譚軼 李宏康 徐志鵬 孔利東

關(guān)鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng);云端;化工生產(chǎn)管理;平臺(tái)

目前我國中小型化工企業(yè)很大比例屬于高污染、高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，受到政府環(huán)保、安全生產(chǎn)等政策影響，企業(yè)面臨著關(guān)、停、并、轉(zhuǎn)的壓力，有著向零排放、自動(dòng)化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的迫切要求。為助力中小型化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)全要素?cái)?shù)字化管理，切實(shí)提升安全管理水平，賽飛工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院開發(fā)應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，以生產(chǎn)線信息化作為載體，全面采集生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障信息、維修信息，與生產(chǎn)過程控制，質(zhì)量控制需求結(jié)合，使主要生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行可視化、效率定量化、操作人性化、報(bào)表智能化，服務(wù)于實(shí)時(shí)生產(chǎn)調(diào)度和動(dòng)態(tài)設(shè)備管理，實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)線無塵化、自動(dòng)化、智能化。以下為賽飛研究院基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的化工企業(yè)云端生產(chǎn)管理平臺(tái)研究的思路。

1 平臺(tái)層系統(tǒng)設(shè)計(jì)

化工管理操作平臺(tái)是基于賽飛CPOS操作系統(tǒng)架構(gòu)下，利用組態(tài)工具搭建起來的控制邏輯及界面顯示。賽飛工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自主研發(fā)的高效MES管理系統(tǒng)，即時(shí)監(jiān)控產(chǎn)線生產(chǎn)狀態(tài)，改善產(chǎn)能利用率，追蹤人員調(diào)派履歷、派工狀態(tài)，有效配置資源，提供電子看板反映訂單進(jìn)度、工單生產(chǎn)狀況、制作進(jìn)度、良率狀況、缺料咨詢、產(chǎn)線狀態(tài)，能夠及時(shí)預(yù)估和提醒物料和半成品供應(yīng)，并有效的進(jìn)行品質(zhì)管控。相比傳統(tǒng)生產(chǎn)管理方式具有智能化、無人化、云端化的優(yōu)點(diǎn)，并可根據(jù)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)實(shí)時(shí)做出原材料儲(chǔ)備、產(chǎn)線負(fù)荷和成品庫存的智能化預(yù)測和調(diào)整。

①工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)組態(tài)工具，通過采用圖形組態(tài)的方法幫助用戶快速地開發(fā)和部署智能制造應(yīng)用系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)按生產(chǎn)工藝和管理、控制需求及工程邏輯配置參數(shù)，可完成高適配性的應(yīng)用軟件開發(fā)，全部過程無代碼編寫。利用元件可視化方法追溯生產(chǎn)系統(tǒng)計(jì)算的全過程，發(fā)現(xiàn)問題根源;通過動(dòng)態(tài)重構(gòu)手段實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在線優(yōu)化和產(chǎn)品快速迭代，有效解決了工業(yè)企業(yè)軟件開發(fā)投入大、周期長的問題;②通用網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品和數(shù)據(jù)引擎軟件，解決了異構(gòu)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化集成的問題?？蓪?shí)時(shí)采集工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中異構(gòu)設(shè)備的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算，并與云端數(shù)據(jù)建立連接;將制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與自動(dòng)控制系統(tǒng)（PCS）深度融合，實(shí)現(xiàn)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通和協(xié)同控制;③基于數(shù)據(jù)引擎的賽飛云技術(shù)，按照虛擬控制器的技術(shù)框架來構(gòu)建，可同時(shí)適應(yīng)商業(yè)云和私有云環(huán)境，且部署效率高，風(fēng)險(xiǎn)低，可擴(kuò)展性強(qiáng);可以連接大量的工業(yè)設(shè)備，且滿足復(fù)雜工業(yè)應(yīng)用并行計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析的需要;可幫助用戶實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控、性能分析和品質(zhì)管理。

1.1 數(shù)據(jù)采集

本平臺(tái)通過通訊硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。通過對(duì)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)與關(guān)鍵狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集，作為實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能管控的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為生產(chǎn)信息看板、關(guān)鍵參數(shù)校核、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)、設(shè)備在線維保等功能提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.2 邊緣計(jì)算

