风行未止 1、项目背景
三一重工创建于 1989 年，旗下拥有多家上市公司，同时拥有港机、海洋重工等未上市资产。目前，企业在中国长沙、北京、上海、沈阳、昆山、乌鲁木齐、娄底等地建有产业园，在印度、美国、德国、巴西建有研发制造中心，业务覆盖全球 100 多个国家和地区。本项目在国家项目“基于工业互联网的起重机数字化工厂网络化改造和集成应用”的整体规划下，根据该三一集团三现项目组的统一部署，本项目通过对车间智能电表的全覆盖，实现对设备 OEE 相关指标分析，来盘活企业资产、提高设备整体效率。
作为一个集团性的公司，全国有 8 大事业部，30 多个分公司，直接生产设备接近上万，对设备的使用效率事关到整个企业的效率，急需快速将设备接入平台，使得集团领导能够对设备的整体情况（包括状态：开机、待机、树根互联技术有限公司作业等；相关指标：开机率、作业率、瓶颈率、冗余率、尖峰率等）有充分的管控，提高设备效率。
2、项目分析
本项目要在短期内，对全集团接近上万台设备接入互联网平台，有以下难点和要求：
- 数量多：全国该企业一共有接近上万台设备需要接入。
- 时间短：要求三到四个月，完成 98%的接入。
- 成本低：要求单台设备接入成本控制在两千以内。
- 现场情况复杂：设备种类多（下料、机加、焊接等各种工艺设备都有），型号多，还有大量的无控制器哑设备。
指标分析维度要丰富：要求从单台设备、到组织、到工艺等多维度，基于小时、日、周、月、年多时间周期进行全面指标分析。
技术难度大：为了对采集数据统计分析的准确度，单台设备的采集频率达到了秒级别，预估每天产生 8.6 亿条数据；
基于以上难点和要求，项目采用接入电流的方式，对整个集团所有的设备进行统一接入，并采用电流 AI 算法，对设备状态进行智能识别、分析。
3、项目目标
项目基本目标：
- 将该企业集团全集团所有近万台直接生产设备通过电表接入到平台。
- 对接入该企业所有设备进行状态分析，实现对设备生产情况进行管控。
- 包括状态指标：开机、待机、作业等；生产指标：开机率、作业率、瓶
- 颈率、冗余率、尖峰率等。
- 从组织维度、工艺维度多维度进行分析。
- 从小时、日、月、周、年多时间周期进行分析。
项目核心目标：
- 提高设备 OEE 效率指标
- 提升整个集团的开机率和作业率指标。
- 在不增加设备的情况下，有效的提高集团的产能产出。
4、实施情况
生产是制造型企业的核心，然而，管理决策者往往因为多种原因远离生产现
场，真实情况如一个黑盒，让决策者无从下手，企业越大，问题越突出。该企业
便是典型，它分步在全国有 8 大事业部，30 多个分公司，对于生产过程管控难
度非常大。
4.1 项目总体架构和内容
整个项目总体架构分三部分内容：
在采集层：采集层主要是将设备的电流数据接入到根云平台。部分比较分散的设备直接采用 4G 物联表接入设备的电流数据到平台；对于相对比较集中的设备厂房区，采用智能电表（或智能手环）+网关的模式接入电流。
在平台层：接收到电流相关数据后，进行数据的基本清理、根据电流 AI 进行状态识别、数据的聚合清洗、数据的存储等数据接入与处理工作。
应用层：对数据进行按照业务的需要进行相关的分析、展示等。
4.2 生产过程管控工业互联网架构
1）标准化数据采集方案
通过集成电流互感器、电表、网关以及断路器等电气附件，形成根云小匠标准化安装方案，客户可实现自助安装；将数据上云所需的配置参数内置在二维码中，客户通过手机扫码，一键创建设备，并打通数据链路，数据上到云端应用，并可直接在手机端查看设备数据。
2）数据接入及部署方案
