【编者语】
“工业4.0”、“智能制造”是这个时代的热点主题之一，其发展前景是无限宏大而美好的。然而当前，我国工业整体水平还处于工业4.0“补课”阶段，工业2.0（自动化、信息化）尚未普及，工业3.0（数字化）仍处于试点示范；对于一般中小企业而言，无论是从硬件的工业水平，还是从软件的管理水平来看，其实都还不足以支撑我们做工业4.0的事情。哪些可以做呢？一两个点上是可以的，面上就比较难，即使是国际工业软件巨头西门子，也只能面对某一个领域去做。另一方面，为迎接工业4.0的浪潮，当前国家推出“中国制造2025”宏观政策，各地方政府也出台了一系列智能制造转型升级扶持政策，但凡有一定规模和实力的企业，大都想通过国家智能制造新模式，或者试点示范，达到在所在行业内先试点后推广的目的。大家的想法都很好，然而落地很难，本文就以中创智能这一新兴的工业互联网公司为例，简要讲述建设数字工厂的目的，以及探讨我们该如何快速构建i-Factory初级数字工厂。
在当今激烈的市场竞争中，传统制造企业已经意识到他们正时刻面临着巨大的时间、成本、品质、交付等压力，作为企业主，他优先关注的是什么呢？第一，工厂的投入产出能不能被实时监控？第二，产品质量在不在可控的范围内？第三，设备是什么状态？多长时间需要检修？它的履历是什么？第四，人员的效率和绩效如何，岗位价值是否最大化等等。生产数据不透明，报表统计分析费时费力，问题反馈滞后，异常处理不及时，设备利用率低，生产效率瓶颈等已经成为企业主最为头痛的问题。
在此背景下，随着人类社会信息化技术的发展和设备自动化水平的提升，以及工业大数据时代的到来，数字化工厂应运而生。作为一种新型的生产组织方式，数字工厂在缩短生产周期、节约制造成本、改进产品质量、提高设备利用率等方面成效显著，成为未来制造型企业发展的必然趋势。
数字工厂是以精益生产理论为指导，以产品全生命周期（战略、需求、研发、计划、生产、检测、交付等）的相关数据为基础，通过建立统一的数据交换平台，打通ERP、OA、MES、PLM、APS、CRM、SCM等软件系统间的数据流，统一配置、统一接口、统一调度、统一监控，从而简化、优化、固化企业运营流程，让管理更加扁平化、透明化、高效化，最大限度降低成本浪费，降低企业运维难度和企业主管理压力，增强企业的竞争优势，给企业带来切切实实的效益。
数字工厂的愿景虽然美好，建设过程却没那么简单，尤其对于一些传统工厂的数字化改造，更是无法一蹴而就。中创智能在国家智能制造示范项目建设的基础之上，结合母公司劲胜集团十多年自动化、信息化改造的技术沉淀与经验累积，以及多个数字工厂建设实践，在设备数据采集和实时监控这个关键点上，逐渐摸索出一套快速构建初级数字工厂的解决方案，下面分四个层次予以介绍：
第一层次：现场设备层
车间设备运行状态数据标准化、可测量采集，为数字工厂构建大数据基础
生产车间是由各式各样机台设备与仪器仪表构成的有机整体，如加工装备（CNC、注塑机、冲压机、玻璃加工机、贴标机等）、机器人、物流设备（传送带、AGV等）、检测设备（激光定位器、CCD尺寸检测仪等）、PLC、传感器、工装夹治具等，这些设备仪器构成了车间的基础物理系统与运作单元。那么，要对生产车间进行数字化改造，我们需要做些什么呢？
首先要提升生产现场的精益化，即在数据采集之前保证所采数据的质量和效度。实现精益生产，就是要以最优的生产价值流，将大量先进技术组织起来，融合为有机的整体，最大化这些先进技术的效能综合，固化为生产线及管理模式，同时进行车间设备空间布局的分析重构，优化物流路径，最大程度消除浪费，从而大幅提升生产效率。在这里，网络化、数字化、物联网等都是服务于精益的技术手段，精益生产是工业4.0中将各项先进技术整合为一体的最佳工具。精益化后的生产现场，产生的数据才是最优的，通过精益运营，才能更加有效地保证数字工厂的架构与实施，换句话讲，如果采集的数据是非精益和标准化的，那么数据采集与分析将失去意义。
