智能工廠管理信息系統(tǒng)的研究與應(yīng)用分析

嚴(yán)罡星 王喬

【摘要】? ? 本文將圍繞智能工廠管理信息系統(tǒng)進(jìn)行分析討論，并提出該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程與運(yùn)用方向，以此促進(jìn)信息化與工業(yè)化的高度融合，使生產(chǎn)企業(yè)維持穩(wěn)定、可持續(xù)化的發(fā)展模式，能夠更好的運(yùn)用管理信息系統(tǒng)，減少人工干預(yù)，確保信息管理與服務(wù)質(zhì)量進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的全方位把控，推動(dòng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)。

【關(guān)鍵詞】? ? 信息系統(tǒng)? ? 開(kāi)發(fā)平臺(tái)? ? 智能工廠

引言：

智能工廠管理信息系統(tǒng)的自主能力較強(qiáng)，可以有效采集與分析相關(guān)數(shù)據(jù)、資料，并進(jìn)行推理與判斷從而規(guī)劃自身行為，能夠切實(shí)結(jié)合信號(hào)處理、信息交互、仿真模型、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，從而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、充分反映實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器（M2M）之間的相互協(xié)調(diào)。為了確保該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程切實(shí)可行，保證提出的運(yùn)用方向具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，首先要對(duì)智能工程管理信息系統(tǒng)的主要功能、結(jié)構(gòu)組成與關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入了解。

一、智能工廠管理信息系統(tǒng)分析

1.1主要功能

智能工廠管理信息系統(tǒng)的主要功能包括：數(shù)據(jù)采集，能夠?qū)崟r(shí)完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄、操作日志、關(guān)系型信息等內(nèi)容的統(tǒng)計(jì)與整理;流程圖的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，使操作人員在電腦端或移動(dòng)電子設(shè)備上便可查看工藝流程生產(chǎn)進(jìn)度、產(chǎn)品加工質(zhì)量等信息;記錄報(bào)警事件，并完成相應(yīng)的分析與管理，幫助工作人員結(jié)合以往的實(shí)際案例提高預(yù)防措施的合理性與可靠性;報(bào)表傳送與短信推送，能夠在線完成數(shù)據(jù)的接收與傳輸;視頻監(jiān)控，借由高清視頻采集設(shè)備捕捉動(dòng)態(tài)畫面，提高工藝流程的把控度;生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，不僅能夠利用系統(tǒng)程序完成效益測(cè)評(píng)、成本分析，還能進(jìn)一步明確能源損耗程度，從而節(jié)約資源使用，達(dá)到綠色化生產(chǎn)的目的[1]。

1.2結(jié)構(gòu)組成

該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)防護(hù)層、數(shù)據(jù)發(fā)布層三個(gè)方面構(gòu)成，并包含采集器、OPC客戶端與PIMS客戶端。OPC技術(shù)的出現(xiàn)使平臺(tái)間實(shí)現(xiàn)了零成本零耗時(shí)的無(wú)縫對(duì)接，其中采集器含有OPC服務(wù)器，能夠快速輕松將過(guò)程值集成到IT系統(tǒng)中，OPC服務(wù)器配置簡(jiǎn)單，支持領(lǐng)先制造商的控制器如：Siemens， B&R， Allen，能夠?qū)?xiàng)目的流程圖、數(shù)據(jù)集成、組態(tài)、報(bào)表等內(nèi)容進(jìn)行高效管理。OPC客戶端則主要由動(dòng)力設(shè)備、蒸餾裝置、排水等控制系統(tǒng)組成，與WINCC、intouch、組態(tài)王、KEPServerEX OPCserver、RSVIEW、等工控軟件或其它第三方軟件平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程傳送;同時(shí)支持大型數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)共享、過(guò)程控制和自動(dòng)化系統(tǒng)拉口、按第三方系統(tǒng)平臺(tái)所要求的其他協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)對(duì)接等。

而PIMS可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)流程查看、實(shí)時(shí)趨勢(shì)瀏覽、報(bào)警記錄與查看、開(kāi)關(guān)量變位記錄與查看、報(bào)表數(shù)據(jù)存貯、歷史趨勢(shì)存貯與查看、標(biāo)準(zhǔn)ODBC / SQL.過(guò)程數(shù)據(jù)接口等功能，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集成、綜合管理，PIMS客戶端則主要包含多個(gè)PC客戶端以及多個(gè)WEB客戶端，通常用于遠(yuǎn)程客戶訪問(wèn)與信息傳遞[2]。