本平臺(tái)通過硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算功能。在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理?？蛻艨筛鶕?jù)實(shí)際需求，在與智能管控平臺(tái)擁有完全一致的計(jì)算環(huán)境中，對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行預(yù)處理，如篩選、甄別、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、分析等。不僅能有效平衡并充分利用資源，提高數(shù)據(jù)處理效率，同時(shí)能確保從端到平臺(tái)整體數(shù)據(jù)處理的統(tǒng)一性。

1.3 數(shù)據(jù)傳輸

本平臺(tái)通過通訊硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。支持Wi-Fi、3G/4G等網(wǎng)絡(luò)接口，可以將所采集的數(shù)據(jù)傳輸至云智能管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全球范圍的數(shù)據(jù)采集與控制。采用專用的數(shù)據(jù)通信方式，數(shù)據(jù)采集高效快速，可滿足不同客戶的多樣化、定制化的通信需求。

1.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

本平臺(tái)通過設(shè)備庫建立系統(tǒng)靜態(tài)數(shù)據(jù)中心，通過數(shù)據(jù)處理中心建立系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)中心，統(tǒng)籌管理生產(chǎn)現(xiàn)場所有設(shè)備信息。根據(jù)項(xiàng)目分級(jí)及現(xiàn)場實(shí)際情況，將生產(chǎn)現(xiàn)場所有設(shè)備及統(tǒng)計(jì)信息，抽象為標(biāo)準(zhǔn)（虛擬）設(shè)備，以設(shè)備為對(duì)象，建立系統(tǒng)靜態(tài)數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)集中資料管理，提高維護(hù)工作效率，增加系統(tǒng)可靠性。

在生產(chǎn)過程中，將實(shí)時(shí)采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、工藝參數(shù)、校核結(jié)果等數(shù)據(jù)，以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的報(bào)警信息，以及系統(tǒng)人機(jī)界面的操作日志數(shù)據(jù)，記錄到系統(tǒng)的服務(wù)器中，建立系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)中心，為現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的全生命周期運(yùn)行情況追溯與分析提供可靠依據(jù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

本平臺(tái)通過邏輯組態(tài)軟件及各類功能元件構(gòu)建數(shù)據(jù)分析算法，通過對(duì)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法處理、統(tǒng)計(jì)分析提煉數(shù)據(jù)價(jià)值，沉淀專家經(jīng)驗(yàn);例如：設(shè)備高頻故障統(tǒng)計(jì)分析、效能分析、設(shè)備使用壽命統(tǒng)計(jì)及預(yù)防性維保提醒。

1.6 趨勢曲線

本平臺(tái)提供數(shù)據(jù)趨勢曲線查詢功能，用于現(xiàn)場操作人員和生產(chǎn)管理人員查閱設(shè)備運(yùn)行過程關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

①支持實(shí)時(shí)和歷史趨勢圖;②可自定義查詢數(shù)據(jù)點(diǎn)及時(shí)間區(qū)間，可查詢?nèi)我粫r(shí)間段的變化趨勢;③每個(gè)趨勢查詢界面最多支持8條曲線同時(shí)顯示，每條曲線均支持獨(dú)立操作;④以友好、直觀的曲線/餅狀圖顯示各種參數(shù)、數(shù)據(jù)的趨勢，如力矩、角度、線體節(jié)拍、產(chǎn)量等。圖形化元素通過色彩和填充的方式，使數(shù)據(jù)看起來更直觀清晰;⑤基于日期/時(shí)間或直角坐標(biāo)軸（X/Y軸）的趨勢圖向使用者提供靈活的信息呈現(xiàn)方式，支持多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)同時(shí)比較分析。

1.7 故障報(bào)警

本平臺(tái)提供故障報(bào)警功能，包括實(shí)時(shí)報(bào)警與歷史報(bào)警，用于對(duì)生產(chǎn)過程中的異常狀態(tài)（包括設(shè)備異常運(yùn)行狀態(tài)）進(jìn)行自動(dòng)判斷、記錄，并發(fā)出聲、光報(bào)警警示;同時(shí)支持現(xiàn)場操作人員和生產(chǎn)管理人員查詢。

