智能燃氣表智造工業物聯網體系的研究與建設

邵澤華，劉 彬，權亞強，侯雪丹

（成都秦川物聯網科技股份有限公司，四川 成都 610100）

0 引 言

近年來，隨著儀器儀表制造行業自動化水平、信息化水平和智能化水平的不斷提高，我國燃氣貿易計量用燃氣表制造業已由傳統的自動半自動化生產向全自動化、數字化、智能化方向發展。在全球范圍內，各國政府均在工業領域推動實施信息化和智能化戰略，智能制造和智造的概念逐步形成。它是將新一代信息通信技術與先進制造技術進行深度融合，并貫穿制造活動的各個環節[1]。燃氣表智造的核心是借助三體系智造工業物聯網系統將燃氣表制造過程的各種工藝相關的設備、工序、產線、工廠等對象的狀態信息加以匯聚和利用，實現制造過程管理的集約化、遠程化、可視化。該系統綜合運用云計算、大數據和遠程控制技術，構建起一個人、機、物之間數據信息實時交互，可自主運行、維護和優化的工業物聯網環境[2]。該系統能為燃氣表制造企業的經營管理提供連續同步的成品、半成品的生產質量信息、物流信息、價值形成信息等服務，能為各職能管理部門業務活動提供支撐。工業物聯網的應用可降低制造業的生產成本，提高生產效率，實現產業鏈上下游的優化升級和創新轉型[3]。

我國存在許多傳統的燃氣表生產制造企業，在國家推動制造業數字化轉型升級的大背景下[4]，實施由工業物聯網對其進行信息化智能化的改造迫在眉睫。此改造的施行可解決行業中半自動化制造以及雖已自動化但無法協同管理的工藝痛點問題，提升燃氣表制造業的整體信息化水平，淘汰落后產能，實現高質量發展。

本文基于三體系智造工業物聯網理論開發并建設了智能燃氣表智造工業物聯網體系，解決了自動化工藝設備的協同化問題和半自動生產工藝的自動化及協同化問題，使工藝過程各設備、工序、產線乃至產線之間實時監控和協同，使成品產量和質量穩步提升，提高了生產效率，降低了勞動強度，提高了交貨周期的可預見性，實現了較好的社會效益和經濟效益。此體系可作為廣大傳統儀器儀表制造業轉型升級的參考。

1 三體系智造工業物聯網理論

提到工業，國家行業統計部門按照國家標準GB/T 4754—2017《國民經濟行業分類》把“采礦業”“制造業”“電力、熱力、燃氣及水生產和供應業”統稱為“工業”，本文的工業指“制造業”。三體系智造工業物聯網理論指出，智造工業物聯網由對象平臺、傳感網絡平臺、管理平臺、服務平臺和用戶平臺組成。

對象平臺包括制造工藝過程的設備、工序、產線等，可感知在制品的狀態信息和在役單元的運行狀態并實現自主控制，可接受外部指令實現外部管理控制；傳感網絡平臺能實現制造過程感知信息（設備、工序、產線等自動感知）和控制信息（外部指令或內部指令）匯聚或精準控制；管理平臺能以完成某項訂單為目標實現制造過程設備間、工序間、產線間的協作；服務平臺能提供各專業管理部門需要的數據接口，如產量統計、質量統計、成本統計等業務所需要的數據接口；用戶平臺能為企業提供經營信息，如生產日報、質量日報、成本日報等經營信息。

三體系智造工業物聯網實現了設備與設備之間、工序與工序之間、產線與產線之間等該類物理實體間的通信，實現了各級管理者與設備、工序、產線之間的連接，可實現對訂單購買者的制造信息共享，最大限度提供了可預期的交付標的物信息，體現了物聯網中智能物的物理、信息、功能三大屬性。

