工業(yè)4.0時代的廠房升級改造智慧廠房

王強(qiáng)

【摘要】從當(dāng)前發(fā)展的情況可以看出，中國制造企業(yè)所面臨的最主要問題是產(chǎn)能過剩和成本上漲，這就導(dǎo)致勞動力、土地以及能源的成本逐漸上升。與發(fā)達(dá)國家相比而言，我們國家的制造業(yè)發(fā)展參差不齊，規(guī)模很大但是實力相對較弱一點。制造業(yè)在摸索和轉(zhuǎn)型的過程當(dāng)中，有很多企業(yè)對工業(yè)4.0為代表的智能制造模式提起重視，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級。工業(yè)4.0時代的核心是為了解決定制生產(chǎn)的問題。本篇文章就工業(yè)4.0時代的廠房升級改造-智慧廠房進(jìn)行了深入的分析，希望可以給相關(guān)研究提供幫助。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)4.0時代;廠房升級改造;智慧廠房

工業(yè)4.0時代是在對先進(jìn)的數(shù)字化智能制造技術(shù)進(jìn)行充分利用的情況下來提高滿足客戶需求的時間，進(jìn)而讓用戶的滿意度更高，企業(yè)在該領(lǐng)域也能夠提高自身競爭力，也就是說工業(yè)4.0并不是單純的為了追求現(xiàn)代的高新技術(shù)。和側(cè)重于產(chǎn)品生產(chǎn)和跟蹤的智慧工廠存在一定的區(qū)別的智慧廠房，其重點更加偏向于為工廠的生產(chǎn)提供具有保障的基礎(chǔ)建設(shè)。智慧廠房是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為支撐，來充分的發(fā)揮出其自身的智能作用。其中物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)就是互聯(lián)網(wǎng)，也就是說通過互聯(lián)網(wǎng)來將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行延伸和擴(kuò)展，同時延伸到物品之間可以進(jìn)行信息的交換。這樣一來，管理者就可以在對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和維護(hù)的時候更加高效。

1、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

建立智慧廠房主要由感知層、傳輸層以及應(yīng)用層三個層次組成。其中感知層說的是有很多通訊功能的動力設(shè)備和傳感器，比如有壓力傳感器、除濕機(jī)等。在傳輸層有著網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。該網(wǎng)絡(luò)環(huán)境事有廠區(qū)該層部署形成的。對于應(yīng)用層來說，其具體的功能是對運(yùn)行設(shè)備、工作環(huán)境以及能源的情況進(jìn)行監(jiān)控，所以是一個監(jiān)控平臺，被學(xué)者稱為是“智慧廠房建設(shè)的結(jié)晶”。

2、感知層

在感知層有很多通訊功能的動力設(shè)備和傳感器，它是智慧廠房當(dāng)中的核心部位，對于智慧廠房的順利運(yùn)行具有十分關(guān)鍵的作用，這也就體現(xiàn)出了它和其他突通廠房之間的區(qū)別了。在智慧廠房當(dāng)中會使用到很多設(shè)備，這些設(shè)備都是具有通訊的功能，廠房在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計之前，以及準(zhǔn)備對設(shè)備進(jìn)行選擇的時候需要充分的考慮到這個問題，需要及時與廠家進(jìn)行協(xié)商和討論，要確保廠家在提供服務(wù)的時候有提供接口放開的服務(wù)。比如被西門子、三菱等數(shù)據(jù)采集器可以普遍接受的通訊協(xié)議RS-485或者RS-232。

3、傳輸層

在應(yīng)用層和感知層之間需要有傳輸層作為連接，如果傳輸層發(fā)生故障，那么感知層設(shè)備的運(yùn)行情況就無法通過應(yīng)用層及時準(zhǔn)確的展現(xiàn)出來。在傳輸層會有很多設(shè)備，這些設(shè)備都是用來部署網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的，比如經(jīng)常會使用到的交換機(jī)、路由器、防火墻以及光纖轉(zhuǎn)換器等設(shè)備。

4、應(yīng)用層

對設(shè)備進(jìn)行管理是應(yīng)用層的主要作用，在智慧廠房建設(shè)的過程當(dāng)中應(yīng)用層的存在與人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)存在的作用一樣重要。在應(yīng)用層具有十分重要的一項工作那就是整合并且高效的處理原始數(shù)據(jù)。因為每一個設(shè)備都會產(chǎn)生不同的數(shù)據(jù)，這樣所得的數(shù)據(jù)是十分分散的，為了能夠在這些零散的數(shù)據(jù)當(dāng)中準(zhǔn)確并且高效的尋找出真正有價值的數(shù)據(jù)，那么需要通過應(yīng)用層的管理平臺進(jìn)行深度的挖掘，經(jīng)過對不同數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究并處理之后，來迅速的判斷出不同的數(shù)據(jù)給設(shè)備帶來的作用、能夠利用的幾率以及能源的消耗情況，從而快速的挑選出最有使用價值的數(shù)據(jù)信息。

