物聯(lián)網(wǎng)技術在智能制造中的應用

　　摘 要：隨著信息技術的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術已在智能制造企業(yè)中被廣泛應用。以智能制造工廠項目為推點，整合了制造周期和多個過程，如設計管理、生產(chǎn)控制、多點控制及系統(tǒng)網(wǎng)絡安全等。基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能制造平臺對信息統(tǒng)一存儲并共享，初步構(gòu)建開發(fā)出一款針對企業(yè)在智能制造方面的網(wǎng)絡控制服務平臺，并形成了階段性成果。

　　王海申;趙春瑞;曲書杰;， 科技與創(chuàng)新 發(fā)表時間：2021-08-25

　　關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);網(wǎng)絡通訊;智能制造企業(yè);融合技術

　　1 引言

　　隨著通信技術及電子信息技術的發(fā)展，邁科斯技術服務公司自主研發(fā)的 Max 集控系統(tǒng)的融合技術與應用效果在智能制造工廠得到了廣泛的應用。同時也分析了智能制造各流程的特征，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能制造管理系統(tǒng)，給出了智能制造工廠的生產(chǎn)控制流程。

　　2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)及要求

　　智能工廠物聯(lián)網(wǎng)通常情況下，可從制造智能化、產(chǎn)品智能化、管理智能化來描述智慧工廠的三個維度，如果這些描述和表達能夠得到實時數(shù)據(jù)支持，實時下達指令，并且能在這三個維度之間進行交互，這就是所謂的智慧工廠，其具體框架如圖 1 所示。

　　2.1 集控系統(tǒng)功能的體系結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)應用智能制造工廠控制端下行設備和控制設備是通過現(xiàn)場總線控制來實現(xiàn)工業(yè)環(huán)境的數(shù)據(jù)感知和控制命令的下發(fā)。同時，通過對生產(chǎn)流程的監(jiān)控和生產(chǎn)設備運行狀況跟蹤，利用邁科斯自主研發(fā)的 Max 集控系統(tǒng)，可實現(xiàn)資源的最佳配置和生產(chǎn)流程的優(yōu)化，以此便于將能源消耗降低、遠程通訊集控以及提高生產(chǎn)工作效率。Max 集控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖 2 所示。

　　集控系統(tǒng)功能主要包括：①Web 端。主要功能是生產(chǎn)管理和決策分析。②機臺端。主要功能是車間管理和任務查詢。 ③移動端。主要功能是生產(chǎn)進度的查詢。④大屏。主要展示實時運行狀態(tài)及進度。

　　2.1.1 Web 端

　　生產(chǎn)管理是在系統(tǒng)中可以將生產(chǎn)任務指定分派給生產(chǎn)設備，確認分派信息后，將任務正式下達給設備，相當于把工作直接下達給設備。產(chǎn)量登記可以調(diào)整異常的產(chǎn)量數(shù)據(jù)或者補錄刪除一些產(chǎn)量數(shù)據(jù)，使生產(chǎn)數(shù)據(jù)更加的準確。

　　決策分析主要是能查看生產(chǎn)任務的信息、報工產(chǎn)量的信息和任務進度的信息，報表從多角度和不同維度來展示信息，方便管理者查看，輔助管理。

　　2.1.2 機臺端

　　車間管理主要是讓生產(chǎn)人員登錄系統(tǒng)，通過系統(tǒng)查看生產(chǎn)任務和生產(chǎn)任務的進度情況，讓生產(chǎn)人員消除紙質(zhì)單據(jù)從而快速報產(chǎn)量，方便快捷地查看任務進度。工藝指導書可直接在系統(tǒng)中進行下載，省去了從辦公室拷貝工藝指導書的工作。改變了原有的工作方式，不需要紙質(zhì)單據(jù)的傳遞，使工作簡單快捷，溝通互動效率提高。

　　2.1.3 移動端

　　通過手機移動設備查看生產(chǎn)任務信息、生產(chǎn)任務的實時進度，隨時隨地查看任務的進度情況。讓管理者不分時間、不分地域，實時查看掌控生產(chǎn)進度，讓管理變得簡單高效。

　　2.1.4 大屏

　　大屏電子看板可以展示設備的運行狀態(tài)、生產(chǎn)任務的實時進度，讓每一個經(jīng)過大屏的人員都可以洞悉整個車間的生產(chǎn)情況。

　　2.2 系統(tǒng)建設的要求

　　2.2.1 統(tǒng)一先進

　　系統(tǒng)建設遵循智能制造工廠的信息建設統(tǒng)一規(guī)劃，滿足信息化管理要求。系統(tǒng)設計采用先進的理念和技術，采用先進且成熟技術，本文中采用的技術全部經(jīng)過多個生產(chǎn)企業(yè)的成功應用。考慮到信息發(fā)展趨勢，在采用成熟技術的同時，廣泛使用當前流行技術，包括大數(shù)據(jù)技術、人工智能技術、支持圖譜技術等先進技術，保證系統(tǒng)能夠適應現(xiàn)代技術的未來發(fā)展。

　　2.2.2 成熟穩(wěn)定

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)安全等各個方面采用先進、成熟、實用的技術。系統(tǒng)應保證 7×24 h 穩(wěn)定可靠運行，滿足高可用性、高性能要求，支持足夠的并發(fā)數(shù)。具備備份恢復機制，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，快速恢復系統(tǒng)使其正常運行。