2 智能燃氣表智造設計與開發的具體特點研究

本文設計與開發的智能燃氣表智造工業物聯網，是三體系智造工業物聯網理論在智能燃氣表制造領域的應用，從一般到特殊的應用過程，體現了智能燃氣表制造過程的具體特點，即儀器儀表制造、防爆電氣設備制造、通信設備制造等；對應于儀器儀表制造體現在工藝過程就是存在法定的校準和檢定要求、法定的氣密性檢測要求、通信檢測要求等，也體現了工藝設備、工序、產線間的協同性要求。

2.1 智能燃氣表智造的儀器儀表工藝特殊性

貿易結算用的燃氣表是被國家市監總局列入《實施強制管理的計量器具目錄》的工作計量器具，并且限期使用，到期更換，燃氣表須經檢定機構檢定合格后方可投入使用。燃氣表的計量準確性直接關系到用氣居民的權益和燃氣公司的利益[5-6]，若計量失準將會引起計量糾紛，因此智能燃氣表智造的工藝過程中存在法定的校準和檢定要求，它是確保智能燃氣表計量準確、公平的重要手段。必須按照國家標準GB/T 6968—2019《膜式燃氣表》中的規定，對智能燃氣表的外觀、密封性、壓力損失及示值誤差等項目進行校準和檢定。國家在浙江、重慶等省市試點的“出廠檢定”和“強制檢定”二檢合一的舉措[7]，更加強化了燃氣表智造企業在計量器具智造過程的市場主體責任，因此智能燃氣表的智造必須考慮這一檢定和校準的特點。

在基于工業物聯網的智能燃氣表智造工藝過程中，校準和檢定是通過智能化生產檢測設備與傳感網絡設備構建的物理體系以及專業信息分析管理系統構成的信息體系結合實現。通過智造工業物聯網的管理平臺有效實現整合管控，保證了智能燃氣表的在線實時校準和檢定。校準和檢定后的數據結果將存儲在智造工業物聯網的服務平臺上，供相關管理人員通過數據接口讀取校準和檢定數據結果信息。

2.2 智能燃氣表智造的氣密性檢測和工作電流檢測等工藝特殊性

由于燃氣表測量的介質屬于燃料氣體，一般都是易燃易爆物質，因此要求燃氣表的過流部分絕對密封并且長期可靠，這樣就要求燃氣表在制造過程中必須對產品的氣密性進行高于使用壓力條件的全數檢驗，以保證燃氣表服務過程自身不引起泄漏爆炸事件。另外智能燃氣表均采用電子控制技術，當智能燃氣表的安裝場所環境中存在易燃易爆的氣體或固體粉塵時，如果電控部分設計制造不當，可能在服務中存在電路動作花火，從而點燃其周圍的有潛在爆炸危險的混合物，使其周圍空間成為具有不同程度爆炸危險的場所[8]。因此智能燃氣表的制造過程的另一個特征就是要檢測工作電流是否異常，防止工作電流過高的產品下線。因此，用于危險場所的儀器儀表必須既要具有氣密性以保證不向外部泄漏可燃氣體，又要具有防爆性能以保證使用環境中潛在爆炸物不會被智能控制電路的火花引爆。智能燃氣表智造中必須同時考慮上述兩個產品特點。

隨著智能燃氣表安全切斷技術[9]的應用，對智能燃氣表內置閥門氣密性的要求也愈來愈引起人們的重視，也成為智能燃氣表智造工藝的一個重要特點，主要包括了閥門關閉后的氣密性檢測以及閥門對壓力損失及計量性能的影響檢測。

國家標準GB/T 6968—2019《膜式燃氣表》之附錄C 中的防爆性能規定燃氣表的“附加裝置應符合GB 3836.1 和GB 3836.2 或GB 3836.4 規定的防爆性能要求，并取得國家授權的防爆檢驗機構頒發的防爆合格證書”，它是確保人民安全用氣的重要保證。對于我公司由本質安全型“i”保護的智能燃氣表，應符合GB 3836.1 和GB 3836.4 規定的防爆性能要求。對于我公司由隔爆外殼“d”保護的智能燃氣表，應符合GB 3836.1 和GB 3836.2 規定的防爆性能要求。

