智慧工厂安全生产监控与决策管理系统设计

杨韶华　柳召辉

摘 要：从智慧工厂的总体设计入手，设计了企业安全生产监控与决策管理系统的硬件平台和软件平台，并利用云服务平台技术满足了海量数据处理的需求，从而实现了智慧工厂的生产监控和智能决策。

关键词：物联网；智慧工厂；生产监控；云服务平台

中图分类号：TP316 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）03-00-02

0 引 言

智慧工厂是现代工厂信息化发展的新阶段。是将先进的自动控制、通信、计算机、信息和现代管理等技术相结合，将生产过程的控制、运行与管理作为一个整体，以实现企业的优化运行、控制与管理。利用物联网对物体全面感知的能力，对工厂内的人、设备、环境全面感知。运用云计算等技术将自主感知和人工采集的数据进行运算处理，从而为企业的安全生产提供保证，为企业的科学决策提供支持。

1 智慧工厂总体设计

物联网是典型的以应用为驱动的网络技术，通过传感技术、无线网络技术、云计算等技术将各种数据进行集成和分析实现生产过程的智能控制，才是运用物联网技术的核心。由于综合自动化及数字化工厂在我国企业中已经有了众多的实际应用，综合自动化的监控系统、基础网络建设等相对成熟。因此，智慧工厂的建设是建立在已有数字化建设的基础上，要充分运用原有系统和数据，将老系统和新技术有机结合，才能真正发挥智慧工厂的作用。运用物联网技术的智慧工厂体系结构分为感知层、传输层和应用层。

感知层通过传感器、RFID标签、摄像头等数据采集设备随时随地进行数据采集和获取。传输层是利用工业以太网、移动通讯网和无线网络技术，将设备与网络相连，从而保证采集到的数据的交互和共享。应用层则结合智慧工厂的实际需求，运用云计算机技术对数据进行智能分析与决策，形成安全生产监控与决策解决方案。

2 安全生产监控与决策系统设计

2.1 硬件平台设计

硬件平台由Web服务器、防火墙、交换机、工作站、UPS电源等组成。设置1台Web服务器用于应用程序的安装与部署；设置1台数据服务器用于存储生产过程中采集到的数据信息；设置1台I/O服务器，采集生产数据后提供给以太网上的工作站；设置5台工作站，用于监控各个子系统的运行；为保证监控网的相对独立，通过1台硬件防火墙将监控网与厂区局域网隔离；设置1台核心工业交换机实现整个生产数据的交互；在局域网内设置1台邮件服务器和1台文件服务器；设置后备时间不小于4小时的UPS电源设备，以备临时停电时持续供电。

图2 工业以太网硬件平台拓扑图

2.2 软件平台建设

通过软件平台将为智慧工厂提供统一的门口入口和各种应用的统一集成环境，使原始数据能够通过平台协调有序的运行，实现各应用系统的信息共享。软件平台由五个主要部分组成。数据输入接口实现与原有系统的衔接；数据输出接口根据各监控系统的反馈控制需求，按照标准协议规范，提供标准输出接口；数据中心是业务数据的存储和处理中心，核心是异构数据分析、转换处理，从而实现原有信息系统的业务数据能够得到有效利用；Web Server为各应用系统的数据显示与控制提供Web服务功能；门户网站是建立数据中心的基础上，为智慧工厂的用户提供满足不同需求的应用服务。

图3 软件平台结构图

门户网站的主要业务需求包括：

（1）生产调度管理

生产调度管理是以企业生产调度业务为核心，为生产调度管理相关工作人员提供的计算机应用系统。系统全面整合生产调度日常管理数据、安全监控系统实时数据、自动化设备运行实时数据、工业视频数据、事故处理记录、人员考勤记录等多种信息。系统涵盖作业计划制定、生产过程监控、日常调度指挥、应急事件处理等企业生产调度相关的各项业务，结合通讯调度机为调度员提供一个桌面办公平台，辅助调度员全面、迅速、准确地进行生产调度。

（2）灾害预警与防治

系统借用人工智能技术，建立各种灾害预警数学模型，并随着历史数据积累进一步完善数据模型；通过数据仓库、数据挖掘和数据集市等数据分析技术，达到生产车间环境参数的预测和预警的作用。

（3）安全生产监控与决策管理

安全生产监控主要包括对生产环节中环境因素、人员因素和设备因素的监控等。利用数据挖掘技术及智能信息处理技术，综合多系统数据对安全生产环节中的安全隐患进行实时评估并提供辅助决策功能。此外还具有历史数据查询、筛选、各种标准生产报表功能。

（4）产品运销管理系统

功能包括运输车辆管理、合同管理、押金管理、运费结算、客户订单回单管理、预收款管理、欠款管理、销售统计、报表输出等功能，能按企业的要求提供各种销售明细报表和汇总报表。

（5）设备材料管理系统

利用数据集成平台，实现企业主要设备管理的网络化，从而提高设备的周转、调配效率，提高设备的使用率。主要功能包括设备材料档案信息管理、计划管理（使用计划、租赁计划、购置计划、维修计划等）、出入库管理、维修管理、特种设备管理、使用状况监控、报废管理、费用结算、配件信息维护等功能。

2.3 海量数据处理需求

在智慧工厂中设置的智能监控设备每秒钟就会采集大量的业务数据，当面对数据库中海量的监控数据时，兼顾平台的实时性需求，应用服务对数据进行快读的访问、读取和操作显得十分重要。首先需要对数据库性能进行严格考量，来提高数据的存取效率，提升海量数据的处理速度。其次，设计数据库表格时应满足第三范式的要求。第三，建立云服务平台，利用云计算技术实现海量数据的处理。云服务平台的设计结构如图4所示。

图4 云服务平台的设计结构

3 结 语

物联网技术的应用，为企业的生产经营管理提供了更便捷、更智能的模式。文章设计了基于物联网技术的智慧工厂的总体结构、硬件平台、软件平台和云服务平台，为智慧工厂的建设提供了解决方案。

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