某裝備製造行業企業應用工業物聯網技術實現泛在互聯

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某裝備製造行業企業應用工業物聯網技術實現泛在互聯本項目是某裝備製造企業智能化升級改造項目建設中的工業物聯網技術應用。項目包含兩方面建設內容：一是採用工業互聯網和4G無線通信技術，開展工廠內部人、機、料、法、環等關鍵生產要素的數據實時採集；二是對採集到的數據進行分析和利用，開展設備狀態監控和故障診斷（如異常預警、故障判定、維修方案建議等）、生產過程數據分析和利用（如產品履歷、關鍵件追溯，以及電動扳手、試車、加工設備等數據）、能耗數據的分析和利用（如能耗趨勢分析和需求預測）。通過本項目的實施以及與其他系統、設備的集成應用，在生產效率、能源利用率、運營成本方面都取得了很好的成效。

目錄

一、案例簡介

本項目是某裝備製造企業智能化升級改造項目建設中的工業物聯網技術應用。採用工業互聯網和4G無線通信技術，推進工廠內部的機器與機器、機器與移動終端、生產線與生產線，移動終端與機器（如用戶遠程控制）的泛在互聯，並實現人、機、料、法、環等關鍵生產要素的數據實時採集；對採集到的數據進行分析和利用，開展設備狀態監控和故障診斷（如異常預警、故障判定、維修方案建議等）、生產過程數據分析和利用（如產品履歷、關鍵件追溯，以及電動扳手、試車、加工設備等數據）、能耗數據的分析和利用（如能耗趨勢分析和需求預測），方便智能工廠的可視化、設備的遠程維護與操作、資源的優化配置、生產過程的精細化管理。通過本項目的實施以及與其他系統、設備的集成應用，在生產效率、能源利用率、運營成本方面都取得了很好的成效。

二、案例背景介紹

為了解決裝備製造行業整體創新能力不強，智能化程度低，製造過程資源、能源消耗大，污染嚴重，製造服務比重低等問題。企業擬採用信息物理融合CPS、網絡感知與控制、軟件定義機器（SDM）、雲計算與大數據和新型人機交互等先進互聯網技術，對其製造工廠設施進行網絡化和智能化的升級改造與建設，探索智能製造新業態，「低成本、高效率、高質量」地滿足客戶個性化定製需求。本項目是其智能化升級改造中的一個環節，即開展工業物聯網應用，推進工廠內部的機器與機器、機器與移動終端、生產線與生產線，移動終端與機器（如用戶遠程控制）的泛在互聯，實現人、機、料、法、環各種生產要素的跟蹤和監控，以實現生產過程精細化管理，優化資源配置、過程工藝。

三、案例應用詳情

該工業物聯網應用主要圍繞工廠聯網和數據採集、設備狀態監控和故障預測、生產過程數據採集和分析、能耗數據採集和分析四個方面。

1、工廠聯網和數據採集

目前車間通信網絡主要是以有線網絡為基礎，無線網絡作為補充。以生產區域的形式進行劃分，採用獨立的核心設備為板塊匯聚，實現板塊內部的業務互聯以及與上層設備之間的信息交互，下聯多個接入交換機，完成板塊內部及生產終端設備的網絡接入，並部署無線AP設備，為生產車間的無線終端提供網絡服務，實現靈活、無區域限制的信息採集和局部數據共享。

2、設備的狀態監控和故障預測

一方面周期性採集產品運行數據，通過移動網絡把運行數據傳送到監控服務中心，監控服務中心根據故障知識庫對收到的設備運行數據進行分析，診斷產品運行狀態，對異常狀態進行及時預警，對於故障診斷請求，採用關鍵參數分析和機器學習的方法，分析相關數據，判定故障原因並給出相關維修方案建議。另一方面，設計基於移動智能終端的可視化交互應用，面向訂閱用戶了解產品狀態，及時推送預警信息及故障維修方案建議。本項目將研究關鍵參數分析和機器學習的方法，分析相關數據，做出故障診斷。

3、生產過程數據的採集和分析

生產過程採集與分析系統主要以MES系統中的產品履歷模塊、關鍵件掃描追溯模塊為主實現產品從裝配、試車、噴漆、完工全流程的數據記錄和採集，同時以MES集成了電動扳手數據採集系統、試車數據採集、加工設備採集系統、設備管理系統等底層智能設備信息採集系統，並以安燈系統實現了生產過程異常信息採集、管理和目視化展示。整個系統在生產過程中可以採集多個生產過程關鍵點的產品履歷，裝機關鍵零件的信息，重要的螺栓擰緊數據，性能試驗座台的試車數據、油漆成分比例及噴漆用量等相關數據信息。

4、能耗數據採集和分析

目前能源管理系統主要以工廠現有有線網絡為基礎，通過獨立的數據綜合測控裝置、PLC、採集模塊匯集能源計量數據、能源系統運行信息，實現與上層數據管理設備的信息交互和共享。

（1）能源數據採集層。自動獲取或人工填報企業實時能耗數據和系統運行信息；採集到的數據經過廠內有線網絡傳輸至能源數據庫，同時具備斷點續傳功能。

（2）能源數據管理層。實現了計量數據分析、能源管理報表、能耗分析等功能，以及能耗分析和能量平衡、能源成本核算、能評與審計。

（3）能源決策支持層。藉助生產與能耗預測模型和節能優化模型，實現能耗數據的匯總分析、預測預警等服務，通過能源管理評價和審計為節能進行合理、科學的諮詢和指導。

結合產品生產工藝流程和能源消耗數據，對生產流程中的重點環節實施精細化能源管理模式。

四、創新性與優勢

本項目在建設過程中的幾個亮點：

（1）採用關鍵參數分析和機器學習的方法，對產品異常狀態相關數據進行分析，判定故障原因並給出相關維修方案建議。

（2）對於產品設備的售後跟蹤，設計基於移動智能終端的可視化交互應用，面向訂閱用戶了解產品狀態，及時推送預警信息及故障維修方案建議。

（3）建立了能耗預測模型和節能優化模型，藉助這兩個模型，實現了能耗數據的匯總分析、預測預警等服務。

五、案例應用效益分析

通過開展工業物聯網的多場景應用以及其他智能化項目建設，取得了很好的成效：

企業生產效率方面，通過對工廠的設備智能化升級改造和生產線網絡協作製造，以及ERP、MES等應用系統無縫集成和數據統一管理，使智能裝備與智能控制系統的緊密聯動，實現生產計劃的智能排產、生產過程的動態優化、企業運營的安全管理。

能源利用率方面，通過設備智能化升級改造、生產線網絡協作製造以及基於模型分析的計劃排產及生產過程動態控制，構建工廠的能耗監測、優化與分析的能源智慧化管理系統，實現能耗動態控制與調配。

企業運營成本方面，通過對現有工廠中的虛擬設計、工藝管理、製造執行、質量管理、設備遠程維護、能耗監測、環境監控和供應鏈等無縫集成與優化，以及設備網絡化、虛擬化、智能化。使不同車間的不同設備、不同生產線和不同應用系統協同工作和集中管控。降低企業設計、工藝、製造、管理、監測、物流等環節的運營成本。