基于物聯(lián)網(wǎng)2.0的智慧工廠解決方案

1、背景

圍繞生產(chǎn)過程和品質(zhì)控制，很多工廠都引入了EDC、ERP、PDM等信息化系統(tǒng)，為企業(yè)的發(fā)展壯大帶來了巨大效益。然而，與生產(chǎn)不直接相關(guān)的照明、能耗、狀態(tài)監(jiān)測、現(xiàn)場管控、資產(chǎn)管理等生產(chǎn)輔助系統(tǒng)，由于位置分散、對象復(fù)雜、業(yè)務(wù)跨度大，關(guān)注不多，目前還是粗放式管理。

近年來，“節(jié)能、低碳、綠色”理念深入人心，生產(chǎn)輔助系統(tǒng)的能源浪費(fèi)引起了大多數(shù)企業(yè)的高度重視；加之，產(chǎn)品質(zhì)量的提升與生產(chǎn)現(xiàn)場的管控密切相關(guān)。特別是，隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的深入，智能轉(zhuǎn)型是企業(yè)在第四次工業(yè)革命大潮中提質(zhì)增效、由大變強(qiáng)的關(guān)鍵。貫徹《中國制造2025》提出的“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本”基本方針，追求更高的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，成為了絕大多數(shù)企業(yè)必然選擇。

• 建設(shè)智慧工廠，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)輔助系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，應(yīng)當(dāng)達(dá)成以下目標(biāo)：

• 最大化地避免無效照明，節(jié)省電費(fèi)開支；

• 實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)過程中的水、電、氣等各類能耗的計(jì)量數(shù)據(jù)，以便資源的科學(xué)調(diào)度和準(zhǔn)確核算成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)約增效；

• 記錄每個(gè)生產(chǎn)人員在各個(gè)工藝流程上的處理過程，以便產(chǎn)品質(zhì)量的責(zé)任追溯；

• 對生產(chǎn)設(shè)備故障進(jìn)行預(yù)測和及時(shí)預(yù)警，減少停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備有效利用率；

• 監(jiān)測生產(chǎn)現(xiàn)場的溫度、濕度、氣壓、有害氣體、煙霧等環(huán)境參數(shù)，控制空調(diào)、新風(fēng)系統(tǒng)和消防系統(tǒng)，在提高產(chǎn)品質(zhì)量管控水平的同時(shí)保護(hù)人員和資產(chǎn)的安全。

今天，具有“網(wǎng)格拓?fù)?、?霾/霧融合計(jì)算、分布式智能、可軟件定義、全自動(dòng)控制、應(yīng)用即服務(wù)”等特征的物聯(lián)網(wǎng)2.0正在向我們走來。物聯(lián)網(wǎng)2.0技術(shù)可以使“物”具有語境感知能力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)輔助系統(tǒng)的智能化管理，為工廠的智慧生產(chǎn)、敏捷生產(chǎn)積累所需的大數(shù)據(jù)資源，才可能讓一般的工廠進(jìn)化成真正的智慧工廠。

2、方案概述

本方案緊扣“低碳節(jié)能、科技智能、高效安全”時(shí)代特點(diǎn)，以工廠內(nèi)分布最廣、數(shù)量多、位置好、天生帶電、擴(kuò)展方便的照明為主要的物聯(lián)網(wǎng)載體，利用具有物聯(lián)網(wǎng)2.0特征的WF-IoT 技術(shù)“一網(wǎng)多用、一物多能”的特性，對工廠內(nèi)的環(huán)境參數(shù)（照度、環(huán)境、有害氣體、空氣質(zhì)量等）、設(shè)備設(shè)施（動(dòng)力、空調(diào)、新風(fēng)、安防、消防、生產(chǎn)設(shè)備等）和人員（人員信息、位置動(dòng)態(tài)等）進(jìn)行采集和智能控制，形成一個(gè)從底層物聯(lián)網(wǎng)末端到頂層業(yè)務(wù)應(yīng)用云端的“融合網(wǎng)”，一體化融合商用照明網(wǎng)、識(shí)別定位網(wǎng)和廣域無線傳感網(wǎng)等低層物聯(lián)網(wǎng)，與工廠的局域網(wǎng)及廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互與共享，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)輔助系統(tǒng)的智能化管理，對工廠各類生產(chǎn)輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，最大化地降低能耗和日常運(yùn)維成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量水平。

總體思路如下：

• 用智能照明燈和智能網(wǎng)關(guān)組成商用照明物聯(lián)網(wǎng)，結(jié)合動(dòng)能開關(guān)、場景開關(guān)和強(qiáng)大的自適應(yīng)控制，實(shí)現(xiàn)按需照明，最大化地避免無效照明，節(jié)省電費(fèi)開支；

• 通過加裝物聯(lián)網(wǎng)芯片，使散布在各處的水、電、氣等能耗計(jì)量表就近入網(wǎng)，能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)掌握，既有助于資源的科學(xué)調(diào)度，又有利于準(zhǔn)確核算成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)約增效。

