北京东土科技（宜昌）公司智能工厂是东土集团制造业务中心和智能制造示范基地，位于湖北省宜昌市高新区电子信息产业园，总占地面积约200亩，总建筑面积约13万平方米。东土宜昌工厂承担着东土集团工业互联网产品的生产，以“研发中心、测试中心、制造仓储中心、培训中心及附属配套中心”五位一体，是面向全球市场服务的“工业以太网科技产业园基地”。
北京东土科技股份有限公司是“中国制造2025”的实践者和推动者，基于工业4.0和《中国制造2025》，计划将工厂打造成新一代的网络协同智能工厂，以提高现有产品的生产效率及产品质量。重点解决传统IT与OT分离造成信息集成和互操作困难，IT的指令难以深入控制系统，IT层也很难获取和处理大数据的问题。在工厂设计时需要在仓储、物流、制造上具备“工业4.0”水准。
一、需求分析
实现工厂从IT到OT的纵向打通，实现IT系统之间的横向协同，实现从OT到IT的数据驱动。
1. 工厂实现对厂区环境、生产过程、工厂内设备等集中监控与管理。
2. 车间内，实现全流程打通，上下游系统协同，柔性生产，质量可追溯；
3. 产线部署成本控制，灵活高效；
4. 作业任务、指导书直达工位，提高可视化程度。
二、系统设计
以东土科技Intewell工业互联网操作系统为核心，打造软件定义生产流程、软件定义控制系统的网络协同智能工厂，从园区到车间、到产线、到工位均展现柔性智能。
1. 现场层：包括传感器，仪器仪表，条码，射频识别，机器人等感知和执行单元，采用Modebus、EtherCAT、Autbus远程IO方式实现设备接入。
2.边缘计算层：基于软件定义控制理念，以工业服务器为基础，建立虚拟化的控制内核，并基于Autbus二线总线实现与I/O的互通。在这层的部署设计中，利用工业服务器上的虚拟桌面系统，部署KySCADA，实现现场侧数据采集与监视控制系统（SCADA）功能。部署KyGate，实现采集的设备数据和生产数据。
3.云层：整体构建在东土私有云Kycloud的基础上，利用KyVista，KyMOM、AHM，承载了采购管理，生产计划，销售管理，客户管理，设备管理等组件，实现了企业厂区的可视化，完成对企业整体生产的管理工作, 实现横向协同。
云层的KyMOM、KyVista与控制层的工业服务器之间基于实时数据库实现互操作，控制层的工业服务器基于KyMOM的命令实时进行控制调整。管理层的KyVista 、AHM能够利用订阅的控制层数据进行大数据分析，驱动产品质量改进。
三、实施方案
1. 智慧园区-实现全景可视化
通过全要素数据采集,包括车位地磁传感器、井盖防盗、垃圾满溢传感器、烟感、温感、水质监测、智慧路灯通过LoRa技术、5G技术实时采集各种传感器数据分析展示并集成门禁监控系统、视频监控系统、防盗报警系统，实现园区内资源的汇聚共享、跨部门的协调联动，提升园区管理的效果和效率。全景可视化将园区管理、生产过程、工厂内设备、工厂能耗等系统通过3D可视化集中监控与管理，提高了工厂现代化管理水平。
2. 智慧车间——实现全流程打通、生产协同和过程优化
基于云平台上的KyMOM系统通过八大功能模块建立BOM、工艺文件、检验文件、物料、库存、订单等信息模型，基于软件定义流程及生产计划智能排程、资源管理、设备管理、物料管理、质量管理、生产过程管理等操作，并利用高度实时的数据采集和分析系统对工厂各环节生产数据进行采集，利用基于大数据的在线故障诊断与分析装备对目标产品的生产过程，包括工艺参数、进度、品质、能耗、库存等指标进行实时监控和深度分析，及时调整工艺参数和生产计划，实现制造过程中效率、质量、成本、能效的持续优化。
自由搭建符合工厂的业务模型
软件定义工艺流程实现产品工艺柔性设计
基于人机料法环的智能排程
