1、 垂直行业应用案例编写说明 当前，工业互联网发展已经由概念验证走向实践落地，我国石化、钢铁、电子信息、家电、服装、机械、汽车、装备、航空航天等垂直行业领域广泛应用了工业互联网技术能力，助力企业实现生产成本下降、产品质量优化、绿色低碳发展等数字化转型目标。为贯彻落实关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见 ，加快工业互联网集成创新应用和示范推广，推动工业互联网在垂直行业的落地融合，打造行业应用示范标杆，工业互联网产业联盟于 2019 年启动了垂直行业应用案例征集与评选工作。 自 2019 年 10 月发布征集通知后，共收到来自 16 个企业申报的 25 个应用案例，项目包括制造与工
2、艺管理、产品研发设计、资源配置协同、企业运营管理、生产过程管控、设备管理服务六大工业互联网主要应用场景，覆盖轻工家电、船舶、机械、纺织、石化、电子信息、航空航天、钢铁、医疗等十几个行业领域。经评审，汇编录入20 份具有典型示范效应案例，展示工业互联网在垂直领域的应用。 本汇编由海尔卡奥斯物联生态科技有限公司和中国信息通信研究院牵头，各案例项目参加单位联合编写。 牵头编写单位：海尔卡奥斯物联生态科技有限公司，中国信息通信研究院 参与编写单位：海尔数字科技（青岛）有限公司、石化盈科信息技术有限责任公司、中移（上海）信息通信科技有限公司、沈阳海尔电冰箱有限公司、中船工业互联网有限公司、中兴通讯股份有
3、限公司、树根互联技术有限公司、研华科技、北京航天智造科技发展有限公司、通用电气医疗系统贸易发展（上海）有限公司、上海宝信软件股份有限公司、重庆忽米网络科技有限公司、北京念念分享科技发展有限公司、大连九州创智有限公司、天津日日新资产管理有限公司 案 例 1 COSMOPlat 服装行业大规模定制应用案例助力服装企业大规模定制转型升级 海尔数字科技（青岛）有限公司是海尔集团在物联网时代踏准时代节拍进行战略转型设立的全资高科技公司。其运营的海尔 COSMOPlat 工业互联网平台，业务涵盖工业互联网平台建设和运营、工业智能技术研究和应用、智能工厂建设及软硬件集成服务（精密模具、智能装备和智能控制）
4、、能源管理等业务板块，助力中国企业实现大规模制造向大规模定制升级快速转型， 始终秉承国家级工业互联网平台的使命，为用户、企业和资源创造和分享价值，创引领全球的工业互联网生态品牌。 COSMOPlat 海织云为 COSMOPlat 在纺织服装行业应用和实践的子平台， 海织云以用户体验为中心，为服装企业提供从交互、设计、营销、采购、生产、物流和售后等全流程解决方案，实现从大规模制造向大规模定制的转型，重塑纺织服装行业价值链和生态链，构建共创共赢的生态体系。目前 COSMOPlat 海织云通过实施服装行业大规模定制解决方案， 已助力山东海思堡服装服饰集团有限公司、陕西伟志服饰产业发展有限公司、青岛胶
5、州环球服装有限公司、天津飞尼克斯实业发展有限公司等服装企业实现从大规模制造向大规模定制的转型。 一、COSMOPlat 海织云纺织服装工业互联网平台 1. 纺织服装行业的行业难题 海尔数字科技（青岛）有限公司 1 纺织服装工业一直是中国的支柱产业、重要的民生产业。经过多年来的发展中国服装产业建立起了全世界最为完善的现代制造体系， 产业链各环节制造能力与水平均位居世界前列。但同时服装行业又存在很多问题，比较突出的问题是： 第一，产业链长，产销不匹配，提前生产导致库存高； 第二，订单趋向小批量多种类，大货生产模式柔性不足； 第三，不了解用户需求，缺少售后护理服务导致的用户满意度低。 2. COSM
6、OPlat 海织云纺织服装工业互联网平台 针对行业存在的以上难题，COSMOPlat 海织云为纺织服装行业提供大规模定制模式转型、智能生产、数字化管理、协同制造等技术支持，最终满足用户日益个性化的服饰需求。 COSMOPlat 海织云打造的服装行业大规模定制解决方案通过建立 MTM 定制系统，TDC 数字技术中心，实现直连用户个性化需求，版型、工艺等自动匹配，并集成 CADERPSCMMESWMS 等系统，同时结合业务与流程优化，智能化设备应用等实施，实现生产全流程数据驱动，全过程数据采集、实时监控与预警。企业实现牛仔服装大规模定制与柔性快返生产模式，并通过 COSMOPlat平台链接用户大数