其次，是要做到生产设备的自动化，提升生产现场的可控性。对生产、物流、检测、包装等工艺进行自动化改造，一方面可以提升设备利用效率，另一方面可以消除员工主观能动因素影响，增加生产现场的可控性与标准化，从而为导入数字化创造条件。
再次，是要做到现场设备的智能化。对现场设备进行智能化改造，开放数据接口，给设备加装PLC或传感器，让设备运行数据变得可测量、可采集，为数据生成和采集分析奠定基础。
第二层次：感知互联层
中创数据采集控制器，可采集市面上大部分机台设备及仪器仪表运行数据
数据采集是数字工厂建设的基础，然而设备的数据采集并不是一件容易的事，实施过程中会遇到各种各样的难题，比如前文所讲的现场智能化就是一个棘手的问题，不是所有的设备都有内置传感器和数据接口，老旧设备就没有，得给它加装传感器或PLC（事实上，因为代价昂贵，我们不建议这样做），有数据接口的设备又因为设备本身、品牌、甚至版本的不同而采用不同的数据接口及通讯协议，常用的通讯协议就有50多种，如MODBUS TCP、PROFIBUS、EtherCAT、OPC UA等等，这样就使得不同设备的数据采集变得异常复杂，让传统工厂的数字化变得困难重重。
针对这些问题，中创智能数据采集研发团队通过反复尝试，针对不同种类的设备，自主研发出了数款数据采集器，这些采集器能够支持串口、网口以及I/O数据采集卡，并对多种传输协议进行了封装，如一般，不论企业采用的是何种品牌，何种版本的何种设备，如CNC、机器人、PLC、注塑机、冲压机、玻璃加工机、CCD视觉检测机、仪器仪表等，也不论设备采用的是何种传输协议，都可以进行数据采集，并且内嵌以太网交换机，可提供灵活的级联/菊花链式链接；同时拥有自动旁路功能（即以太网“Bypass”功能），可以防止其中的采集器意外关机而导致网络通讯中断。中创智能现已开发出了四款数据采集器：工业数据采集网关、串口数据网关、物联网数据网关、设备定位管理器，其应用对象与功能分别如下：
概括地讲，中创智能自主开发的数据采集器具有如下应用优势：
大事件
关于中创数据采集器
事件一：2018年3月4日，央视大型纪录片《大国重器》（第二季）首次独播中创智能【智能数据采集器】，中创智能采用自主研发的高档数控机床数据采集板卡，可以突破行业主流通讯协议的限制，实现任意高档数控机床的互联互通与数据采集，打破了国外厂商对高档数控机床核心数据采集的限制和垄断↓↓↓
事件二：第十届加博会上中创智能展出的i-Factory初级数字工厂系统↓↓↓
事件三：2017年4月19日，在2018世界智能移动终端产业高峰会议上，中创智能MES数据采集器JDC-1-164荣获产业技术进步优秀奖 ↓↓↓
第三层次：传输过滤层
边缘计算服务器，让你低成本构建车间云服务平台
边缘计算是指在靠近数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷联接，实时业务，数据优化，应用智能，安全与隐私保护方面的关键需求，可作为联接物理世界和虚拟世界的桥梁。
我们通过数据采集器采集的设备数据，大部分是无效或价值尚不明确的，比如我们承建的国家智能制造示范车间，每天产生的数据量是10多个T，其中99.9%的数据是需要做进一步开发的，如果将这些数据直接上传至云端服务器分析、计算，不仅存储的成本高，还会造成服务器负载过大而运行缓慢甚至宕机，最终难以得到最实时准确的数据报表。
针对这个问题，我们的解决方案是，你要什么数据，你就提取什么数据，冗余的无效的数据，通过我们开发的边缘计算服务器过滤清理掉，让数据采集不延时，否则你得投很多资金在网络和服务器的建设上，不同带宽的网络费用是不一样的，而架设大型云端服务器的费用也相当昂贵，动辄数十万。由此看来，中创智能自主开发的边缘计算服务器能够极大减轻中心服务器的负担，让数据快速采集不延时，还能够直接放在现场接受油污、粉尘等多重环境考验，具有较高的性价比，是目前行业内最好的工业大数据前期处理方案之一。