1.3關(guān)鍵技術(shù)

第一，網(wǎng)閘，智能工廠管理信息系統(tǒng)采用的是單向網(wǎng)閘隔離，能夠阻斷子系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的信息交互，利用2+1結(jié)構(gòu)以及專門的數(shù)據(jù)處理芯片將操作系統(tǒng)嵌入到系統(tǒng)內(nèi)核當(dāng)中，確保網(wǎng)絡(luò)功能被全部取消，并關(guān)閉TCP/IP服務(wù)協(xié)議，簽訂內(nèi)外網(wǎng)間的私有通訊協(xié)議，這樣便可確保數(shù)據(jù)的單向傳遞，并通過(guò)TCP應(yīng)答避免應(yīng)用層數(shù)據(jù)參數(shù)的流出。第二，三層網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)，該技術(shù)的重點(diǎn)在于分離控制系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)客戶端，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與客戶網(wǎng)的有效連接，從而明確不同管理網(wǎng)的權(quán)限界定，提高通訊過(guò)程的安全性，保證服務(wù)器可以進(jìn)行任意訪問(wèn)，提升管理范圍[3]。

二、智能工廠管理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程與運(yùn)用探究

2.1開(kāi)發(fā)流程

1.制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。一方面系統(tǒng)數(shù)據(jù)要依照國(guó)際規(guī)范要求進(jìn)行制定，遵從J2EE協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)，確保管理信息系統(tǒng)能夠容納海量的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并完成分門別類的管理，使后續(xù)的信息傳遞與調(diào)取可以有序開(kāi)展，同時(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要符合簽發(fā)服務(wù)器的身份認(rèn)證系統(tǒng)，用以保護(hù)數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性。另一方面要保證信息存儲(chǔ)裝置能夠進(jìn)行容量擴(kuò)展，使MTBF保持在20000小時(shí)以上，而信息交互的響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)則控制在0.4S以內(nèi)、音頻圖像信息的交互時(shí)長(zhǎng)不應(yīng)超過(guò)8S、地圖定位的響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)需保持在5S左右、視頻數(shù)據(jù)的響應(yīng)時(shí)間則要低于10S。這樣不僅能滿足高速發(fā)展的時(shí)代需求，還可以避免頻繁的設(shè)備更換，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

2.獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)。由于智能工廠本身占地面積較廣，為了確保數(shù)據(jù)獲取的全面性，通常會(huì)采用無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)與測(cè)量系統(tǒng)相結(jié)合的方式實(shí)時(shí)捕捉高清晰度的視頻畫面，并借助全景掃描與激光點(diǎn)檢測(cè)方法掌握工藝產(chǎn)品、生產(chǎn)流程等信息數(shù)據(jù)。

3.構(gòu)建數(shù)據(jù)模型。一是要分析收集到的高清視頻影像數(shù)據(jù)，提煉重要信息與設(shè)備參數(shù)，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)建模程序，構(gòu)建包含地貌信息的三維模型，使其能夠充分反映廠區(qū)內(nèi)的地表狀況與設(shè)備分布位置，使操作人員能夠更直觀、更詳細(xì)的觀察工廠結(jié)構(gòu)，從而制定高質(zhì)量的設(shè)計(jì)規(guī)劃。二是要精細(xì)化數(shù)據(jù)模型，完善模型信息，比如：廠區(qū)內(nèi)的重要標(biāo)志、建筑物、工業(yè)設(shè)備等，保證制作的三維場(chǎng)景圖足夠真實(shí)，能夠高度還原實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)。此外，為了進(jìn)一步提高數(shù)字讀圖的精確度，要保證DEM數(shù)據(jù)網(wǎng)格間距控制在0.25M，數(shù)字影像分辨率為0.05M。

4.采集有效信息。信息采集的方式主要以實(shí)地調(diào)研為主，要確保信息采集的全面性，將建筑、交通、管線等屬性參數(shù)以及單元、名稱、產(chǎn)能等內(nèi)容全部進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與整理，并將相關(guān)信息呈現(xiàn)在三維模型當(dāng)中。

