论文部分内容阅读
摘要：“两化融合”是摆在制造业产业升级面前必须解决的问题。本文从规划设计的角度介绍了在设计建设智能制造系统的着手点，以硬件为基础，构建智能制造的基础应用平台，为制造业信息化提供良好应用平台。
关键词：智能制造设备联网环控
中图分类号：S611文献标识码： A
1.智能制造概况
智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制造过程和制造装备智能化，是信息技术和智能技术与装备制造过程技术的深度融合与集成。
智能制造集成应用系统由计算机系统、车间物联网系统、数据中心、生产指挥中心、生产数据交换应用平台及数字化车间系统集成等六部分组成。其中车间物联网系统可分为生产物联网与环境监控物联网两部分，生产物联网包括：数控机床联网系统、人机交互界面、现有机床改造、能源管控及设备管理、生产网络无线覆盖、看板管理、生产过程实时监控、电子标签技术应用；环境物联网包括：空气悬浮颗粒物监测、噪声监测、有害气体监测。
2.车间物联网
车间物联网是指的是将车间现场的末端设备和设施，包括具备“内在智能”的传感器、智能仪表、移动终端、数控设备、视频监控系统等和“外在使能”的如贴上电子标签的各种物料及工位等智能化物件，通过各种无线或有线的长距离或短距离通讯网络实现互联互通、应用集成等模式，在企业局域网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现对“企业资源”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。车间物联网又细分为服务于生产管理的生产监控物联网和服务于职业健康卫生的环境监控物联网。
2.1生产物联网
2.1.1数控机床联网系统
数控机床联网系统主要包括：网络服务器、局域网、CAD/CAM计算机、管理系统、联网系统主控机、远程通讯接口、通讯电缆、数控机床等。
2.1.2人机交互界面
工业人机交互界面是一种带微处理器的智能终端，一般用于工业场合，实现人和机器之间的信息交互，包括文字或图形显示以及输入等功能。工业人机界面正在向应用范围更广的高可靠性智能化信息终端发展。
触摸屏人机界面具备丰富的图形功能，能够实现各种需求的图形显示、数据存储、联网通讯等功能，且可靠性高，体积小，是工业场合的首选，可替代工业PC成为主流的智能化信息终端。工业人机界面配套组态软件，以方便客户的图形化编程。
2.1.3现有机床改造
针对现有机床控制系统及通讯接口的不同、普通机床无法联网监测的，需要对机床进行一些改造，使其至少能够实现在线监测功能。
具有控制系统的机床，但既不支持网卡通讯，也不支持宏B采集，一般是一些比较老的机床。对这类机床采用的是专用智能采集硬件的方式进行数据采集的。
2.1.4能源管控
为高效利用资源能源，走企业发展循环经济模式，能源管控中心需要将生产过程中涉及到的电力、水、蒸汽、氧、氮、氬等能源介质集中管理，提高企业调度自动化水平，更好地保证生产的安全、可靠、经济运行。由于能源介质管网遍布全厂，线路长，需要配套建设能源综合监控系统，作为能源管理现场无人值守的安全技术措施，在能源中心控制室实现对变电所、混合加压站等重要场所进行视频巡检和环境集中监控，确保在第一时间发现安全隐患。
2.1.5看板管理
管理看板是发现问题、解决问题的非常有效且直观的手段，是优秀的现场管理必不可少的工具之一。
管理看板是管理可视化的一种表现形式，即对数据、情报等的状况一目了然地表现，主要是对于管理项目、特别是情报进行的透明化管理活动。它通过各种形式如标语/现况板/图表/电子屏等把文件上、脑子里或现场等隐藏的情报揭示出来，以便任何人都可以及时掌握管理现状和必要的情报，从而能够快速制定并实施应对措施。
2.1.6生产过程实时监控
生产过程实时监控系统分为两部分：生产数据实时监控系统与生产状态视频监控两部分。
