楊韶華　柳召輝

摘 要：從智慧工廠的總體設(shè)計入手，設(shè)計了企業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策管理系統(tǒng)的硬件平臺和軟件平臺，并利用云服務(wù)平臺技術(shù)滿足了海量數(shù)據(jù)處理的需求，從而實現(xiàn)了智慧工廠的生產(chǎn)監(jiān)控和智能決策。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧工廠；生產(chǎn)監(jiān)控；云服務(wù)平臺

中圖分類號：TP316 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）03-00-02

0 引 言

智慧工廠是現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展的新階段。是將先進(jìn)的自動控制、通信、計算機(jī)、信息和現(xiàn)代管理等技術(shù)相結(jié)合，將生產(chǎn)過程的控制、運行與管理作為一個整體，以實現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運行、控制與管理。利用物聯(lián)網(wǎng)對物體全面感知的能力，對工廠內(nèi)的人、設(shè)備、環(huán)境全面感知。運用云計算等技術(shù)將自主感知和人工采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運算處理，從而為企業(yè)的安全生產(chǎn)提供保證，為企業(yè)的科學(xué)決策提供支持。

1 智慧工廠總體設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)是典型的以應(yīng)用為驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過傳感技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計算等技術(shù)將各種數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和分析實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能控制，才是運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心。由于綜合自動化及數(shù)字化工廠在我國企業(yè)中已經(jīng)有了眾多的實際應(yīng)用，綜合自動化的監(jiān)控系統(tǒng)、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等相對成熟。因此，智慧工廠的建設(shè)是建立在已有數(shù)字化建設(shè)的基礎(chǔ)上，要充分運用原有系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，將老系統(tǒng)和新技術(shù)有機(jī)結(jié)合，才能真正發(fā)揮智慧工廠的作用。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧工廠體系結(jié)構(gòu)分為感知層、傳輸層和應(yīng)用層。

感知層通過傳感器、RFID標(biāo)簽、攝像頭等數(shù)據(jù)采集設(shè)備隨時隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和獲取。傳輸層是利用工業(yè)以太網(wǎng)、移動通訊網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)相連，從而保證采集到的數(shù)據(jù)的交互和共享。應(yīng)用層則結(jié)合智慧工廠的實際需求，運用云計算機(jī)技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析與決策，形成安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策解決方案。

2 安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件平臺設(shè)計

硬件平臺由Web服務(wù)器、防火墻、交換機(jī)、工作站、UPS電源等組成。設(shè)置1臺Web服務(wù)器用于應(yīng)用程序的安裝與部署；設(shè)置1臺數(shù)據(jù)服務(wù)器用于存儲生產(chǎn)過程中采集到的數(shù)據(jù)信息；設(shè)置1臺I/O服務(wù)器，采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)后提供給以太網(wǎng)上的工作站；設(shè)置5臺工作站，用于監(jiān)控各個子系統(tǒng)的運行；為保證監(jiān)控網(wǎng)的相對獨立，通過1臺硬件防火墻將監(jiān)控網(wǎng)與廠區(qū)局域網(wǎng)隔離；設(shè)置1臺核心工業(yè)交換機(jī)實現(xiàn)整個生產(chǎn)數(shù)據(jù)的交互；在局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)置1臺郵件服務(wù)器和1臺文件服務(wù)器；設(shè)置后備時間不小于4小時的UPS電源設(shè)備，以備臨時停電時持續(xù)供電。

圖2 工業(yè)以太網(wǎng)硬件平臺拓?fù)鋱D

2.2 軟件平臺建設(shè)

通過軟件平臺將為智慧工廠提供統(tǒng)一的門口入口和各種應(yīng)用的統(tǒng)一集成環(huán)境，使原始數(shù)據(jù)能夠通過平臺協(xié)調(diào)有序的運行，實現(xiàn)各應(yīng)用系統(tǒng)的信息共享。軟件平臺由五個主要部分組成。數(shù)據(jù)輸入接口實現(xiàn)與原有系統(tǒng)的銜接；數(shù)據(jù)輸出接口根據(jù)各監(jiān)控系統(tǒng)的反饋控制需求，按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)范，提供標(biāo)準(zhǔn)輸出接口；數(shù)據(jù)中心是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲和處理中心，核心是異構(gòu)數(shù)據(jù)分析、轉(zhuǎn)換處理，從而實現(xiàn)原有信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)能夠得到有效利用；Web Server為各應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示與控制提供Web服務(wù)功能；門戶網(wǎng)站是建立數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，為智慧工廠的用戶提供滿足不同需求的應(yīng)用服務(wù)。