5.開(kāi)發(fā)應(yīng)用平臺(tái)。一是要開(kāi)發(fā)OPC接口，該接口通常用于信息系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的通訊連接，在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程時(shí)要注意智能工廠的控制系統(tǒng)裝置數(shù)量較多，且不同系統(tǒng)的通訊標(biāo)準(zhǔn)具有一定的差異性，為了保證連接的安全性、準(zhǔn)確性，需要借助多個(gè)廠商的協(xié)調(diào)幫助，對(duì)OPC授權(quán)狀況進(jìn)行詳細(xì)了解。同時(shí)，要進(jìn)一步掌握數(shù)據(jù)采集格式，依照不同的系統(tǒng)協(xié)議與組態(tài)，逐一完成接口客戶端的開(kāi)發(fā)，保證軟件配置的安裝正確，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互。二是要保證承載平臺(tái)能夠具有飛行管理、目標(biāo)互覽、信息查詢、觀察分析等功能，要求管理信息系統(tǒng)采用J2EE加工體系，用以拓展更多的應(yīng)用設(shè)備。系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境應(yīng)為JAVA SCRIPT、運(yùn)行環(huán)境為WINDOWS服務(wù)器、SQL作為數(shù)據(jù)庫(kù)，并運(yùn)用GIS軟件與WEB平臺(tái)作為基礎(chǔ)支撐，用以提高系統(tǒng)性能。

2.2應(yīng)用分析

1.信息查詢。系統(tǒng)用戶可以根據(jù)個(gè)人瀏覽需求，在三維瀏覽界面與飛行管理中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、漫游、定位、縮放等操作，利用應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)讀、寫、畫、量、鏈接、挖掘等功能，同時(shí)信息系統(tǒng)也可以依照用戶選擇的企業(yè)、建筑將包含土地類型、環(huán)境條件的三維地圖呈現(xiàn)在瀏覽界面，以此滿足用戶的多樣化、個(gè)性化需求，完成信息內(nèi)容的分類呈現(xiàn)。

2.安全監(jiān)控。信息系統(tǒng)能夠通過(guò)結(jié)合傳感器、視頻采集裝置、控制開(kāi)關(guān)以及搭配的圖像識(shí)別報(bào)警、電子圍欄等設(shè)備完成安全監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)預(yù)警信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)可以直接將報(bào)警數(shù)據(jù)傳入到監(jiān)控主機(jī)當(dāng)中，提醒操作人員盡快解決實(shí)際問(wèn)題。智能工廠管理信息系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍較廣，可以覆蓋區(qū)域內(nèi)的全部視頻監(jiān)控點(diǎn)，不僅能對(duì)室內(nèi)、室外的安全狀況進(jìn)行監(jiān)控，還能對(duì)工廠道路監(jiān)控進(jìn)行精細(xì)化分類，之后利用三維地圖調(diào)動(dòng)指定位置的攝像裝置，獲取實(shí)時(shí)影像。而且系統(tǒng)本身的識(shí)別能力極強(qiáng)，能夠有效區(qū)分煙霧、車流、火花等特殊信息，以此提高監(jiān)控的準(zhǔn)確性，加強(qiáng)預(yù)警效率，降低風(fēng)險(xiǎn)危害發(fā)生的可能性。此外，系統(tǒng)在完成報(bào)警功能后會(huì)自動(dòng)切換至事故地點(diǎn)的信息與畫面，監(jiān)測(cè)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以往的數(shù)字化監(jiān)視，如果條件允許的話，甚至可以利用視頻動(dòng)態(tài)偵測(cè)功能，進(jìn)行設(shè)備間的聯(lián)動(dòng)，完成整個(gè)事故過(guò)程的全方位記錄。由于其組合動(dòng)作十分靈活，可以輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)聯(lián)動(dòng)，滿足不同狀況的安防需求，因此該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍十分廣泛，不僅在工業(yè)領(lǐng)域得到了良好的運(yùn)用，還在教學(xué)培訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)M等方向具有良好的發(fā)展前景[4]。