①故障報(bào)警信息包括實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警，報(bào)警事件記錄保存于歷史數(shù)據(jù)庫中;②實(shí)時(shí)報(bào)警：故障報(bào)警發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲音警報(bào)，在報(bào)警列表中顯示報(bào)警信息，在事件日志中記錄報(bào)警信息、報(bào)警信息在確認(rèn)前閃爍顯示;③歷史報(bào)警：歷史報(bào)警可以根據(jù)時(shí)間段、報(bào)警類型、優(yōu)先級(jí)、確認(rèn)狀態(tài)、報(bào)警域等篩選條件進(jìn)行查詢;④系統(tǒng)記錄的報(bào)警信息包括報(bào)警類型、報(bào)警名稱、優(yōu)先級(jí)、報(bào)警域、開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、確認(rèn)時(shí)間等;⑤系統(tǒng)可根據(jù)報(bào)警的嚴(yán)重程度設(shè)置定義優(yōu)先級(jí)，最多支持5級(jí)報(bào)警，并通過顏色和報(bào)警聲音加以區(qū)分。

1.8 權(quán)限管理

本平臺(tái)提供全新管理功能。支持根據(jù)生產(chǎn)線、車間、廠區(qū)等進(jìn)行權(quán)限區(qū)域的劃分，并可為崗位及用戶分配對(duì)應(yīng)區(qū)域的權(quán)限，以便特定區(qū)域的界面只有擁有權(quán)限的崗位和用戶才能訪問、監(jiān)視、控制其生產(chǎn)過程，包括故障報(bào)警的信息。

平臺(tái)支持根據(jù)各級(jí)生產(chǎn)崗位的操作及管理權(quán)限，進(jìn)行崗位許可權(quán)設(shè)置，支持分區(qū)域設(shè)置崗位權(quán)限，避免越權(quán)操作或誤動(dòng)操作。支持對(duì)設(shè)備操作、聯(lián)動(dòng)畫面、修改屬性、設(shè)定參數(shù)、任務(wù)切換、退出系統(tǒng)等操作設(shè)定權(quán)限限制。

2 應(yīng)用前景

通過應(yīng)用云端生產(chǎn)管理系統(tǒng)，促使企業(yè)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)智能化提升和轉(zhuǎn)型升級(jí)，能給企業(yè)帶來的效益包括：勞動(dòng)生產(chǎn)率大幅提升，產(chǎn)能配置更加合理，生產(chǎn)過程自動(dòng)化程度明顯提高，生產(chǎn)過程管理數(shù)據(jù)可視化程度大幅提升，無人化生產(chǎn)使得勞動(dòng)力成本大幅降低;同時(shí)可以使企業(yè)繼續(xù)留在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)經(jīng)營，避免關(guān)、停、并、轉(zhuǎn)。賽飛平臺(tái)不僅能夠兼容和管理大量異構(gòu)的工業(yè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通，還可以幫助用戶企業(yè)將生產(chǎn)管理和控制應(yīng)用部署到云端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理與維護(hù)，為用戶節(jié)約大量的基礎(chǔ)設(shè)施投入成本。經(jīng)測算，僅此一項(xiàng)即可為工業(yè)用戶節(jié)省硬件投資與維護(hù)成本25%以上，降低系統(tǒng)實(shí)施成本20%-35%，為用戶帶來可觀的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

3 結(jié)語

化工管理操作平臺(tái)將生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)的積累和分析將會(huì)給中小型化工企業(yè)的新產(chǎn)品研發(fā)和創(chuàng)新提供數(shù)據(jù)支撐，通過提供的圖形化工具構(gòu)建工業(yè)機(jī)理模型、工業(yè)微服務(wù)組件，形成工業(yè)機(jī)理模型、微服務(wù)沉淀、轉(zhuǎn)化、傳播和復(fù)用、共享的機(jī)制;同時(shí)也為政府環(huán)保政策的制定提供數(shù)據(jù)支持。