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热门关键词: 工业物联网  中国制造2025  工业4.0  2025  机器人
对德国工业4.0、中国制造2025等国内外智能制造的首要概念与开展趋势进行剖析,并对智能制造的典型运用场景、首要需求及体系架构进行剖析,结合物联网、云核算和大数据等技能,提出面向智能制造的工业互联网全体架构与要害技能、工业智能网络、工业数据收集与数据敞开等运用技能。

1、智能制造
1.1智能制造国内外开展趋势

(1)德国工业4.0与美国工业互联网
工业4.0已上升为德国的国家战略。工业4.0的方针是经过充分运用信息通讯技能和网络空间虚拟体系、信息物理体系相结合的手段,推动制造业向智能化转型,将实体物理国际与虚拟网络国际交融、产品全生命周期、全制造流程数字化以及根据信息通讯技能的模块集成,构成一种高度灵敏、个性化、数字化的产品与效劳新出产形式。
美国的互联网以及ICT巨子与传统制造业领导厂商携手推出“工业互联网”概念,GE、思科、IBM、AT&T、英特尔等80多家企业成立了工业互联网联盟(IIC)。“工业互联网”期望凭借网络和数据的力气提高整个工业的价值发明才能,工业互联网旨在经过拟定通用规范,打破技能壁垒,运用互联网激活传统工业进程,更好地促进物理国际和数字国际的交融。
2016年3月,工业4.0渠道和工业互联网联盟两边代表开端讨论协作事宜。两边就各自推出的参阅架构RAMI4.0和IIRA的互补性达到一致,构成了初始映射图,以显现两种模型元素之间的直接关系;拟定了未来保证互操作性的一个清晰路线图,其他还包含:在IIC实验台和工业4.0实验设备方面的协作,以及工业互联网中规范化、架构和事务效果方面的协作。

(2)中国制造2025
我国将工业互联网定位于国家战略高度。2015年国务院和工业和信息化部先后出台了《中国制造2025》、《国务院关于活跃推动“互联网+”举动的辅导定见》、《工业和信息化部关于贯彻落实<国务院关于活跃推动“互联网+”举动的辅导定见>的举动计划(2015-2018年)》等一系列辅导性文件,布置全面推动施行制造强国战略,2016年政府工作报告中进一步提出要深入推动“中国制造+互联网”。
《中国制造2025》明确提出经过政府引导、整合资源,施行国家制造业立异中心建设、智能制造、工业强基、绿色制造、高端配备立异5项严重工程,完结长时间制约制造业开展的要害共性技能突破,提高中国制造业的全体竞争力。

1.2才智工厂概念模型
才智工厂概念首先由美国ARC参谋集团提出,才智工厂完结了数字化产品规划、数字化产品制造、数字化办理出产进程和事务流程,以及归纳集成优化的进程,可以用工程技能、出产制造、供给链三个维度描绘才智工厂模型。才智工厂模型如图1所示。
信息物理体系(Cyber Physical System,CPS)是才智工厂的中心,它深度交融了3C(核算、通讯和操控)才能,在对物理设备深度感知的根底上,构建安全、牢靠、高效、实时的工程体系。经过核算进程和物理进程实时彼此反应循环,完结信息国际和物理国际的彻底交融,然后改动人类构建工程物理体系的方式。
 智能制造2025
1.3智能制造体系结构
智能制造体系由杂乱的体系组成,其杂乱性一方面来自智能机器的核算机理,另一方面则来自智能制造网络的形状。工业4.0给出的一种智能制造体系结构如图2所示,首要由信息物理体系、物联网、效劳互联网、才智工厂等组成。物联网和效劳网是才智工厂的信息技能根底,在典型的工厂操控体系和办理体系信息集成的三层架构的根底上,充分运用正在迅速开展的物联网技能和效劳网技能。
中国制造2025
● 与制造出产设备和出产线操控、调度、排产等相关的MES(制造履行体系)、PCS(进程操控体系)功用,经过CPS物理信息体系完结,这一层与工业物联网紧紧相连。
● 与出产计划、物流、动力和运营相关的ERP、SCR、CRM等,和产品规划技能相关的PLM处在最上层,与效劳网紧紧相连。
● 从制成品构成和产品生命周期效劳的维度,才智工厂还需求和才智产品的原材料供给、才智产品的售后效劳这些环节构成实时互联互通的信息交流。
● 而具有才智的原材料供给和才智产品的售后效劳,具有充分运用效劳网和物联网的功用。

