0 引言

國內(nèi)大量制造企業(yè)完成單機(jī)自動化升級，但廠區(qū)內(nèi)部新舊設(shè)備共存，PLC、公輔機(jī)組、檢測儀表分屬不同控制系統(tǒng)，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，普遍形成異構(gòu)設(shè)備數(shù)據(jù)孤島。設(shè)備運(yùn)維、排產(chǎn)調(diào)度、能耗管控較多依賴現(xiàn)場人員經(jīng)驗(yàn)判斷，紙質(zhì)記錄、人工抄讀的方式造成數(shù)據(jù)滯后，難以為管理環(huán)節(jié)提供客觀參考依據(jù)。在制造業(yè)提質(zhì)降本的大背景下，設(shè)備數(shù)字化不是單純新增硬件，而是通過現(xiàn)場采集、邊緣處理、平臺可視化，把設(shè)備原始運(yùn)行信息轉(zhuǎn)化為可利用數(shù)據(jù)，為人機(jī)協(xié)同的輔助決策提供基礎(chǔ)條件。陜西觀智科技面向存量工廠改造場景，采用利舊優(yōu)先的實(shí)施思路，開展設(shè)備數(shù)字化智能化項(xiàng)目落地。

1 存量工廠設(shè)備管理現(xiàn)存工程痛點(diǎn)

很多工廠單機(jī)自動化水平較高，但整體數(shù)字化能力存在明顯短板，集中表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

第一，設(shè)備異構(gòu)化程度高，新老設(shè)備混合部署，部分老舊設(shè)備無通訊接口，不同廠商PLC、儀表協(xié)議互不兼容，很難統(tǒng)一采集；

第二，設(shè)備故障多為事后處置，缺少全過程運(yùn)行參數(shù)跟蹤，難以開展趨勢分析，預(yù)防性維護(hù)缺少數(shù)據(jù)支撐，非計(jì)劃停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)客觀存在；

第三，維保計(jì)劃、生產(chǎn)排班、能耗優(yōu)化依靠人工經(jīng)驗(yàn)，缺少量化數(shù)據(jù)作為參考，容易出現(xiàn)維保周期不合理、設(shè)備空轉(zhuǎn)、能源浪費(fèi)等現(xiàn)象；

第四，各子系統(tǒng)相互獨(dú)立，生產(chǎn)設(shè)備、空壓機(jī)、制冷、照明等公輔系統(tǒng)數(shù)據(jù)不能互通，報(bào)表統(tǒng)計(jì)依靠人工整理，數(shù)據(jù)時(shí)效性不足；

第五，不少項(xiàng)目直接采用全量上云模式，現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)波動時(shí)，數(shù)據(jù)采集中斷，工業(yè)場景穩(wěn)定性難以保障。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

整套系統(tǒng)分為感知采集層、邊緣網(wǎng)關(guān)層、平臺應(yīng)用層，充分適配存量工廠現(xiàn)場條件，盡量沿用原有設(shè)備，減少停產(chǎn)施工時(shí)間。

感知采集層：對具備通訊接口的PLC、智能儀表直接讀取參數(shù)；針對無對外接口的老舊設(shè)備，加裝外置傳感器采集電流、電壓、溫度、振動等關(guān)鍵工況信息，覆蓋生產(chǎn)設(shè)備與廠區(qū)公輔類設(shè)備。

邊緣網(wǎng)關(guān)層：部署多協(xié)議邊緣網(wǎng)關(guān)，完成Modbus、BACnet及各類PLC私有協(xié)議解析轉(zhuǎn)換，在本地完成數(shù)據(jù)清洗、過濾、緩存。網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定時(shí)，現(xiàn)場采集、告警邏輯可獨(dú)立運(yùn)行，不必把全部數(shù)據(jù)上傳至平臺，降低帶寬壓力，保障工業(yè)現(xiàn)場可靠性。

平臺應(yīng)用層：搭建B/S架構(gòu)綜合管理平臺，實(shí)現(xiàn)設(shè)備臺賬管理、實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)存儲、可視化看板展示。系統(tǒng)預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)化接口，可對接能耗監(jiān)測、IBMS集成平臺，后期也可對接企業(yè)MES、ERP業(yè)務(wù)系統(tǒng)，規(guī)避新的數(shù)據(jù)孤島。

3 數(shù)據(jù)驅(qū)動下三類輔助決策工程應(yīng)用

設(shè)備數(shù)字化的價(jià)值不只局限于狀態(tài)監(jiān)控，更在于把海量時(shí)序數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為運(yùn)維、能耗、生產(chǎn)管理的參考依據(jù)。

