中小型化工企業云端生產管理系統研究

譚軼 李宏康 徐志鵬 孔利東

關鍵詞：工業互聯網;云端;化工生產管理;平臺

目前我國中小型化工企業很大比例屬于高污染、高風險行業，受到政府環保、安全生產等政策影響，企業面臨著關、停、并、轉的壓力，有著向零排放、自動化、智能化轉型升級的迫切要求。為助力中小型化工企業實現安全生產全要素數字化管理，切實提升安全管理水平，賽飛工業互聯網研究院開發應用工業互聯網平臺技術和自動化技術，以生產線信息化作為載體，全面采集生產設備的運行狀態、故障信息、維修信息，與生產過程控制，質量控制需求結合，使主要生產設備運行可視化、效率定量化、操作人性化、報表智能化，服務于實時生產調度和動態設備管理，實現化工生產線無塵化、自動化、智能化。以下為賽飛研究院基于工業互聯網技術的化工企業云端生產管理平臺研究的思路。

1 平臺層系統設計

化工管理操作平臺是基于賽飛CPOS操作系統架構下，利用組態工具搭建起來的控制邏輯及界面顯示。賽飛工業互聯網技術自主研發的高效MES管理系統，即時監控產線生產狀態，改善產能利用率，追蹤人員調派履歷、派工狀態，有效配置資源，提供電子看板反映訂單進度、工單生產狀況、制作進度、良率狀況、缺料咨詢、產線狀態，能夠及時預估和提醒物料和半成品供應，并有效的進行品質管控。相比傳統生產管理方式具有智能化、無人化、云端化的優點，并可根據大數據統計實時做出原材料儲備、產線負荷和成品庫存的智能化預測和調整。

①工業互聯網組態工具，通過采用圖形組態的方法幫助用戶快速地開發和部署智能制造應用系統，最終實現按生產工藝和管理、控制需求及工程邏輯配置參數，可完成高適配性的應用軟件開發，全部過程無代碼編寫。利用元件可視化方法追溯生產系統計算的全過程，發現問題根源;通過動態重構手段實現系統在線優化和產品快速迭代，有效解決了工業企業軟件開發投入大、周期長的問題;②通用網關產品和數據引擎軟件，解決了異構系統標準化集成的問題。可實時采集工業互聯網中異構設備的數據，實現邊緣計算，并與云端數據建立連接;將制造執行系統（MES）與自動控制系統（PCS）深度融合，實現各個生產環節的互聯互通和協同控制;③基于數據引擎的賽飛云技術，按照虛擬控制器的技術框架來構建，可同時適應商業云和私有云環境，且部署效率高，風險低，可擴展性強;可以連接大量的工業設備，且滿足復雜工業應用并行計算和大數據分析的需要;可幫助用戶實現全廠生產過程的遠程監控、性能分析和品質管理。

1.1 數據采集

本平臺通過通訊硬件設備實現數據采集功能。通過對現場生產設備運行數據與關鍵狀態的實時采集，作為實現設備智能管控的基礎數據庫，為生產信息看板、關鍵參數校核、數據分析統計、設備在線維保等功能提供數據基礎。

1.2 邊緣計算

本平臺通過硬件設備實現邊緣計算功能。在數據采集的基礎上，對設備基礎數據進行預處理。客戶可根據實際需求，在與智能管控平臺擁有完全一致的計算環境中，對數據源進行預處理，如篩選、甄別、計算、統計、分析等。不僅能有效平衡并充分利用資源，提高數據處理效率，同時能確保從端到平臺整體數據處理的統一性。

1.3 數據傳輸

本平臺通過通訊硬件設備實現數據傳輸功能。支持Wi-Fi、3G/4G等網絡接口，可以將所采集的數據傳輸至云智能管控平臺，實現全球范圍的數據采集與控制。采用專用的數據通信方式，數據采集高效快速，可滿足不同客戶的多樣化、定制化的通信需求。

1.4 數據存儲

本平臺通過設備庫建立系統靜態數據中心，通過數據處理中心建立系統動態數據中心，統籌管理生產現場所有設備信息。根據項目分級及現場實際情況，將生產現場所有設備及統計信息，抽象為標準（虛擬）設備，以設備為對象，建立系統靜態數據中心，實現集中資料管理，提高維護工作效率，增加系統可靠性。

