1、項目背景
制造業(yè)是工業(yè)化和現(xiàn)代化的主導(dǎo)力量。新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深 度融合，正在推動制造業(yè)生產(chǎn)方式向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向加速邁進。
物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等新一代信息技術(shù)正在加速碰撞、融合，不斷催生新的技術(shù)、業(yè)務(wù)形態(tài)和業(yè)務(wù)模式。數(shù)字孿生作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，作為現(xiàn)實世界實物或系統(tǒng)的數(shù)字化表達，以其普適的理論體系廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，尤其是在制造業(yè)所屬的工業(yè)領(lǐng)域的表現(xiàn)尤為突出。
當前工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展到高度自動化與信息化階段，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的信息。但由于企業(yè)信息的多源異構(gòu)、異地分散特征易形成信息孤島，在生產(chǎn)中沒有發(fā)揮出應(yīng)有的價值。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對車間實時監(jiān)控，一方面，數(shù)據(jù)采集與分析使得系統(tǒng)行為刻畫得更加精準和透明， 為調(diào)度系統(tǒng)做出正確響應(yīng)提供準確的數(shù)據(jù)來源；另一方面，在數(shù)據(jù)實時處理下車間狀態(tài)瞬息萬變，這對企業(yè)調(diào)度系統(tǒng)的運算時間性能提出了更高的需求。
2、項目建設(shè)內(nèi)容
卡奧斯D3OS，涵蓋工業(yè)智能、數(shù)字孿生、設(shè)備物聯(lián)、數(shù)據(jù)主線四大核心模塊（如圖1）。具備數(shù)據(jù)采集、治理及智能化應(yīng)用的全流程能力， 實現(xiàn)設(shè)備間、系統(tǒng)間的物聯(lián)、數(shù)聯(lián)、智聯(lián)，幫助企業(yè)可視（全場景三維/ 實景可視化，全要素數(shù)據(jù)可視化）、可管（數(shù)據(jù)治理，設(shè)備管理與追 蹤，生產(chǎn)流程管控）、可預(yù)測（生產(chǎn)計劃排程優(yōu)化，設(shè)備預(yù)測性維護）。
圖1卡奧斯D3OS產(chǎn)品體系架構(gòu)
（一）loT Plat設(shè)備物聯(lián)，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來
卡奧斯D3OS搭建了實現(xiàn)資產(chǎn)和設(shè)備管理的物聯(lián)網(wǎng)平臺—IoT Plat，快速搭建企業(yè)級物聯(lián)系統(tǒng)。提供設(shè)備接入、資產(chǎn)管理、規(guī)則引擎、可視化等服務(wù)，通過MQTT、HTTP和CoAP等協(xié)議的加密傳輸，完成工業(yè)環(huán)境中全設(shè)備的接入以及數(shù)據(jù)采集。幫助傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備的入網(wǎng)上云，實現(xiàn)了工業(yè)環(huán)境中海量數(shù)據(jù)的接入以及關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實時傳輸，有效解決了物理 模型與數(shù)字模型的真實性與動態(tài)一致性問題。
（二）Data Thread數(shù)據(jù)主線組件，深度挖掘數(shù)據(jù)價值
跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯聚、處理及數(shù)據(jù)價值的挖掘，幫助企業(yè)快速、高效的匯聚物聯(lián)數(shù)據(jù)及信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)。支持多源異構(gòu)的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過可拖拽的模塊化的組件搭建數(shù)據(jù)ETL處理流程，同時內(nèi)置了低代碼的數(shù)據(jù)處理引擎靈活處理企業(yè)各類數(shù)據(jù)。實現(xiàn)對設(shè)備、生產(chǎn)、工 藝、質(zhì)量、能耗等多方數(shù)據(jù)的統(tǒng)一治理分析，大幅提高數(shù)據(jù)采集及清洗 的效率、準確性和便捷性。同時降低大數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)門檻，用戶只需簡單操作組件面板的配置項，即可實現(xiàn)復(fù)雜的調(diào)度任務(wù)處理，為企業(yè)決策提供分析依據(jù)。
（三）DT Studio數(shù)字孿生場景編輯器，快速搭建高逼真虛擬場景
DT studio整合數(shù)據(jù)建設(shè)虛擬場景，實現(xiàn)卡奧斯D3OS各類場景的數(shù)字孿生。設(shè)備模型庫提供大量工業(yè)設(shè)備在線模型，通過所見即所得的場景編輯器十幾分鐘創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)驅(qū)動的孿生工廠，可讓企業(yè)便捷的監(jiān)控與管理全生命周期的設(shè)備、產(chǎn)線、工廠。
（四）DI Engine 工業(yè)智能決策引擎，實現(xiàn)生產(chǎn)流程再造
為了解決柔性作業(yè)車間動態(tài)調(diào)度問題中存在的問題以及復(fù)雜供應(yīng)鏈管理難題，DI Engine通過人工智能，提出了智能車間調(diào)度新模式。卡奧斯D3OS利用DI Engine能力，人工智能與數(shù)字孿生驅(qū)動的智能調(diào)度決策優(yōu)化，以及對產(chǎn)線設(shè)備及生產(chǎn)流程的仿真和生產(chǎn)計劃的模擬，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程與結(jié)果的預(yù)測，推動生產(chǎn)排程和工藝的優(yōu)化調(diào)整，預(yù)測可能發(fā)生的業(yè)務(wù)中斷及其影響，解決供應(yīng)鏈體系問題，改善運營態(tài)勢。