7、据、供应链资源等，构建协同、互联生态，形成用户全流程交互，产业链协同；既实现企业快速精准研发、高效生产、降低库存，又大幅提高用户体验感与产品满意度，实现个性化需求。基于以上升级，企业实现了“柔性化、个性化、智能化”的战略转型。 3. COSMOPlat 海织云平台优势 传统的单向货物流转模式使得生产商无法精准把握用户需求， 徒增库存积压，使价格战持续，在缺乏用户交互的情况下流程愈发单一。而海织云平台通过整合行业优秀资源，打造了全新的服装行业差异化模式，同时为平台上的纺织服装企业提供交互定制、开放创新、精准营销、模块采购、智能制造、智慧物流、智能服务等多种解决方案及云服务 4. 助力海思堡集团大
8、规模定制转型升级 作为山东省最大的牛仔服装生产企业，海思堡曾面临订单周期长、库存高；销售结束后无法追踪；无法了解用户需求的行业痛点。 2 通过对海思堡的系列咨询诊断，COSMOPlat 为海思堡打造了专门的大规模定制解决方案。提供服装工厂从整厂布局、精益导入到智能制造管理系统、供应链管理系统、生产制造执行系统、智能仓储系统等成套软硬件产品及服务，使工厂实现从大规模制造向大规模定制的转型，帮助服装工厂提质增效。 通过与 COSMOPlat 合作海思堡实现从大规模制造向大规模定制的转型，从传统的牛仔加工企业变成了可以小批量、定制化生产的牛仔定制企业。产品附加值大幅提升，企业竞争力显著提高。 二、海
9、思堡项目实施概况 本项目通过完整的系统架构，实现海思堡业务流程的标准化和数据化驱动；通过对工厂的智能化改造， 实现全品类大规模定制的全流程数据化和数据实时化。使工厂实现从大规模制造向大规模定制的转型。 1. 项目总体架构 （1）总体架构）总体架构 海思堡项目通过产品数字化及数据实时化，通过 OMS 定制下单系统，辅助AI 量体，实现用户个性化定制下单，由 TDC 技术数据中心实现工艺、版型等的自动处理，并通过 CAD 实现版型生成。SCM 与 WMS 系统，实现供应商高效协同与物料精准管理，由 APS 高效排产，MES 信息化驱动裁剪、缝制、后整、包装全生产过程，成品 WMS 及 TMS 对接
10、，实现成品的高效管理及实时追踪。基于上述的全流程信息化方案，同时，对接铺布、视觉检测、裁剪、吊挂、AGV、分拣、亮灯、手持机等自动化设备和应用，实现大规模个性化定制的服装智能制造解决方案。 总体架构如图 1 所示。 3 图 1 海思堡项目总体结构图 （2）订单动态追踪及一站式供应链服务）订单动态追踪及一站式供应链服务 OMS 订单管理系统通过 B 或 C 客户在线创建个性化产品订单，并无缝集成至后端数据智能中心。系统可根据业务需要随意对框架、应用进行扩展行为。在安全性方面，系统在调用关系的应用之间可实现系统自动预警依赖关系，防止应用被意外移除导致系统崩溃， 统一的调用入口可有效防止意外执行非系
11、统程序产生的错误。 图 2 OMS 系统功能图 4 OMS 下单系统通过对客户下达的订单进行管理及跟踪，动态掌握订单的进展和完成情况，提升效率，从而节省运作时间和作业成本，提高市场竞争力。系统以 3D 定制下单、微定制下单等多种下单方式，支持支付宝、微信等多种付款方式，提供用户整合的一站式供应链服务，订单管理以及订单跟踪管理能够使用户的要求得到全程的满足。 （3）通过大数据分析集成匹配生产工艺）通过大数据分析集成匹配生产工艺 智能 TDC 大数据智能分析，自动匹配出订单的生产工艺和 CAD 版。有效的节省工艺指导和制版成本，提高企业的工作效率。促进企业对工艺，款式数据库的积累。 图 3 TDC
12、 系统功能图 （4）MES 系统实现工厂互联互通及数据驱动系统实现工厂互联互通及数据驱动 智能 MES 系统是智能制造的智能执行系统，实现了工厂设备的互联互通和工业流水线的数据驱动，裁剪后每一个衣片都会有一个身份证-RFID 卡，作业人员通过在操作台显示屏上刷卡的获取此订单的工艺信息进行作业，MES 同时也采集到订单数据、生产数据、人员数据等，为生产系统的优化提供了数据支撑，从而实现了人机互联、机物互联、机机互联，搭建了一个自作业、自反馈、自诊断的物联网生产系统。 5 图 4 MES 系统功能图 智能生产管理系统是整个项目的核心系统， 负责个性化订单的具体生产制造，它实现了工业流水线的数据驱动