在生產過程中，將實時采集設備的運行狀態、工藝參數、校核結果等數據，以及生產過程中產生的報警信息，以及系統人機界面的操作日志數據，記錄到系統的服務器中，建立系統動態數據中心，為現場生產設備的全生命周期運行情況追溯與分析提供可靠依據。

1.5 數據分析

本平臺通過邏輯組態軟件及各類功能元件構建數據分析算法，通過對平臺上的數據進行算法處理、統計分析提煉數據價值，沉淀專家經驗;例如：設備高頻故障統計分析、效能分析、設備使用壽命統計及預防性維保提醒。

1.6 趨勢曲線

本平臺提供數據趨勢曲線查詢功能，用于現場操作人員和生產管理人員查閱設備運行過程關鍵數據。

①支持實時和歷史趨勢圖;②可自定義查詢數據點及時間區間，可查詢任一時間段的變化趨勢;③每個趨勢查詢界面最多支持8條曲線同時顯示，每條曲線均支持獨立操作;④以友好、直觀的曲線/餅狀圖顯示各種參數、數據的趨勢，如力矩、角度、線體節拍、產量等。圖形化元素通過色彩和填充的方式，使數據看起來更直觀清晰;⑤基于日期/時間或直角坐標軸（X/Y軸）的趨勢圖向使用者提供靈活的信息呈現方式，支持多個監控點同時比較分析。

1.7 故障報警

本平臺提供故障報警功能，包括實時報警與歷史報警，用于對生產過程中的異常狀態（包括設備異常運行狀態）進行自動判斷、記錄，并發出聲、光報警警示;同時支持現場操作人員和生產管理人員查詢。

①故障報警信息包括實時報警和歷史報警，報警事件記錄保存于歷史數據庫中;②實時報警：故障報警發生時，系統發出聲音警報，在報警列表中顯示報警信息，在事件日志中記錄報警信息、報警信息在確認前閃爍顯示;③歷史報警：歷史報警可以根據時間段、報警類型、優先級、確認狀態、報警域等篩選條件進行查詢;④系統記錄的報警信息包括報警類型、報警名稱、優先級、報警域、開始時間、結束時間、確認時間等;⑤系統可根據報警的嚴重程度設置定義優先級，最多支持5級報警，并通過顏色和報警聲音加以區分。

1.8 權限管理

本平臺提供全新管理功能。支持根據生產線、車間、廠區等進行權限區域的劃分，并可為崗位及用戶分配對應區域的權限，以便特定區域的界面只有擁有權限的崗位和用戶才能訪問、監視、控制其生產過程，包括故障報警的信息。

平臺支持根據各級生產崗位的操作及管理權限，進行崗位許可權設置，支持分區域設置崗位權限，避免越權操作或誤動操作。支持對設備操作、聯動畫面、修改屬性、設定參數、任務切換、退出系統等操作設定權限限制。

2 應用前景

通過應用云端生產管理系統，促使企業實現傳統產業智能化提升和轉型升級，能給企業帶來的效益包括：勞動生產率大幅提升，產能配置更加合理，生產過程自動化程度明顯提高，生產過程管理數據可視化程度大幅提升，無人化生產使得勞動力成本大幅降低;同時可以使企業繼續留在當地生產經營，避免關、停、并、轉。賽飛平臺不僅能夠兼容和管理大量異構的工業設備，實現不同生產環節的互聯互通，還可以幫助用戶企業將生產管理和控制應用部署到云端，實現遠程管理與維護，為用戶節約大量的基礎設施投入成本。經測算，僅此一項即可為工業用戶節省硬件投資與維護成本25%以上，降低系統實施成本20%-35%，為用戶帶來可觀的經濟回報。

3 結語

化工管理操作平臺將生產質量數據的積累和分析將會給中小型化工企業的新產品研發和創新提供數據支撐，通過提供的圖形化工具構建工業機理模型、工業微服務組件，形成工業機理模型、微服務沉淀、轉化、傳播和復用、共享的機制;同時也為政府環保政策的制定提供數據支持。