在基于工業物聯網的智能燃氣表智造工藝過程中，防爆電氣工藝是通過智能化氣密性檢測、工作電流檢測、閥門關閉泄漏率檢測等生產檢測設備與傳感網絡設備構建的物理體系以及專業信息分析管理系統構成的信息體系結合實現。通過智造工業物聯網的管理平臺有效實現整合管控，保證對智能燃氣表中安裝的與防爆有關的電池、電磁閥和電容等部件實現在線監測。有關管理人員可通過智造工業物聯網服務平臺上的接口讀取智能燃氣表防爆相關部件的性能參數。

2.3 智能燃氣表智造的通信設備工藝特殊性

通信技術是智能燃氣表的關鍵技術，該技術對智能燃氣表的智能化程度以及遠程管理效果起到決定性作用[10]。安裝在智能燃氣表上的通信設備將使智能燃氣表實現遠程無線通信，使智能燃氣表管理與終端服務更加便利，更好地服務燃氣用戶。

在基于工業物聯網的智能燃氣表智造工藝過程中，通信設備工藝是通過智能化通信模塊生產檢測設備與傳感網絡設備構建的物理體系以及專業信息分析管理系統構成的信息體系結合實現。通過智造工業物聯網的管理平臺有效實現整合管控，保證了智能燃氣表的通信性能（信號強度、通信成功率等）得到在線監測，其在服役后能夠正常通信。有關管理人員可通過智造工業物聯網服務平臺上的接口讀取智能燃氣表通信設備的性能參數。

另外由于通信過程消耗能量，能增加產品的能耗，因此產品必須滿足通信設備入網許可、型號核準以及防爆的要求。

2.4 智能燃氣表智造工藝全局協同性

在基于工業物聯網的智能燃氣表智造工藝過程中，我公司以MES、SCADA 系統構成生產過程全流程一體化管控平臺，通過在CAPP 中建立工藝知識庫模塊儲存產品加工工藝信息，當MES 接收到工藝條件發生變化信息時，調用CAPP系統工藝知識庫中相應工藝信息并將相關工藝路線與標準、設備參數、產品制造規格及工藝卡片等數據發送至MES 系統。MES 通過SCADA 系統下達對應的工藝參數至執行工站，完成塑膠零部件制造過程、五金零部件制造過程、基表制造過程、控制電路板制造過程、閥門和計數器制造過程的全局性協同生產，可根據訂單安排實現全局產線的工藝順次切換，同時，通過引入機器人技術、視覺檢測、二維碼識別、光電傳感技術等現代前沿數據采集技術，采集生產過程中產品裝配位置、精度等參數信息，當參數異常時，自動調整參數信息，從而實現工藝參數的動態管控及調優，整個采集傳輸數據過程中呈現低延時性。在多型并列的基表智造產線間，不同表型線體切換由人工操作優化為系統自動切換，表型切換變得高效、快捷、柔性；生產狀態及設備狀態可進行實時監控，工藝參數實現動態調優。基于工業物聯網的智能燃氣表智造工藝保證了生產過程的穩定性、生產質量的可靠性以及工藝設備、工序、產線間的全局協同性。

3 智能燃氣表智造工業物聯網體系的構建

基于三體系智造工業物聯網理論和作者及其團隊在智能燃氣表智造工廠設計、開發經驗，構建出了智能燃氣表智造工業物聯網體系。智能燃氣表智造工業物聯網體系主要由信息體系、物理體系和功能體系組成，集智能燃氣表智造狀態感知、分析、控制功能為一體。智能燃氣表智造工業物聯網體系如圖1所示。

