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GETECH格创东智工业互联网平台

—— 数字化、智能化工厂转型实践中的应用

2019/7/1    来源:工业互联网产业联盟    作者:佚名      
关键字:工业互联网  格创东智  GETECH  
GETECH格创东智工业互联网平台积累的成功案例经验也正逐步推广至其他制造类企业,帮助工厂从研发设计、生产制造、采购销售、外部协同等方面改善现状。

    TCL集团股份有限公司创立于1981年,是全球化的智能产品制造及互联网应用服务企业集团。为了适应互联网的高速发展和跨界竞争的需要,TCL集团早在2014年初就提出“智能+互联网”、“产品+服务”的“双+”战略转型。为配合“中国制造2025”、“互联网+”等国家战略,促进新一代信息通信技术与TCL现代工业技术深度融合,TCL集团布局工业互联网领域,通过数字化、网络化、智能化来提升整个TCL集团的智能制造能力。

    格创东智(深圳)科技有限公司是TCL集团孵化的工业互联网解决服务商,致力从自动化、数据化、智能化三大方向出发,围绕降本增效和品质提升,帮助产业建设领先的智能工厂。格创东智基于长达37年深厚的制造业积淀,覆盖流程型和离散型两大类制造业的行业经验,融聚云计算、大数据和物联网等新兴技术人才,打造了GETECH格创东智工业互联网平台(以下简称GETECH平台),赋能制造企业升级转型。

    目前,GETECH平台已在华星光电等企业落地实施,支撑着多项工业应用实践,包括生产实况监控、设备管理优化和预测性维护、多因子大数据分析、虚拟量测、产品品质检测等。平台平稳运行,解决了生产中的痛点、难点,获得了巨大的业务回报。

一、项目概况

    1.项目背景

    TCL集团在长期的生产实践中积累了海量高质量数据以及业务算法模型。为深度挖掘数据背后的价值,实现集团下属企业技术原理和经验的复用,助力传统制造企业的数字化转型,由格创东智(深圳)科技有限公司打造的GETECH平台在服务集团外企业的同时,支撑TCL集团内制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置,已成为诸如预测性维护、虚拟量测、生产环境监控、全流程大数据分析等核心业务应用的支撑性平台。

    2.项目简介

    GETECH平台率先在深圳市华星光电技术有限公司投入使用。平台构建在一个连接机器、物料、人、信息和数据系统的基础工业互联网络之上,通过对现有生产机台以及设备的进一步智能化改造,实现工业数据的全面感知、动态传输、实时分析、闭环控制、动态重构,为建立其上的工业智能应用提供使能支撑。图1所示为已开发的基于GETECH平台的应用,支持企业生产的科学决策与智能控制,提高制造资源配置效率,大幅度提高生产产品的品质,缩短产品生产周期,降低生产能耗和环境影响。

已开发的基于GETECH工业互联网平台的应用

图1 已开发的基于GETECH工业互联网平台的应用

    3.项目目标

    GETECH平台以及其上的核心应用解决方案,会经历TCL集团下属企业复杂制造环境检验,同时也服务于产业上下游中小规模制造企业。沿着这一路径,GETECH平台将成为一个成熟的、先进的、可以为行业客户提供个性化优质服务的、拥有自主知识产权和专利的行业性核心工业互联网平台。

    目前,依托GETECH平台,在华星光电试点施行的智能应用项目在投入产出能力上表现优异。平台的基础技术能力、资源管理能力、应用服务能力已得到初步验证和认可,后续格创将一如既往地延续初心,将此项试点项目打造成为国家级标杆的示范项目。

二、项目实施概况

    1.平台总体架构

    GETECH平台的总体架构共分为7层,分别是资源层,控制层,采集层,网络层,平台层,应用层和协同层,涵盖了智能工厂从工业现场,设备一直到企业内外部协同的全要素。GETECH平台整体架构如图2所示。

GETECH工业互联网平台整体架构

图2 GETECH工业互联网平台整体架构

    2.数据互联架构

    GETECH平台的数据互联架构,如图3所示。按照应用场景分为生产现场、企业内部、企业外部三个部分。数据实现横向汇聚,纵向打通,从面向生产现场的生产过程数据优化、面向企业生产营运的管理决策优化、面向产品全生命周期管理、面向用户及协作企业协同,“四个面向”服务于业务应用。