13、，每一个员工都通过 MES 的指令工作，实现个性化产品全生命周期的单件流管理、生产全程零占压、管理精细化。 智能生产管理系统实施后，在信息层面将建立数字化工厂基本体系，将产品的各生产要素（物料、设备、产品等）有机结合，实现智能制造的信息层建设。 （5）仓储数字化管理）仓储数字化管理 图 5 MES 系统功能图 仓储管理系统可分为物料和成品仓储管理系统。对物料仓储系统而言，其核心价值是物料的存储和数字化管理，确保生产车间及时获得精准的物料供给。对成品仓储管理系统而言，其核心是成品的储存和数字化管理，确保成品交付的及 6 时准确。 在配套环节，成品上下装数据与 MES 系统对接，获取应配套数据；根
14、据生产交付环节的刷卡，获得实际入库可配套单品，对应配套数据和可配套单品进行比对，并控制和驱动吊挂配套系统在进行自动配套，为包装发货做好准备。 （6）物流智能化与生产自动化）物流智能化与生产自动化 通过智能物流系统，打通物流渠道，提高生产效率的同时确保车间各环节数据互通、信息共享，降低沟通成本。包括智能吊挂系统及 AGV 智能配送系统。 智能吊挂系统分为上挂线、缝制 1 线、缝制 2 线、个性化线、下挂线共 5个部分。其中两条缝制线共用 1 条上挂线、1 条个性化线及 1 条下挂线，衣片上挂后由系统自动分拣驱动至其中 1 条缝制线，两条缝制线内均为常用工站，当出现个性化加工工艺时，吊挂系统自动驱
15、动对应衣架前往个性化工站加工，加工完成后再次返回主线体，加工完成后亦经由个性化线体流至下挂线下挂，空挂具返回至上挂站点。 图 6 缝制吊挂系统流程示意图 AGV 智能配送系统负责裁剪至模块化线体以及智能配片系统之间、缝制至水洗段以及水洗至后整段的物料配送。 2. 工厂车间精益生产 车间内生产车间、通道、仓储、办公室、辅助服务设施等布局规划、内物流路线规划； 5S 标准与规划实施；建立 5S 管理机制与评价体系，形成长效机制及培训； 7 工厂电子看板，工厂参观设计规划； 组织机构优化；减少非直接人员数量，岗位设置合理化；岗位职责标准化，有效激发人员积极性； 建立有效的激励机制； 对各岗位薪酬建立
16、相应 KPI 考核； 利用自动化、信息化改进质量、效率；精益基础知识体系培训，精益改善方法培训，企业团队培养； 建立各环节相关业务标准流程；成本控制各主要环节，如面辅料、主要耗材等的控制标准。 3. 推进“两化”融合建设，助力企业转型升级 海织云平台针对市场需求，调整产品结构，转变经营方式，转变盈利模式，积极推进“两化”融合建设。运用独特的三维量体测量方法，以满足不同消费群体的个性化需求，解决个性化产品不能工业化生产的难题。运用现代化信息技术与自动化缝制生产设备相结合，建立 MTM 智能化定制快速反应系统，运用智能化生产车间充分利用信息技术管理优势，对业务流程和管理流程进行全面改造，建立柔性和
17、快速响应机制，从而实现个性化、差异化，实现企业转型升级。 三、服装行业大规模定制典范 通过与 COSMOPlat 合作，海思堡实现对客户个性化需求的精准把握，实现了从大规模生产向大规模定制的转型。目前企业已经实现生产效率提高了 28%，库存降低 35%，定制产品毛利率从 12.5%提高到 40%以上，是原来的 3.2 倍。在企业升级过程中，海思堡把自己总结研发的牛仔水洗方案等行业经验沉淀到COSMOPlat 平台，为更多的牛仔企业提供技术支持。 青岛环球服饰借助海织云服装行业大规模定制解决方案， 项目全线投入生产后年均产量可达到 220 万件/套，定制服装从下订单到客户收到产品由四天缩减至两天
18、，单间周期降低。产品一次下机率由 91%提升至 98%，单条产线由 18 人变为 12 人，降低人工成本 33%。 陕西伟志通过建立 MTM 智能化定制快速反应系统实现整厂自动化、 智能化改造，精益化提升，成本降低 15%，带动大货生产线效率提升后，每年加工费可节省 180 万。同时，项目完成后的第一年，个性化定制能力达到 60000 套/年， 8 成为陕西区域服装智能制造引领，企业影响力不断提升。 四、大规模定制，共创共赢 基于 COSMOPlat 平台的服装行业大规模定制解决方案，坚持以用户需求为中心， 重塑服装行业价值链和生态链， 推动行业的智能化、 数字化、 一体化进程，构建共创共赢的
19、生态体系。目前 COSMOPlat 平台已在女装、牛仔、西装等服装细分行业开展实施大规模定制转型，形成模块化机理模型，为纺织服装企业提供快速、低成本的大规模定制转型升级服务。 9 案 例 2 基于数字孪生的石化工业互联网 综合应用案例 石油和化工工业互联网平台ProMACE 创新应用 石化盈科信息技术有限责任公司（以下简称石化盈科）成立于 2002 年，是能源化工行业唯一一家全产业链解决方案和产品提供商， 为国家规划布局内重点软件企业，连续多年跻身中国软件收入百强企业前 50 名。依托中国石化信息化建设实践，石化盈科已经构建起从咨询、设计研发到交付和运维的完整 IT 服务价值链，形成了经营管理