通过大数据中间件，实现根云平台 IOT-HUB 与边缘侧设备的解耦，支持每秒钟几万条数据的并发量，可实现大数据量的入云；可对数据存储方式进行定制化选择，如全部存储，变化存储，周期存储，不存储等方式，灵活的根据业务场景配置存储方式；同时将三个月以内的热数据存放在 influxdb 中，三个月以上的冷数据导入 HDFS 中，保证查询性能的同时，实现客户数据的可靠存储。
3）设备状态智能识别方案
根云平台有着强大的基于 AI 的大数据算法，根云小匠依托于电流 AI 算法，进行设备状态识别；同时依托于平台的实时大数据框架，进行实时数据清洗。从而确保了相关指标数据的准确性、一致性、及时性。
4）数据引擎
根云平台提供设备状态数据，并利用根云智造中台的业务数据引擎进行数据清洗聚合，可将平台提供的设备状态数据聚合成设备状态时间，供根云智造中台搭载的各种应用系统进行调用。数据引擎为各应用系统提供统一的数据计算服务，所有的业务数据都可以在智造中台通过数据引擎进行聚合；
5）数据呈现
数据呈现应用了根云平台可视化组态工具云视界，云视界可提供标准的控件，通过灵活组态的方式组建数据呈现大屏，可实现零代码开发，满足快速实施与交付。根云小匠基于云视界应用，组态出三类数据呈现的方案，分别是 WEB 端设备驾驶舱，大屏端设备驾驶舱，移动端小程序，方便各种业务场景的应用分析。
4.3 具体应用场景和应用模式
项目建设主要功能分为设备驾驶舱和设备详情，设备驾驶舱主要实现设备数据的多维度呈现，包括设备状态，设备效率指标，设备数量，能耗，尖峰率等，实现使用者对公司设备的实时监控和数据分析；设备详情页综合展示单台设备指标，实时参数等信息。
1) 通过关键指标，实现整体监控管理，具体如下：
A. 冗余设备识别
按照利用率低于 10%的标准，对设备进行冗余分析，识别出真正的冗余设备
价值：
1、对冗余资产进行清理，包括变现。
2、把冗余资产进行各车间、各部门之间进行调配。
3、核心是盘活资产，充分效率。
B. 开机率
开机率反应了企业整体经营情况，对各分公司（各事业部或者产品线）进行开机率分析，识别企业经营情况。对各工艺段开机率做出分析，识别生产现场节拍平衡情况，了解开机率相对异常工艺段，并找原
因进行解决。
对各分公司组织开机率考核，提升设备使用效率。考核手段包括组织之间进行对比考核、各分公司同比环比是否有提升进行考核。
价值：
给决策者提供印证市场判断决策依据，并基于市场战略调整，优化产
品结构，并对设备进行灵活的调配。
通过开机率异常发现并解决问题（因缺料导致的停机；因计划安排不合理造成的工序之间等待），从而优化生产计划，减少在制品成本，按节拍均衡生产，提升整体效能。
通过提供数据支撑，对各分公司进行考核，提升设备使用效率。
C. 作业率
对各部门，各个工人作业率进行分析，对于作业率特别低的（特别是瓶颈工段），识别工人现场无价值活动，比如等待，找工具等活动，提高工人有效产能。
对同类型不同工艺段作业率进行对比考核，提升作业率。
对同一工艺段同比、环比进行考核，提升作业率。
价值：
减少工人无价值活动，促进各工艺段改进，提升作业率，提高产能；
瓶颈设备识别
按照利用率高于 90%的标准，识别真正的瓶颈
价值：
分析出各分公司事业部的真实瓶颈设备，对真正的瓶颈设备进行优化，
从而有针对性的作出改善，大幅提升有效产能，并不断迭代瓶颈，充
分发挥整体设备效能。
尖峰率
别尖峰率非常高的设备、工艺段、车间：对于开机率很高的属于正常；对于开机率很低，尖峰率很高的，进行改进。
价值：
在不影响交付的情况下，降低用能成本。
