數(shù)字工廠的自動化設(shè)備聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集分析

李維東

（華高數(shù)字科技有限公司，山東 青島 266071）

當(dāng)前的時代背景極大地推動了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，并且使設(shè)備自動化的程度逐漸提高，但由于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)所需設(shè)備的物理鏈路不同或者受到各種條件的制約，導(dǎo)致絕大多數(shù)數(shù)據(jù)無法通過聯(lián)網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)相連相通，同時即使具備了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，也難以適應(yīng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展特點(diǎn)，導(dǎo)致工廠的效率比較低下。因此，要運(yùn)用數(shù)據(jù)采集的方法來解決數(shù)字工廠中產(chǎn)生的各種問題，借助這種方式的數(shù)據(jù)采集可以不用再依賴具體的硬件設(shè)施，會對企業(yè)以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展具有一定的啟示意義。

1 數(shù)字工廠的相關(guān)敘述

數(shù)字工廠就是企業(yè)具備了信息化、數(shù)字化以及網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展特點(diǎn)，其中包含產(chǎn)品開發(fā)、準(zhǔn)備生產(chǎn)以及營銷數(shù)字化等多個階段，因此數(shù)字工廠在發(fā)展過程中由于結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)科技，因此可以通過模擬建模以及虛擬仿真來對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測，還可以根據(jù)相關(guān)的結(jié)果結(jié)合數(shù)字工廠實(shí)際的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行重新規(guī)劃與運(yùn)用。通過對數(shù)字工廠中相關(guān)的工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集與整理，不但降低了企業(yè)單位在自動化設(shè)備改造方面的投入，還為企業(yè)數(shù)字化工廠的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。但是由于數(shù)字工廠的員工在使用之前沒有提前了解生產(chǎn)系統(tǒng)及其功能，導(dǎo)致質(zhì)量難以保障，不僅需要花費(fèi)的時間與精力比較大，還難以將可靠性等功能完全發(fā)揮出來。此外，數(shù)字工廠整體的布局對其發(fā)展也有一定的影響，從數(shù)字工廠的各個環(huán)節(jié)以及不同的層次，乃至整個工廠的設(shè)計、仿真、分析以及優(yōu)化等過程，都需要合理地應(yīng)用相關(guān)的自動化設(shè)備來完成產(chǎn)品的制造與仿真過程的模擬，從而進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量，促進(jìn)數(shù)字工廠的可持續(xù)發(fā)展。

2 加強(qiáng)工業(yè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集

工業(yè)數(shù)據(jù)的發(fā)展比較緩慢，當(dāng)前仍然處于起步階段，傳感器以及硬件設(shè)備的數(shù)量不太充足、采集的數(shù)據(jù)受到的制約因素比較多、相關(guān)協(xié)議導(dǎo)致各設(shè)備之間的聯(lián)系不太緊密，精度或者效率比較低下以及數(shù)據(jù)的安全方面也存在一定的隱患。其中，最基礎(chǔ)的就是工業(yè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的效率比較低下，只有連接到網(wǎng)絡(luò)才能使數(shù)字工廠進(jìn)行下一步的操作，但實(shí)際上根據(jù)工業(yè)網(wǎng)或者相關(guān)企業(yè)提供的數(shù)據(jù)顯示，一方面由于相關(guān)的企業(yè)單位對其重視程度不高，投入的資金比較少，進(jìn)而降低了聯(lián)網(wǎng)所需要的成本，導(dǎo)致只能用低端的、不需要聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備來維持?jǐn)?shù)字工廠的正常運(yùn)行；另一方面企業(yè)為了適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下數(shù)字工廠的發(fā)展趨勢，盲目的引進(jìn)了大量先進(jìn)的設(shè)備，員工對于各設(shè)備不僅缺乏了解，在操作方面也沒有受到專業(yè)化的培訓(xùn)以及實(shí)踐的演練，在對設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)的環(huán)節(jié)中，經(jīng)常發(fā)生連接不上、或者由于操作不當(dāng)導(dǎo)致斷網(wǎng)情況的發(fā)生，嚴(yán)重阻滯了工廠的發(fā)展進(jìn)度，并且數(shù)字工廠的正常發(fā)展離不開數(shù)據(jù)采集工作的配合。工業(yè)數(shù)據(jù)采集的目的就是為了利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)電子技術(shù)對多臺數(shù)字設(shè)備、不同結(jié)構(gòu)或者不同來源的設(shè)備、運(yùn)行的環(huán)境以及員工用戶等信息進(jìn)行實(shí)時高效的收集，進(jìn)而使其在終端進(jìn)行匯聚，數(shù)字工廠通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對涉及到的各種設(shè)備通過數(shù)字化的控制，將各個環(huán)節(jié)涉及到的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與傳輸，最終匯集到終端，這就完成了數(shù)據(jù)的采集過程。同時工業(yè)數(shù)據(jù)的采集包含2種類型：一類為在數(shù)字工廠內(nèi)部設(shè)備的數(shù)據(jù)收集，另一類為數(shù)字工廠外部其余自動化設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，兩者的工作流程在整體上比較相似，但還是存在一定的差異。