20、、智能制造、智能物流、新一代电子商务、云计算和大数据五大核心业务。 石化盈科打造的面向石油和化工行业的工业互联网平台 ProMACE，是新一代信息通信技术与实体经济深度融合的基础设施， 是支撑流程型智慧企业研发设计、 生产制造、供应链管理、营销服务各业务环节的核心载体；是信息物理系统（CPS）在石油和化工行业的具体实现；是流程制造数字化、网络化、智能化的关键引擎。 石化盈科信息技术有限责任公司 10 一、基于数字孪生的创新应用 基于数字孪生的工业互联网应用，融合了十多年石化行业经验与认知，将数字孪生技术沉淀于工业互联网平台， 通过构建以资产模型、 工厂模型、 机理模型、工业大数据模型、工业专家
21、知识库为核心的数字孪生体，支撑典型智能应用，为石油和化工行业的数字化转型发展提供新动能。 1. 石化行业新形势新要求 石化工业作为国民经济的重要基础和支柱产业， 为国民经济的快速发展做出了重要贡献。经过多年发展，我国的炼油加工能力、化学品生产能力已居世界第一。但同时也面临结构产能过剩、环保要求、安全要求、成本上升、人才流失、核心技术亟需国产化等压力或挑战。 在这样的发展趋势下， 企业仅靠传统的控制和管理方法已经适应不了新形势下生产的需要，必须依靠信息化建设的引领作用，两化深度融合，走新型工业化道路。基于数字孪生的石化工业互联网创新应用，正是石化盈科在提升用户竞争力、顺应时代发展、响应国家战略行
22、动中形成的重要成果。 2. 数字孪生的三个要素 石化盈科通过信息技术与石化业务深度融合， 依托石化行业的工业互联网平台“赋能、赋值、赋智” ，实现工业知识、模型和经验的承载和推广，提供智能化转型“核心驱动引擎” 。其中，数字孪生体是核心，对石化工业进行可视化模型化描述。运行支撑环境是基础，通过工业物联接入、工业数据湖和工业实时优化计算为数字孪生提供泛在感知、数据分类存储和实时计算的环境。典型智能应用是关键，服务于最终用户，实现企业的节能降耗、降本增效。 3. 创新应用价值实现 建立基于数字孪生的石化工厂多维度、全方位模型，提供数字孪生核心组件和应用，打造以资产、物流为核心的业务新模式，实现企业
23、数字化、网络化、智能化转型。通过优化生产过程，降本增效；通过转变管控模式，提升管理效率； 11 通过监控优化设备性能，保障安稳长满优；全面提升客户价值，帮助客户取胜新形势下的市场竞争。 二、从构架到落地的实现路径 1. 基于数字孪生的应用架构 基于数字孪生的石化工业互联网综合应用案例依托石油和化工工业互联网平台 ProMACE， 由石化工业数字孪生体、 运行环境和典型智能应用三部分组成。 图 1 基于数字孪生的总体架构 （1）石化工业数字孪生体）石化工业数字孪生体 全厂数字孪生模型是立足于 ProMACE 工业互联网平台，利用数字孪生建模工具集构建。 1) 资产模型描述炼化企业的物理资产 描述
24、石化工厂中物理资产的功能位置、机械特性、工艺特性、物理组成等本体数据和活动记录。对企业重点装置进行工程级和仿真级三维建模，对重点设备建立可拆解的工程级模型。 2) 工厂模型描述石化工业的业务管理实体 将资产模型进行组态，形成适应多业务场景的工厂信息化模型。将工厂按层次划分为组织层、区域层和节点层。 3) 机理模型描述生产反应及运行过程 12 根据严格的“三传一反”工艺机理模型，使用流程模拟工具，对设备以及生产过程，包括反应、精馏、吸收、萃取、换热、结晶等，根据所给过程的条件，对相应过程进行物料平衡、能量平衡、相平衡及化学平衡的计算，发掘生产潜能，从而指导科研、设计、生产等工作。 4) 工业大数
25、据模型描述生产企业数据统计规律 构建大数据分析模型，支撑装置收率预测、质量预测、操作工艺点预警预测等。数据统计模型通常有底层的通用算法和业务规则构成比较复杂的分析模型。 5) 工业知识库沉淀行业规则、经验和案例 将设备、物料、工艺、操作、质量、能源、环保、安全、应急等石化行业各业务域的行业知识、案例通过平台进行沉淀，形成石化行业知识库，形成知识即服务体系，为工业应用提供知识和算法支撑。 （2）数字孪生运行支撑环境）数字孪生运行支撑环境 1) 工业物联接入 通过工业物联接入服务，实现对工厂设备设施的泛在感知，实现现场数据的采集、接收、集成、转换，准确描述现场实际物理情况。 2) 工业数据湖 通过
