CN108320084A - 适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统，涉及智能制造领域。该智能工厂系统包括物理工厂、神经‑智能层、虚拟工厂，物理工厂是实体工厂，完成实际生产的各项功能；神经‑智能层基于软件将物理工厂的底层能力、功能虚拟化；虚拟工厂包括虚拟化的应用App，App将物理工厂的功能呈现给主体，主体通过App获得和/或使用物理工厂的相应功能或服务。本发明能提升物理工厂的生产效率、生产敏捷性、服务能力，实现智能制造。
Description
技术领域
本发明涉及智能制造领域，具体是涉及一种适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统。
背景技术
当前，美国、德国、日本等发达国家对制造业升级极为重视，德国提出工业4.0和信息物理系统，美国提出先进制造和工业互联网，各国积极开展智能制造的研究和实践。
中国在“互联网+制造”的探索基础上，逐步明确智能制造和工业互联网的发展思路。《中国制造2025》提出实现制造强国的“三步走”战略目标：第一步是2025年迈入制造强国行列；第二步是2035年制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平；第三步是在新中国成立百年时，综合实力进入世界制造强国前列。
信息技术日新月异，成为制造业升级的关键支撑。互联网、大数据、人工智能等信息技术与制造业的结合，正在重塑制造业，赋“智能”于制造。AlphaGo大胜围棋世界冠军，并非对弈程序多精妙，而是得益于数据(古往今来的棋谱)的有效利用。同样，制造的智能化，并非完全依赖制造技术本身的先进，而是基于供应、生产、市场等各类数据的有效利用来获得“智能”。
作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，工业互联网已经成为智能制造的重要基石。工业互联网以机器、原材料、控制系统、信息系统、产品、人之间的网络互连为基础，通过对工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析，实现智能生产、运营优化和生产组织方式变革。
但是，智能制造还处于发展初期，目前尚无完整、成熟的解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统，能够提升物理工厂的生产效率、生产敏捷性、服务能力，实现智能制造。
本发明提供一种适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统，该智能工厂系统包括物理工厂、神经-智能层、虚拟工厂，
物理工厂是实体工厂，完成实际生产的各项功能；
神经-智能层基于软件将物理工厂的底层能力、功能虚拟化；
虚拟工厂包括虚拟化的应用App，App将物理工厂的功能呈现给主体，主体通过App获得和/或使用物理工厂的相应功能或服务。
在上述技术方案的基础上，所述神经-智能层包括神经网络和智能平台，神经网络实现工厂内部、外部的充分互联，智能平台上运行的软件基于内外部数据对物理工厂的功能实体的运作进行控制和调整。
在上述技术方案的基础上，所述神经网络包括车间/现场网、工厂内部网、公共互联网。
在上述技术方案的基础上，所述智能平台包括边缘计算平台、工厂内部云平台、产业云平台，三种平台相互协同，实现内、外部数据的存储、分析、处理。
在上述技术方案的基础上，所述边缘计算平台位于物理或数据源头的边缘侧，包括通用交换机、服务器、存储器，是融合了网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台；边缘计算平台仅服务于局部区域，侧重于对生产现场的高实时性管控，主要完成生产现场的智能控制、以及生产现场的海量、异构数据采集和初步分析处理，满足工业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全防护方面的需求。
在上述技术方案的基础上，所述工厂内部云平台服务于全局，侧重于工厂整体生产、经营的管控，完成工厂内部数据的存储、计算。
在上述技术方案的基础上，所述产业云平台服务于全局，侧重于上下游产业链、供应链的协同、整合，完成工厂外部数据的存储、计算。
在上述技术方案的基础上，所述虚拟工厂的App包括产品服务App、产品销售App、供应App、采购App、生产制造App、研发协同App、生产协同App、运营管理App。
在上述技术方案的基础上，所述智能平台上运行生产经营所需的软件，包括：市场销售软件、大数据软件、集成研发软件、生产制造软件、运营管理软件、人工智能软件、产品服务软件。
在上述技术方案的基础上，所述主体包括用户、供应商、运营管理团队、协同企业，如果用户通过个性化定制App提出购买的个性化需求，智能工厂系统收到该需求后，根据研发、制造、采购平台软件基于相关信息的反馈，确认能实现该用户的定制要求，则在该用户满足App设定的付款要求后，个性化定制App正式接受订单，并通过平台软件驱动对应的物理工厂的研发设计、原材料采购、生产制造实体部门进行一系列运作，最终生产出该用户要求的个性化产品并交货，该用户确认收货后，该订单完成；在这次个性化定制中，对该用户而言，使用的仅是一个App，感觉不到物理工厂的存在，但物理工厂的诸多实体部门被其调用；对虚拟工厂而言，其具体运作是基于用户需求数据驱动的，物理工厂的实体部门为该用户进行的生产服务是在神经-智能层的管控下组织和开展的，整个工厂的运作实现智能化。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明针对的是智能制造在推进中遇到的重大难题，即现有工厂因为数字化、网络化、智能化严重欠缺而无法支撑智能制造的应用。本发明中的智能工厂系统包括物理工厂、神经-智能层、虚拟工厂，物理工厂是实体工厂，完成实际生产的各项功能；神经-智能层基于软件将物理工厂的底层能力、功能虚拟化；虚拟工厂包括虚拟化的应用App，App将物理工厂的功能呈现给主体，主体通过App获得和/或使用物理工厂的相应功能或服务。本发明是互联网、大数据和云计算等新一代信息通信技术在工业领域的渗透和应用，采用功能虚拟化和软件定义的思路，提出基于软件定义的智能工厂系统，形成智能制造的实现基础。智能工厂系统利用各类数据，提升物理工厂的生产效率、生产敏捷性、服务能力，实现智能制造。