例如，對于數(shù)字工廠內(nèi)部設(shè)備的信息采集主要運(yùn)用相關(guān)的通信網(wǎng)絡(luò)來完成，包含工廠內(nèi)部的總線路、太網(wǎng)或者光纖網(wǎng)等，首先，其可以根據(jù)合理預(yù)算，引進(jìn)大量先進(jìn)的專用采集設(shè)備，即傳感器、變送器以及采集器等，通過加大投入力度保障基礎(chǔ)設(shè)備的完善，進(jìn)而引入PTU或者安裝鑲嵌模式的系統(tǒng)等負(fù)責(zé)控制的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，還可以通過AI智能機(jī)器人或者數(shù)字化機(jī)床等主動采集數(shù)據(jù)的設(shè)備，根據(jù)數(shù)字化工廠的實(shí)際需求來選擇合適的采集方法，并制定智能化的解決策略，進(jìn)而使其實(shí)現(xiàn)可視化以及可持續(xù)化的發(fā)展。其次，當(dāng)用戶或者操作人員在使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，要提前安裝好可以支持用戶使用的自動化設(shè)備，可以通過制定用戶能夠使用的通信協(xié)議來滿足用戶的基本需求，對于口頭協(xié)議，操作人員可以引進(jìn)一些比較高級的口音讀取設(shè)備或者安裝相關(guān)的程序來支持口頭約定，但是由于缺乏明確性的文件來支持，導(dǎo)致口頭約定經(jīng)常出現(xiàn)不會兌現(xiàn)、作廢的現(xiàn)象，因此為了滿足用戶的體驗需求，應(yīng)當(dāng)制定系統(tǒng)詳細(xì)的配置文件，進(jìn)而增強(qiáng)用戶的使用感，不會出現(xiàn)迷惑或者窘?jīng)r，因此系統(tǒng)可以選擇一定的配置格式，既方便用戶閱讀和修改配置，還能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行讀取與解析。最后，對于工廠之外產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集可以合理的利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中遠(yuǎn)程控制與接入以及數(shù)據(jù)采集的功能，采集的數(shù)據(jù)主要是設(shè)備在運(yùn)行過程中關(guān)鍵性的指標(biāo)數(shù)據(jù)，包括對電流、電壓以及電池電量或者通信流量等。還可以是用戶在使用過程中重點(diǎn)要求的數(shù)據(jù)，便于帶來更好的體驗感。