26、工业数据湖构建工厂数据中台，将资产模型、工厂模型、工业物联、实时优化等能力在数据层面有机的结合起来， 是面向工业数据存储和分析的服务工具。 3) 实时优化计算 以工艺机理模型为核心， 将设备和装置生产运行数据 （实时数据、 化验数据、设备台账等）送入模型模拟计算，得到设备、装置的优化结果，辅助企业对装置运行参数做出优化调整。 2. 应用场景和应用模式 （1）大机组仿真培训）大机组仿真培训 基于数字孪生资产模型的大型机组仿真培训与互操作， 提升用户检维修和操作机组技能。包含机组结构原理培训、机组检维修培训、机组试车培训、机组操作培训、日常维护培训和异常处置培训六个功能模块，并设置课程中心，通过课
27、 13 程管理进行课程设置和考核编辑。 图 2 压缩机剖切模型 （2）设备健康管理）设备健康管理 基于数字孪生工业大数据模型的大型工业设备健康管理， 帮助企业实现动设备预防性维修，减少非计划停工。包括：运行管理与预警、在线运行分析、故障诊断与预测和腐蚀评估与预测。 图 3 腐蚀诊断与评估 （3）工艺优化与诊断）工艺优化与诊断 14 基于机理模型、工业知识库和工业大数据模型的工艺机理模型，可以对生产过程的运行状态进行实时监控、分析、预警和评价，通过软仪表、工况分析与诊断、系统优化等应用，分析生产瓶颈，深挖工艺潜力，以市场为导向，指导企业降低生产成本，增产高附加值产品，提高企业整体经济效益。 图
28、4 工艺过程实时优化 （4）炼化物料平衡）炼化物料平衡 基于工厂模型、 工业知识库的物料平衡， 实现生产全流程、 全天候物流跟踪，实时发现问题， 提升运营精细化水平。 主要包括物料移动、 物料平衡、 统计平衡、指令执行、业务流程自动化、岗位工作台六大模块。确保企业指令从下达到现场作业信息感知及反馈均有线上管理手段支撑；对装置、罐区、进出厂、仓储的批次管理提升对物流量、质跟踪追溯的能力；实现多系统岗位工作统一管理。 15 图 5 全厂物料平衡 （5）调度指挥）调度指挥 基于工业知识库，实现调度指挥在线闭环。提升协同指挥效率，提高科学决策水平。支撑全厂调度指挥应用，实现基于管理知识的调度智能化。生
29、产监控为运行、进出厂、罐区、物料平衡等敏感环节提供高效监控工具。预警告警为运行人员提供生产报警、生产预警、智能处理等信息。基于调度指令生成规则，对调度指令的编制、审核、发布、执行与反馈过程实现在线闭环管理。 图图 6 调度指挥平台 16 三、实现价值，开拓创新 1. 实施效果 （1）大机组仿真的应用）大机组仿真的应用 实现了压缩机、汽轮机、干气密封和润滑油系统机组模型以及配套场景的三维可视化建模，各个机组的培训课程设计及拆装展示与培训。并实现了 PC 和移动端多平台的仿真培训模式，使新员工操作知识和技能得到快速、大幅提高，从而提高培训效率， 提升了员工培训质量和效果， 减少了员工学习时间和培训
30、成本。 （2）设备健康管理的应用）设备健康管理的应用 通过实施强化了设备运行状态感知、 监测和管理， 提升了设备健康运行水平，使各级设备管理部门实时准确的了解当前的设备运行状态， 提升设备异常状态预警和处置能力。引入模型和数据分析工具，评估设备运行状态，优化现场操作，降低设备运行风险，支撑装置长周期运行。通过预测故障，提前进行计划维修，降低事故发生概率，避免非计划停车。 （3）工艺优化与诊断的应用）工艺优化与诊断的应用 提供生产装置优化解决方案，对生产过程的操作方案、工艺技术参数、装置潜力和瓶颈等进行经常性的定量分析和诊断，优化装置生产操作。把原油调合成套装备与原油近红外快评工具、原油加工优化
31、软件深度融合，实现了对近百余种原油配方优化和组分的精确控制，原料组分稳定可控，确保了常减压装置平稳经济控制。同时，将大数据分析与机理分析相结合，对生产数据、石脑油原料进行分析建模， 建立操作样本库， 指导工艺参数优化.通过机理模型验证后， 提高汽油收率和辛烷值，增效显著。 （4）物料平衡的应用）物料平衡的应用 覆盖生产装置、罐区、码头、仓储、进出厂、生产调度、生产统计、计量等生产管理业务，向下对接实时数据库和 LIMS，向上为 ERP 系统提供及时、准确和完整的生产物料数据，实现生产物流全流程管控。提升生产业务规范化水平，规范装置、罐区、统计等业务管理流程，固化并形成标准业务流程。实现了从原料