生产实时监控系统，简称RPC，主要实现将企业各个生产装置（NC、DCS、PLC等）控制系统实时集中监控，并且制作报表以及对实时数据进行应用分析。包括数据采集接口、实时数据库服务器（PI、IP21等）、实时数据C/S应用和B/S发布以及制作报表等。
RPC实现底层生产过程实时信息的采集，通过信息集成形成优化控制、优化调度和优化决策等的判断或指令。实现流程工业企业生产过程的安全、稳定、均衡、优质、高产、低耗的目标；同时，企业内部物流的控制与管理、生产过程成本的控制与管理等生产管理活动都在实时数据平台层完成，使生产过程数据和企业管理数据的在实时数据平台中融合与贯通。
生产状态视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像理解和分析为特色。视频监控技术还可以应用于企业管理和生产经营管理，提高生产效率。数字视频监控技术，融合了新兴的网络技术、多媒体技术、视频技术，是技术发展和社会进步的巨大飞跃。
2.1.7环境监控物联网
a)空气悬浮颗粒物监测
悬浮在空气中的粒径小于100微米的颗粒物通称总悬浮颗粒物，其中粒径小于10微米的称可吸入颗粒物（PM10）。
车间设基于TCP/IP协议空气悬浮颗粒物监测仪，控制标准为pm2.5。监测仪直接联动车间新风机、排风机等空调通风设备，及时进行室内空气换气，保证生产人员安全，同时针对相应问题做针对性治理。
b)噪声监测
噪声是一种环境污染，尤其在工业生产环境中。它是一种致人死命的慢性毒素。
强的噪声可以引起耳部的不适，使工作效率降低。据测定，超过115分贝的噪声还会造成耳聋。据临床医学统计，若在80分贝以上噪音环境中生活，造成耳聋者可达50％。
为了控制以上噪声引起的种种不良反应，必须要控制设备噪声对人的损害。车间工作位设置噪声监测装置，监控员工所接收到的噪声水平。
c)有害气体监测
经常遇到的有害气体有：一氧化碳（CO)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、硫化氢(H2S)等。
气体控制指标为：一氧化碳（CO) <24ppm、二氧化硫(SO2) <5ppm、二氧化氮(NO2)<15 mg/m3、硫化氢(H2S)< 20ppm。
有害气体监测仪直接联动车间新风机、排风机等空调通风设备，及时进行室内空气换气，保证生产人员安全。
3.生产信息基础平台
3.1计算机网络系统
计算机网络的功能主要表现在硬件资源共享、软件资源共享和用户间信息交换三个方面。
硬件资源共享。可以在全网范围内提供对处理资源、存储资源、输入输出资源等昂贵设备的共享，使用户节省投资，也便于集中管理和均衡分担负荷。
软件资源共享。允许互联网上的用户远程访问各类大型数据库，可以得到网络文件传送服务、远地进程管理服务和远程文件访问服务，从而避免软件研制上的重复劳动以及数据资源的重复存贮，也便于集中管理。
用户间信息交换。计算机网络为分布在各地的用户提供了强有力的通信手段。用户可以通过计算机网络传送生产数据、发布新闻消息和在线传输设计代码等活动。
3.2数据中心
数据中心基础设施工程包括数据中心机房内的装饰装修工程、机房空调系统、机房电气工程、机房消防系统、机房弱电系统和机房机柜系统。
数据中心机房由主机房、辅助区、支持区、行政办公区组成。
主机房内放置大量网络交换机、服务器群、存储设备等，是综合布线和信息网络设备的核心，也是信息网络系统的数据汇聚中心，其特点是网络设备24h不间断运行，电源和空调不允许中断，对机房的洁净度、温湿度要求较高。
参考文献：
[1]张浩,樊留群,马玉敏.数字化工厂技术与应用.机械工业出版社，2006年4月
[2]刘云浩.物联网导论.科学出版社，2011年3月
作者简介：1. 李亮（1979-），男，河南淮滨人，本科，工程师，工作方向为建筑电气设计