3 工業(yè)數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用措施

在工業(yè)數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，由于會使用到各種電子設(shè)備來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，因此會簽訂許多的協(xié)議，包括文件下達(dá)的統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)或者企業(yè)的私人協(xié)議，這就導(dǎo)致了自動化通信設(shè)備的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)比較多，在實(shí)際情況中由于會涉及到多樣化的企業(yè)電子化通信協(xié)議的相關(guān)準(zhǔn)則，使得各類銷售自動化設(shè)備的生產(chǎn)商會根據(jù)市場的發(fā)展以及數(shù)字工廠的實(shí)際購買情況制定不同私有的工商協(xié)議，可能會在原有協(xié)議的基礎(chǔ)上附加條件，并且跟數(shù)字工廠合作的企業(yè)單位也不盡相同，導(dǎo)致協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)可能會出現(xiàn)不統(tǒng)一的現(xiàn)象，進(jìn)而無法達(dá)到兼容的效果。此外，很多設(shè)備或者系統(tǒng)由于某種條件的制約，數(shù)據(jù)不能大范圍的進(jìn)行開放，即無法實(shí)現(xiàn)信息的共享，同時數(shù)據(jù)的開放口比較缺乏以及文檔缺乏明確的說明與標(biāo)注，導(dǎo)致員工在使用相關(guān)的設(shè)備時，由于自己的專業(yè)知識比較薄弱，沒有完全掌握數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，或者沒有全方面的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的收集與傳送，使得數(shù)字工廠內(nèi)部的絕大多數(shù)設(shè)備始終由于操作方法不當(dāng)而無法與設(shè)備的終端進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，只能以一種獨(dú)立的形式存在，導(dǎo)致每臺運(yùn)行設(shè)備的重要數(shù)據(jù)都無法及時上傳到終端設(shè)備的數(shù)據(jù)庫或者備份中，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通互聯(lián)，進(jìn)而無法滿足數(shù)字工廠運(yùn)行全過程中相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、記錄以及自動化發(fā)展的需求。企業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)的采集主要是借助相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，還能以一種可視性的方式呈現(xiàn)，并通過制定相關(guān)的技術(shù)方案來滿足用戶的數(shù)據(jù)采集的需求。數(shù)字工廠在市場上的競爭比較激烈，經(jīng)常會出現(xiàn)重要數(shù)據(jù)被盜取或者丟失的現(xiàn)象，這是由于工業(yè)數(shù)據(jù)采集涉及到的信息絕大多數(shù)都比較重要，不但包括重要的工業(yè)數(shù)據(jù)還包括許多用戶的個人隱私，因此在傳送或者收集的過程中要加大對其的保護(hù)力度。但實(shí)際上，由于企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)人自身思想不到位，導(dǎo)致市場上以及企業(yè)之間出現(xiàn)了惡性競爭。此外，數(shù)字工廠涉及到的環(huán)節(jié)比較多，無論是生產(chǎn)、優(yōu)化還是在仿真等環(huán)節(jié)中都會測量出大量的數(shù)據(jù)，但是由于沒有明確的制定相關(guān)的流程體系以及數(shù)字公司經(jīng)營發(fā)展的制定，導(dǎo)致在工作過程中某些部分被遺忘漏掉，導(dǎo)致該過程的數(shù)據(jù)被丟失，即使之后將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與備份，但是由于其完整性以及準(zhǔn)確性難以保障，導(dǎo)致數(shù)據(jù)在安全性以及準(zhǔn)確性等方面存在一定的隱患。

例如，首先，工業(yè)數(shù)據(jù)采集在通信技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用，因此通信技術(shù)的運(yùn)營商應(yīng)當(dāng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的方向，掌握相關(guān)的操作與技巧，進(jìn)而在數(shù)字工廠日常的運(yùn)行過程中能夠充分發(fā)揮其的優(yōu)點(diǎn)，并且應(yīng)當(dāng)將物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀與數(shù)據(jù)采集技術(shù)兩者相結(jié)合，從而形成一種以企業(yè)設(shè)備相互連接為核心的數(shù)據(jù)采集整體的應(yīng)對方案，還可以將數(shù)字工廠的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行升級優(yōu)化，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的連接系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)與設(shè)備的終端實(shí)現(xiàn)連接與融合，同時，制定專業(yè)化以及精度高的工業(yè)網(wǎng)關(guān)，從而構(gòu)建一種全過程的工程連接服務(wù)系統(tǒng)，還可以將石墨光纖以及5G等新型通信技術(shù)引入到自動化的數(shù)字工廠中，能進(jìn)一步提供大寬帶、高網(wǎng)速的工業(yè)化以及安全可靠的網(wǎng)絡(luò)輸送解決方案，此外，還可以研發(fā)智能化、自動化以及全面升級的信息網(wǎng)關(guān)，進(jìn)一步推動工業(yè)數(shù)據(jù)的采集。其次，由于數(shù)字工廠在發(fā)展過程中已經(jīng)形成了一套完整的技術(shù)框架，目的就是為了保證各個部分的設(shè)備能夠維持正常的運(yùn)行，但是仍然需要制定一些物聯(lián)網(wǎng)中自動化設(shè)備運(yùn)行監(jiān)視與預(yù)測性維護(hù)技術(shù)方案，該方案的本質(zhì)就是根據(jù)相關(guān)的設(shè)備對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而能夠?qū)υO(shè)備的狀態(tài)、位置、傳感器、告警以及性能等重要數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與分析進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、遇到故障能夠及時預(yù)警、預(yù)防性維護(hù)以及相關(guān)性能的優(yōu)化分析等諸多功能，能進(jìn)一步提高服務(wù)的質(zhì)量與效率，并且絕大多數(shù)數(shù)字工廠的自動化設(shè)備實(shí)施監(jiān)視與預(yù)測性維護(hù)技術(shù)方案主要包括設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控與平臺的監(jiān)督管理，基于大數(shù)據(jù)挖掘的設(shè)備多數(shù)使用分析系統(tǒng)、智能收集應(yīng)用自主服務(wù)系統(tǒng)，因此大致可以從以下3個方面入手。