圖1 智能燃氣表智造工業物聯網體系

3.1 信息體系

智能燃氣表智造工業物聯網體系的信息體系如圖2所示，該體系中的信息體系包括對象域、傳感域、管理域、服務域和用戶域。

圖2 智能燃氣表智造工業物聯網體系的信息體系

3.1.1 對象域

對象域是實現智能燃氣表制造過程的感控信息以及該類信息處理軟件系統的集合，主要包括智能燃氣表制造過程的設備、工序、產線等感控信息及在制品感控信息，具體有：智能燃氣表制造過程的數控機床集群聯網系統（DNC），實現了相應產線殼體、機芯等零部件及其模具加工活動的數字化虛擬化；智能燃氣表制造過程的實時數據采集系統（SCADA），實現了相應制造工廠設備、工序、產線及在制品等的物理實體的數字化虛擬化，使生產過程本身產生了“意識”；智能燃氣表制造過程的倉儲控制系統（WCS），實現了相應原材料、半成品、成品、備品、配件等及其出入庫等倉庫庫存和倉儲活動的數字化虛擬化，使倉儲過程本身產生了“意識”。

3.1.2 傳感網絡域

傳感網絡域是實現智能燃氣表制造過程信息和外部控制信息的采集、匯聚、傳輸、處理等信息及其軟件的集合，主要包括網關的信息及其系統、智能傳感器通信模塊信息機器系統、工業互聯網系統、無線局域網系統、以太網系統和其他網絡系統。按信息及其軟件系統的類別分述如下：

智能傳感器通信模塊的信息及其系統：其作用之一是為已被感知的信息提供上傳或上報的信息通道，是傳感網絡信息域信息傳輸的起點，也是采集的起點；作用之二是為已下發的信息提供下傳或下達的信息通道，是控制信息到達控制體的終端通道。

網關類：其作用之一是為將被感知的眾多對象的信息提供存儲、加工、傳輸的接口，是傳感網絡信息域信息傳輸和處理的關鍵環節，是眾多傳感器節點形成傳感網絡的標志；作用之二是處理已下發的各類控制指令信息提供存儲、加工、精準投放的接口，是控制信息精準抵達智能傳感器控制模塊的通道，兼容多種通信接口與數據接口。

網絡類：其作用是為對象域與管理域實現雙向通信的信息通道。與管理域聯通的網絡一般為公共網絡（如因特網、以太網等），與對象域聯通的為私有網絡（如LoRa 網絡、Sigfox 網絡、GFSK 網絡等）。特殊地，在智能燃氣表制造過程中，涉及NB-IoT 型智能燃氣表通信檢測的傳感網絡為公共網絡（即南北向網絡同一）。

3.1.3 管理域

管理域是實現對對象域、傳感域、服務域、用戶域等信息域的管理及其自身信息域綜合管理的信息及軟件的集合，主要包括智能制造管理云制造信息系統、綜合管理信息系統、專業管理的業務信息系統，具體為產品生命周期管理系統（PLM）、企業資源管理系統（ERP）、倉儲管理系統（WMS）、客戶關系管理系統（CRM）和制造執行管理系統（MES）等軟件系統。按信息系統的類別分述如下：

智能制造管理云制造信息系統類：對對象層管理的信息系統、對傳感網絡層管理的信息系統、對管理層涉及制造流程管理的信息系統、對用戶層管理的信息系統等。

綜合管理信息系統：通信管理信息系統、運行維護管理信息系統、信息安全管理信息系統。

專業管理的信息系統：產品生命周期管理系統（PLM）、企業資源管理系統（ERP）、倉儲管理系統（WMS）、客戶關系管理系統（CRM）和制造執行管理系統（MES）。

3.1.4 服務域

服務域是實現為制造過程的基層管理者、中層管理者、高層管理者等各級管理人員以及其他有服務需求者所需要的不同服務的信息及軟件的集合，主要包括智能制造服務云信息系統、特定業務服務的專用信息系統、服務接口等，具體為服務平臺云信息系統，如信息服務軟件系統、管理系統等。服務域是由感知服務系統和控制服務系統組成的智能制造服務系統。按信息系統的類別分述如下：