32、进厂到产品出厂的全过程跟踪和精细化管理。 支撑生产统计月结提速， 实现 “日平衡、旬确认、月结算” 。 17 （5）调度指挥的应用）调度指挥的应用 实现调度自上而下、物料移动自下而上的业务流程自动化；创新物料统计平衡模式，实现班组、调度、统计数出一门。整覆盖全公司生产业务调度指令流转体系， 将日计划转化为调度指令， 实现指令从公司级调度、 储运/港储调度、 内操、外操的在线闭环管理，调度指令与物料移动实时同步、业务联动。在人员数量不变的情况下，使指令执行效率显著提高，实现新型减员增效。 2. 经济效益与社会效益 石化数字孪生应用在中国石化下属 4 家智能工厂试点企业投用， 并向大型炼化企业、民
33、营企业推广。4 家试点企业累计增效超过 29 亿元（其中与数字孪生应用相关经济效益为 4.9 亿元/年） ，3 家企业被评为国家智能制造试点示范，2 家企业被评为国家首批绿色示范工厂。 ProMACE 的创新应用为我国石化企业树立一个面向工业互联网的数字孪生应用的模板和标杆，还可为各类智能工厂所涵盖的智能化技术提供应用示范平台。建设石化数字孪生应用，具有示范性及代表性，符合国家“制造强国”战略的核心内容，打造数字化、网络化、智能化的新名片，实现产业引领。建设过程中沉淀大量生产控制和过程数据，利用大数据、人工智能等工具进行分析和试验，促进了优化和控制模型的产生和验证，帮助企业快速获取行业的最佳实
34、践、弥补自身不足。石化工业数字孪生应用属于典型的石油和化工行业工业软件，通过研发和建设，打破了国外同类软件在国内的垄断地位，提高了国产化自主可控水平。 3. 先进性与创新点 首次在石化行业建立了石化信息物理系统，及其体系结构、单元模式结构、单元层级结构、网络架构和计算架构，工业互联网平台上实现了石化信息物理系统的工程化实践。 以ProMACE为平台， 首次实现了对石化工厂全方位的数字化、 模型化描述。包括含物理资产描述的工厂模型、装置与设备的三维模型、工艺机理模型、数据驱动的大数据分析模型、基于专家经验的业务模型等。通过对工厂设计全过程的 18 工程管理以及数字化交付，构建炼化生产企业数字孪生
35、，为企业生产运行提供可视化的环境。实现了基于数字孪生的资产全生命周期管理新模式。率先实现了全面感知、实时监控、预测预警、智能处置、协同优化、精准执行、学习提升的新一代生产营运管控的新模式。 四、追求无止境，创新不停歇 将石化行业应用实践和成果，转化成面向全流程工业的“操作系统”标准与整体解决方案，向能源化工和其它流程行业领域推广。 从支撑面向生产制造过程智能化的智能工厂、智能油气田和面向产品研发设计与科研活动过程的智能研究院，向支撑智能供应链、数字化工程和智能加油站的场景发展，最终实现流程制造行业全产业链的应用支撑。 在中国石化大型炼化企业全面推广的基础上，进军民营大型炼化企业市场，推动民营炼
36、化企业向数字化、智能化转型，强化工业互联网平台在现代煤化工、生物化工等市场的优势地位。并借助“一带一路”国家战略，打开国际市场。 19 案 例 3 “5G+智慧工厂”来袭， 上海烟草机械焕发新活力 上海烟草机械为上海传统的机械制造企业，近年来也逐步开展了智能制造探索，但是工厂在生产、售后运维及数据安全等方面均遇到一定困难。针对客户问题，中国移动（上海）产业研究院利用 5G 高带宽、低时延的特点，提供端到端解决方案，实现了 AGV 机器人无线控制、5G 数字孪生产线、5G+AR 维修、高精度室内定位等业务。 一、项目概况 1. 项目背景 上海烟草机械为上海传统的机械制造企业，近年来逐步开展了智能
37、制造探索，但是工厂在生产、售后运维及数据安全等方面均遇到一定困难。一是 AGV 机器人基本通过 WiFi 进行控制信号和数据传输， 存在着 WiFi 信号同频干扰、 漫游切换易掉线（重连） 、覆盖死角等问题。二是作为一家设备制造商，上海烟机在传统的售后模式中， 需要工程师上门检测设备， 加上上海烟草机械的设备遍布全国，存在售后周期长、成本高、响应速度慢的问题。三是制造型企业的核心生产数据可以说是企业中最重要的部分，在过去海量数据不能得到有效的保存，存在着数据安全问题。 2. 项目简介 5G 具备更低的时延，更高的速率，更好的业务体验，有感知泛在、连接泛 中移（上海）信息通信科技有限公司 20
38、在、智能泛在的特点。利用 5G 技术让制造型企业快速提高生产力，破解 5G 在垂直行业应用发展的难题，中国移动（上海）产业研究院致力于工业互联网平台建设， 开展工业及能源领域平台及端到端解决方案研发， 打造上海烟机 5G+离散制造业的示范项目，实现了 AGV 机器人无线控制、5G 数字孪生产线、5G+AR维修、高精度室内定位等业务，未来还将部署 5G+边缘计算、5G+CPS 实现自然导航的人机协作移动机器人应用等业务。 3. 项目目标 通过 5G 实现工厂多设备、多车间统一管理，统一运维，安全隔离，从而带来巨大的经济效益。 一方面，使用 5G 替代局域网走线，减少现场有线组网的建设难度和管理难
