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探索:
智慧工厂的支撑技术和发展路径
2015-02-06来源:
《今日自动化》1/2合刊作者:
2012年德国政府制定并大力推行工业4.0,强调工业4.0的特征是工业自动化和信息的紧密结合,是建立在物理信息系统(即“cyberphysicalsystem”,简称“cps”)的基础之上的,这就为智慧工厂的实现指明了一条具有现实可行性的途径。
德国专家和教授基于制造立国和制造强国的理念,把cps运用于生产制造,提出了cpps,即信息物理生产系统,智慧工厂就是以cpps为模型进行构建的。
然而完善的智慧工厂不可能一蹴而就,而是一个渐进发展的过程,最早实现的一定是基于目前的基础而又朝着这个方向发展的初始阶段。
那么,什么是智慧工厂的支撑技术?
生产制造过程又如何采用联网嵌入式系统?
技术引领发展
工业4.0的目标是生产制造系统的数字化和虚拟化、将虚拟工厂与实际的对象结合起来、全面的点对点的信息通信、自配置和自矫正的适应能力以及使机器能集成人的作用。
西门子工业领域首席执行官鲁思沃教授于2014年7月10日在北京的演讲中指出,工业4.0的三大支柱是mes、虚拟与现实的结合和cps,这也是智慧工厂的支撑技术。
作为智慧工厂三大支撑技术之一的cps,由美国科学家于2006年提出,则相当于物联网的另一种表述。
与物联网相比,cps最显著的特点是强调物理过程与信息间的反馈。
智慧工厂要实现,最关键的是工业制造技术和工业自动化技术,这是实现智慧工厂的必要条件。
在智慧工厂的三大支撑技术中,mes的作用更加重要。
近20年来,mes系统结构大致经历了四个阶段的演进。
第一代mes功能比较单一,按工业特定要求的应用;第二代mes则集合了多种应用软件;第三代mes又纳入了运营管理平台omp;而第四代mes将是基于知识、基于优化、基于指标、基于数据、基于约束的,且具有实时、敏捷、柔性和可组态等特性。
mes的发展趋势是对各种软件更加高效的整合,这也是mes所面临的新挑战。
当前,制造厂的生产需求超过传统mes的应用。
由于各种工厂it软件的运行环境对应了多种不同的数据模型、循环周期以及定义,我们很难对这些实质上针对同一生产运营过程、却又分散得出的相关生产数据进行汇总及分析,从而做出有助于提高效率的决策。
首先一种高效的平台应该首先能够对企业决策提供可视性支持;其次,能够涵盖生产商所需的所有功能,并且将生产的方方面面统一起来,包括价值链、生产周期以及价值周期;最后,能够将单个或多个系统纳入商业流程中,优化生产线,实现公司目标。
智慧工厂急需开发的关键技术主要有以下六个方面:
第一,渗透在生产制造和管理各个环节的it技术及其集成,包括工业物联网实践技术、分布式云计算的工业实现、基于web2.0的工业互联网技术、物理信息融合系统的工业实践;第二,垂直集成和横向集成的工业信息技术,包括基于互联互操作的设备集成工业以太网整合技术、机器与机器之间的通信(m2m)、基于统一架构(opcua)的垂直集成语义互操作性的实现技术等;第三,软件技术,包括面向分布式自动化的各类高效可靠的模块化软件开发平台、应用于分布式自动化中的soa和多智能体系统的软件技术等;第四,机电功能模块的设计、开发和实践;第五,下一代工业辅助系统技术和标准化技术,包括基于增强实境技术的先进工业辅助系统、机器人和操作员协同等;第六,标准化技术。
逐渐升温的工业物联网和大数据
近两年物联网在世界范围内逐渐升温,欧美领先公司都在物联网的工业应用方向上投入了巨额资金,尽管打着各种旗号,但不论是ibm的“智慧地球”、cisco的“万物网”(internetofeverything)、ge的“工业互联网”,还是德国的工业4.0,无不将重点放在了开发工业物联网的解决方案及其业务模式上。