2. 陈明静（1983-），女，河南南阳人，硕士，工程师，工作方向为建筑电气设计
关键词：智能制造设备联网环控
中图分类号：S611文献标识码： A
1.智能制造概况
智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制造过程和制造装备智能化，是信息技术和智能技术与装备制造过程技术的深度融合与集成。
智能制造集成应用系统由计算机系统、车间物联网系统、数据中心、生产指挥中心、生产数据交换应用平台及数字化车间系统集成等六部分组成。其中车间物联网系统可分为生产物联网与环境监控物联网两部分，生产物联网包括：数控机床联网系统、人机交互界面、现有机床改造、能源管控及设备管理、生产网络无线覆盖、看板管理、生产过程实时监控、电子标签技术应用；环境物联网包括：空气悬浮颗粒物监测、噪声监测、有害气体监测。
2.车间物联网
车间物联网是指的是将车间现场的末端设备和设施，包括具备“内在智能”的传感器、智能仪表、移动终端、数控设备、视频监控系统等和“外在使能”的如贴上电子标签的各种物料及工位等智能化物件，通过各种无线或有线的长距离或短距离通讯网络实现互联互通、应用集成等模式，在企业局域网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现对“企业资源”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。车间物联网又细分为服务于生产管理的生产监控物联网和服务于职业健康卫生的环境监控物联网。
2.1生产物联网
2.1.1数控机床联网系统
数控机床联网系统主要包括：网络服务器、局域网、CAD/CAM计算机、管理系统、联网系统主控机、远程通讯接口、通讯电缆、数控机床等。
2.1.2人机交互界面
工业人机交互界面是一种带微处理器的智能终端，一般用于工业场合，实现人和机器之间的信息交互，包括文字或图形显示以及输入等功能。工业人机界面正在向应用范围更广的高可靠性智能化信息终端发展。
触摸屏人机界面具备丰富的图形功能，能够实现各种需求的图形显示、数据存储、联网通讯等功能，且可靠性高，体积小，是工业场合的首选，可替代工业PC成为主流的智能化信息终端。工业人机界面配套组态软件，以方便客户的图形化编程。
2.1.3现有机床改造
针对现有机床控制系统及通讯接口的不同、普通机床无法联网监测的，需要对机床进行一些改造，使其至少能够实现在线监测功能。
具有控制系统的机床，但既不支持网卡通讯，也不支持宏B采集，一般是一些比较老的机床。对这类机床采用的是专用智能采集硬件的方式进行数据采集的。
2.1.4能源管控
为高效利用资源能源，走企业发展循环经济模式，能源管控中心需要将生产过程中涉及到的电力、水、蒸汽、氧、氮、氬等能源介质集中管理，提高企业调度自动化水平，更好地保证生产的安全、可靠、经济运行。由于能源介质管网遍布全厂，线路长，需要配套建设能源综合监控系统，作为能源管理现场无人值守的安全技术措施，在能源中心控制室实现对变电所、混合加压站等重要场所进行视频巡检和环境集中监控，确保在第一时间发现安全隐患。
2.1.5看板管理
管理看板是发现问题、解决问题的非常有效且直观的手段，是优秀的现场管理必不可少的工具之一。
管理看板是管理可视化的一种表现形式，即对数据、情报等的状况一目了然地表现，主要是对于管理项目、特别是情报进行的透明化管理活动。它通过各种形式如标语/现况板/图表/电子屏等把文件上、脑子里或现场等隐藏的情报揭示出来，以便任何人都可以及时掌握管理现状和必要的情报，从而能够快速制定并实施应对措施。
2.1.6生产过程实时监控
生产过程实时监控系统分为两部分：生产数据实时监控系统与生产状态视频监控两部分。
