智慧工廠安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引 言

智慧工廠是現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展的新階段。是將先進(jìn)的自動(dòng)控制、通信、計(jì)算機(jī)、信息和現(xiàn)代管理等技術(shù)相結(jié)合，將生產(chǎn)過程的控制、運(yùn)行與管理作為一個(gè)整體，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運(yùn)行、控制與管理。利用物聯(lián)網(wǎng)對(duì)物體全面感知的能力，對(duì)工廠內(nèi)的人、設(shè)備、環(huán)境全面感知。運(yùn)用云計(jì)算等技術(shù)將自主感知和人工采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，從而為企業(yè)的安全生產(chǎn)提供保證，為企業(yè)的科學(xué)決策提供支持。

1 智慧工廠總體設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)是典型的以應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過傳感技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計(jì)算等技術(shù)將各種數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和分析實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能控制，才是運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心。由于綜合自動(dòng)化及數(shù)字化工廠在我國(guó)企業(yè)中已經(jīng)有了眾多的實(shí)際應(yīng)用，綜合自動(dòng)化的監(jiān)控系統(tǒng)、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等相對(duì)成熟。因此，智慧工廠的建設(shè)是建立在已有數(shù)字化建設(shè)的基礎(chǔ)上，要充分運(yùn)用原有系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，將老系統(tǒng)和新技術(shù)有機(jī)結(jié)合，才能真正發(fā)揮智慧工廠的作用。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧工廠體系結(jié)構(gòu)分為感知層、傳輸層和應(yīng)用層。

感知層通過傳感器、RFID 標(biāo)簽、攝像頭等數(shù)據(jù)采集設(shè)備隨時(shí)隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和獲取。傳輸層是利用工業(yè)以太網(wǎng)、移動(dòng)通訊網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)相連，從而保證采集到的數(shù)據(jù)的交互和共享。應(yīng)用層則結(jié)合智慧工廠的實(shí)際需求，運(yùn)用云計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析與決策，形成安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策解決方案。

2 安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

硬件平臺(tái)由Web 服務(wù)器、防火墻、交換機(jī)、工作站、UPS電源等組成。設(shè)置 1臺(tái)Web服務(wù)器用于應(yīng)用程序的安裝與部署 ；設(shè)置 1臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器用于存儲(chǔ)生產(chǎn)過程中采集到的數(shù)據(jù)信息 ；設(shè)置 1臺(tái)I/O服務(wù)器，采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)后提供給以太網(wǎng)上的工作站 ；設(shè)置 5臺(tái)工作站，用于監(jiān)控各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行；為保證監(jiān)控網(wǎng)的相對(duì)獨(dú)立，通過 1臺(tái)硬件防火墻將監(jiān)控網(wǎng)與廠區(qū)局域網(wǎng)隔離 ；設(shè)置 1臺(tái)核心工業(yè)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的交互；在局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)置 1 臺(tái)郵件服務(wù)器和 1 臺(tái)文件服務(wù)器； 設(shè)置后備時(shí)間不小于 4 小時(shí)的UPS 電源設(shè)備，以備臨時(shí)停電時(shí)持續(xù)供電。

2.2 軟件平臺(tái)建設(shè)

通過軟件平臺(tái)將為智慧工廠提供統(tǒng)一的門口入口和各種應(yīng)用的統(tǒng)一集成環(huán)境，使原始數(shù)據(jù)能夠通過平臺(tái)協(xié)調(diào)有序的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用系統(tǒng)的信息共享。軟件平臺(tái)由五個(gè)主要部分組成。數(shù)據(jù)輸入接口實(shí)現(xiàn)與原有系統(tǒng)的銜接 ；數(shù)據(jù)輸出接口根據(jù)各監(jiān)控系統(tǒng)的反饋控制需求，按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)范，提供標(biāo)準(zhǔn)輸出接口；數(shù)據(jù)中心是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理中心，核心是異構(gòu)數(shù)據(jù)分析、轉(zhuǎn)換處理，從而實(shí)現(xiàn)原有信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)能夠得到有效利用；Web Server 為各應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示與控制提供Web 服務(wù)功能 ；門戶網(wǎng)站是建立數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，為智慧工廠的用戶提供滿足不同需求的應(yīng)用服務(wù)。