2、智能制造运用场景和需求剖析
制造职业的出产流程和产业链都很杂乱,以下要点剖析智能制造技能典型运用场景、智能制造网络通讯特色和需求、智能制造信息化运用晋级需求等。
2.1智能制造运用场景剖析
(1)广域运用场景
首要指跨域的多工厂之间的网络通讯和运用,典型运用场景包含多工厂之间的广域网络拜访和通讯、协同规划、供给链协作、与客户互动、多厂间物流等。
(2)工厂级运用场景
首要指工厂的出产办理和工作办理运用,典型运用场景包含企业OA、ERP、CRM、MES等运用体系,以及移动工作/办理运用、安全办理运用(视频监控和巡检等)、节能办理、集群通讯、厂区内智能物料配送和运送等。
(3)现场级运用场景
首要指出产线现场的出产进程办理、现场监控和操控等,包含智能工厂出产进程的数据收集及剖析,完结出产进程、设备、资源监控的可操作和可视化;要能支撑收集不同现场设备数据的要求,支撑将出产数据及设备毛病信息显现在监控站的屏幕上,完结出产进程的动态监控与办理;完结智能设备、机器人和出产线、用户全流程互联对话,完结人机、机机互联下的高品质、高效、柔性自动化出产等。
2.2智能制造网络通讯特色和需求
智能制造网络通讯有必要习惯恶劣的工业现场环境,具有较强的抗干扰才能、实时通讯等特色,为重要使命供给最低极限的功用保证效劳,保证整个工业操控体系的功用。

制造企业传统根底网络布置形式为以太局域网+Wi-Fi掩盖,存在一些局限性。
● 带宽缺乏,成为智能制造的瓶颈。跟着联网在线设备的骤增、数据收集率的提高、承载事务的多样化,对网络带宽提出了很高的要求。
●  灵敏布置才能缺乏,组网灵敏性差,抗干扰性差。
● Wi-Fi网络存在缺乏一致办理渠道、网络掩盖不全
面、网络信号不稳定、安全性不能得到保证等缺乏。智能制造要求将企业的出产进程操控、运转、办理、工作一致操控与办理,工作网络和出产网络既安全逻辑阻隔又有机交融互联,对工厂的网络通讯提出了新要求。
弹性叠加事务:快速事务多样性,如视频类、上网、专线等。
带宽弹性扩容:多种高带宽接入才能,动态调整。多层次敞开:灵敏应对接入方式、接入地点、接入终端多变性。
有线、无线一体化的调度通讯功用:支撑工业操控网络的多种通讯接口(如RS232、RS485、CAN总线等)。
具有杰出的呼应实时性:工业操控网络不只要求传输速度快,并且要求呼应快,即呼应实时性要好,一般为ms至0.1s等级。
容错性要求:在网络局部链路出现毛病的情况下,能在很短的时间内重新建立新的网络链路。

2.3智能制造信息化运用晋级需求
智能制造除了现有的工作办理和出产运营办理的工作
OA、ERP、SCR、CRM等信息化运用需求外,还提出了出产现场办理、进程可视化、客户互动、个性化定制等许多新的信息化运用需求。
出产进程可视化办理需求:支撑智能出产办理的精益办理、可视化办理、实时办理、柔性出产等需求。
移动运用需求:支撑移动工作和移动办理运用,完结办理人员在出产一线现场工作/办理(运用平板电脑和智能手机等移动终端)。
工业云需求:支撑长途协同规划、长途供给链协作、客户互动等运用场景,并能够支撑IT体系云化功用。
工业大数据需求:经过收集现有工厂规划、工艺、制造、办理、监测、物流等环节的数据,完结出产的智能办理与决策剖析后市场效劳需求:制造职业全体上需求拓宽后市场效劳作为新事务增长点,如产品长途确诊和保护、客户360°交互、向电子商务转型等。
3、智能制造全体处理计划
3.1工业互联网全体架构
工业4.0
根据云核算、物联网、互联网等技能构建工业互联网全体架构,完结出产设备、智能产品、出产和物流体系、IT体系、出产和效劳人员、供给链/协作伙伴及客户之间的有机互联,以及网络协同(协同规划、协同制造、供给链协平等)和工业数据收集、数据剖析、数据敞开等功用。工业互联网全体架构如图3所示。
工业智能网络:一是,工业通讯网络,将企业出产进程操控、运转、办理作为一个全体进行操控与办理,促进信息化和工业化深度交融;二是,LTE园区网,完结园区内4G无线接入事务数据本地分流,园区外经过VPN完结企业数据别离;三是,物联网,完结智能设备和智能产品的数据收集、长途监控效劳。
工业大数据收集与数据剖析:经过对出产设备和智能产品的数据收集,将出产、产品运用进程中的工艺、物料、制造、办理、效劳等全流程数据进行数据剖析,完结出产智能办理与决策剖析、产品智能效劳和保护,及为智能制造企业和运用开发商供给数据敞开效劳。
工业云:经过规划协同、制造协同、供给链协同、效劳协平等,完结产品开发、出产制造、运营办理等在不同企业间的信息同享和事务协同。

