基于物聯網2.0的智慧工廠解決方案

1、背景

圍繞生產過程和品質控制，很多工廠都引入了EDC、ERP、PDM等信息化系統，為企業的發展壯大帶來了巨大效益。然而，與生產不直接相關的照明、能耗、狀態監測、現場管控、資產管理等生產輔助系統，由于位置分散、對象復雜、業務跨度大，關注不多，目前還是粗放式管理。

近年來，“節能、低碳、綠色”理念深入人心，生產輔助系統的能源浪費引起了大多數企業的高度重視；加之，產品質量的提升與生產現場的管控密切相關。特別是，隨著新一輪科技革命和產業變革的深入，智能轉型是企業在第四次工業革命大潮中提質增效、由大變強的關鍵。貫徹《中國制造2025》提出的“創新驅動、質量為先、綠色發展、結構優化、人才為本”基本方針，追求更高的產品質量和經濟效益，成為了絕大多數企業必然選擇。

建設智慧工廠，實現生產輔助系統的數字化、網絡化、智能化，應當達成以下目標：
最大化地避免無效照明，節省電費開支；
實時掌握生產過程中的水、電、氣等各類能耗的計量數據，以便資源的科學調度和準確核算成本，實現節約增效；
記錄每個生產人員在各個工藝流程上的處理過程，以便產品質量的責任追溯；
對生產設備故障進行預測和及時預警，減少停機時間，提高設備有效利用率；
監測生產現場的溫度、濕度、氣壓、有害氣體、煙霧等環境參數，控制空調、新風系統和消防系統，在提高產品質量管控水平的同時保護人員和資產的安全。

今天，具有“網格拓撲、云/霾/霧融合計算、分布式智能、可軟件定義、全自動控制、應用即服務”等特征的物聯網2.0正在向我們走來。物聯網2.0技術可以使“物”具有語境感知能力，實現生產輔助系統的智能化管理，為工廠的智慧生產、敏捷生產積累所需的大數據資源，才可能讓一般的工廠進化成真正的智慧工廠。

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2、方案概述

本方案緊扣“低碳節能、科技智能、高效安全”時代特點，以工廠內分布最廣、數量多、位置好、天生帶電、擴展方便的照明為主要的物聯網載體，利用具有物聯網2.0特征的WF-IoT 技術“一網多用、一物多能”的特性，對工廠內的環境參數（照度、環境、有害氣體、空氣質量等）、設備設施（動力、空調、新風、安防、消防、生產設備等）和人員（人員信息、位置動態等）進行采集和智能控制，形成一個從底層物聯網末端到頂層業務應用云端的“融合網”，一體化融合商用照明網、識別定位網和廣域無線傳感網等低層物聯網，與工廠的局域網及廣域網實現數據交互與共享，實現生產輔助系統的智能化管理，對工廠各類生產輔助系統實現精細化管理，最大化地降低能耗和日常運維成本，提高生產質量水平。

總體思路如下：

用智能照明燈和智能網關組成商用照明物聯網，結合動能開關、場景開關和強大的自適應控制，實現按需照明，最大化地避免無效照明，節省電費開支；
通過加裝物聯網芯片，使散布在各處的水、電、氣等能耗計量表就近入網，能耗數據實時掌握，既有助于資源的科學調度，又有利于準確核算成本，實現節約增效。
利用商用照明物聯網的識別定位功能，聯動視頻監控，可以準確記錄每個生產人員在各個工藝流程上的移動軌跡，既有助于規范人員的作業操作，又有利于產品質量的責任追溯；
在生產設備上，部署無線智能感知器，自動感知生產設備的運行狀態和參數，利于設備故障的及時預測和預警，減少停機時間，提高設備有效利用率；
在生產現場，部署無線智能感知器和無線智能驅動器，在線監測生產現場的溫度、濕度、氣壓、有害氣體、煙霧等環境參數，控制空調、新風系統和消防系統，既有助于產品質量控制，也有利于保護人員和資產的安全。

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3、統拓撲

智慧工廠生產輔助系統的拓撲結構主要分為感知、傳輸、云端和應用等四層。

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圖1 智慧工廠生產輔助系統的拓撲結構圖

（1）感知：通過照明物聯網和內網，直接聯動網絡攝像機，將感知到的人員ID、位置、照片（或視頻）、耗電量、耗水量、耗燃氣量以及生產設備狀態等信息傳到云端。另外，照度、環境溫度、濕度、空氣質量、煙霧等信息可以不上傳至云端，在感知網內對空調（含新風系統）、消防報警系統、照明燈、門禁等設備進行智能控制。

（2）傳輸：以商用照明物聯網為載體，實現在內網和公共網上的融合傳輸。

（3）云端：部署WF-IoT云端管控平臺，以解析“感知層”采集到的各類信息，并向應用層提供業務數據信息和運維狀態數據，還可以通過統一接口與“智慧工廠云”進行信息和數據交換。

（4）應用：面向運維人員、操作人員、設計人員和管理人員，主要包括運維、視頻監控和業務管理等應用，以方便運維人員對平臺的維護和管理，操作、設計和管理等人員對業務管理。

4、主要功能

基于物聯網2.0的“智能管理系統”，其功能主要包括智慧照明和拓展功能兩部分。其中：智慧照明功能是基礎功能，可以不需要監控中心（管理中心或上位計算機系統）即可單獨運行；拓展功能無需大規模施工，無網絡流量費，可以依托照明物聯網實現。具體見下圖2所示。

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圖2 智慧工廠的功能組成圖

智慧工廠生產輔助系統“智能管理系統”主要實現以下功能：

（1）智慧公共照明。對工廠的綜合車間、生產辦公區、會議室、宿舍、電梯廳、樓梯間、公共衛生間、地下停車場等場所以及室外亮化景觀的照明進行智能化改造升級。無需更改原有電氣回路，即可實現智能燈具之間無線自組網，從而搭建起工廠的基礎物聯網；無需控制線纜，即可建成節能、便利、安全的智能照明系統，實現全自動智能控制、靈活的本地控制、一鍵式場景控制和集中可視化控制等多種控制效果，滿足不同場景照明需求。

（2）生產環境控制。在線監測車間、生產辦公區、會議室等工作場所的溫度、濕度、氣壓、可燃氣體、有害氣體、煙霧等環境參數，對照明、空調（含新風系統）、加濕/除濕器、消防系統、噴霧除臭降塵設備等，實現不依賴云端（或上位計算機）的智能控制，使工作場所始終是舒適的照明、適宜的體感、清新的空氣、健康的環境，以便加強生產線的產品質量控制，并同時為人員和資產安全提供手段。

（3）能耗計量管理。通過對散布在工廠各處的水、電、氣等能耗計量表進行無線智能采集，自動采集能耗計量表的數據和信息，以電子地圖方式顯示整個中心的能耗地圖和趨勢，實現能耗的精確監測和管理，為工廠準確核算成本，科學調度資源，實現節約增效、科學管理提供數據支撐。

（4）生產設備管控。對生產設備的運行狀態和技術狀況進行在線監測，自動感知設備的健康狀態，及時對生產設備的故障進行預測、預警和安全斷電停機，提高設備有效利用率。

（5）生產現場監控。每個操作人員佩帶手環，利用融合物聯網的識別定位功能，聯動視頻監控，可以準確記錄每個操作人員在各個工藝流程上的移動軌跡，既有助于規范人員的作業操作，又有利于產品質量的責任追溯。

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