摘要：珠宝加工厂，如何通过IoT边缘技术，OT/IT数据融合，实现成本的下降、效率的提升
本文分享自华为云社区《玩转物联网IoT边缘服务系列二-珠宝加工的成本下降空间在哪里？》，作者：eleven1111 。
本期主题：
珠宝加工厂，如何通过IoT边缘技术，OT/IT数据融合，实现成本的下降、效率的提升。本文我将以第一人称视角，讲述一位珠宝加工厂老板的故事。
缘起：
我是一家珠宝加工厂的老板，已经管理这家近百人的工厂有十余年了，但在十余年中，我从未像近两年这般焦虑与劳累。不仅面临着订单与生存的压力，同时，业务的向下波动，不得不时刻担忧着业务的平稳性，承受着巨大精神压力。
或许很多人认为，工厂这种劳动密集型企业，作为工厂老板掌握生产资料，自然可以吃到“人口红利”，赚的盆满钵满。但在如今，我们时常自嘲，做工厂的毛利和直接将钱放在银行里的利息，差不了多少，微薄的毛利，让我们如履薄冰。
困境：
这两年因为疫情的原因，订单少的可怜，还要养活这百十号人，虽然我也想过开源节流，但又谈何容易？对于我们这种规模的工厂来说，并不存在技术壁垒，同行购买的数控机床都基本一样，不管是国内，还是国际上的竞争，我们唯一能做的便是不断压缩成本，以更低廉的价格获得更多的订单。
在如今中低端制造业开始向工业4.0转型升级的大背景下，我们也考虑过产业升级，考虑过增强技术实力，在珠宝加工领域构筑技术壁垒。但对于我们来说，产业升级的想法很美好，但实现起来，就多少有些摸不着头脑了。我其实也不太懂，产业升级到底是升级我现有的产业，还是那些已完成升级的产业，来替代我的产业。
去年有人跟我提过工厂数字化转型，利用物联网打造智慧工厂，通过物联网技术，实现产能的升级，在减少人员投入的前提下，用更低的成本，获得更多的产出。这听起来是一件不错的事情，但我总觉得，数字化改造成本，似乎远比我在员工身上投入的更多，真的能为我带来更高的收益吗？
PS：您的工厂生产是否存在其中某种现象呢？
识局：
我让技术科负责产业升级改造的事情，针对工厂的现状，给我一个既经济实惠，又看得见成效的方案，我再来决策是否投入。经过技术科与华为云IoT团队一段时间的调研、评估，终于给我带来了希望：
生产耗材成本降低：
原先：我们厂有十余台数控机床，刀具是最大的生产耗材，每次财务找我签字报销的时候，最头疼的是刀具的采购价又上涨了，居高不下的成本，让我不得不要求工人，人工记录下使用次数，尽量用到使用寿命的上限再更换。
现在：采集数控机床的生产数据，将生产数据与MES的订单数据所对应，自动记录每一台机床的刀具使用次数，在使用次数达到上限时，自动提醒更换，既避免了因过期使用导致的良品率下降，又减少了提前更换刀具的浪费。
工艺可以一天多变：
原先：我们的生产工艺，都是根据客户订单来决定的，往往一台数控机床，在现场配置好纸质生产参数、工艺文件，在一批订单完成之前，不能够轻易更换的，否则会导致停机、停工、耗时更换，浪费很多生产时间，导致开工率不足。
现在：坐在办公室里，将生产工艺文件，远程的下发到指定的数据机床，机床可以动态的调整生产，提高了生产效率，降低了库存，针对量小、高定制化的线上直销场景，再适合不过了，更好的迎合了当代年轻人对个性化的追求。
生产OEE（全局设备效率）提升：
原先：数控机床偶尔故障或非正常停机，往往需要车间主任巡视发现时才会处理，工人的响应并不积极主动，往往设备有问题拖了好久才修。同样，产线上的工人，对产品质量的敏感度也不高，往往批次出现问题时，也是等着质检人员过来纠正。
现在：当数控机床发生问题时，自动生成工单，将告警信息上报，因为生产OT系统与人事的IT系统打通了，所以故障设备对应的工位、当天值班人员，会收到邮件和电话提醒，厂里会根据工单处理数量和问题解决时间，与评比考核挂钩，这样极大提高了工人的积极主动性。每个产品的生产过程数据都会被实时分析，当发现某个批次出现质量问题时，会自动追溯生产哪个环节出现了偏差导致的，及时纠正后续生产过程。
破局
我接受了华为IoT团队提供的数字工厂方案，接下来就把落地工作交给了技术科。
首先，基于对企业在生产制造环节数字化转型的理解，将需求分解为：