3.2出产智能化网络技能
出产智能化网络首要是指智能工厂车间级工业通讯网络,完结智能工厂内部整套配备体系、出产线、设备与移动操作终端泛在互联,车间互联和信息安全保证。构建智能工厂车间的全周期信息数据链,促进机器之间、机器与操控渠道之间的实时衔接和智能交互。 
(1)工业PON计划
工业PON将企业出产进程的操控、运转、办理作为一个全体进行操控与办理,促进信息化和工业化深度交融,工业PON的特色和优势如下。
● 用于智能车间设备承载:用于车间的各类固定出产设备联网,有效处理不同接口、不同协议的设备互联和一致数据收集及操控。
● 提高网络车间出产线已有信息化网络,辅佐设备及事务需求扩大网络容量,快速改造晋级老网络,节约出资。
● 多事务承载才能强:可便利叠加Wi-Fi、微基站,注册企业调度电话、园区LTE网络。
● 多事务运用和安全需求,如“动力办理”、“视频安防”、“移动工作”、“移动MES”、“无线AGV”等事务布置,需求对多种运用进行网络安全阻隔(物理及逻辑双重)。
●  工业PON无源设备和扁平结构,具有布置便利、组网灵敏、易于扩展和高牢靠性等特色。

(2)LTE 园区网络计划
LTE园区网络计划是一种LIPA(Local IP Access,本地IP接入)技能,即工业园区基站HeNB将数据流量接入(卸载)到工业企业网络,完结LTE工业园区内与园区外4G无线接入经过移动VPDN完结企业数据别离,LTE园区网络计划具有以下特色和优势。
●  运用运营商已有FD-LTE/TD-LTE无线频谱资源。
●  厂区内无缝4G无线接入。
●  无线上下行带宽速率不小于10Mbit/s。
●  满意跨域之间的无线专网接入。
●  园区内4G事务数据本地分流,保证数据通道及数据本身的安全。
●  一致接入办理渠道。

3.3智能产品运转监控剖析技能
中国制造2025
智能产品运转监控剖析技能,经过物联网和车联网向制造企业供给针对产品(如轿车、工程机械、发动机)的长途智能效劳,包含长途监控、长途预警、长途保护、数据剖析等。智能效劳拓宽到产品的全生命周期办理如图4所示。产品智能化效劳体系包含产品长途监护与保护渠道、根据大数据挖掘的产品运用剖析体系、智能手机APP自助效劳体系,完结功用包含以下几类。
●  对各类产品的上百种数据进行收集、存储。
●  及时剖析用户运用典型行为。
● 为客户供给优化处理计划及实时监控产品运用情况的归纳效劳。
产品智能化效劳的成功运用可以大大提高工作效率,效劳保护本钱明显下降,产品差异化程度提高。

3.4 工业云渠道
工业云渠道供给高品质的网络和云资源、IDC数据中心资源、以及混合云和可信云,为企业客户搭建安全、灵敏的工业协同渠道,供给工业协同效劳才能,包含规划协同、制造协同、供给链协同、效劳协平等。
工业云渠道的中心是数据在不同企业(及客户)之间的流通,要完结横向集成与价值链端到端集成。
横向集成是企业之间经过价值链以及信息网络完结的一种资源整合,为完结各企业间的无缝协作供给实时产品与效劳,完结产品开发、出产制造、运营办理等在不同的企业间的信息同享和事务协同。
端到端集成经过价值链上不同企业资源的整合,以产品价值链发明集成供给商(一级、二级、三级…)、制造商(研制、规划、加工、配送)、分销商(一级、二级、三级…)以及客户信息流、物流和资金流,在为客户供给更有价值的产品和效劳的一起,重构产业链各环节的价值体系。

4、结束语
跟着信息技能的快速开展,智能制造和工业互联网的技能和运用将会发作新的改变,未来企业不只要运用工业互联网资源进行资产的功用办理,并且要运用工业互联网完结智能制造的云操控。将产业链、供给链或价值链的协同机制建立起来,或将先进的操控技能资源的公共效劳体系建立起来,不断提高智能制造出产体系的立异水平。

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