附图说明
图1是本发明实施例中适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统的架构图。
图2是本发明实施例中智能工厂系统的具体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明实施例提供一种适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统，包括物理工厂、神经-智能层、虚拟工厂，其中：
物理工厂是实体工厂，完成实际生产的各项功能；
神经-智能层基于软件将物理工厂的底层能力、功能虚拟化；
虚拟工厂包括虚拟化的应用App，App将物理工厂的功能呈现给主体，主体通过App获得和/或使用物理工厂的相应功能或服务。
主体包括市场用户、供应商、运营管理团队、协同企业。主体直接面对虚拟工厂，而非物理工厂。
神经-智能层包括神经网络和智能平台，神经网络实现工厂内部、外部的充分互联，智能平台上运行的软件基于内外部数据对物理工厂的功能实体的运作进行控制和调整。
神经网络包括车间/现场网、工厂内部网、公共互联网。
智能平台包括边缘计算平台、工厂内部云平台、产业云平台，三种平台相互协同，实现内、外部数据的存储、分析、处理。
边缘计算平台位于物理或数据源头的边缘侧，包括通用交换机、服务器、存储器，是融合了网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台；边缘计算平台仅服务于局部区域，侧重于对生产现场的高实时性管控，主要完成生产现场的智能控制、以及生产现场的海量、异构数据采集和初步分析处理，满足工业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全防护方面的需求。
工厂内部云平台服务于全局，侧重于工厂整体生产、经营的管控，完成工厂内部数据的存储、计算。
产业云平台服务于全局，侧重于上下游产业链、供应链的协同、整合，完成工厂外部数据的存储、计算。
虚拟工厂包括生产、经营所需的各类功能或能力App，将物理工厂虚拟化地呈现在主体面前，主体通过相应App获得和使用物理工厂的相应功能或能力、服务。
虚拟工厂的App包括产品服务App、产品销售App、供应App、采购App、生产制造App、研发协同App、生产协同App、运营管理App。
智能平台上运行生产经营所需的软件，包括：市场销售软件、大数据软件、集成研发软件、生产制造软件、运营管理软件、人工智能软件、产品服务软件。
具体来讲，物理工厂是完成各项功能任务的实体，包括研发、制造等主要功能，以及财务等配套功能。物理工厂各功能实体的运作完全由智能平台上运行的软件管控，物理工厂的各项功能或能力相当于已经软件化。物理工厂包括若干个完成制造任务的车间以及为生产制造服务的若干辅助实体，每个车间内的生产设备、在制品、人员，通过现场网络，与对应的边缘计算平台相连，边缘计算平台完成数据的采集和初步处理、分析，实现部分生产控制功能。
边缘计算平台位于物理或数据源头的边缘侧，由通用交换机、服务器、存储器等ICT基础设施构成，是融合了网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台，主要完成生产现场的智能控制、完成生产现场的海量、异构数据采集和初步分析处理，满足工业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全防护方面的需求。
边缘计算平台、物理工厂的财务部门、研发部门等，通过工厂内部网与工厂内部云平台连接，通过公共互联网与产业云平台相连，工厂内部云平台完成工厂内部数据的存储、计算，产业云平台完成工厂外部数据的存储、计算。边缘计算平台、工厂内部云平台、产业云平台共同构成智能平台，三者相互协同，又各有所侧重。其中，边缘计算平台侧重于对生产现场的高实时性管控，工厂内部云平台侧重于工厂整体生产、经营的管控，产业云平台侧重于上下游产业链、供应链的协同、整合。所以，边缘计算平台仅服务于局部区域(如单个产线或车间)，故计算、存储能力相对于云平台要弱；工厂内部云平台、产业云平台服务于全局，故计算、存储能力相对于边缘计算平台要强。
参见图2所示，在实际应用中，物理工厂可以由若干个完成制造任务的车间构成，还包括财务等为生产制造服务的若干辅助实体。每个车间内的生产设备、在制品、人员等，通过现场网络，与对应的边缘计算平台相连。边缘计算平台完成数据的采集和初步处理、分析，完成一些实时性强的生产控制功能。
边缘计算平台、物理工厂的财务部门、研发部门等，通过工厂内部网与工厂内部云平台连接，并进一步通过公共互联网与产业云平台相连。边缘计算云平台、工厂内部云平台、产业云平台共同组成的智能平台上，运行着生产、经营所需的各种软件系统(如运营管理软件、大数据软件、人工智能软件、产品服务软件、市场销售软件、集成研发软件、生产制造软件等等)。这些软件系统对物理工厂进行管控，处于底层的物理工厂的各项功能、能力被软件虚拟化，最终以App的方式呈现于各类主体(如市场用户、供应商、运营管理团队等等)面前，得以实现智能制造的智能化生产、个性化定制、服务化延伸、网络化协同的应用目的。