3、應(yīng)用效果
（一）輕松管理百萬級設(shè)備，智能化處理海量數(shù)據(jù)
通過loT Plat集成物聯(lián)數(shù)據(jù)平臺，有效打通了設(shè)備生產(chǎn)方與終端使用方之間的壁壘，實現(xiàn)設(shè)備遠程監(jiān)控、在線運維、數(shù)據(jù)分析和預(yù)測性維護等在內(nèi)的全生命周期管理。
（二）跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯聚處理，全流程挖掘數(shù)據(jù)價值
Data Thread數(shù)據(jù)主線組件可實現(xiàn)跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯聚、處理及數(shù)據(jù)價值的挖掘，幫助企業(yè)沉淀數(shù)據(jù)資產(chǎn)。助力企業(yè)實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測實時化、數(shù)據(jù)BI可視化、決策科學(xué)化。
（三） 生產(chǎn)流程智能再造，數(shù)據(jù)驅(qū)動企業(yè)決策
DI Engine工業(yè)智能決策引擎，幫助企業(yè)實現(xiàn)高效、準確、快速、科學(xué)的高級生產(chǎn)計劃與排程。通過打通各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息孤島，實現(xiàn)生產(chǎn)流程再造，助力降本增效。
（四） 自由構(gòu)建工業(yè)數(shù)字化場景
依托DT Studio，實現(xiàn)各類場景的數(shù)字化、實景化、可視化以及虛擬制造仿真，高度還原場景細節(jié)，并支持視角切換、在線巡檢和數(shù)據(jù)面板實時加載等，助力企業(yè)快速搭建數(shù)字化場景。
4、主要創(chuàng)新點
（一）攻關(guān)以真實數(shù)據(jù)驅(qū)動的虛實融合場景構(gòu)建技術(shù)
卡奧斯D3OS，基于海爾在工業(yè)流程行業(yè)具備的生產(chǎn)過程連續(xù)、控制自動化程度高、數(shù)據(jù)經(jīng)驗累積豐富、加工制造模式成熟等優(yōu)勢，結(jié)合卡奧斯工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺沉淀的機理模型、知識圖譜、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)組件，在數(shù)字孿生領(lǐng)域及人工智能領(lǐng)域開展關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，突破性構(gòu)建工業(yè)智能、數(shù)字孿生、設(shè)備物聯(lián)、數(shù)據(jù)主線四大創(chuàng)新模塊，實現(xiàn)：全場景三維/實景可視化、全要素數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)治理、設(shè)備管理與追蹤、生產(chǎn)流程管控、生產(chǎn)計劃排程優(yōu)化及設(shè)備預(yù)測性維護。
圖2 卡奧斯D3OS高精度數(shù)字孿生工廠
（二)DI Engine智能驅(qū)動虛擬生產(chǎn)
卡奧斯D3OS融合人工智能深度強化學(xué)習(xí)，數(shù)字孿生模型匯聚了計劃中和已發(fā)布的工作訂單、銷售訂單、待批事項、需求/供應(yīng)的實時數(shù)據(jù)和快照等，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策智能，推進數(shù)字孿生和深度強化學(xué)習(xí)在制造生產(chǎn)中的落地(如圖3)。
1.智能供應(yīng)鏈優(yōu)化
當供應(yīng)鏈環(huán)境變化進行最大化優(yōu)化，供應(yīng)鏈的變化最終會影響到原材料、零配件庫存。
2.APS生產(chǎn)計劃優(yōu)化
當零配件，或其他條件(比如：可用設(shè)備)變化時，及時調(diào)整生產(chǎn)計劃，使損失降到最低。
3.設(shè)備調(diào)度優(yōu)化
通過深度強化學(xué)習(xí)物流和供應(yīng)鏈體系，將更多任務(wù)交給系統(tǒng)自動執(zhí)行，從客戶服務(wù)到倉庫，整個自動化智能流程可以長時間無差錯運行，從而減少錯誤和事故數(shù)量，控制成本。
圖3 卡奧斯D3OS DI Engine智能驅(qū)動虛擬生產(chǎn)
DI Engine采用基于算法的自動排程，能科學(xué)實時響應(yīng)各種現(xiàn)場不可預(yù)測的擾動，計算由擾動引起的連鎖反應(yīng)，實時生成新的生產(chǎn)計劃排程以適應(yīng)現(xiàn)場動態(tài)變化，達到接單極大化、產(chǎn)能利用最大化，訂單延遲最小化。
5、推廣價值
平臺已對某工廠幾十臺工業(yè)設(shè)備逬行建模，生動形象的實時展示設(shè)備的運行情況的監(jiān)控和記錄并逬行精益化管理，減少設(shè)備的停機時長， 保障生產(chǎn)計劃按時完成。
通過搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺采集數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對數(shù)據(jù)進行集成分析，建立故障預(yù)警、診斷、設(shè)備生命周期等工業(yè)機理模型，并進行預(yù)測性維護，逐步培育出生產(chǎn)大數(shù)據(jù)決策能力。與此同時，工廠設(shè)備幾何模型、數(shù)據(jù)模型與仿真機理模型的高效融合，實現(xiàn)了產(chǎn)線中上千個點位的數(shù)字孿生與互操作。
通過數(shù)字孿生技術(shù)搭建智能生產(chǎn)系統(tǒng)，實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)分析排查產(chǎn)能和合格率的原因，提高設(shè)備的產(chǎn)能和合格率，最終實現(xiàn)產(chǎn)能的提升。
卡奧斯D3OS致力于以數(shù)字孿生技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型新范式，正助力各行業(yè)、各領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型、釋放數(shù)據(jù)價值，加速開拓具備行業(yè)引領(lǐng)性的巨大價值空間。