智能制造服務云信息系統：服務平臺信息系統，如制造過程感知控制信息系統、制造過程管理指揮信息系統等。

特定業務的專用信息系統：設備維修、巡檢、安檢、維護等專用信息系統。

服務接口：與交付過程有關的付款、授信等接口。

3.1.5 用戶域

用戶域是實現為制造業的企業主、上游原材料供方、下游產品買方、外部協作方、政府安全環保監管方、信息安全監控方、系統開發運維方等的多方面用戶的服務的信息及軟件的集合。一般是通過整合生產數據，包含訂單完工、工藝執行、產品質量和物料供給等方面，而建立起來的生產綜合管理系統。用戶域主要包括移動通信終端信息系統、專用終端信息系統、互聯網終端信息系統、無線局域網終端信息系統，具體為生產運營管理者使用的手持終端PDA 軟件、手持機系統、PC 終端系統和控制平臺終端系統等。

3.2 物理體系

智能燃氣表智造工業物聯網體系的物理體系如圖3所示，該體系中的物理體系包括對象層、傳感網絡層、管理層、服務層和用戶層。

圖3 智能燃氣表智造工業物聯網體系的物理體系

3.2.1 對象層

對象層是實現制造流程任務的設備裝置及其信息感知和控制的監控裝置等物理實體的集合，主要包括用于智能制造生產的智能設備及其狀態檢測控制單元、工序及其在制品監測控制單元、產線及其生產質量監測控制單元、工廠及其運行效率指標檢測控制單元等及智能傳感器感控模塊的實體。按物理載體的類別分述如下：

設備類：動力設備，如電機、壓縮空氣設備等；通用設備，如機器人、塑料注射成型機、CNC、高速沖床等專業設備；工藝裝備，如注塑模具、金屬加工模具、運輸或存儲托盤、托架等；上述設備和在制品的狀態監控的傳感器的感控模塊（光電傳感器感控模塊、環境傳感器感控模塊、信號感知器）等。

工序類：外殼電泳成套設備、外殼連續深沖模具、外殼接頭焊接成套設備、燃氣表氣流通道氣密性自動檢測設備、燃氣表內置閥門關閉泄漏率監測設備、智能燃氣表電路板工作電流監測設備等工裝設備，智能燃氣表機芯測量性能檢測工裝（膜式燃氣表內、外計量腔的密封性檢驗裝置、機械壓力損失實驗裝置等），智能燃氣表校準和檢定檢驗裝置（智能燃氣表計量校準、調整及檢定裝置）以及上述工序和在制品的狀態監控的傳感器的感控模塊（光電傳感器感控模塊、環境傳感器感控模塊、信號感知器）等。

產線類：印制電路板組裝（PCBA）生產線，包含高速精密貼片（SMT 工序）裝備、分立元件焊接工序裝備、嵌入式軟件自動燒錄裝備、老化裝置、功能及工作電流測試裝置、通信能力測試裝置、三防處理工藝裝備等；智能燃氣表計數器生產線，包括機械計數器裝配工藝裝備、計量信號采樣裝置、計量信號采集可靠性檢測裝置等；智能燃氣表內置閥裝配生產線包括閥門動力系統組裝裝備、閥門啟閉執行機構組裝裝備、閥門關閉泄漏率監測裝備、閥門工作電流檢測裝備等；上述產線和在制品的狀態監控的傳感器的感控模塊（光電傳感器感控模塊、環境傳感器感控模塊、信號感知器）等。

3.2.2 傳感網絡層

傳感網絡層是實現制造流程中在制品信息和設備、工序、產線等實體信息匯聚和采集并控制信息下發給智能傳感器的控制模塊并動作的等物理實體的集合，主要包括智能傳感器通信模塊、工業互聯網、無線局域網、以太網和其他網絡，具體為智能光電傳感器的通信模塊、智能環境傳感器的通信模塊、智能信號感知器的通信模塊、工業互聯網、以太網等硬件。按物理載體的類別分述如下：