GETECH工业互联网平台数据互联架构

图3 GETECH工业互联网平台数据互联架构

    3.具体应用场景和应用模式

    3.1 IoT云平台与边缘计算

    在华星光电及其他TCL集团下属制造业,面临的突出问题是数据采集。工业现场需要对接的设备、协议、数据接口多样,并且大部分机台、设备的协议是非公开协议或非标准改装协议。为提升装备智能化水平,实现实时分析、科学决策、智能优化等核心业务需求,格创东智开发了多协议、多功能、内置工业安全的边缘计算业务网关。利用边缘计算技术,在数据的第一入口,对数据全生命周期进行管理与价值创造,将数据处理前置到边缘处完成,降低IoT平台的处理压力。当前IoT平台设备接入情况(已完成实施部分)详见图4。

    格创东智的IoT平台,通过连接各类物联网传感器和智能网关,提供数据查询、趋势确认、信息呈现等智能制造资讯服务,并实时了监控工厂每个关键场景sensor的工作状态、IoT数据监控及报警,提供预估值参考如:设备故障寿命等,并能提供机器学习、报表分析等功能。图5介绍了IoT平台的基本情况。

IoT平台设备接入情况(已实施)

图4 IoT平台设备接入情况(已实施)

IoT平台介绍

图5 IoT平台介绍

    3.2 设备管理优化和设备预测性维护

    TCL集团下属制造业工厂拥有大量行业专用设备以及高价值生产机台,需要原厂商提供日常运维服务。质保过期后,任何企业个性化服务收费高昂。因此,通过预测性维护项目,全面收集设备和机台数据,并通过机台故障数据分析、多因子全程大数据分析等数据智能手段,有效降低设备故障次数,提高设备运维效率,改善设备状态,实现生产设备全生命周期健康管理的同时,也极大的降低了企业的设备运维成本。图6演示了一个设备马达预测性维护案例,通过网关,IoT平台收集马达的电压电流、扭矩等数据,建立数据分析模型,进行寿命预测。该案例已通过预测性维护减少了50%的单次维修时间。

设备预测性维护案例

图6 设备预测性维护案例

    3.3 生产执行优化——缺陷自动分类项目

    面板行业是资本密集型、技术密集型行业,生产产区规模宏大,工业流程繁多复杂。为保证工厂生产良率和产品品质,深圳市华星光电技术有限公司的每个工厂分布着20多个面板缺陷检测站点,每个站点每天判定的图片量超过2万张。传统的检测方式依赖人眼判定,面临高人力投入、off line判别速度慢、人员流失易危及生产等问题。随着智能制造技术的日趋成熟,基于人工智能的视觉识别技术,依托GETECH平台对实时、全样本数据的支撑,上线了自动缺陷设别系统(Automatic Defect Classification,简称ADC),详见图7。

格创东智工业互联网应用——AI智能判code

图7 格创东智工业互联网应用——AI智能判code

缺陷自动分类项目业务流程

图8 缺陷自动分类项目业务流程

    在华星光电上线的站点已能实现无间断、高精准的自动缺陷分类,缺陷自动分类项目业务流程详见图8。目前,上线站点的人力成本已经削减了60%,异常拦截提早1hr-2hr。同时,随着机台参数和生产环境变化,站点模型的准确率、覆盖度有可能下滑,GETECH平台提供了AI自学习环境,及时优化调整模型的参数、结构,改善缺陷识别分类的精度。

    3.4 大数据驱动的品质异常大数据预警及分析系统

    深圳市华星光电技术有限公司已能实现面板满产满销,生产产能和产品品质将直接影响公司的营业收入。当面板品质故障发生时,能迅速报警并定位故障机台,及时抢修,挽救产能是实际而迫切的业务需求。格创东智打造的Getech工业互联网平台的子平台——大数据预警分析系统,图9、图10分别展示了该系统的技术架构及业务架构。将机台设备上报的数据,依靠海量数据的存储能力,分布式计算能力,机器学习能力,协助华星内部分析人员,快速定位问题设备,问题参数,提高问题分析效率。目前,本系统能在20分钟内,从5000+设备,103万+,243T海量历史参数中,挖掘出影响产品品质的设备及其设备参数。

品质异常因子大数据分析系统架构

图9 品质异常因子大数据分析系统架构

品质异常因子大数据分析业务架构

图10 品质异常因子大数据分析业务架构

    3.5 基于机器学习的虚拟量测平台

    液晶面板在生产过程中,为保证产品品质,常需要对在制品的关键参数进行检测。部分检测任务(如膜厚)无法在生产线上实时完成,只能采用抽检方式离线测量,导致不良品发现不及时,易造成批量式的返修或报废,产生高额的资源浪费。