设备详情页综合展示单台设备指标，实时参数，实时视频，状态演化图等信息，并可以查询历史数据，历史视频，历史指标及状态。
2) 通过设备详情监视，实现单台设备管理，具体如下：
A. 通过调用第三方视频平台的视频接口，实现现场视频与设备数据的联动，并支持查询历史视频，有效的将设备数据与现场视频结合，对于质量追溯和报警事件分析有重要意义。
B. 实时显示设备各时段的状态及状态时长，用不同的颜色代表不同的设备状态，能够直观的查看设备当天自然时间内的状态及状态时长。
C. 设备监控属性实时显示，可查看设备 2min 内的实时电流，或 24h 的电流曲线，并可切换不同的监控属性。
4.4 安全及可靠性
项目应用看似简单，但实际上技术架构十分复杂，采用了大量先进的技术，来解决一些复杂业务场景问题，使得产品更具安全以及可靠性。
- 真正的超级大数据。技术支持每台设备秒级甚至毫秒级别的数据采集，平台支持百万千万级别的硬件接入。按照一万台设备一秒的频率，每天产生 8.6 亿条数据，如此大量的数据接入，必须采用大数据技术。
- 智能 AI 算法。从设备接入的是最基本的电流数据，但平台采用电流 AI 算
法，进行设备状态的智能识别。 - 指标数据清洗的复杂性。接上来的是单台设备秒级电流数据，但是我们前台看到的是小时、日、月、年；看到的是基于组织、基于工艺、基于产品等各个维度的组合指标，这涉及非常复杂的数据清洗。
- 指标的实时和准确性。任何指标实时性都确保分钟级别，下一分钟，一定能看到上一分钟的实时指标。
4.5 其他亮点
1）低成本设备接入：
软件费用极低，每台设备每年只需要 200 块钱。
2）上线快、见效快：
无需对车间各种各样通信协议的设备进行协议解析，支持任何设备种类的快速接入，包括无控制器的聋哑设备。简化安装过程，采用标准化的安装手册和安装视频，支持客户的自助安装。
3）产品实用、简单：
无需任何维护，无需人为干涉，数据做不了假，永远都是最真实生产的体现
5、项目创新点和实施效果
5.1 项目先进性及创新点
- 最少的成本；相比传统 MES/DNC/MDC，成本只有 1/4 左右，甚至更低，四五倍的差距。
- 最快的效率；百台设备，一周上线；千台设备，一个月上线；万台设备，三个月上线。
- 最复杂的技术；看似简单的功能后面，采用了极其复杂的架构体系，大数据、机器学习、AI 智能等技术，把简单好用留给前端客户。
- 最有效的指标；指标经过反复斟酌，留下对管理者最有业务价值的指标，最能直接反应生产的指标，不多不少，精而良。
- 最真实的数据；数据来自设备现场，来自机器，没有任何人为干涉，使得数据最真实，无法造假，冰冷而真实。
5.2 实施效果
1）直接效果：
- 通过项目建设发现集团 9 千多台设备中，竟然有近 3 千台冗余，通过灵活的调配，盘活了近两千台设备资产；并对 100 多台瓶颈设备进行了优化，使整个瓶颈设备产能提升了 60%。
- 通过对真实生产状况的洞察，近两年三一集团的产值复合增长超过55%，特别 19 年上半年销售额比去同比增长 60%，这是在三一不增加设备投资的情况下实现的，员工从 7 万多人到目前的 3 万多人。
2）间接效果
- 为集团管理层提供各子公司、各事业部的设备综合利用率的数据，反应企业的经营情况以及各种产品的订单饱和情况，从而做出战略上的调整。
- 通过各工艺段开机率指标分析，发现生产节拍不合理等各种管理问题，减少在制品，优化生产计划。通过合理的错峰生产，优化排产计划，降低能耗费用。
- 各大工艺工程师通过根云小匠提供的工艺分析维度报表，实时掌握所属工艺的设备利用率和能耗的综合报告，寻找优化工艺和节能的机会。