2008年,工业物联网在中国政府主导下升温,但并没有在应用上取得大的突破。
从技术上看,物联网炙手可热,是因为它所需要的技术基本上已经或正在商业化,并不要求进行实质上的突破,且已经建立了经过深思熟虑的参考架构,颇具吸引力的应用案例正在开发。
例如,用物联网把“数字操作缆”加入到现有的工业系统中的技术正在走向市场。
联合国工业发展组织的统计数据显示,我国是世界上工业门类最为齐全的国家。
我国有超大的制造业生产能力,目前制造产值居于世界第一位,这为我国对工业物联网分析需求和发展潜力创造了巨大的机会。
但是目前,业界对于工业物联网还不曾形成广泛共识,从整体上看,业界对工业物联网与现实制造生产的距离方面存在争议,没有取得普遍的共识,业内人士对其可行性和现实性也存有疑惑;同时,业界仍然在讨论、探求利用工业物联网的新技术实现工业转型和改造的成功途径和方法。
《中国制造2015》规划提出,我国制造业要从单纯性生产型向服务型转变。
工业物联网和大数据分析正是面向服务型生产企业强有力的技术工具。
物联网技术和移动通信技术在我国起步不晚,有很多的积累和应用,许多基础设施和技术都可以为工业物联网提供便利。
数据是经过挖掘和前期处理的有用信息,而大数据又是许多小数据的集合,需要进行全局的综合优化去指导和引领生产和市场活动,其中,能否提供高效有针对性的大数据分析非常关键。
物联网常被看作是一种同质化的实体,从更高的层次上看,物联网可以细分为人用物联网、商用物联网和工业物联网。
工业物联网集成了足够多,且带有传感器和软件的物理机械装置。
在工业物联网中的设备和装置之间的通信被处理为小数据,当小数据集结起来,他们便成为大数据的一部分。
现今物联网处在一种较为无序的发展状态,没有一个得到各方面一致认同的标准体系、标准网络和标准接口。
多种通信技术都在使用,市场上出现了许多嵌入式智能技术、传感器和执行元件,同时各种物联网的研究和开发活动都还在进行中。
广泛而分散的领域都在按照各自特定的目标和机会开发物联网。
譬如健康关怀、智能制造、智慧城市、物流、智能家居、智能能源、零售和智能运输。
他们都有各自的要求,不过也有着一些共同点和共通之处。
寻找不用领域中物联网应用的共同和共通之处,就是我们下一步需要探索的工作。
篇二:
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.第一讲第二讲第四讲第五讲更多精彩请点击这里于丹教授的婚姻观八个经典问题解析金玉良言彻悟人生人到中年的酸甜苦辣咸古南永教授解答人生62个疑难问题篇三:
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智慧工厂解决方案(例)
智慧工厂解决方案
制造业园区基础网络解决方案随着企业信息化的不断深入,企业业务的扩张、商业模式的创新使得制造企业更多的业务与网络绑定,网络与业务、用户、终端需深度融合协同运作,才能更好的共同支撑企业的运维与业务部署。
而传统的制造业园区网络所呈现出的多种业务的分散网络和数据隔离也面临着诸多问题和挑战:
制造企业全球化的业务拓展和企业总部、分支机构或合作伙伴多元化的业务应用,需要企业通过过网络平台实现网络的互联互通;
云制造、物联网和多媒体业务的应用对制造园区网络的移动性、安全性、业务质量等方面也有了更高的要求;
网络复杂度的提升需要更加专业的规划部署和更加精细化的运维策略;
传统安全防护不可避免地成为网络安全防护薄弱环节,无法真正满足目前企业客户信息安全防护需求;
终端的多样化和应用场景的复杂化,制造企业网需要能实现随时随地、任何终端的方便接入;