　　2.2.3 高效實用

　　系統(tǒng)具有強大的業(yè)務處理能力，滿足目前和未來業(yè)務需要，具備較好的性能擴展能力。系統(tǒng)設計應充分考慮實用性，為用戶提供良好的操作環(huán)境。支持至少 50 000 用戶使用，滿足并發(fā)要求。應充分考慮各級各類使用人員的操作習慣，實現(xiàn)操作簡單、界面友好親切，系統(tǒng)使用方便。

　　2.2.4 規(guī)范安全

　　系統(tǒng)建設基于電力行業(yè)標準指標體系、業(yè)務標準化管理理念，要與智能工廠信息化管理體制相適應。系統(tǒng)能夠防范系統(tǒng)外部非法入侵以及操作人員的越級操作等安全風險，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全、穩(wěn)定、可靠。應提供完備的安全模型，從應用安全、數(shù)據(jù)安全、用戶訪問安全、架構(gòu)安全等方面對軟件和應用過程中各個層面的數(shù)據(jù)、訪問、開發(fā)、架構(gòu)等進行安全性設計并實現(xiàn)。

　　2.2.5 擴展兼容

　　系統(tǒng)設計充分考慮良好的擴展性和彈性，針對業(yè)務多樣和多變的特點，從軟件架構(gòu)、軟件功能、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設計等多方面采用靈活機制，方便業(yè)務的擴充和變更，并兼容現(xiàn)有環(huán)境。

　　3 Max 集控系統(tǒng)遇到的核心問題

　　Max 集控系統(tǒng)的核心技術是依托物聯(lián)網(wǎng)技術得以長遠發(fā)展的，因此，應該不斷提高 Max 集控系統(tǒng)的核心技術水平，積極研發(fā)和引進新技術，促進科技創(chuàng)新。首先，應該建立起公共服務平臺，用來解決 Max 集控系統(tǒng)在發(fā)展過程中遇到的技術問題，并可以在平臺上進行技術研究與研發(fā)，在應用技術的基礎上加快技術創(chuàng)新，做好頂層設計，滿足智能化制造工廠發(fā)展的需要;其次，有重點地進行技術開發(fā)與研究，要加大對重點業(yè)務、關鍵技術的研究，建立起標準驗證和仿真的服務平臺，并加快標準制度建設;再次，在技術研發(fā)時不可因循守舊，應該積極借鑒國外優(yōu)秀案例，結(jié)合中國智能制造行業(yè)現(xiàn)狀以及未來智能制造工廠的行業(yè)發(fā)展進行對比分析，加快國內(nèi)技術研發(fā)。

　　4 Max 集控系統(tǒng)未來升級方向

　　Max 集控系統(tǒng)在應用智能工廠中各層的運行分工和各層的業(yè)務實現(xiàn)流程雖然明確，但對 Max 集控系統(tǒng)在各層之間的硬件設備搭建連接、分工控制(種類復雜)和信號信息的大量數(shù)據(jù)傳輸與虛擬空間之間的耦合關聯(lián)問題，目前的研究還不深入。物聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)在智能制造復雜環(huán)境、集中管控中的感知互動，需要建立物理模擬空間和信息模擬空間的虛擬模型，同時也建立了復雜工廠環(huán)境的電磁干擾模型。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中往往是多種類型網(wǎng)絡共同存在，不同網(wǎng)絡之間形成很多信息孤島，要實現(xiàn)互聯(lián)互通，必須讓不同網(wǎng)絡之間能夠建立聯(lián)系。目前的研究無論是基于設計統(tǒng)一網(wǎng)關的思路，還是基于認知網(wǎng)絡的理念都是少數(shù)幾種網(wǎng)絡融合，遠遠不能滿足實際需要。未來研究中，針對物聯(lián)網(wǎng)絡異構(gòu)性、承載業(yè)務量大特點，開發(fā)統(tǒng)一的物理及 MAC 底層及其協(xié)議促進多種網(wǎng)絡融合是發(fā)展趨勢。

　　Max 集控系統(tǒng)考慮工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)框架中各層次的安全不是相互獨立的，而是相互依賴的，針對每一層單獨設計的安全保護策略是不全面的，適用范圍有限，再加上不同應用場景對安全要求側(cè)重點也不一樣，因此，設計適用范圍更廣的入侵檢測與防御系統(tǒng)、設計更有效的訪問策略、制訂有效的移動設備跨域認證方法將是未來物聯(lián)網(wǎng)安全的研究熱點。

　　5 獲得的成果

　　Max 集控系統(tǒng)經(jīng)過多年的深耕研究與實踐理論，為智能制造工廠提高了資源利用率，節(jié)省了大量人力成本，完善了管理系統(tǒng)的諸多問題，解決了制造設備之間的互聯(lián)互通、無線傳感智能組網(wǎng)等一系列問題。提高了企業(yè)在生產(chǎn)過程中的工作效率，這些完善的技術已具備在智能制造工廠中應用的條件，同時也獲得了制造企業(yè)的口碑與贊賞。

　　6 結(jié)語

　　隨著工業(yè) 4.0 時代的到來和國家裝備制造業(yè)發(fā)展需要，筆者的課題組基于最新工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術、系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度方法和先進制造思想，開發(fā)出一體化計劃調(diào)度、生產(chǎn)建模與物料跟蹤、設備數(shù)據(jù)能耗采集、質(zhì)量控制與統(tǒng)計等新的技術。希望可以在未來的工業(yè)智能制造中發(fā)揮出一席用武之地，也為響應這個時代的到來付出微薄之力。