物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

　　摘 要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已在智能制造企業(yè)中被廣泛應(yīng)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(shè)計管理、生產(chǎn)控制、多點控制及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全等。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(luò)控制服務(wù)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(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)通訊;智能制造企業(yè);融合技術(shù)

　　1 引言

　　隨著通信技術(shù)及電子信息技術(shù)的發(fā)展，邁科斯技術(shù)服務(wù)公司自主研發(fā)的 Max 集控系統(tǒng)的融合技術(shù)與應(yīng)用效果在智能制造工廠得到了廣泛的應(yīng)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(dá)能夠得到實時數(shù)據(jù)支持，實時下達(dá)指令，并且能在這三個維度之間進(jìn)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(yīng)用智能制造工廠控制端下行設(shè)備和控制設(shè)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(shè)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(yuǎn)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(wù)查詢。 ③移動端。主要功能是生產(chǎn)進(jìn)度的查詢。④大屏。主要展示實時運行狀態(tài)及進(jìn)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(wù)指定分派給生產(chǎn)設(shè)備，確認(rèn)分派信息后，將任務(wù)正式下達(dá)給設(shè)備，相當(dāng)于把工作直接下達(dá)給設(shè)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(zhǔn)確。

　　決策分析主要是能查看生產(chǎn)任務(wù)的信息、報工產(chǎn)量的信息和任務(wù)進(jìn)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(wù)和生產(chǎn)任務(wù)的進(jìn)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(wù)進(jìn)度。工藝指導(dǎo)書可直接在系統(tǒng)中進(jìn)行下載，省去了從辦公室拷貝工藝指導(dǎo)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(shè)備查看生產(chǎn)任務(wù)信息、生產(chǎn)任務(wù)的實時進(jìn)度，隨時隨地查看任務(wù)的進(jìn)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(jìn)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(shè)備的運行狀態(tài)、生產(chǎn)任務(wù)的實時進(jìn)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(shè)的要求

　　2.2.1 統(tǒng)一先進(jìn)

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

　　2.2.2 成熟穩(wěn)定

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)安全等各個方面采用先進(jìn)、成熟、實用的技術(shù)。系統(tǒng)應(yīng)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(fù)機制，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，快速恢復(fù)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(wù)處理能力，滿足目前和未來業(yè)務(wù)需要，具備較好的性能擴(kuò)展能力。系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)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(yīng)充分考慮各級各類使用人員的操作習(xí)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(shè)基于電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)體系、業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化管理理念，要與智能工廠信息化管理體制相適應(yīng)。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(fēng)險，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全、穩(wěn)定、可靠。應(yīng)提供完備的安全模型，從應(yīng)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(yīng)用過程中各個層面的數(shù)據(jù)、訪問、開發(fā)、架構(gòu)等進(jìn)行安全性設(shè)計并實現(xiàn)。

　　2.2.5 擴(kuò)展兼容

　　系統(tǒng)設(shè)計充分考慮良好的擴(kuò)展性和彈性，針對業(yè)務(wù)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(shè)計等多方面采用靈活機制，方便業(yè)務(wù)的擴(kuò)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(shù)是依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得以長遠(yuǎn)發(fā)展的，因此，應(yīng)該不斷提高 Max 集控系統(tǒng)的核心技術(shù)水平，積極研發(fā)和引進(jìn)新技術(shù)，促進(jìn)科技創(chuàng)新。首先，應(yīng)該建立起公共服務(wù)平臺，用來解決 Max 集控系統(tǒng)在發(fā)展過程中遇到的技術(shù)問題，并可以在平臺上進(jìn)行技術(shù)研究與研發(fā)，在應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)上加快技術(shù)創(chuàng)新，做好頂層設(shè)計，滿足智能化制造工廠發(fā)展的需要;其次，有重點地進(jìn)行技術(shù)開發(fā)與研究，要加大對重點業(yè)務(wù)、關(guān)鍵技術(shù)的研究，建立起標(biāo)準(zhǔn)驗證和仿真的服務(wù)平臺，并加快標(biāo)準(zhǔn)制度建設(shè);再次，在技術(shù)研發(fā)時不可因循守舊，應(yīng)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(jìn)行對比分析，加快國內(nèi)技術(shù)研發(fā)。

　　4 Max 集控系統(tǒng)未來升級方向

　　Max 集控系統(tǒng)在應(yīng)用智能工廠中各層的運行分工和各層的業(yè)務(wù)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(shè)備搭建連接、分工控制(種類復(fù)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(guān)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(fù)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(fù)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(luò)共同存在，不同網(wǎng)絡(luò)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(luò)之間能夠建立聯(lián)系。目前的研究無論是基于設(shè)計統(tǒng)一網(wǎng)關(guān)的思路，還是基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的理念都是少數(shù)幾種網(wǎng)絡(luò)融合，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際需要。未來研究中，針對物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性、承載業(yè)務(wù)量大特點，開發(fā)統(tǒng)一的物理及 MAC 底層及其協(xié)議促進(jìn)多種網(wǎng)絡(luò)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(shè)計的安全保護(hù)策略是不全面的，適用范圍有限，再加上不同應(yīng)用場景對安全要求側(cè)重點也不一樣，因此，設(shè)計適用范圍更廣的入侵檢測與防御系統(tǒng)、設(shè)計更有效的訪問策略、制訂有效的移動設(shè)備跨域認(rèn)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(shè)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(shù)已具備在智能制造工廠中應(yīng)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(shù)、系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度方法和先進(jìn)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(shè)備數(shù)據(jù)能耗采集、質(zhì)量控制與統(tǒng)計等新的技術(shù)。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(yīng)這個時代的到來付出微薄之力。