虚拟量测应用架构

图11 虚拟量测应用架构

    虚拟量测平台正是解决这一问题的利器,其应用架构详见图11。简而言之,虚拟测量通过采集设备制程数据,基于经验预测模型原理,利用人工智能算法对大量的制程数据进行学习,通过不断的修正和优化,取得在制品关键指标与制程数据之间的关系预测模型,便可对指标进行预测,以数字化方式实现“量测”。该子平台的业务流程如图12所示。结合现有的抽检系统,降低抽检率,降低抽检机台负荷,提升周转率。

虚拟量测平台业务流程

图12 虚拟量测平台业务流程

    4.安全及可靠性

    GETECH平台从网络安全、系统安全、终端安全、应用安全、数据安全等等不同领域打造全方位的安全理论体系和技术防御平台。平台拥有预警毫秒级的实时感知,三网严格隔离的全路径纵深防御和预警及实时响应体系,准确定位攻击源及攻击目标并及时阻断。

    同时,平台兼具创新技术,引入大数据和人工智能在安全场景的应用,对生产设备使用组合网络层的病毒防护、设备子网隔离、白名单防护、威胁预警定位等,建立了一体化、可视化安全管理。如图13所示,平台从网络安全防护、检测预警、应急处置、检测评估四个维度构建了全链条安全体系,为工厂及用户提供安全、可靠、高效能的服务。

GETECH工业互联网平台网络安全体系

图13 GETECH工业互联网平台网络安全体系

    5.其他亮点

    工业互联网业务体系全覆盖,提供工业现场数据采集,边缘侧实时分析,平台层智能应用赋能全流程的工业互联网服务。

    继承TCL集团在智能制造领域的知识、技术和专利,输出包含丰富业务场景的工厂数字化转型方案,实现成功经验的复制和推广格创东智定位于工业互联网服务商,但投入大量资金,自主研发了相关技术和产品,布局“产品+服务”的全套式解决方案。

三、下一步实施计划

    通过华星光电等多个实际工业互联网项目的应用和实施,目前GETECH平台的实用性和可靠性已经得到了验证。

    格创东智下一步将重点推广优秀案例的成功经验,如图14所示。具体分以下两步完成:

    以华星工业互联网平台为远点,辐射TCL集团内部各产业集群,打造通用工业互联网平台。

    以面板制造业工业互联网应用为基础,分行业进行业务建模,衍生出一系列行业通用工业互联网应用APP。

GETECH工业互联网平台服务规划

图14 GETECH工业互联网平台服务规划

四、项目创新点和实施效果

    1.项目先进性及创新点

    GETECH格创东智工业互联网平台的先进性及创新点主要集中在以下三点:

    1.1 先进而开放的工业互联网体系架构和生态

    系统总体架构是一个高内聚低耦合的开放式架构,各个层面都可以予以独立具象,支持各种工业微服务和工业App,形成了一个高度开放的工业互联网平台和生态环境。

    1.2 高质量数据驱动下的泛在数据和业务智能

    TCL非常注重企业海量高质量数据的采集、存储和利用。GETECH平台将数据服务作为单独的服务模块来单独部署,这种方式将数据从单一业务关系中剥离,利用各类算法与模型的长期积累,发现更多的数据关系。

    1.3 实际而迫切的生产业务需求和应用场景

    GETECH平台是TCL长期一线智能制造生产需求造就的企业核心业务系统。平台以应用场景为导向,支撑实际生产中一线项目。项目的实施不是为了解决单一设备或系统的问题,而是为了解决具体生产场景下的需求。这种全局视角,不仅是TCL的迫切需求,也是行业的迫切需求。

    2.实施效果

    GETECH格创东智工业互联网平台和配套应用解决方案已在华星光电部署实施,涵盖“人、机、料、法、环”五个场景,项目实施效果显著,为上线工厂带来了人力成本削减、高价值设备管理与预测性维护、品质物料追溯、生产环境实时监控等直接或间接的效益。例如自动缺陷检测项目实现了30+人力节省,综合经济效益达到千万级别每年,同时缩短了站点周期60%。

    同时,平台侧积累的成功案例经验也正逐步推广至其他制造类企业,帮助工厂从研发设计、生产制造、采购销售、外部协同等方面改善现状。

责任编辑:程玥
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