設(shè)備運(yùn)維管理平臺可以通過公司內(nèi)部的設(shè)備運(yùn)維管理工作人員在日常工作當(dāng)中研發(fā)出來，也可以由專門的技術(shù)團(tuán)隊進(jìn)行研發(fā)。在工作發(fā)展的過程中為了能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，采取3E模式發(fā)展，即Equipment、Energy和 Environ-ment。設(shè)備運(yùn)維監(jiān)控平臺系統(tǒng)主要分為現(xiàn)場管理、項目管理、設(shè)備管理以及能源管理和環(huán)境管理五個模塊，通過這五個模塊之間的相互協(xié)作共同發(fā)展促使設(shè)備運(yùn)維監(jiān)控平臺更加高效的運(yùn)行。

現(xiàn)場管理模塊的主要作用是給每個員工分配廠區(qū)的工作任務(wù)，進(jìn)行日常的工作，比如需要有工作人員對電表進(jìn)行抄寫，整理電表上的數(shù)據(jù)，要定期或者不定期的巡檢廠區(qū)的設(shè)備，并且要做好記錄，然后由系統(tǒng)將將信息進(jìn)行儲存，在下次有同樣的任務(wù)分派下來的時候，可以直接進(jìn)行選擇，不用再重新填寫一遍。在現(xiàn)場管理模塊當(dāng)中設(shè)有任務(wù)變更的功能，這樣主要是為能夠確保工作的信息是準(zhǔn)確且真實的，如果有突發(fā)情況任務(wù)需要改變也會通過系統(tǒng)展現(xiàn)出來，這樣一來可以有效的保證本人所負(fù)責(zé)的工作是由本人完成，避免產(chǎn)生弄虛作假的現(xiàn)象。

項目管理模塊的建立主要是為了大型項目的施工建設(shè)。對于大型建設(shè)來說，會產(chǎn)生很多各種各樣的數(shù)據(jù)，在項目開始立項的時候到具體進(jìn)行設(shè)計，接著在施工環(huán)節(jié)以及到項目最后被驗收都是會有很多數(shù)據(jù)和資料產(chǎn)生，如果不妥善報關(guān)就很給項目后期出現(xiàn)問題的時候造成消極影響，所以項目管理模塊的系統(tǒng)就可以根據(jù)項目的進(jìn)展對用戶的所用資料進(jìn)行保留并且歸檔。一個項目是由很多個部分組成的，比如電力、水利、暖通設(shè)計等，所以在前期進(jìn)行規(guī)劃的時候就會根據(jù)所涉及的內(nèi)容不同分為不同的部分，所以為了滿足項目的實際需求，該模塊具有項目拆分的功能，從而根據(jù)不同客戶的實際情況，可以自行定義項目劃分的具體內(nèi)容。

設(shè)備管理模塊是五大模塊以及管理平臺當(dāng)中具有核心位置的功能。在設(shè)備管理模塊當(dāng)中融入了先進(jìn)的BIM建模技術(shù)，以此為基礎(chǔ)可以對設(shè)備的物理位置進(jìn)行真實客觀的反映，從而就能夠更加直觀的對不同設(shè)別的運(yùn)行情況和具體位置進(jìn)行查看。為了使設(shè)備運(yùn)行的時間更加長久，更能滿足用戶的需求，從而在這個模塊當(dāng)中設(shè)置了維護(hù)保養(yǎng)功能，因此主要用戶提前將需要保養(yǎng)的具體內(nèi)容和周期，在設(shè)備需要保養(yǎng)的時候系統(tǒng)能夠及時提醒工作人員，從而工作人員就可以按時對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，從而設(shè)備的使用壽命就會大大增加，避免設(shè)備受到損壞。

在能源管理模塊可以對設(shè)備的使用能源用量進(jìn)行監(jiān)測，其中包括水、電、天然氣等，有利于管理人員統(tǒng)計能源消耗情況。如果儀表發(fā)生故障，能源管理平臺會及時發(fā)出相應(yīng)的警報，管理人員在了解情況后就可以及時采取措施解決問題。在設(shè)計該模塊的時候，使用到了BIM模型，并將儀表的上下級關(guān)系繪制成圖，從而管理人員對儀表的分布情況就更加清晰。

監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的濕度、溫度、氣體濃度以及光照度等都需要通過環(huán)境管理模塊實現(xiàn)。生產(chǎn)環(huán)境的好壞對于生產(chǎn)以及產(chǎn)品的質(zhì)量具有直接的影響，所以該模塊是不可缺少的一部分。環(huán)境管理模塊以平面圖的方式展現(xiàn)，這樣有利于客戶更快的適應(yīng)管理平臺的具體操作。

結(jié)語：

在新時代發(fā)展的背景下，智慧廠房的產(chǎn)生是必然的，為了能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行有效的管理，需要對工業(yè)4.0下的廠房進(jìn)行升級改造，從而有利于減少成本，提高企業(yè)在市場中的競爭力，進(jìn)而促進(jìn)工業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]工業(yè)4.0背景下的PCB生產(chǎn)車間升級改造關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西華大學(xué)，2017（09）：12-13.

[2]辛妍.工業(yè)4.0時代來臨[J].新經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2015（11）：24-27.

[3]叢力群.工業(yè)4.0時代的工業(yè)軟件[C].寶鋼學(xué)術(shù)年會論文集.2015（14）：34.