匹配服务，同时依托平台方的专家资源为需求用户提供专家对接服务。

2.3　主要功能 

2.3.1　边缘智能一体机 

边缘智能一体机是天智公司自主研发的支持快速 组织转产的、软硬一体的工业互联网边缘智能设备，可作为边缘服务器构建私有云环境，提供边缘智能，在边缘侧实现完整应用闭环；也可直接将设备/产线/工厂快速接入云平台。产品具有丰富的工业I/O接口、支持多样的通信协议（Modbus、OPC UA、PROFINET、 HTTP、MQTT等）及良好的扩展性能（通讯和存储 模块）。具备强大的边缘计算处理能力（支持第六代 Interl? CoreTM i7/i5/i3 U系列处理器，可搭配NVIDIA GPU卡），还支持扩充边缘侧AI应用和云端应用，具备超强“云边协同”能力。其上搭载了物联网接入工具、 智能巡检系统、生产执行系统、可视化看板系统等工业软件，开箱即用，只需简单配置，即可实现产线信息化和自动化的整合，帮助生产企业快速组织生产，提升设备管理效率，在为企业生产提质增效的同时，大幅降低设备故障停机时间，并为产品质量工艺优化和企业运营决策提供数据支撑。 

图2 边缘智能一体机

2.3.2　容器化预装工业App 

一体机提供轻量化的docker应用容器引擎，只需 要将App打包成容器化镜像便可方便快捷地部署到一体机中，而不用考虑由系统环境不一致导致应用无法运行的问题。针对应急物资生产企业快速转产的需求，一体机容器化预装了生产执行系统和企业可视化看板两款工业App。 

（1）生产执行系统 

实现DCS、WMS、物流管理等重要生产现场系统的相互兼容，对成本、生产线、物流、库存等方面进行严格的集成管理;完整记录、存储、处理工业数据，检查与维护数据，及时传递设备运行与维护的状态信息， 为生产和各项工作安排提供数据信息支持，成为企业打通计划层与控制层有效的信息化手段，提高资产的使用 效率。生产执行系统建立的大量详细数据信息将直接为 预防性维护与维修工作管理提供计划和任务制定的依据，从而保障工作管理的合理性，保障设备的正常与安全运行，提高工作效率，改善工作质量，降低运行与维护成本。

图3 生产执行系统流程图 

（2）企业可视化看板 

基于可视化技术面向企业管理人员快速直观掌握产线生产进度、设备OEE、设备故障信息、质量信息、 人员信息、环境参数等信息，实现对短板设备的快速锁定，达到生产效率和产品质量持续提高的目的。可视化看板采用电子看板、广播等手段实现产品、物流、生产 状态、能源监管等信息公开化、可视化，以提升现场管 理水平，优化生产工作环境，支持根据用户现场环境和 特殊需求进行定制化开发。

图4 生产信息看板 

2.3.3　工业安全狗 

工业安全狗能够在内核层控制主机上所有进程的行为，确保合法可信的进程启动与运行，同时辅以外设控制、安全监控、安全检查、安全基线等能力，全面提升网络中重要主机的安全防御能力，实现全面洞察、管控和敏锐反馈。不需要重新启动系统，即可为一体机提供可靠安全服务，抵御未知恶意代码，有效防御APT攻 击。 

2.3.4　云端产能监控和数字地图 

用户可在云端查看产能地图，查询平台内全国及 各省范围防疫物资生产企业名录，并发布信息进行对接。平台依据国家统计的重点防疫物资品类科学规划产能维度、防疫物资类目，通过TCP传输控制协议即时更新产量数据及产能利用率，配合平台运营服务协助企业开展供需对接，实现产业资源精确匹配和有效流动。 

一体机直接连接平台，帮助企业实现异地管控。企业用户可通过移动端对产线进行实时、动态的数字化监 控，以及实现质量、设备、运营分析。

2.3.5　云端资源对接 

（1）防疫供给模块 

防疫供给支持企业发布相应的医用纺织物资的产品或原材料等信息，提供供给企业产品展示窗口，需求单位快速寻找供给的渠道，同时为保证信息的真实有效以及合理供给，搭建后台对供给信息和状态提供有效管理。 

（2）防疫需求模块 

防疫需求支持企业发布相应的医用纺织物资的产品或原材料等需求信息，提供需求物品的展示窗口，为需求企业提供快速获得供给的渠道，同时为保证信息的真实有效以及合理供给，搭建后台对需求信息和状态提供有效管理。 