通信模塊類：感知物理實體的通信模塊、控制物理實體的通信模塊。

網絡類：與管理層聯通的公共網絡、與對象層聯通的私有網絡。

網關類：感知物理實體的信息存儲、加工、傳輸的接口；控制物理實體下發指令信息提供存儲、加工、精準投放的接口，如NB-IoT 基站服務器、LoRa 基站服務器等。

服務器類：傳感網絡通信管理服務器、智能網關管理系統服務器。

3.2.3 管理層

管理層是實現對對象層、傳感層、服務層、用戶層等物理載體的管理及其自身物理載體綜合管理的物理載體的集合，主要包括智能制造管理云服務器、綜合管理服務器、專業管理的業務服務器，具體為產品生命周期管理系統（PLM）服務器、企業資源管理系統（ERP）服務器、倉儲管理系統（WMS）服務器、客戶關系管理系統（CRM）服務器和制造執行管理系統（MES）服務器等硬件。按物理載體的類別分述如下：

智能制造管理云服務器類：對對象層管理的服務器、對傳感網絡層管理的服務期、對管理層涉及制造流程管理的服務器、對用戶層管理的服務器等。

綜合管理服務器：通信管理服務器、運行維護管理服務器、信息安全管理服務器。

專業管理的服務器：產品生命周期管理系統（PLM）服務器、企業資源管理系統（ERP）服務器、倉儲管理系統（WMS）服務器、客戶關系管理系統（CRM）服務器和制造執行管理系統（MES）服務器。

3.2.4 服務層

服務層是實現為制造過程的基層管理者、中層管理者、高層管理者等各級管理人員以及其他有服務需求者所需要的不同服務的物理載體集合，主要包括智能制造服務云服務器、特定業務服務的專用服務器、服務接口等，具體為服務平臺云服務器，如信息系統服務器、管理系統服務器等。按物理載體的類別分述如下：

智能制造服務云服務器：服務平臺服務器，如制造過程感知控制信息服務器、制造過程管理指揮信息系統服務器等。

特定業務的專用服務器：設備維修、巡檢、安檢、維護等專用服務器。

服務接口：與交付過程有關的付款、授信等接口。

3.2.5 用戶層

用戶層是實現為制造業的企業主、上游原材料供方、下游產品買方、外部協作方、政府安全環保監管方、信息安全監控方、系統開發運維方等的多方面用戶的服務的物理載體集合，主要包括移動通信終端、專用終端、互聯網終端、無線局域網終端，具體為生產運營管理者使用的手持終端PDA、手持機、PC 終端和控制平臺終端等。

3.3 功能體系

智能燃氣表智造工業物聯網體系的功能體系如圖4所示，該體系中的功能體系包括感知控制平臺、傳感網絡平臺、管理平臺、服務平臺和用戶平臺。

圖4 智能燃氣表智造工業物聯網體系的功能體系

3.3.1 感知控制平臺

感知控制平臺是實現制造流程任務及其信息感知和控制的功能的集合，主要包括數據實時采集與處理、制造自動化、機床聯網、生產設備實時信息反饋、智能生產與控制等功能。感知控制平臺既是執行生產制造作業的智能制造平臺，也是制造流程信息的感知采集平臺和其狀態可受外部控制的控制平臺。

3.3.2 傳感網絡平臺

傳感網絡平臺是實現智能燃氣表制造過程信息和外部控制信息的采集、匯聚、傳輸、處理等功能的集合，主要包括將感知控制平臺感知采集的生產線實時數據、設備運行狀態、智能燃氣表的工藝執行情況及質量信息、工單完成情況等數據和信息進行匯聚并上傳給管理平臺，將遠程管理平臺的訂單信息、產量要求信息、計劃信息、交期信息等按需精準下達給感知控制平臺的具體對象，實現感控信息的快速精準通信，并通過協議的統一，保障感控信息的安全穩定通信。