3.排放監(jiān)管。信息系統(tǒng)能夠與環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合將工廠內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)注在電子地圖上，對(duì)相應(yīng)設(shè)施的功能、類型等基本數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，還可通過(guò)增、刪、減、改等操作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息的在線管理，同時(shí)能夠允許操作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，及時(shí)控制排放裝置的運(yùn)行時(shí)間與狀態(tài)啟停，確保廢水廢氣物被有效清除。

4.設(shè)備監(jiān)測(cè)。雖然目前大多工廠企業(yè)無(wú)法有效將傳感器、RFID與繼電模塊安裝在工廠加工設(shè)備當(dāng)中，達(dá)到高度智能化水平，但通過(guò)使用全景掃描技術(shù)仍能保證生產(chǎn)狀況的全方位檢測(cè)，確保加工現(xiàn)場(chǎng)的良好把控，該技術(shù)的特點(diǎn)在于監(jiān)測(cè)范圍較廣，適用于設(shè)備眾多、管線復(fù)雜的監(jiān)控環(huán)境，使操作人員即使不在工廠現(xiàn)場(chǎng)，也可以通過(guò)遠(yuǎn)程調(diào)控的方式對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)參數(shù)變化進(jìn)行準(zhǔn)確觀察，并借助檢測(cè)程序完成設(shè)備的故障判斷。同時(shí)由于設(shè)備監(jiān)測(cè)流程沒(méi)有運(yùn)用傳統(tǒng)的三維模型，使觀測(cè)數(shù)據(jù)量被進(jìn)一步縮小，利用全景掃描的高傳輸效率，使監(jiān)測(cè)效果更佳，即使是隱蔽性極強(qiáng)的安全隱患，也能被有效查找出來(lái)。

5.地下管網(wǎng)管理。工廠管理信息系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)省去了實(shí)地挖掘的必要性，工作人員在計(jì)算機(jī)上便可分析管道材質(zhì)、管徑大小、使用年限以及埋深等信息，通過(guò)在設(shè)計(jì)程序中將管線切成剖面，幫助操作人員更直觀地看到橫斷面狀況與管線鋪設(shè)情況，確保距離地面高度與管線距離等數(shù)據(jù)被準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中還要注意結(jié)合傳感器設(shè)備以及管道探測(cè)裝置，加強(qiáng)軟硬件的有效結(jié)合，切實(shí)起到安全防護(hù)管道的作用，完成管線的升級(jí)與優(yōu)化。同時(shí)，智能工廠管理信息系統(tǒng)將ERP、生產(chǎn)調(diào)度、DCS等系統(tǒng)功能高度集成，使以往只限于數(shù)字查看、圖像展示等功能可以得到3D化呈現(xiàn)，使數(shù)據(jù)信息更加立體與生動(dòng)，有利于操作者更好的完成功能使用，其應(yīng)用價(jià)值十分巨大，有待研究人員進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新。

此外，為了進(jìn)一步保證智能工廠管理信息系統(tǒng)運(yùn)用的高效合理性，技術(shù)人員要不斷豐富自身知識(shí)理論儲(chǔ)備，強(qiáng)化實(shí)踐能力，能夠有效應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況，并采取切實(shí)可行的處理方式，消除管理信息系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的故障與問(wèn)題。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)智能工廠管理信息系統(tǒng)的主要功能、結(jié)構(gòu)組成、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析討論，提出該系統(tǒng)的具體開(kāi)發(fā)流程以及相關(guān)應(yīng)用，以此促進(jìn)管理與控制的融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的有效連接，加強(qiáng)信息傳遞的及時(shí)性與安全性，確保生產(chǎn)管理效率能夠大幅度提升，并為相關(guān)企業(yè)提供具有參考價(jià)值的數(shù)據(jù)信息，推動(dòng)智能工廠管理信息系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化與升級(jí)。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]楊志瓊.非法獲取計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)罪“口袋化”的實(shí)證分析及其處理路徑[J].法學(xué)評(píng)論，2019，36（06）：163-174.

[2]李志鋒.智能工廠管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].儀器儀表用戶，2020，27（03）：101-103+73.

[3]孫旭，楊印生，郭鴻鵬.近場(chǎng)通信物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息系統(tǒng)中應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，30（19）：325-331.

[4]楊書景.智慧城市建設(shè)下智慧園區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)思路分析[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2021，48（01）：34-35.