- 针对CNC生产车间内的CNC设备，实现透明可视，包括产量实时、设备综合效能/运行状态等。
- 针对CNC生产车间内设备管理/刀具管理：设备/刀具按期保养、点检/巡检、历史数据查询、履历记录。
- 针对CNC生产车间内异常情况/告警及时响应：设备故障实时通知到设备维修工程师，或者在规定时间内，升级到主管领导，促使异常情况快速闭环。
- 针对CNC生产车间内，运营大板可视，对外营销，帮助接单。
- 线下已有ERP子系统数据与云端MES系统数据打通，实现数据协同。
然后，确定技术整体方案，主要包含了三部分：第一部分是数据采集，第二部分是数据汇聚/分析，第三部分是数据应用。该方案主要实现企业生产制造环节的生产要素数据实时采集，包括智能生产设备的基本信息、状态数据、运行过程数据、异常情况信息、订单信息、工艺文件等；通过平台的数据接入、数据分析、数据建模、主数据管理等能力，实现数据中有效信息提炼，数据价值挖掘，数据资产沉淀；然后，通过标准的restful API接口开放共享给上层应用系统；生产管理系统基于数据信息，提供OEE实时可视、生产过程精准管控、设备管理、刀具管理等场景化应用。下面就三部分功能介绍：
- 第一部分，数据采集主要由软、硬件一体的工业边缘方案来实现。主要包括两部分，第一部分为设备数采，第二部分为子系统数采。针对OT生产设备数据采集，工业边缘通过云端配置协议插件和数据采集规则，支持生产现场的CNC设备连接，如Fanuc、广数机床等，支持数据采集自定义，实时采集OEE、产量等信息，完成协议转换，然后，数据路由到数字工厂平台。针对线下ERP、OA等子系统数据采集，对接多厂家异构系统权限许可、接口适配等，采集系统间的业务数据，如订单信息、BOM信息等，实现业务数据在多个系统间协同，打破传统方式数据孤岛/数据断点。
- 第二部分，数据汇聚/分析是主要由华为云数字工厂平台来实现。该平台与工业边缘无缝对接，基于平台的设备接入管理能力，进行协议解析，提取数据、汇聚数据，然后，基于平台的数据建模和实时分析/时序分析等能力，进行数据分析和资产建模，通过标准接口开放给上层应用。
- 第三部分，数据应用是主要由精益生产管理MES系统来实现。该系统支持OEE数据通过多终端、多维度等方式实时可视，生产计划/订单数字化管理、生产过程精准管控、设备运行状态实时监控、告警管理、刀具管理、人员绩效管理等场景化应用。
最后，实施该方案，需在客户现场安装部署N个工业网关盒子，用于采集现场设备数据；还需部署一台前置机（网关或服务器），用于采集现场的IT子系统数据。工业网关盒子是Linux的原生内核系统，为了节省硬件成本，资源规格不到，所以采用IoTEdge的轻量版作为底座；而边缘前置机是容器化运行环境，资源较高可以执行更高性能的边缘计算，所以采用IoTEdge的标准版作为底座。边缘数采的数据，作为数字工厂的数据源，按照华为IoT的规范要求，通过数字工厂平台的数采服务进行远程管理。边缘数采方案架构如下：
以OPCUA协议采集设备数据为例：
回首
如今工厂的数字化转型已经落地有几个月了，随着生产过程的数字化管理，计划外停机损失降低30%，加工效率提升20%，耗材成本降低20%，工单处理及时性大幅提升，我很庆幸自己的决策，找到了成本下降空间，也意识到只有产业升级，才能博出一个明天。
本期点评：
采用华为云IoT数字工厂开箱即用的解决方案，通过IoT边缘对现场OT生产设备和IT系统进行全量接入，在平台上进行数据建模、统计与分析，实现生产透明可视，生产订单、生产设备和产线人员的实时在线协同、降本增效。
PS：IoT边缘技术实现参考：
基于IoT边缘实现OT数采：https://support.huaweicloud.com/bestpractice-iotedge/iotedge_bestpractice_0115.html
基于IoT边缘实现IT数采：https://support.huaweicloud.com/bestpractice-iotedge/iotedge_bestpractice_0108.html
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