3.1 設(shè)備維保輔助決策

平臺持續(xù)記錄設(shè)備運(yùn)行時(shí)長、負(fù)載、溫度、振動等運(yùn)行指標(biāo)，結(jié)合設(shè)備技術(shù)手冊設(shè)置合理參考閾值。當(dāng)運(yùn)行參數(shù)接近閾值區(qū)間，系統(tǒng)輸出提醒信息，運(yùn)維人員結(jié)合歷史工況安排檢修作業(yè)，改變“定期強(qiáng)制維保”和“故障后維修”兩種傳統(tǒng)模式，合理調(diào)配維保資源，降低非計(jì)劃停機(jī)發(fā)生概率。

3.2 能耗管控輔助決策

采集生產(chǎn)主機(jī)、空壓機(jī)、水泵、制冷機(jī)組的用能數(shù)據(jù)，將能耗與設(shè)備運(yùn)行工況做關(guān)聯(lián)分析。管理人員可以定位設(shè)備空轉(zhuǎn)、低效運(yùn)行等現(xiàn)象，分析不同時(shí)段能耗變化，為生產(chǎn)排班調(diào)整、公輔設(shè)備運(yùn)行策略優(yōu)化提供參考，助力廠區(qū)節(jié)能降耗工作落地。

3.3 生產(chǎn)運(yùn)營輔助決策

匯總各產(chǎn)線設(shè)備開機(jī)率、負(fù)載水平、停機(jī)記錄，自動生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表。管理人員可依據(jù)設(shè)備實(shí)際負(fù)荷情況，對排產(chǎn)方案、人員配置進(jìn)行調(diào)整；同時(shí)對停機(jī)事件做分類記錄，便于事后復(fù)盤，持續(xù)優(yōu)化車間現(xiàn)場管理流程。平臺設(shè)置分級權(quán)限，不同崗位人員僅可查看對應(yīng)業(yè)務(wù)范圍的數(shù)據(jù)。

4 項(xiàng)目實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

第一，優(yōu)先采用分階段建設(shè)模式，優(yōu)先選取關(guān)鍵公輔設(shè)備或重點(diǎn)車間作為試點(diǎn)，驗(yàn)證采集穩(wěn)定性之后，再向全廠拓展，控制項(xiàng)目投入風(fēng)險(xiǎn)；

第二，堅(jiān)持利舊原則，不強(qiáng)制替換現(xiàn)場在用設(shè)備，通過網(wǎng)關(guān)、外置傳感器補(bǔ)齊數(shù)據(jù)采集能力，減少硬件改造成本；

第三，邊緣端開啟本地緩存與脫網(wǎng)運(yùn)行機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)故障不中斷現(xiàn)場邏輯，滿足工業(yè)場景高可靠要求；

第四，統(tǒng)一數(shù)據(jù)輸出協(xié)議，預(yù)留對接第三方業(yè)務(wù)系統(tǒng)能力，保障后期可擴(kuò)展；

第五，做好點(diǎn)位規(guī)劃，傳感器安裝避開強(qiáng)電磁干擾區(qū)域，保障采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。

5 應(yīng)用效果分析

通過設(shè)備數(shù)字化改造，工廠把傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)的管理模式升級為數(shù)據(jù)輔助決策模式。項(xiàng)目落地后，可幫助企業(yè)優(yōu)化維保資源配置，減少非計(jì)劃停機(jī)，識別低效用能環(huán)節(jié)，同時(shí)形成完整的設(shè)備運(yùn)行臺賬。該方案對新建廠區(qū)和存量改造項(xiàng)目均具備適用性，可作為工廠整體智能化升級的基礎(chǔ)底座。

6 結(jié)語

工廠設(shè)備數(shù)字化、智能化建設(shè)，核心是解決異構(gòu)設(shè)備的數(shù)據(jù)打通問題。邊緣網(wǎng)關(guān)加分層平臺的技術(shù)路徑，比較適配國內(nèi)大量存量工廠的現(xiàn)實(shí)條件。數(shù)據(jù)采集之后面向維保、能耗、生產(chǎn)提供輔助決策能力，實(shí)現(xiàn)從設(shè)備聯(lián)網(wǎng)到業(yè)務(wù)價(jià)值落地。后續(xù)系統(tǒng)還可以平滑對接能源管理、樓宇集成系統(tǒng)，逐步推進(jìn)制造企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型進(jìn)程。