3. 智慧产线-工业服务器实现软件定义控制
以最具有代表性的智能装配线为例：
自动化装配线采用赋码工装板在倍速链流水线上流动，实现产品的组装和测试；共15个自动化工位，自动装配线、自动测试线的节拍时间最大25S；装配卡轨产品：2000台/天，机架产品：1000台/天；
整个产线的控制，都是通过工业服务器完成的。工业服务器的开发理念是实现软件定义控制，因为传统金字塔模型中的工业控制系统基础设施大多以专有硬件为基础，这些专有硬件限制了系统的灵活性。基于软件定义，可实现硬件标准化，通过软件定义的方式来实现控制逻辑的可移动和可重构。
工业服务器搭载东土自研的工业互联网操作系统Intewell,将工业服务器虚拟成多个实时系统和非实时系统，实时系统与非实时系统隔离，集成边缘计算、过程控制、运动控制、机器视觉、模拟仿真、人工智能等多种业务。该操作系统是军民融合产品，经过19年研发技术沉淀，承担6项核高基专项，实现了国产操作系统的完全自主可控，产品在航空电子、飞行控制、舰船电子、兵器、汽车电子、移动终端、消费电子以及通信等领域获得了大量成功应用。在高可靠、高安全、强实时、自主可控、适航等领域具有丰富的工程应用经验，拥有多项研究成果、核心技术、知识产权以及专利。
基于以上积累Intewell工业领域，实现了:
① 高实时虚拟化、高实时微内核，实现硬件资源的软件定义。在工业服务器上，支持在一个CPU上部署不少于20个软件定义的实时系统以替代PLC控制器，支持实时系统和非实时系统同时隔离运行，支持最小50us的循环时间以适应高实时控制。
② 集成工业主流协议驱动，内置种类丰富的工业协议库。
③ 对实时系统全生命周期管理和多维度状态监控。
④ 支持x86/ARM/PPC/龙芯/飞腾体系架构。
基于这种理念，产线使用的控制器产品均采用东土的工业服务器，通过Intewell的操作系统来实现的软件定义控制。在这个产线上工业服务器一个CPU有4个核，当前配置是1个核分配给非实时系统，运行实时数据库系统，及提供与云端的对接。另外三个核分配给了13个虚拟PLC，完成了产线的电气控制、机械手臂调度、直角坐标机械臂运动控制、现场数据采集、协议转换上云。功能上保持其原有的逻辑分离、隔离性、简洁性。节省了设备空间，降低了投资和运维成本。
工业服务器连接高速运动区、低速控制区、数据采集区、工业云服务。
同时，工业服务器运行实时数据库及设备管理Agent，数据上云，实现KyMOM指令的上传与下达及工业服务器的云端管理(AHM)，达成每个产品生产过程的可追溯性，实现数值化、信息化和智能化的生产。
4. 智慧工位-KyMOM实现任务直达
KyMOM 基于软件定义架构，通过产品定义工艺和工序，工厂建模绑定产线、工位和人员技能，对外提供生产能力、产品和产线、工位、人员自动匹配、智能排程、工艺可视化、软件定义工艺流程，作业指导书随产品定义工艺、工序直接生成，随任务直达工位，点进任务，呈现可视化的作业指导书，并通过扫描物联编码可检验物料的正确性，同时实现工单的生产记录（人、时间、物料、所用设备、使用数量、批次）。
四、用户价值
1. 一台工业服务器完成传统方案原有十多个PLC 控制器、运动控制器完成的控制任务、IPC 完成的RFID 采集以及协议网关完成的数据上云。极大节省了设备空间、投资和运维成本。扩展方便，可灵活接入其他设备。
2. 软件定义流程，仿真验证工艺可行性，节约成本投入，实现柔性生产；
3. 通过智能排程，合理安排和调整在制品的生产计划，提供交货准确性，实现生产效率提升。
4. 半成品、产成品的生产过程正反向追溯，提升质量追溯能力，提早预防问题的出现。
5. 可视化生产过程、数字化报表及看板，能够实时掌握车间情况，能更好的辅助决策。