▲中创智能自主研发的边缘计算服务器
第四层次：终端应用层
车间信息化管理平台可视化监控界面，让工厂运营讯息一目了然
数字工厂的建设是基于CPS（信息物理系统）的，通过充分利用信息通信技术和信息物理系统，实现设备层、感知层、传输层、应用层的一体化设计和管控，使系统更加可靠、高效、实时协同。那么，如何让设备能够相互感知、互联互通呢？我们需要将设备的实时运行状态数据采集上来，通过有线或无线（串口、网口、WIFI、物联卡）方式发送到边缘服务器中，进行统一过滤、存储、分析、计算，将有效数据（人、机、料、法、环）上传至公有或私有云，然后在PC端、手机端、电视看板等终端界面以标准化的形式实时呈现出来，让管理者能够对车间各个业务模块的实时实际运行状况，如计划达成率、设备稼动率、质量合格率、员工出勤情况、人均产值比、工艺流程等等一目了然，从而更好地进行车间的决策管理。于是，通过中创智能i-Factory系统四个层次的的协同有序运作，实现了工厂的可视化运营。
▲车间运营驾驶舱展示
▲电视看板：生产状况（工艺）展示
▲电视看板：开机率展示
▲电视看板：产品质量展示
▲电视看板：生产效率展示
▲电视看板：人员出勤&车间环境展示
▲手机终端app展示
以上就是中创智能根据客户的实际需要，不断简化出来的i-Factory初级数字工厂系统，致用于工厂各类设备的数据采集与实时监控，这个系统能够做到即插、即用、即显，可以让企业省人、省钱，让管理者省心。
结 语
既然工业4.0智能制造是大势所趋，既然工业4.0的终极愿景目标还不能轻易实现，那我们有没有一种整体的规划，能够先达到客户初步的需求，让他享受到初级数字工厂带来的好处，然后逐步按这一规划分步去实施，最终达到或接近工业4.0的水平？
如果有，中创智能i-factory初级数字工厂就是这样一种解决方案，这也是中创智能这一新兴工业互联网公司所致力和专注的领域。在中创成立之初，就设定了这样一个愿景，要成为国际领先的工业互联网解决方案服务商，运用这个时代人工智能、大数据与物联网技术谱写一段属于中创的华美乐章。我们就是要化繁为简，与客户携手步步为营共同进步，去构建这样的一个数字工厂。
▲中创智能总经理黄河先生在中国通信工业智能制造大会上进行《如何快速构建数字工厂》主题分享
中创智能是劲胜集团全资子公司，劲胜集团是行业内知名的精密结构件解决方案提供商，是一家传统的OEM企业。2015年，，劲胜集团积极响应国家号召，紧抓时代契机，就此迈上了智能制造转型升级的跨越之路；2015年7月，劲胜集团成功申报国家智能制造试点示范项目，该项目总投资5.3亿，召集十八家行业内领先单位，如华中数控、深圳创世纪、嘉熠自动化、艾普工华等软硬件服务商，以“三国”、“六化”、“一核心”为项目亮点，进行国家智能制造试点示范项目的摸索和建设，同时结合自身在3C行业十多年自动化、信息化改造经验，开始将智能车间的成功模式复制推广到其他企业。
自2015年始，劲胜集团的智能制造示范车间和智能化转型成果被CCTV-1《焦点访谈》、CCTV-2《对话》、《大国重器Ⅱ》等栏目争相跟踪报道，2016年7月，工信部在劲胜智能制造示范车间举办了全国闻名的智能制造现场交流会，随后，劲胜集团牵头成立了东莞智能制造产业协会，2016年11月，设立智能制造产业投资基金，2016年12月，成为中国智能制造系统解决方案供应商联盟理事长单位，2017年1月，成立东莞智能制造产业孵化器，与此同时，中创智能正式注册成立，主营业务是数字工厂系统集成、工业软件产品（MES、PLM等）、工业互联网网关产品、设备数据采集、边缘计算服务器、机器人应用、CCD视觉检测等。