3.3.3 管理平臺

管理平臺是實現對感知控制平臺、傳感網絡平臺、服務平臺、用戶平臺等功能平臺的管理及其自身功能平臺綜合管理等功能的集合。管理平臺將匯集來自傳感網絡平臺的感知控制數據（采集系統數據）和來自服務平臺的控制指令信息，通過綜合管理分析系統，向上傳輸感知控制信息及其服務支撐信息（供服務平臺決策或輔助決策用），向下傳達來自用戶平臺或服務平臺的控制指令信息，實現制造流程的管理與為各級管理者乃至業主的制造信息服務的融合，既實現了智能燃氣表質量管控、工藝執行情況和設備狀態信息反饋等生產數字化管理，又實現了企業主和各級管理者對制造過程信息和狀態的實時感知控制，以及生產運營的集約化管理和制造業內部組織的扁平化變革。

3.3.4 服務平臺

服務平臺是實現為制造過程的基層管理者、中層管理者、高層管理者等各級管理人員以及其他有服務需求者所需要的不同服務的功能集合，主要包括感知信息服務和控制信息服務，如提供全面的綜合性的信息服務（工廠產能發揮程度、產出效率等）、個別產線的綜合信息服務、工序的專業信息服務等。通過專用服務器為內部職能部門提供特定業務服務信息，為外部協作單位提供服務接口等，通過為生產運營管理者提供所需的智能燃氣表生產數據、質量信息、工單執行情況、設備運行狀態等內容，實現數據和信息的快速響應、傳輸便捷精準。

3.3.5 用戶平臺

用戶平臺是實現為制造業的企業主、上游原材料供方、下游產品買方、外部協作方、政府安全環保監管方、信息安全監控方、系統開發運維方等多方面用戶的服務的功能集合，主要表現為用戶可借助手持終端PDA、手持機、PC 終端和控制平臺終端等相應的用戶終端享受到各種用戶服務，便于企業主整合所需的內部和外部資源，通過對產、銷、存數據，產能數據，裝備狀態數據等全流程數據的綜合數據分析，實現智能燃氣表制造業企業的經營管理。

4 智能燃氣表智造工業物聯網體系的實施效果

伴隨著智能燃氣表智造工業物聯網體系的構建，信息體系、物理體系和功能體系“三體系”的形成，智能燃氣表的制造過程得到了實時監控，產品合格率得到大幅提升，產能顯著增長，綜合成本明顯下降，安全生產得以保障等。

4.1 制造過程全流程監控

智能燃氣表智造工業物聯網體系的構建，實現了制造過程全流程實時監控，具體如下：

（1）產線設備運行異常，系統自動報警。

（2）工單執行存在偏差，系統自動提示。

（3）智能燃氣表各塑膠/五金零部件生產、機芯、機電閥和計數器等半成品的組裝不滿足工藝要求或產品質量不符合要求，系統會下達指令給產線設備或機器人，機器人自動將不符合條件的產品挑選出。

4.2 質量與標準化

智能燃氣表智造工業物聯網體系的構建，實現了產品設計、工藝設計、生產制造（裝配、檢驗、入庫等）的標準化，極大提高了產品質量，使智能燃氣表一次性生產合格率達到99%以上。具體如下：

（1）智能燃氣表的產品設計、工藝設計、生產制造、檢驗等過程非常復雜，包含了精密模具智造、五金/塑膠零部件智造、表面處理、基表自動裝配與檢驗、核心零部件智造、智能燃氣表總裝與入庫等流程，為保證產品的一致性，智能燃氣表智造工業物聯網體系的實施可以實現智能燃氣表的設計標準化、工藝設計標準化、自動化生產標準化、質量過程控制標準化。

（2）采用智能設備與裝置的自動化生產線采用標準化設計，由標準化后的產線設備進行零部件檢驗、基表裝配，減少了人工作業，消除了人為因素對產品質量的影響，提高了產品質量。