2.3.6 专家指导 

用户在供需对接模块除了可发布熔喷布、呼吸机、 医用口罩需求外，还可发布专家指导需求，平台运营人员收到并记录专家需求，后续如有新的供应方在平台发布相应专家资源时，平台方会第一时间为双方进行对接。 

2.3.7　复工复产 

复工复产版块提供重点应用，聚合有利于支持企业复工复产的工具及应用，提供向优质复工复产功能的引导。 

2.3.8　信息上链 

解决方案针对防疫应急工作的展开，结合区块链、 标识解析等主要新兴技术，增强防疫物资供需对接互信机制。将防疫物资生产企业、防疫物资需求和供应的审 核数据上链存证，实现防疫物资相关信息的多方共识存储，从而使关于防疫物资的整个供需数据公开透明、难以篡改、有据可查、安全可信，提高防疫物资数据对接 的效率和可信度。 

2.3.9　互信不足环境下的担保支付 

为了解决防疫物资交易中存在的交易双方互信不足、资金交易安全难以保障等问题，天智公司携手中国农业银行推出资金担保支付（简称：农行保付）。交易双方用户在达成订单意向后，通过农行保付服务完成在线支付，付款后资金将进入卖方在农业银行的监管账户，待买方确认收货无误后，平台将向银行发送解付指令，银行将监管资金解付到卖方企业账户有效解决了平 台企业间在线交易面临的风险。 

2.3.10　基于标识解析的信息记录和追溯 

用户提交防疫物资生产企业、物资需求和物资供应的信息后，后台审核通过的数据需要上链存证，同时将上链哈希数据返回前台，供前台用户备用查证。针对每一个需求、供应、物资企业的状态变更信息，也需要上链存证，区块链可以追溯状态变更信息。 

2.4　软硬件平台

（1）边缘侧软硬件配置（如表1所示） 

表1 边缘侧软硬件配置表

（2）平台软硬件配置（如表2所示） 

表2 平台软硬件配置表 

3　代表性及推广价值 

（1）应用情况及效果 

本方案在2020年抗击新冠肺炎疫情、保障医疗卫生用纺织品防疫物资的生产和转产中发挥了重要的作 用，解决了口罩生产中关键原材料熔喷布紧缺问题，成功对接完成685.88吨医用口罩生产熔喷布的供给问题，有效保障了浙江、江苏、山东、湖南等地的口罩生产厂的产能。通过汇聚东华大学和行业专家资源，以线上线 下相结合的方式，对防疫物资生产企业提供产线咨询、 工艺指导、产能提升等服务。推出的面向口罩生产的开箱即用的边缘智能一体机（内嵌安全可控的INDICS工业操作系统、口罩生产管理MES、设备巡检系统等） 成功支持刚投产口罩的南京优倍医疗器材有限公司一周内顺利转产口罩。生产企业可以快速依据内嵌在边缘智能一体机中的口罩生产工艺流程和生产管理系统组织生产，同时管理者能在云端和手机端实时获知产线、设备的实时状况，包括各个产线、设备、人员的生产效率， 产能、环境、能耗等参数，帮助企业进行设备远程运维监控、产能分析、生产质量追溯，实现口罩生产的精细化运营管理。 

（2）社会价值

云边协同的快速柔性转产解决方案，发挥全连接作用，企业、行业协会、高校等相互配合，发挥各自优势，形成强大的研究、开发、生产应用一体化的系统并在运行中体现出综合优势。天智公司发挥航天云网 INDICS平台能力，提供具有自主知识产权的、具备跨区域、跨部门、跨产业能力的工业互联网平台技术和资源；联合行业协会根据掌握的行业国内外信息，有针对性的根据行业企业的需求，发挥在生产、调拨中的协调职能。 

方案提供方、生态合作伙伴和地方政府搭建防疫物资供给供应链通道，一方面提升区域的应急防疫能力，另一方面围绕企业柔性转产所需要掌握的政策、 服务、物资等信息，协助政府部门全面了解当地防疫物资企业复工复产的环境、现状和困难，快速安全转产。方案可以帮助实现大规模企业快速上云，利用云边协同的机制有效处理上云的通用化和企业需求的个性化问题。

摘自《自动化博览》2021年2月刊