• 利用商用照明物聯(lián)網(wǎng)的識(shí)別定位功能，聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控，可以準(zhǔn)確記錄每個(gè)生產(chǎn)人員在各個(gè)工藝流程上的移動(dòng)軌跡，既有助于規(guī)范人員的作業(yè)操作，又有利于產(chǎn)品質(zhì)量的責(zé)任追溯；

• 在生產(chǎn)設(shè)備上，部署無線智能感知器，自動(dòng)感知生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，利于設(shè)備故障的及時(shí)預(yù)測和預(yù)警，減少停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備有效利用率；

• 在生產(chǎn)現(xiàn)場，部署無線智能感知器和無線智能驅(qū)動(dòng)器，在線監(jiān)測生產(chǎn)現(xiàn)場的溫度、濕度、氣壓、有害氣體、煙霧等環(huán)境參數(shù)，控制空調(diào)、新風(fēng)系統(tǒng)和消防系統(tǒng)，既有助于產(chǎn)品質(zhì)量控制，也有利于保護(hù)人員和資產(chǎn)的安全。

3、統(tǒng)拓?fù)?/span>

智慧工廠生產(chǎn)輔助系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為感知、傳輸、云端和應(yīng)用等四層。

圖1 智慧工廠生產(chǎn)輔助系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

（1）感知：通過照明物聯(lián)網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)，直接聯(lián)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，將感知到的人員ID、位置、照片（或視頻）、耗電量、耗水量、耗燃?xì)饬恳约吧a(chǎn)設(shè)備狀態(tài)等信息傳到云端。另外，照度、環(huán)境溫度、濕度、空氣質(zhì)量、煙霧等信息可以不上傳至云端，在感知網(wǎng)內(nèi)對空調(diào)（含新風(fēng)系統(tǒng)）、消防報(bào)警系統(tǒng)、照明燈、門禁等設(shè)備進(jìn)行智能控制。

（2）傳輸：以商用照明物聯(lián)網(wǎng)為載體，實(shí)現(xiàn)在內(nèi)網(wǎng)和公共網(wǎng)上的融合傳輸。

（3）云端：部署WF-IoT云端管控平臺(tái)，以解析“感知層”采集到的各類信息，并向應(yīng)用層提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息和運(yùn)維狀態(tài)數(shù)據(jù)，還可以通過統(tǒng)一接口與“智慧工廠云”進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換。

（4）應(yīng)用：面向運(yùn)維人員、操作人員、設(shè)計(jì)人員和管理人員，主要包括運(yùn)維、視頻監(jiān)控和業(yè)務(wù)管理等應(yīng)用，以方便運(yùn)維人員對平臺(tái)的維護(hù)和管理，操作、設(shè)計(jì)和管理等人員對業(yè)務(wù)管理。

4、主要功能

基于物聯(lián)網(wǎng)2.0的“智能管理系統(tǒng)”，其功能主要包括智慧照明和拓展功能兩部分。其中：智慧照明功能是基礎(chǔ)功能，可以不需要監(jiān)控中心（管理中心或上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）即可單獨(dú)運(yùn)行；拓展功能無需大規(guī)模施工，無網(wǎng)絡(luò)流量費(fèi)，可以依托照明物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。具體見下圖2所示。

圖2 智慧工廠的功能組成圖

智慧工廠生產(chǎn)輔助系統(tǒng)“智能管理系統(tǒng)”主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）智慧公共照明。對工廠的綜合車間、生產(chǎn)辦公區(qū)、會(huì)議室、宿舍、電梯廳、樓梯間、公共衛(wèi)生間、地下停車場等場所以及室外亮化景觀的照明進(jìn)行智能化改造升級(jí)。無需更改原有電氣回路，即可實(shí)現(xiàn)智能燈具之間無線自組網(wǎng)，從而搭建起工廠的基礎(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)；無需控制線纜，即可建成節(jié)能、便利、安全的智能照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)智能控制、靈活的本地控制、一鍵式場景控制和集中可視化控制等多種控制效果，滿足不同場景照明需求。

（2）生產(chǎn)環(huán)境控制。在線監(jiān)測車間、生產(chǎn)辦公區(qū)、會(huì)議室等工作場所的溫度、濕度、氣壓、可燃?xì)怏w、有害氣體、煙霧等環(huán)境參數(shù)，對照明、空調(diào)（含新風(fēng)系統(tǒng)）、加濕/除濕器、消防系統(tǒng)、噴霧除臭降塵設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)不依賴云端（或上位計(jì)算機(jī)）的智能控制，使工作場所始終是舒適的照明、適宜的體感、清新的空氣、健康的環(huán)境，以便加強(qiáng)生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量控制，并同時(shí)為人員和資產(chǎn)安全提供手段。