（3）采用智能設備與裝置的自動化生產線能夠實現在線檢測、工藝糾錯、質量控制、自動修正等功能。

4.3 提高生產效率

智能燃氣表智造工業物聯網體系的構建實現了自動化生產，設備可24 h 持續作業，整體產能得以大幅提升，具體如下：

（1）日均產能：從塑膠/五金零部件生產、表面處理、基表裝配與檢驗到智能燃氣表總裝與入庫等生產制造全流程，原人工日均產值約10 只智能燃氣表；而現在通過采用智能設備與裝置的自動化生產線，每名工人日均產值約30 只智能燃氣表。

（2）設備日均作業時長：采用智能設備與裝置的自動化生產線可實現24 h 持續作業，產線設備日均作業時長由10 h/臺提升到22 h/臺，使得產線設備利用率得到了大幅度的提升。

4.4 降低生產成本

智能燃氣表智造工業物聯網體系的構建實現綜合生產成本的有效管控，具體如下：

（1）人工成本：人工成本占制造費用的比例由原來的60%～70%降低為10%～15%。

（2）管理成本：管理模式由原來的以人為核心轉變為以產線設備為核心，管理高效便捷，成本降低。

（3）制造成本：過程產品減少，在制品降低為零，庫存周轉率提高，從而降低了制造成本；原各工序獨立，無法連續生產，采用智能設備與裝置的自動化生產線后，制造周期從5 天縮短為2 天。

4.5 提高安全系數

智能燃氣表智造工業物聯網體系的構建，實現了對生產作業過程中人員、設備的安全保障，具體如下：

（1）人員安全：傳統的生產制造設備需人工操作，操作人員易受心情、習慣、環境等因素的影響，存在較高的安全風險。而采用智能設備與裝置后，設備能夠實現自動檢測、故障報警等，降低了設備對人工現場操作的依賴，人員安全得到了保障。

（2）設備安全：設備能夠實現自動檢測與報警等功能，通過信息化可進行設備的自動點檢、日常維護與保養。

4.6 客戶滿意度

智能燃氣表智造工業物聯網體系的構建，實現響應周期、制造周期和訂單交貨周期的大幅縮短，提高了客戶滿意度，具體如下：

（1）響應周期：采用信息化手段按單生產，訂單響應及時，響應周期大幅縮短。

（2）制造周期：從原材料采購、工藝設計、產品生產到入庫，整個制造周期從5 天縮短到2 天。

（3）訂單交貨期：訂單交貨期從10 天縮短為5 天。

4.7 生產管理簡便化

智能燃氣表智造工業物聯網體系的構建，所有制造過程的信息和數據均通過傳感網絡傳輸到我公司管理平臺的智能制造管理系統進行集中管理，實現智能制造生產數據的匯聚與融合，通過數據分析輔助管理者用戶進行生產運營管理決策。

5 結 語

本文以三體系智造工業物聯網理論為基礎，結合作者團隊智能燃氣表智造工廠設計、開發經驗，建設了智能燃氣表智造工業物聯網體系，主要是基于信息體系、物理體系和功能體系構建。該體系的建設，不僅完善了智能燃氣表智造工業物聯網的理論體系，還大力推動了整個智能燃氣表智造行業理論研究的發展，在打造智能燃氣表智造行業的標準化應用過程中，發揮著促進作用。

從短期來看，智能燃氣表智造工業物聯網體系的建設推動了我公司由傳統制造企業向服務型企業轉型，而且使燃氣計量管理走向信息化、智能化和智慧化。從長遠來看，智能燃氣表智造工業物聯網體系的建設還帶動著行業技術與服務的進步的可持續發展，運行體系的標準化搭建，促進企業投入更多的研發精力到技術創新上，進一步更好地解決人民群眾的痛點、促進公共事業生活便利、推動建設智慧城市、提升居民幸福感等。