制造企业网络需要承载关键业务的7×24小时不间断运营,可靠性要求高;制造业企业网络需要建立高效和简洁的网络,避免冗余设备、链路带来的能耗;制造业园区网络经常面临覆盖范围、区间、带宽、业务属性的调整,园区网络需要能够平滑地适应这些调整。
在“云制造”和“物联网”时代,为了助力制造业企业应对上述挑战,加速全球化和信息化运营改革,长期致力于企业统一网络解决方案的研究和开发,可以为用户提供端到端的制造业企业统一网络解决方案和服务,有效解决用户在制造业企业园区网络建设中遇到的各种难题。
方案概述
制造业统一互联解决方案为全ip承载的统一网络架构,在网络汇聚层将办公、安防、通信、生产网络进行物理隔离,各网络相对独立并通过核心汇聚网互通;企业各个子系统通过数据中心进行数据交换,实现信息共享。
方案为客户带来网络建设成本、效率和体验上的最佳平衡,让网络像供水、供电一样,随需而用。
制造业园区互联解决方案
场景分析:
全球化的制造业企业拥有大量核心业务,需要应对信息安全的挑战,这就要求园区基础网络的高安全性,同时,不仅要支撑关键业务7×24小时不间断运营,还要平滑适应频繁的业务调整需要。
方案还特别适用于那些要求pda、移动终端随时随地泛在接入的制造业企业。
方案概述:
制造业园区基础网络解决方案的整体逻辑架构可分为核心网络区、数据中心区、dmz区、出口互联区和运维管理区五部分,其中解决方案关注的重点在核心网络区。
核心网络区是整个园区网络的枢纽,连接着园区内的各个区域。
承担了内部数据流量和对外数据流量,核心网络区采用核心层、汇聚层和接入层的典型三层架构模型,如图2所示。
核心层部署园区的核心设备,连接所有的汇聚交换机,转发各个部门之间的流量,采用全连接结构,设备配置简单,易扩展;汇聚层是部门的核心,转发部门用户间的“横向”流量,作为园区网的配线架,将大量用户接入到互联的网络中,扩展核心层设备接入用户的数量,同时提供到核心层的“纵向”流量;完善的接入层设计保证了海量终端的安全接入。
制造业园区基础网络典型组网
解决方案亮点:
层次化设计:
核心层、汇聚层、接入层,每层功能清晰,架构稳定,易于扩展和易于维护;
模块化设计:
每一个模块一个部门,部门内部调整涉及范围小,定位问题也容易;冗余性设计:
双节点冗余性设计,关键链路均采用trunk链路,保证网络的可靠性适当的冗余性提高了网络可靠性。
制造业分支互联解决方案
场景分析:
方案特别适用于那些企业总部、生产车间、分支机构分布范围广且分散,人员移动办公频繁的制造业企业,可以支撑企业与客户、合作方之间频繁的业务交流,并能增强本地化制造和客服服务能力。
方案概述:
制造业分支互联解决方案通过有线、无线一体化接入,并通过多端口支持实现远程因时因地灵活接入;通过隧道安全、边界安全和终端安全等多种手段全面管理分支安
全;同时通过采用统一网管平台,让分支机构的远程运维更加简单高效,从而帮助企业建立可靠、实用的远程分支网络,助力企业实现高效率运行。
制造业分支互联解决方案
解决方案亮点:
篇五:
智慧工厂资料
“智慧工厂”:
制造业未来模式
2013/4/19:
33:
41来源:
今日自动化
导读:
“中国制造”已经在全球制造业中扮演重要角色,但一直以来,却不能摆脱“低端”的标签。
随着劳动力、原材料、能源成本飞涨,以及招工难等现实问题的凸显,“中国制造”开始面临巨大挑战,利用自动化和信息化手段改进制造过程、寻求产业升级已经成为了中国制造从业者们的普遍共识。
“中国制造”力求转型
“中国制造”已经在全球制造业中扮演重要角色,但一直以来,却不能摆脱“低端”的标签。