圖3 軟件平臺結(jié)構(gòu)圖

門戶網(wǎng)站的主要業(yè)務(wù)需求包括：

（1）生產(chǎn)調(diào)度管理

生產(chǎn)調(diào)度管理是以企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度業(yè)務(wù)為核心，為生產(chǎn)調(diào)度管理相關(guān)工作人員提供的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)全面整合生產(chǎn)調(diào)度日常管理數(shù)據(jù)、安全監(jiān)控系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)、自動化設(shè)備運行實時數(shù)據(jù)、工業(yè)視頻數(shù)據(jù)、事故處理記錄、人員考勤記錄等多種信息。系統(tǒng)涵蓋作業(yè)計劃制定、生產(chǎn)過程監(jiān)控、日常調(diào)度指揮、應(yīng)急事件處理等企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度相關(guān)的各項業(yè)務(wù)，結(jié)合通訊調(diào)度機(jī)為調(diào)度員提供一個桌面辦公平臺，輔助調(diào)度員全面、迅速、準(zhǔn)確地進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。

（2）災(zāi)害預(yù)警與防治

系統(tǒng)借用人工智能技術(shù)，建立各種災(zāi)害預(yù)警數(shù)學(xué)模型，并隨著歷史數(shù)據(jù)積累進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)模型；通過數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)集市等數(shù)據(jù)分析技術(shù)，達(dá)到生產(chǎn)車間環(huán)境參數(shù)的預(yù)測和預(yù)警的作用。

（3）安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策管理

安全生產(chǎn)監(jiān)控主要包括對生產(chǎn)環(huán)節(jié)中環(huán)境因素、人員因素和設(shè)備因素的監(jiān)控等。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)及智能信息處理技術(shù)，綜合多系統(tǒng)數(shù)據(jù)對安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的安全隱患進(jìn)行實時評估并提供輔助決策功能。此外還具有歷史數(shù)據(jù)查詢、篩選、各種標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)報表功能。

（4）產(chǎn)品運銷管理系統(tǒng)

功能包括運輸車輛管理、合同管理、押金管理、運費結(jié)算、客戶訂單回單管理、預(yù)收款管理、欠款管理、銷售統(tǒng)計、報表輸出等功能，能按企業(yè)的要求提供各種銷售明細(xì)報表和匯總報表。

（5）設(shè)備材料管理系統(tǒng)

利用數(shù)據(jù)集成平臺，實現(xiàn)企業(yè)主要設(shè)備管理的網(wǎng)絡(luò)化，從而提高設(shè)備的周轉(zhuǎn)、調(diào)配效率，提高設(shè)備的使用率。主要功能包括設(shè)備材料檔案信息管理、計劃管理（使用計劃、租賃計劃、購置計劃、維修計劃等）、出入庫管理、維修管理、特種設(shè)備管理、使用狀況監(jiān)控、報廢管理、費用結(jié)算、配件信息維護(hù)等功能。

2.3 海量數(shù)據(jù)處理需求

在智慧工廠中設(shè)置的智能監(jiān)控設(shè)備每秒鐘就會采集大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，當(dāng)面對數(shù)據(jù)庫中海量的監(jiān)控數(shù)據(jù)時，兼顧平臺的實時性需求，應(yīng)用服務(wù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行快讀的訪問、讀取和操作顯得十分重要。首先需要對數(shù)據(jù)庫性能進(jìn)行嚴(yán)格考量，來提高數(shù)據(jù)的存取效率，提升海量數(shù)據(jù)的處理速度。其次，設(shè)計數(shù)據(jù)庫表格時應(yīng)滿足第三范式的要求。第三，建立云服務(wù)平臺，利用云計算技術(shù)實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的處理。云服務(wù)平臺的設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 云服務(wù)平臺的設(shè)計結(jié)構(gòu)

3 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，為企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營管理提供了更便捷、更智能的模式。文章設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧工廠的總體結(jié)構(gòu)、硬件平臺、軟件平臺和云服務(wù)平臺，為智慧工廠的建設(shè)提供了解決方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 張申，張?zhí)?論礦山物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)性平臺與服務(wù)性平臺[J].工礦自動化，2013，39（1）：34-38.

[2] 張申，丁恩杰，趙小虎，等.數(shù)字礦山及其兩大基礎(chǔ)平臺建設(shè)[J].煤炭學(xué)報，2007，32（9）：997-1001.

[3] 李建軍，張華棟.煤礦安全生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2006，16（21）：262-264.

[4] ]呂鵬飛.基于組件技術(shù)的煤礦監(jiān)控軟件的研究[J].工礦自動化.2005 （4）：13-16.

[5] 喻昕，王敬一.基于云計算技術(shù)的數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺架構(gòu)研究[J].情報科學(xué)，2011，29（7）：1049-1053.