生产实时监控系统，简称RPC，主要实现将企业各个生产装置（NC、DCS、PLC等）控制系统实时集中监控，并且制作报表以及对实时数据进行应用分析。包括数据采集接口、实时数据库服务器（PI、IP21等）、实时数据C/S应用和B/S发布以及制作报表等。
RPC实现底层生产过程实时信息的采集，通过信息集成形成优化控制、优化调度和优化决策等的判断或指令。实现流程工业企业生产过程的安全、稳定、均衡、优质、高产、低耗的目标；同时，企业内部物流的控制与管理、生产过程成本的控制与管理等生产管理活动都在实时数据平台层完成，使生产过程数据和企业管理数据的在实时数据平台中融合与贯通。
生产状态视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像理解和分析为特色。视频监控技术还可以应用于企业管理和生产经营管理，提高生产效率。数字视频监控技术，融合了新兴的网络技术、多媒体技术、视频技术，是技术发展和社会进步的巨大飞跃。
2.1.7环境监控物联网
a)空气悬浮颗粒物监测
悬浮在空气中的粒径小于100微米的颗粒物通称总悬浮颗粒物，其中粒径小于10微米的称可吸入颗粒物（PM10）。
车间设基于TCP/IP协议空气悬浮颗粒物监测仪，控制标准为pm2.5。监测仪直接联动车间新风机、排风机等空调通风设备，及时进行室内空气换气，保证生产人员安全，同时针对相应问题做针对性治理。
b)噪声监测
噪声是一种环境污染，尤其在工业生产环境中。它是一种致人死命的慢性毒素。
强的噪声可以引起耳部的不适，使工作效率降低。据测定，超过115分贝的噪声还会造成耳聋。据临床医学统计，若在80分贝以上噪音环境中生活，造成耳聋者可达50％。
为了控制以上噪声引起的种种不良反应，必须要控制设备噪声对人的损害。车间工作位设置噪声监测装置，监控员工所接收到的噪声水平。
c)有害气体监测
经常遇到的有害气体有：一氧化碳（CO)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、硫化氢(H2S)等。
气体控制指标为：一氧化碳（CO) <24ppm、二氧化硫(SO2) <5ppm、二氧化氮(NO2)<15 mg/m3、硫化氢(H2S)< 20ppm。
有害气体监测仪直接联动车间新风机、排风机等空调通风设备，及时进行室内空气换气，保证生产人员安全。
3.生产信息基础平台
3.1计算机网络系统
计算机网络的功能主要表现在硬件资源共享、软件资源共享和用户间信息交换三个方面。
硬件资源共享。可以在全网范围内提供对处理资源、存储资源、输入输出资源等昂贵设备的共享，使用户节省投资，也便于集中管理和均衡分担负荷。
软件资源共享。允许互联网上的用户远程访问各类大型数据库，可以得到网络文件传送服务、远地进程管理服务和远程文件访问服务，从而避免软件研制上的重复劳动以及数据资源的重复存贮，也便于集中管理。
用户间信息交换。计算机网络为分布在各地的用户提供了强有力的通信手段。用户可以通过计算机网络传送生产数据、发布新闻消息和在线传输设计代码等活动。
3.2数据中心
数据中心基础设施工程包括数据中心机房内的装饰装修工程、机房空调系统、机房电气工程、机房消防系统、机房弱电系统和机房机柜系统。
数据中心机房由主机房、辅助区、支持区、行政办公区组成。
主机房内放置大量网络交换机、服务器群、存储设备等，是综合布线和信息网络设备的核心，也是信息网络系统的数据汇聚中心，其特点是网络设备24h不间断运行，电源和空调不允许中断，对机房的洁净度、温湿度要求较高。
参考文献：
[1]张浩,樊留群,马玉敏.数字化工厂技术与应用.机械工业出版社，2006年4月
[2]刘云浩.物联网导论.科学出版社，2011年3月
作者简介：1. 李亮（1979-），男，河南淮滨人，本科，工程师，工作方向为建筑电气设计
2. 陈明静（1983-），女，河南南阳人，硕士，工程师，工作方向为建筑电气设计