物聯網技術在智能制造中的應用

王海申，趙春瑞，曲書杰

（邁科斯（天津）技術服務有限責任公司，天津300450）

1 引言

隨著通信技術及電子信息技術的發展，邁科斯技術服務公司自主研發的Max集控系統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，建立了基于物聯網的智能制造管理系統，給出了智能制造工廠的生產控制流程。

2 工業物聯網系統架構及要求

智能工廠物聯網通常情況下，可從制造智能化、產品智能化、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據支持，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。

圖1 智能工廠的構架

2.1 集控系統功能的體系結構

系統應用智能制造工廠控制端下行設備和控制設備是通過現場總線控制來實現工業環境的數據感知和控制命令的下發。同時，通過對生產流程的監控和生產設備運行狀況跟蹤，利用邁科斯自主研發的Max集控系統，可實現資源的最佳配置和生產流程的優化，以此便于將能源消耗降低、遠程通訊集控以及提高生產工作效率。Max集控系統的結構框架如圖2所示。

圖2 Max集控系統的結構框架

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

2.1.1 Web端

生產管理是在系統中可以將生產任務指定分派給生產設備，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。產量登記可以調整異常的產量數據或者補錄刪除一些產量數據，使生產數據更加的準確。

決策分析主要是能查看生產任務的信息、報工產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人員登錄系統，通過系統查看生產任務和生產任務的進度情況，讓生產人員消除紙質單據從而快速報產量，方便快捷地查看任務進度。工藝指導書可直接在系統中進行下載，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，不需要紙質單據的傳遞，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任務信息、生產任務的實時進度，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、生產任務的實時進度，讓每一個經過大屏的人員都可以洞悉整個車間的生產情況。

2.2 系統建設的要求

2.2.1 統一先進

系統建設遵循智能制造工廠的信息建設統一規劃，滿足信息化管理要求。系統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過多個生產企業的成功應用?？紤]到信息發展趨勢，在采用成熟技術的同時，廣泛使用當前流行技術，包括大數據技術、人工智能技術、支持圖譜技術等先進技術，保證系統能夠適應現代技術的未來發展。

2.2.2 成熟穩定

系統結構設計、系統配置、系統安全等各個方面采用先進、成熟、實用的技術。系統應保證7×24 h穩定可靠運行，滿足高可用性、高性能要求，支持足夠的并發數。具備備份恢復機制，在系統出現故障時，快速恢復系統使其正常運行。

2.2.3 高效實用

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

2.2.4 規范安全

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

2.2.5 擴展兼容

系統設計充分考慮良好的擴展性和彈性，針對業務多樣和多變的特點，從軟件架構、軟件功能、數據結構設計等多方面采用靈活機制，方便業務的擴充和變更，并兼容現有環境。

3 Max集控系統遇到的核心問題

Max集控系統的核心技術是依托物聯網技術得以長遠發展的，因此，應該不斷提高Max集控系統的核心技術水平，積極研發和引進新技術，促進科技創新。首先，應該建立起公共服務平臺，用來解決Max集控系統在發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，在應用技術的基礎上加快技術創新，做好頂層設計，滿足智能化制造工廠發展的需要；其次，有重點地進行技術開發與研究，要加大對重點業務、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，在技術研發時不可因循守舊，應該積極借鑒國外優秀案例，結合中國智能制造行業現狀以及未來智能制造工廠的行業發展進行對比分析，加快國內技術研發。

4 Max集控系統未來升級方向

Max集控系統在應用智能工廠中各層的運行分工和各層的業務實現流程雖然明確，但對Max集控系統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據傳輸與虛擬空間之間的耦合關聯問題，目前的研究還不深入。物聯網要實現在智能制造復雜環境、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境的電磁干擾模型。

工業物聯網中往往是多種類型網絡共同存在，不同網絡之間形成很多信息孤島，要實現互聯互通，必須讓不同網絡之間能夠建立聯系。目前的研究無論是基于設計統一網關的思路，還是基于認知網絡的理念都是少數幾種網絡融合，遠遠不能滿足實際需要。未來研究中，針對物聯網絡異構性、承載業務量大特點，開發統一的物理及MAC底層及其協議促進多種網絡融合是發展趨勢。

Max集控系統考慮工業物聯網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、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網安全的研究熱點。

5 獲得的成果

Max集控系統經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，節省了大量人力成本，完善了管理系統的諸多問題，解決了制造設備之間的互聯互通、無線傳感智能組網等一系列問題。提高了企業在生產過程中的工作效率，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的口碑與贊賞。

6 結語

隨著工業4.0時代的到來和國家裝備制造業發展需要，筆者的課題組基于最新工業物聯網技術、系統優化調度方法和先進制造思想，開發出一體化計劃調度、生產建模與物料跟蹤、設備數據能耗采集、質量控制與統計等新的技術。希望可以在未來的工業智能制造中發揮出一席用武之地，也為響應這個時代的到來付出微薄之力。