設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視，可以對開關(guān)的狀態(tài)以及運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，最終將采集的數(shù)據(jù)以直觀形象的方式展現(xiàn)出來，因此可以結(jié)合各種報表、標(biāo)識以及發(fā)展的趨勢進(jìn)行詳細(xì)的分析，同時自動化設(shè)備還可以安裝各種不同類型的報警裝置，該裝置的主要作用就是能夠檢測到異常運(yùn)行的數(shù)據(jù)并發(fā)出告警，進(jìn)而提示工作人員，讓其能夠做出相應(yīng)的調(diào)整與改動，之后還可以對自動化設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，通過下載專門的App或者更新工業(yè)設(shè)備的PLC程序與參數(shù)的方式來保證數(shù)據(jù)的實(shí)時性與準(zhǔn)確性。

對工業(yè)的設(shè)備進(jìn)行預(yù)測性的維護(hù)，即通過對數(shù)字工廠日常運(yùn)行的所有設(shè)備記錄及上百種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲及時分析設(shè)備使用的模型以及典型操作或者異常行為，根據(jù)日常數(shù)據(jù)的記錄以及對出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，進(jìn)而為用戶提供自動化設(shè)備升級優(yōu)化的解決方案以及實(shí)時高效的監(jiān)控設(shè)備的基本使用情況以及綜合性的服務(wù)，能夠提升工作的質(zhì)量與效益，在一定程度上降低了設(shè)備服務(wù)維修的成本，也提高了產(chǎn)品的差異化。

設(shè)備實(shí)施預(yù)測性技術(shù)維護(hù)系統(tǒng)能夠滿足設(shè)備在良好環(huán)境下的分析、故障預(yù)測預(yù)警、維修決策支持等方面的需求，并且借助智能制造技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)及平臺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字工廠設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸與互聯(lián)互通，此外相關(guān)的應(yīng)用平臺可以利用內(nèi)部設(shè)備數(shù)據(jù)的采集方式提高效率，同時還可以借助計算法則即求取特征值或者大數(shù)據(jù)訓(xùn)練算法建立設(shè)備使用的模型，不僅可以實(shí)現(xiàn)對異常數(shù)據(jù)或者不正常情況的設(shè)備進(jìn)行升級與維護(hù)，還可以實(shí)現(xiàn)對出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)判與報警處理，以及預(yù)防性維護(hù)等功能。總之，該方案在建立完善之后，得到了數(shù)字工廠等各類行業(yè)的積極反饋，并且絕大多數(shù)的反饋都表示贊同，因此，其被廣泛的應(yīng)用于各類工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)。目前，在數(shù)字工廠的相關(guān)設(shè)備中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，例如設(shè)備在安裝過程中螺栓擰緊的方式及其重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，可以從多個角度來判斷螺栓的安裝是否完全一致等成功的案例。

4 結(jié)語

數(shù)字工廠在物聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展的時代已經(jīng)出現(xiàn)了相應(yīng)的更新與升級，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字工廠的可持續(xù)性發(fā)展，本文提出了一種工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)來促進(jìn)其發(fā)展，由于其適用于工廠的發(fā)展，因此被廣泛地應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下數(shù)字工廠的各類設(shè)備以及自動化產(chǎn)品的遠(yuǎn)程控制和智能化維護(hù)預(yù)防的場景中，根據(jù)對位置、狀態(tài)和傳感器等運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集分析，從而充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的各種功能，來提高數(shù)字工廠的效率與效能。