随着劳动力、原材料、能源成本飞涨,以及招工难等现实问题的凸显,“中国制造”开始面临巨大挑战,利用自动化和信息化手段改进制造过程、寻求产业升级已经成为了中国制造从业者们的普遍共识。
“智慧工厂”mes领航
而在信息化与自动化的融合中,mes就扮演着重要的角色。
mes是上层管理信息系统与下层自动化系统的连接者,在“智慧工厂”中,制造任务单和部分作业指导书通过信息网络下达,各岗位的机械设备则由mes统一操作。
几大瓶颈亟待突破
目前,中科院计算所顺德分所的“akensys智慧工厂软件平台”在压铸、注塑等行业都已经有了成功案例。
以其为华南某制造企业实施的“智能压铸岛”方案为例,该系统以压铸机为核心可实现上下料和后续加工的全自动化,对原材料、成品、加工工艺过程、操作人员的信息进行捆绑与记录,生产过程数据实时监控显示,生产数据可实时存储,并可应用与挖掘,还可以实现远程售后服务以及无线终端生产过程移动远程监控。
也正是基于这种考虑,2012年11月,中科院计算所顺德分所与广东省内外的自动化信息化解决方案提供商、机械制造企业、终端用户及高校共同组建成立了“广东智能装备产业技术创新联盟”。
该联盟将广东强大的装备制造业和终端制造业基础,以制造业对智能技术和信息技术的迫切需求为驱动,以智能软件核心技术与技术标准为纽带,有机组织智能装备产业链上下游。
积极推动自主核心技术、核心零配件与核心装备的研发与广泛应用;推动联盟成员间的紧密产学研合作;推动自主核心技术与产品的创新与产业化。
迄今为止,已有清华大学、北京航空航天大学、美的集团、丰凯机械等20余家企业及科研机构加入该联盟。
智慧工厂系统解决方案
作者:
物联网世界收录来源:
四川红宇创智信息科技有限责任公司2013-05-1308:
23:
57
摘要:
智慧工厂系统是红宇科技公司基于物联网技术在工业领域中的典型应用之一,系统综合集成了计算机与网络技术、物联网技术、音视频技术、传感器技术、虚拟现实技术、移动互联网技术、无线通信技术等,实现对工厂的数字化/3d可视化综合管理。
关键词:
物联网传感器通信云计算安防
系统概述:
智慧工厂系统是红宇科技公司基于物联网技术在工业领域中的典型应用之一,系统综合集成了计算机与网络技术、物联网技术、音视频技术、传感器技术、虚拟现实技术、移动互联网技术、无线通信技术等,实现对工厂的数字化/3d可视化综合管理。
对工厂的每个物品,设备,单位物料和人员用电子标签;对工厂环境(温度,湿度,噪声、污染度)进行传感;对整个生产过程的每个工单、每个环节,每个工位,每个机器,每个员工进行有机的数据采集和管理,将监控安防、动力系统、业务系统及工厂建筑等与虚拟现实结合,构成智慧工厂系统。
生产者无需额外方法,系统自动采集实际操作流程,分析,处理各个环节。
节约成本,提高效率,提高质量,增加利润率。
管理者无需现场,通过系统在任何地方掌握工厂信息和现场情况。
客户可远程看自己当前产品生产状况,质量情况等。
实现对每个事件的基于物联的5w1h的数据采集和管理,并在该数据仓库的基础上,实现任何需要的数据挖掘、信息分析及辅助决策。
智慧工厂系统的作用:
提高信息及时性、准确性;
优化企业库存、减少资金占用;
提高作业计划的准确性和调控能力;
提高企业的工作效率和生产能力;
提高财务预算的精确性;
提高管理科学性和企业核心竞争力;
压缩成本、实现信息流、物流、资金流、业务流和价值流有机的统一和集成。
系统结构:
智慧工厂系统包括四个层次:
it基础设施(network,servers…);
现场仪表和过程控制(fieldcontrol,sensors…);
生产执行(mes)系统;
企业应用(erp,crm…)系统。
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