（3）能耗計(jì)量管理。通過對散布在工廠各處的水、電、氣等能耗計(jì)量表進(jìn)行無線智能采集，自動(dòng)采集能耗計(jì)量表的數(shù)據(jù)和信息，以電子地圖方式顯示整個(gè)中心的能耗地圖和趨勢，實(shí)現(xiàn)能耗的精確監(jiān)測和管理，為工廠準(zhǔn)確核算成本，科學(xué)調(diào)度資源，實(shí)現(xiàn)節(jié)約增效、科學(xué)管理提供數(shù)據(jù)支撐。

（4）生產(chǎn)設(shè)備管控。對生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和技術(shù)狀況進(jìn)行在線監(jiān)測，自動(dòng)感知設(shè)備的健康狀態(tài)，及時(shí)對生產(chǎn)設(shè)備的故障進(jìn)行預(yù)測、預(yù)警和安全斷電停機(jī)，提高設(shè)備有效利用率。

（5）生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控。每個(gè)操作人員佩帶手環(huán)，利用融合物聯(lián)網(wǎng)的識(shí)別定位功能，聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控，可以準(zhǔn)確記錄每個(gè)操作人員在各個(gè)工藝流程上的移動(dòng)軌跡，既有助于規(guī)范人員的作業(yè)操作，又有利于產(chǎn)品質(zhì)量的責(zé)任追溯。

5、優(yōu)勢&特色

（1）降低建設(shè)成本，一體化融合

• 同時(shí)實(shí)現(xiàn)智慧照明、生產(chǎn)現(xiàn)場、安全保護(hù)、緊急報(bào)警、環(huán)境監(jiān)控、生產(chǎn)設(shè)備、節(jié)能控制、安全預(yù)警等傳統(tǒng)十余項(xiàng)強(qiáng)弱電功能；

• 強(qiáng)弱電、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、綜合智能化一體化融合，避免了重復(fù)建設(shè)；

• 取消了控制回路，極大簡化了供電回路，降低了建設(shè)、安裝成本，后續(xù)維護(hù)簡單、費(fèi)用低；

• 智能化綜合投資可以降低5到10倍。

（2）降低安全風(fēng)險(xiǎn)，彰顯人性化

• 實(shí)現(xiàn)了門禁、傳感器、視頻攝像頭、環(huán)境數(shù)據(jù)、人員位置、照明燈具、空調(diào)、消防等設(shè)備的智能物聯(lián)，對生產(chǎn)設(shè)備的智能管控；

• 對操作人員實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)安全保護(hù)及智能預(yù)警，低成本實(shí)現(xiàn)了安全預(yù)警、立體防護(hù)，大大提升工廠的整體安全水平；

• 實(shí)現(xiàn)與工廠其他業(yè)務(wù)應(yīng)用的無縫銜接，確保設(shè)計(jì)人員和管理人員及時(shí)掌握工廠能耗、現(xiàn)場操作工藝等情況，以便有針對性地做好管理；

• 實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力、環(huán)境、設(shè)備等運(yùn)行監(jiān)測，超出設(shè)定范圍時(shí)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警，同步觸發(fā)聯(lián)動(dòng)報(bào)警、視頻等，毫微知著，防患于未然；

• 智慧照明帶來人性化、理想化的體驗(yàn)，保證有人出現(xiàn)時(shí)，監(jiān)控畫面始終高清，提高防護(hù)等級(jí)，實(shí)現(xiàn)了安全與節(jié)能的完美統(tǒng)一。

（3）降低綜合能耗，創(chuàng)綠色標(biāo)稈

• 采用高效節(jié)能第四代LED智能燈具，相較于傳統(tǒng)燈具，一次節(jié)能超過50%；

• 通過高效光源、動(dòng)態(tài)調(diào)光，二次節(jié)能超過15%；

• 通過多種智能傳感器、視頻聯(lián)動(dòng)等，實(shí)現(xiàn)“人來燈漸亮，人走燈漸暗，延時(shí)后自動(dòng)關(guān)”全自動(dòng)照明控制，三次節(jié)能約15%到90%。

• 通過與空調(diào)、新風(fēng)系統(tǒng)的智能化聯(lián)動(dòng)控制，極大地降低了能耗；

• 通過對整個(gè)工廠能耗的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，優(yōu)化運(yùn)行流程，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

（4）提升用戶體驗(yàn)，凸顯科技感

• 實(shí)現(xiàn)了所有公共區(qū)域照明、空調(diào)等設(shè)備的全自動(dòng)控制，全自動(dòng)日夜模式切換、節(jié)假日模式轉(zhuǎn)換，無需人工干預(yù)和管理；

• 實(shí)現(xiàn)了一鍵式場景控制，場景包括同步聯(lián)動(dòng)空調(diào)、新風(fēng)、視頻、門禁等設(shè)備；

• 實(shí)現(xiàn)了靈活的本地控制，無源無線智能控制器可以部署在任何位置，可以控制任意的控制對象；

• 管理人員可以通過移動(dòng)客戶端和管理終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、統(tǒng)一、集中的、可視化、智能化控制。