門戶網(wǎng)站的主要業(yè)務(wù)需求包括：

(1) 生產(chǎn)調(diào)度管理

生產(chǎn)調(diào)度管理是以企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度業(yè)務(wù)為核心，為生產(chǎn)調(diào)度管理相關(guān)工作人員提供的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)全面整合生產(chǎn)調(diào)度日常管理數(shù)據(jù)、安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、工業(yè)視頻數(shù)據(jù)、事故處理記錄、人員考勤記錄等多種信息。系統(tǒng)涵蓋作業(yè)計(jì)劃制定、生產(chǎn)過程監(jiān)控、日常調(diào)度指揮、應(yīng)急事件處理等企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度相關(guān)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)，結(jié)合通訊調(diào)度機(jī)為調(diào)度員提供一個(gè)桌面辦公平臺(tái)，輔助調(diào)度員全面、迅速、準(zhǔn)確地進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。

(2) 災(zāi)害預(yù)警與防治

系統(tǒng)借用人工智能技術(shù)，建立各種災(zāi)害預(yù)警數(shù)學(xué)模型， 并隨著歷史數(shù)據(jù)積累進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)模型 ；通過數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)集市等數(shù)據(jù)分析技術(shù)，達(dá)到生產(chǎn)車間環(huán)境參數(shù)的預(yù)測(cè)和預(yù)警的作用。

(3) 安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策管理 安全生產(chǎn)監(jiān)控主要包括對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中環(huán)境因素、人員因 素和設(shè)備因素的監(jiān)控等。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)及智能信息處理技 術(shù)，綜合多系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的安全隱患進(jìn)行實(shí)時(shí) 評(píng)估并提供輔助決策功能。此外還具有歷史數(shù)據(jù)查詢、篩選、 各種標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)報(bào)表功能。 

(4) 產(chǎn)品運(yùn)銷管理系統(tǒng) 功能包括運(yùn)輸車輛管理、合同管理、押金管理、運(yùn)費(fèi)結(jié) 算、客戶訂單回單管理、預(yù)收款管理、欠款管理、銷售統(tǒng)計(jì)、 報(bào)表輸出等功能，能按企業(yè)的要求提供各種銷售明細(xì)報(bào)表和 匯總報(bào)表。 

(5) 設(shè)備材料管理系統(tǒng) 利用數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)主要設(shè)備管理的網(wǎng)絡(luò)化， 從而提高設(shè)備的周轉(zhuǎn)、調(diào)配效率，提高設(shè)備的使用率。主要功 能包括設(shè)備材料檔案信息管理、計(jì)劃管理（使用計(jì)劃、租賃計(jì) 劃、購(gòu)置計(jì)劃、維修計(jì)劃等）、出入庫(kù)管理、維修管理、特種 設(shè)備管理、使用狀況監(jiān)控、報(bào)廢管理、費(fèi)用結(jié)算、配件信息 維護(hù)等功能。

2.3 海量數(shù)據(jù)處理需求 

在智慧工廠中設(shè)置的智能監(jiān)控設(shè)備每秒鐘就會(huì)采集大量 的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，當(dāng)面對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中海量的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)時(shí)，兼顧平臺(tái) 的實(shí)時(shí)性需求，應(yīng)用服務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快讀的訪問、讀取和操 作顯得十分重要。首先需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)性能進(jìn)行嚴(yán)格考量，來提 高數(shù)據(jù)的存取效率，提升海量數(shù)據(jù)的處理速度。其次，設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫(kù)表格時(shí)應(yīng)滿足第三范式的要求。第三，建立云服務(wù)平臺(tái)， 利用云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的處理。云服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)結(jié) 構(gòu)如圖 4 所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，為企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理提供了更便 捷、更智能的模式。文章設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧工廠的 總體結(jié)構(gòu)、硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)和云服務(wù)平臺(tái)，為智慧工廠的 建設(shè)提供了解決方案。