工業4.0時代的廠房升級改造智慧廠房

王強

【摘要】從當前發展的情況可以看出，中國制造企業所面臨的最主要問題是產能過剩和成本上漲，這就導致勞動力、土地以及能源的成本逐漸上升。與發達國家相比而言，我們國家的制造業發展參差不齊，規模很大但是實力相對較弱一點。制造業在摸索和轉型的過程當中，有很多企業對工業4.0為代表的智能制造模式提起重視，并以此為基礎進行轉型升級。工業4.0時代的核心是為了解決定制生產的問題。本篇文章就工業4.0時代的廠房升級改造-智慧廠房進行了深入的分析，希望可以給相關研究提供幫助。

【關鍵詞】工業4.0時代;廠房升級改造;智慧廠房

工業4.0時代是在對先進的數字化智能制造技術進行充分利用的情況下來提高滿足客戶需求的時間，進而讓用戶的滿意度更高，企業在該領域也能夠提高自身競爭力，也就是說工業4.0并不是單純的為了追求現代的高新技術。和側重于產品生產和跟蹤的智慧工廠存在一定的區別的智慧廠房，其重點更加偏向于為工廠的生產提供具有保障的基礎建設。智慧廠房是以物聯網技術作為支撐，來充分的發揮出其自身的智能作用。其中物聯網的核心技術就是互聯網，也就是說通過互聯網來將網絡進行延伸和擴展，同時延伸到物品之間可以進行信息的交換。這樣一來，管理者就可以在對設備進行監測和維護的時候更加高效。

1、網絡構架

建立智慧廠房主要由感知層、傳輸層以及應用層三個層次組成。其中感知層說的是有很多通訊功能的動力設備和傳感器，比如有壓力傳感器、除濕機等。在傳輸層有著網絡環境。該網絡環境事有廠區該層部署形成的。對于應用層來說，其具體的功能是對運行設備、工作環境以及能源的情況進行監控，所以是一個監控平臺，被學者稱為是“智慧廠房建設的結晶”。

2、感知層

在感知層有很多通訊功能的動力設備和傳感器，它是智慧廠房當中的核心部位，對于智慧廠房的順利運行具有十分關鍵的作用，這也就體現出了它和其他突通廠房之間的區別了。在智慧廠房當中會使用到很多設備，這些設備都是具有通訊的功能，廠房在進行規劃設計之前，以及準備對設備進行選擇的時候需要充分的考慮到這個問題，需要及時與廠家進行協商和討論，要確保廠家在提供服務的時候有提供接口放開的服務。比如被西門子、三菱等數據采集器可以普遍接受的通訊協議RS-485或者RS-232。

3、傳輸層

在應用層和感知層之間需要有傳輸層作為連接，如果傳輸層發生故障，那么感知層設備的運行情況就無法通過應用層及時準確的展現出來。在傳輸層會有很多設備，這些設備都是用來部署網絡環境的，比如經常會使用到的交換機、路由器、防火墻以及光纖轉換器等設備。

4、應用層

對設備進行管理是應用層的主要作用，在智慧廠房建設的過程當中應用層的存在與人類中樞神經系統存在的作用一樣重要。在應用層具有十分重要的一項工作那就是整合并且高效的處理原始數據。因為每一個設備都會產生不同的數據，這樣所得的數據是十分分散的，為了能夠在這些零散的數據當中準確并且高效的尋找出真正有價值的數據，那么需要通過應用層的管理平臺進行深度的挖掘，經過對不同數據進行分析研究并處理之后，來迅速的判斷出不同的數據給設備帶來的作用、能夠利用的幾率以及能源的消耗情況，從而快速的挑選出最有使用價值的數據信息。

設備運維管理平臺可以通過公司內部的設備運維管理工作人員在日常工作當中研發出來，也可以由專門的技術團隊進行研發。在工作發展的過程中為了能夠實現可持續發展，采取3E模式發展，即Equipment、Energy和 Environ-ment。設備運維監控平臺系統主要分為現場管理、項目管理、設備管理以及能源管理和環境管理五個模塊，通過這五個模塊之間的相互協作共同發展促使設備運維監控平臺更加高效的運行。

現場管理模塊的主要作用是給每個員工分配廠區的工作任務，進行日常的工作，比如需要有工作人員對電表進行抄寫，整理電表上的數據，要定期或者不定期的巡檢廠區的設備，并且要做好記錄，然后由系統將將信息進行儲存，在下次有同樣的任務分派下來的時候，可以直接進行選擇，不用再重新填寫一遍。在現場管理模塊當中設有任務變更的功能，這樣主要是為能夠確保工作的信息是準確且真實的，如果有突發情況任務需要改變也會通過系統展現出來，這樣一來可以有效的保證本人所負責的工作是由本人完成，避免產生弄虛作假的現象。

項目管理模塊的建立主要是為了大型項目的施工建設。對于大型建設來說，會產生很多各種各樣的數據，在項目開始立項的時候到具體進行設計，接著在施工環節以及到項目最后被驗收都是會有很多數據和資料產生，如果不妥善報關就很給項目后期出現問題的時候造成消極影響，所以項目管理模塊的系統就可以根據項目的進展對用戶的所用資料進行保留并且歸檔。一個項目是由很多個部分組成的，比如電力、水利、暖通設計等，所以在前期進行規劃的時候就會根據所涉及的內容不同分為不同的部分，所以為了滿足項目的實際需求，該模塊具有項目拆分的功能，從而根據不同客戶的實際情況，可以自行定義項目劃分的具體內容。

設備管理模塊是五大模塊以及管理平臺當中具有核心位置的功能。在設備管理模塊當中融入了先進的BIM建模技術，以此為基礎可以對設備的物理位置進行真實客觀的反映，從而就能夠更加直觀的對不同設別的運行情況和具體位置進行查看。為了使設備運行的時間更加長久，更能滿足用戶的需求，從而在這個模塊當中設置了維護保養功能，因此主要用戶提前將需要保養的具體內容和周期，在設備需要保養的時候系統能夠及時提醒工作人員，從而工作人員就可以按時對設備進行保養，從而設備的使用壽命就會大大增加，避免設備受到損壞。

在能源管理模塊可以對設備的使用能源用量進行監測，其中包括水、電、天然氣等，有利于管理人員統計能源消耗情況。如果儀表發生故障，能源管理平臺會及時發出相應的警報，管理人員在了解情況后就可以及時采取措施解決問題。在設計該模塊的時候，使用到了BIM模型，并將儀表的上下級關系繪制成圖，從而管理人員對儀表的分布情況就更加清晰。

監測設備運行環境的濕度、溫度、氣體濃度以及光照度等都需要通過環境管理模塊實現。生產環境的好壞對于生產以及產品的質量具有直接的影響，所以該模塊是不可缺少的一部分。環境管理模塊以平面圖的方式展現，這樣有利于客戶更快的適應管理平臺的具體操作。

結語：

在新時代發展的背景下，智慧廠房的產生是必然的，為了能夠對設備進行有效的管理，需要對工業4.0下的廠房進行升級改造，從而有利于減少成本，提高企業在市場中的競爭力，進而促進工業的快速發展。

參考文獻：

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