由于物理工厂各功能实体的运作完全由平台软件管控，物理工厂的各项功能或能力相当于已经软件化，因此可以虚拟化地呈现在市场用户、供应链、协同企业、工厂运营管理团队等各类主体面前。这些主体通过相应App获得和使用物理工厂的相应功能或能力、服务，主体面对的是虚拟工厂，而非物理工厂。
智能制造需要依赖智能工厂来实现。本发明实施例中的智能工厂系统可以充分有效地利用市场、制造、产品、供应链等各类数据，改变现有工厂数字化、网络化、智能化不足的状况，提升物理工厂的生产效率、生产敏捷性、服务能力，使得智能制造的智能化生产、个性化定制、服务化延伸、网络化协同得以实现。
以个性化定制为例，某个用户需要向智能工厂定制数件特殊要求的产品。该用户在网上通过个性化定制App，提出购买的个性化需求，智能工厂收到该需求后，根据研发、制造、采购等平台软件，基于相关信息的反馈，确认可以实现该用户的定制要求，则在该用户满足App设定的付款等要求后，个性化定制App正式接受该订单，并通过平台软件驱动相关的研发设计、原材料采购、生产制造等物理工厂的诸多实体进行一系列运作，最终生产出该用户要求的个性化产品并交货，该用户确认收货后该订单完成。在这次个性化定制中，对该用户而言，使用的仅是一个App，感觉不到物理工厂的存在，但物理工厂的诸多实体被其调用；对虚拟工厂而言，其具体运作是基于用户需求等数据驱动的，物理工厂各实体为该用户进行的生产服务是在神经-智能层的管控下组织和开展的，整个工厂的运作已经智能化。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统，其特征在于：该智能工厂系统包括物理工厂、神经-智能层、虚拟工厂，
物理工厂是实体工厂，完成实际生产的各项功能；
神经-智能层基于软件将物理工厂的底层能力、功能虚拟化；
虚拟工厂包括虚拟化的应用App，App将物理工厂的功能呈现给主体，主体通过App获得和/或使用物理工厂的相应功能或服务。
2.如权利要求1所述的适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统，其特征在于：所述神经-智能层包括神经网络和智能平台，神经网络实现工厂内部、外部的充分互联，智能平台上运行的软件基于内外部数据对物理工厂的功能实体的运作进行控制和调整。
3.如权利要求2所述的适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统，其特征在于：所述神经网络包括车间/现场网、工厂内部网、公共互联网。
4.如权利要求2所述的适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统，其特征在于：所述智能平台包括边缘计算平台、工厂内部云平台、产业云平台，三种平台相互协同，实现内、外部数据的存储、分析、处理。
5.如权利要求4所述的适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统，其特征在于：所述边缘计算平台位于物理或数据源头的边缘侧，包括通用交换机、服务器、存储器，是融合了网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台；边缘计算平台仅服务于局部区域，侧重于对生产现场的高实时性管控，主要完成生产现场的智能控制、以及生产现场的海量、异构数据采集和初步分析处理，满足工业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全防护方面的需求。
6.如权利要求4所述的适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统，其特征在于：所述工厂内部云平台服务于全局，侧重于工厂整体生产、经营的管控，完成工厂内部数据的存储、计算。
7.如权利要求4所述的适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统，其特征在于：所述产业云平台服务于全局，侧重于上下游产业链、供应链的协同、整合，完成工厂外部数据的存储、计算。
8.如权利要求1所述的适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统，其特征在于：所述虚拟工厂的App包括产品服务App、产品销售App、供应App、采购App、生产制造App、研发协同App、生产协同App、运营管理App。
9.如权利要求1所述的适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统，其特征在于：所述智能平台上运行生产经营所需的软件，包括：市场销售软件、大数据软件、集成研发软件、生产制造软件、运营管理软件、人工智能软件、产品服务软件。
10.如权利要求1所述的适用于智能制造的基于软件定义的智能工厂系统，其特征在于：所述主体包括用户、供应商、运营管理团队、协同企业，如果用户通过个性化定制App提出购买的个性化需求，智能工厂系统收到该需求后，根据研发、制造、采购平台软件基于相关信息的反馈，确认能实现该用户的定制要求，则在该用户满足App设定的付款要求后，个性化定制App正式接受订单，并通过平台软件驱动对应的物理工厂的研发设计、原材料采购、生产制造实体部门进行一系列运作，最终生产出该用户要求的个性化产品并交货，该用户确认收货后，该订单完成；在这次个性化定制中，对该用户而言，使用的仅是一个App，感觉不到物理工厂的存在，但物理工厂的诸多实体部门被其调用；对虚拟工厂而言，其具体运作是基于用户需求数据驱动的，物理工厂的实体部门为该用户进行的生产服务是在神经-智能层的管控下组织和开展的，整个工厂的运作实现智能化。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180724 |