物联网技术在智能制造中的应用

王海申，赵春瑞，曲书杰

（迈科斯（天津）技术服务有限责任公司，天津300450）

1 引言

随着通信技术及电子信息技术的发展，迈科斯技术服务公司自主研发的Max集控系统的融合技术与应用效果在智能制造工厂得到了广泛的应用。同时也分析了智能制造各流程的特征，建立了基于物联网的智能制造管理系统，给出了智能制造工厂的生产控制流程。

2 工业物联网系统架构及要求

智能工厂物联网通常情况下，可从制造智能化、产品智能化、管理智能化来描述智慧工厂的三个维度，如果这些描述和表达能够得到实时数据支持，实时下达指令，并且能在这三个维度之间进行交互，这就是所谓的智慧工厂，其具体框架如图1所示。

图1 智能工厂的构架

2.1 集控系统功能的体系结构

系统应用智能制造工厂控制端下行设备和控制设备是通过现场总线控制来实现工业环境的数据感知和控制命令的下发。同时，通过对生产流程的监控和生产设备运行状况跟踪，利用迈科斯自主研发的Max集控系统，可实现资源的最佳配置和生产流程的优化，以此便于将能源消耗降低、远程通讯集控以及提高生产工作效率。Max集控系统的结构框架如图2所示。

图2 Max集控系统的结构框架

集控系统功能主要包括：①Web端。主要功能是生产管理和决策分析。②机台端。主要功能是车间管理和任务查询。③移动端。主要功能是生产进度的查询。④大屏。主要展示实时运行状态及进度。

2.1.1 Web端

生产管理是在系统中可以将生产任务指定分派给生产设备，确认分派信息后，将任务正式下达给设备，相当于把工作直接下达给设备。产量登记可以调整异常的产量数据或者补录删除一些产量数据，使生产数据更加的准确。

决策分析主要是能查看生产任务的信息、报工产量的信息和任务进度的信息，报表从多角度和不同维度来展示信息，方便管理者查看，辅助管理。

2.1.2 机台端

车间管理主要是让生产人员登录系统，通过系统查看生产任务和生产任务的进度情况，让生产人员消除纸质单据从而快速报产量，方便快捷地查看任务进度。工艺指导书可直接在系统中进行下载，省去了从办公室拷贝工艺指导书的工作。改变了原有的工作方式，不需要纸质单据的传递，使工作简单快捷，沟通互动效率提高。

2.1.3 移动端

通过手机移动设备查看生产任务信息、生产任务的实时进度，随时随地查看任务的进度情况。让管理者不分时间、不分地域，实时查看掌控生产进度，让管理变得简单高效。

2.1.4 大屏

大屏电子看板可以展示设备的运行状态、生产任务的实时进度，让每一个经过大屏的人员都可以洞悉整个车间的生产情况。

2.2 系统建设的要求

2.2.1 统一先进

系统建设遵循智能制造工厂的信息建设统一规划，满足信息化管理要求。系统设计采用先进的理念和技术，采用先进且成熟技术，本文中采用的技术全部经过多个生产企业的成功应用。考虑到信息发展趋势，在采用成熟技术的同时，广泛使用当前流行技术，包括大数据技术、人工智能技术、支持图谱技术等先进技术，保证系统能够适应现代技术的未来发展。

2.2.2 成熟稳定

系统结构设计、系统配置、系统安全等各个方面采用先进、成熟、实用的技术。系统应保证7×24 h稳定可靠运行，满足高可用性、高性能要求，支持足够的并发数。具备备份恢复机制，在系统出现故障时，快速恢复系统使其正常运行。

2.2.3 高效实用

系统具有强大的业务处理能力，满足目前和未来业务需要，具备较好的性能扩展能力。系统设计应充分考虑实用性，为用户提供良好的操作环境。支持至少50 000用户使用，满足并发要求。应充分考虑各级各类使用人员的操作习惯，实现操作简单、界面友好亲切，系统使用方便。

2.2.4 规范安全

系统建设基于电力行业标准指标体系、业务标准化管理理念，要与智能工厂信息化管理体制相适应。系统能够防范系统外部非法入侵以及操作人员的越级操作等安全风险，确保系统数据安全、稳定、可靠。应提供完备的安全模型，从应用安全、数据安全、用户访问安全、架构安全等方面对软件和应用过程中各个层面的数据、访问、开发、架构等进行安全性设计并实现。

2.2.5 扩展兼容

系统设计充分考虑良好的扩展性和弹性，针对业务多样和多变的特点，从软件架构、软件功能、数据结构设计等多方面采用灵活机制，方便业务的扩充和变更，并兼容现有环境。

3 Max集控系统遇到的核心问题

Max集控系统的核心技术是依托物联网技术得以长远发展的，因此，应该不断提高Max集控系统的核心技术水平，积极研发和引进新技术，促进科技创新。首先，应该建立起公共服务平台，用来解决Max集控系统在发展过程中遇到的技术问题，并可以在平台上进行技术研究与研发，在应用技术的基础上加快技术创新，做好顶层设计，满足智能化制造工厂发展的需要；其次，有重点地进行技术开发与研究，要加大对重点业务、关键技术的研究，建立起标准验证和仿真的服务平台，并加快标准制度建设；再次，在技术研发时不可因循守旧，应该积极借鉴国外优秀案例，结合中国智能制造行业现状以及未来智能制造工厂的行业发展进行对比分析，加快国内技术研发。

4 Max集控系统未来升级方向

Max集控系统在应用智能工厂中各层的运行分工和各层的业务实现流程虽然明确，但对Max集控系统在各层之间的硬件设备搭建连接、分工控制（种类复杂）和信号信息的大量数据传输与虚拟空间之间的耦合关联问题，目前的研究还不深入。物联网要实现在智能制造复杂环境、集中管控中的感知互动，需要建立物理模拟空间和信息模拟空间的虚拟模型，同时也建立了复杂工厂环境的电磁干扰模型。

工业物联网中往往是多种类型网络共同存在，不同网络之间形成很多信息孤岛，要实现互联互通，必须让不同网络之间能够建立联系。目前的研究无论是基于设计统一网关的思路，还是基于认知网络的理念都是少数几种网络融合，远远不能满足实际需要。未来研究中，针对物联网络异构性、承载业务量大特点，开发统一的物理及MAC底层及其协议促进多种网络融合是发展趋势。

Max集控系统考虑工业物联网框架中各层次的安全不是相互独立的，而是相互依赖的，针对每一层单独设计的安全保护策略是不全面的，适用范围有限，再加上不同应用场景对安全要求侧重点也不一样，因此，设计适用范围更广的入侵检测与防御系统、设计更有效的访问策略、制订有效的移动设备跨域认证方法将是未来物联网安全的研究热点。

5 获得的成果

Max集控系统经过多年的深耕研究与实践理论，为智能制造工厂提高了资源利用率，节省了大量人力成本，完善了管理系统的诸多问题，解决了制造设备之间的互联互通、无线传感智能组网等一系列问题。提高了企业在生产过程中的工作效率，这些完善的技术已具备在智能制造工厂中应用的条件，同时也获得了制造企业的口碑与赞赏。

6 结语

随着工业4.0时代的到来和国家装备制造业发展需要，笔者的课题组基于最新工业物联网技术、系统优化调度方法和先进制造思想，开发出一体化计划调度、生产建模与物料跟踪、设备数据能耗采集、质量控制与统计等新的技术。希望可以在未来的工业智能制造中发挥出一席用武之地，也为响应这个时代的到来付出微薄之力。