39、度，大幅降低了走线布设的成本和后期运维的难度。 另一方面，降低用工成本，提高生产效率。5G+机器人的应用可以实现工厂无人化， 不仅降低了人员的成本， 而且提高了操作的规范性， 现场生产的安全性。将所有生产步骤程序化，提高了生产的效率。 最终，通过 5G 在智能工厂的应用探索出智能工厂的新业务、新业态和新模式，推动行业制造技术进步，为 5G 在其他行业的垂直应用提供典范，给社会经济与生活带来革命性的影响。 二、项目实施概况 1. 总体网络架构和具体场景 （1）总体网络架构）总体网络架构 针对 5G 网络改造，原则上充分利用现有站址、传输、管线、动力资源，进行网络部署，5G 网络部署原则参考中国移
40、动集团规模组网建设原则。 上海烟草机械工业及能源领域平台及端到端解决方案选取上海烟草机械西厂区的智能车间进行业务的示范测试，整体网络布设方案采取 5G BBU+皮基站（pRRU）的形式。5G 基站的 BBU 安装在东厂区，通过光纤接入西厂区的第一个 RHUB，第一个 RHUB 负责了 AGV 活动区域的 7 台 pRRU，同时串联了第二台 RHUB，也就是 ZB415 区域的两台 21 pRRU，并对各项应用的重点活动区域做了网络优化，5G 网络拓扑如图 1。 图 1 上海烟机车间 5G 网络拓扑图 （2）AGV 机器人无线控制机器人无线控制 在设备侧， AGV 机器人改用 5G 网络取代 W
41、iFi 组网。 利用 5G 网络实现 MES服务器与车间 AGV 机器人的实时通信，MES 服务器可通过 AGV 机器人对现场的物料实现智能调度。 同时， 利用 5G 网络大带宽、 低时延、 抗干扰性强的优势，技术人员可对 AGV 机器人及生产线进行指令实时下达和操控，完成对 AGV 机器人和生产线的精准远程管控。 图 2 上海烟草机械 5G 智慧工厂 AGV 机器人 （3）5G 数字孪生产线数字孪生产线 ZB415 烟机产线由主机加辅机组成，体积庞大。该智能机组内置超过 400个采集点位，每个点位的数据采集频率均为毫秒级。因此系统每秒会产生海量的数据， 要将这些数据实时的传输到数字孪生系统中
42、就需要 5G网络大带宽的加持， 22 通过数字孪生系统对机组的运行状态进行远程的控制，如开机、停机、复位、包装速度调整等。5G 网络的低时延、高可靠性确保了这些控制指令下发的实时性和可靠性。当机组某一个零部件出现故障时，数字孪生系统会通过布置在机组内部的传感器检测到该零件，并立即在系统内进行报警；同时会联动监控摄像头定位到出现故障的零部件的位置， 并放大监控画面以便于控制中心的专家进行进一步的故障诊断和确认。 图 3 5G 数字孪生系统及实景 （4）5G+AR 辅助维修辅助维修 通过 AR 技术，在设备出现故障时，远程的维修工程师可通过 AR 眼镜或者手机、平板上的摄像头看到设备的故障情况，并
43、通过 AR 眼镜或者平板的显示器对设备附近的工人进行维修作业指导， 从而减少了工程师出差前往设备现场的人力成本，也减少了烟机的维修时间。 图 4 5G+AR 辅助维修 （5）高精度室内定位）高精度室内定位 通过 UWB 高精度实时定位首先能直观地显示货物托盘的精准位置，方便现场原材料的管理和监督， 同时通过位置信息形成各类软件应用方面的功能进一步 23 提升了管理和监督的便捷性、实时性和智能化，而基于长时间、大量位置数据形成的人员和托盘原材料位置、轨迹能作为工序效率提升的基础信息数据，为智慧工厂领域带来突破性的信息化变革。 图 5 室内高精度定位工厂 2. 安全及可靠性 工业互联网由于涉及到工
44、厂内和工厂外的网络体系建设， 因此其安全体系主要从工业和互联网两个方面来构建。从工业视角考虑，安全的重点是保障智能化生产的连续性、可靠性，关注智能装备、工业控制设备及系统的安全；从互联网视角考虑，安全主要保障个性化定制、网络化协同以及服务化延伸等工业互联网应用的安全运行以提供持续的服务能力，防止重要数据的泄露，重点关注工业应用安全、网络安全、工业数据安全以及智能产品的服务安全。因此，本项目依据工业互联网产业联盟发布的工业互联网安全架构 ，构建工业互联网安全保障体系总体框架，如下图所示，具体包括设备安全、网络安全、控制安全、应用安全和数据安全等五大重点。 24 图 6 工业互联网安全解决方案总体
45、框架 本项目中的工业互联网安全解决方案覆盖安全技术防护的全场景， 涵盖了工业产品的设计研发、生产制造、后期运维服务等阶段，重点聚焦工业控制层面、内网层面和互联网云平台等多个层面， 重点构建了工业防火墙、 工业隔离系统 （工业网闸） 、网络防火墙和虚拟防火墙等工业安全产品或解决方案，实现融合网络结构优化、边界安全防护、接入认证、通信内容防护、通信设备防护、安全监测审计等多种防护措施，构筑立体化的网络安全防护体系。 三、项目创新点和实施效果 1. 项目先进性及创新点 通过 5G 实现工厂多设备、多车间统一管理，统一运维，安全隔离，能够带来巨大的经济效益。 一方面，减少现场有线组网的建设难度和管理难
46、度，使用 5G 替代工厂局域网，大幅降低了走线布设的成本和后期运维的难度。另一方面，降低用工成本，提高生产效率。 5G+机器人的应用可以实现工厂无人化， 不仅降低了人员的成本，而且提高了操作的规范性，现场生产的安全性。将所有生产步骤程序化，提高了生产的效率。 最终，通过 5G 在智能工厂的应用探索出智能工厂的新业务、新业态和新模式，推动行业制造技术进步，为 5G 在其他行业的垂直应用提供典范，给社会经济与生活带来革命性的影响。 25 （1）率先实现）率先实现 5G 在工业离散行业的应用在工业离散行业的应用 中国明确 5G 时代的引领战略，从 5G 国际标准到国内 5G 产业推动，我国在政策引领
47、、研究布局和试验验证方面均处领先地位，因此有必要率先开展规模组网建设进行 5G 典型的业务验证，提升我国 5G 在国际上的影响力。本项目以工业离散行业为应用场景，迅速部署 5G 预商用网络，尽早开展真实环境下 5G规模组网验证，探索 5G 网络规划、组网及优化理论方法，推动 5G 网络商业部署进程以及产业链成熟，完成典型业务场景的 5G 规模组网。 （2）部署）部署 MEC 边缘计算，提升网络效率，支撑灵活行业应用边缘计算，提升网络效率，支撑灵活行业应用 MEC 使得传统无线接入网具备了业务本地化和近距离部署的条件，从而提供了高带宽、低时延的传输能力，同时业务面下沉形成本地化部署，可以有效降低
48、对网络回传带宽的要求和网络负荷。 另一方面，MEC 把无线网络和互联网技术两者有效融合在一起，并在无线网络侧增加计算、存储、处理等功能，构建了开放式平台以植入应用，并通过无线 API 开放无线网络与业务服务器之间的信息交互，对无线网络与业务进行融合，将传统的无线基站升级为智能化基站。面向业务层面，移动边缘计算可向行业提供定制化、差异化服务，进而提升网络利用效率和增值价值。 工业大企业客户对于通过运营商移动网络这类公网进行车间制造、 控制管理等通信具有一定程度顾虑，而利用 MEC 技术可以完美地解决这个问题。在覆盖企业的网络基站处部署 MEC 边缘计算云，可实现将指定的内网通信进行旁路，直接终结
49、在企业内部，而不再上传至运营商的核心网络，既提升了网络速度、降低了处理时延，也从物理网络上确保了企业内网的信息安全。 （3）实现示范模式创新）实现示范模式创新 将 CPS 系统引入机床设备制造，实现生产工艺与信息系统融合，体现了生产模式从“集中型”到“分散型”的范式转变，将 5G 技术引入工业互联网，利 5G具备更低的时延，更高的速率，更好的业务体验，有感知泛在、连接泛在、智能泛在的特点，在信息物理融合系统 CPS 的支持下，实现了离散制造业生产设备网络化、生产数据可视化、生产文档无纸化、生产过程透明化、生产现场无人化等先进技术应用，做到纵向、横向和端到端的集成。 26 图 7 基于 CPS
50、的远程控制与故障检测 2. 实施效果 AGV 机器人改用网关加 5G CPE 的方式取代 WiFi，大幅提升生产效率，降低运维成本。 ZB415 包装机联网改造及视频监控组网， 利用数字孪生系统提升远程故障定位可行性，有效提升了企业智能化，为企业降本增效。 上海烟草机械生产的烟机远销全国各地， 通过 AR 拆解设备赋能远程辅助维修，无需专家出差到现场进行指导，且大幅提升售后效率，降低售后成本。 通过 UWB 技术对仓库内叉车及物料托盘进行高精度定位， 实现物流仓储的自动化和智能化。 总体来说，通过对设备的 5G 网络改造，利用 5G 组网，打通了云端服务器与车间设备的实时通讯，云端服务器可通过
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