智慧工廠安全生產監(jiān)控與決策管理系統(tǒng)設計

引 言

智慧工廠是現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展的新階段。是將先進的自動控制、通信、計算機、信息和現(xiàn)代管理等技術相結合，將生產過程的控制、運行與管理作為一個整體，以實現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運行、控制與管理。利用物聯(lián)網(wǎng)對物體全面感知的能力，對工廠內的人、設備、環(huán)境全面感知。運用云計算等技術將自主感知和人工采集的數(shù)據(jù)進行運算處理，從而為企業(yè)的安全生產提供保證，為企業(yè)的科學決策提供支持。

1 智慧工廠總體設計

物聯(lián)網(wǎng)是典型的以應用為驅動的網(wǎng)絡技術，通過傳感技術、無線網(wǎng)絡技術、云計算等技術將各種數(shù)據(jù)進行集成和分析實現(xiàn)生產過程的智能控制，才是運用物聯(lián)網(wǎng)技術的核心。由于綜合自動化及數(shù)字化工廠在我國企業(yè)中已經有了眾多的實際應用，綜合自動化的監(jiān)控系統(tǒng)、基礎網(wǎng)絡建設等相對成熟。因此，智慧工廠的建設是建立在已有數(shù)字化建設的基礎上，要充分運用原有系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，將老系統(tǒng)和新技術有機結合，才能真正發(fā)揮智慧工廠的作用。運用物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧工廠體系結構分為感知層、傳輸層和應用層。

感知層通過傳感器、RFID 標簽、攝像頭等數(shù)據(jù)采集設備隨時隨地進行數(shù)據(jù)采集和獲取。傳輸層是利用工業(yè)以太網(wǎng)、移動通訊網(wǎng)和無線網(wǎng)絡技術，將設備與網(wǎng)絡相連，從而保證采集到的數(shù)據(jù)的交互和共享。應用層則結合智慧工廠的實際需求，運用云計算機技術對數(shù)據(jù)進行智能分析與決策，形成安全生產監(jiān)控與決策解決方案。

2 安全生產監(jiān)控與決策系統(tǒng)設計

2.1 硬件平臺設計

硬件平臺由Web 服務器、防火墻、交換機、工作站、UPS電源等組成。設置 1臺Web服務器用于應用程序的安裝與部署 ；設置 1臺數(shù)據(jù)服務器用于存儲生產過程中采集到的數(shù)據(jù)信息 ；設置 1臺I/O服務器，采集生產數(shù)據(jù)后提供給以太網(wǎng)上的工作站 ；設置 5臺工作站，用于監(jiān)控各個子系統(tǒng)的運行；為保證監(jiān)控網(wǎng)的相對獨立，通過 1臺硬件防火墻將監(jiān)控網(wǎng)與廠區(qū)局域網(wǎng)隔離 ；設置 1臺核心工業(yè)交換機實現(xiàn)整個生產數(shù)據(jù)的交互；在局域網(wǎng)內設置 1 臺郵件服務器和 1 臺文件服務器； 設置后備時間不小于 4 小時的UPS 電源設備，以備臨時停電時持續(xù)供電。

2.2 軟件平臺建設

通過軟件平臺將為智慧工廠提供統(tǒng)一的門口入口和各種應用的統(tǒng)一集成環(huán)境，使原始數(shù)據(jù)能夠通過平臺協(xié)調有序的運行，實現(xiàn)各應用系統(tǒng)的信息共享。軟件平臺由五個主要部分組成。數(shù)據(jù)輸入接口實現(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，按照標準協(xié)議規(guī)范，提供標準輸出接口；數(shù)據(jù)中心是業(yè)務數(shù)據(jù)的存儲和處理中心，核心是異構數(shù)據(jù)分析、轉換處理，從而實現(xiàn)原有信息系統(tǒng)的業(yè)務數(shù)據(jù)能夠得到有效利用；Web Server 為各應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示與控制提供Web 服務功能 ；門戶網(wǎng)站是建立數(shù)據(jù)中心的基礎上，為智慧工廠的用戶提供滿足不同需求的應用服務。

門戶網(wǎng)站的主要業(yè)務需求包括：

(1) 生產調度管理

生產調度管理是以企業(yè)生產調度業(yè)務為核心，為生產調度管理相關工作人員提供的計算機應用系統(tǒng)。系統(tǒng)全面整合生產調度日常管理數(shù)據(jù)、安全監(jiān)控系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)、自動化設備運行實時數(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)計劃制定、生產過程監(jiān)控、日常調度指揮、應急事件處理等企業(yè)生產調度相關的各項業(yè)務，結合通訊調度機為調度員提供一個桌面辦公平臺，輔助調度員全面、迅速、準確地進行生產調度。

(2) 災害預警與防治

系統(tǒng)借用人工智能技術，建立各種災害預警數(shù)學模型， 并隨著歷史數(shù)據(jù)積累進一步完善數(shù)據(jù)模型 ；通過數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)集市等數(shù)據(jù)分析技術，達到生產車間環(huán)境參數(shù)的預測和預警的作用。

(3) 安全生產監(jiān)控與決策管理 安全生產監(jiān)控主要包括對生產環(huán)節(jié)中環(huán)境因素、人員因 素和設備因素的監(jiān)控等。利用數(shù)據(jù)挖掘技術及智能信息處理技 術，綜合多系統(tǒng)數(shù)據(jù)對安全生產環(huán)節(jié)中的安全隱患進行實時 評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、 各種標準生產報表功能。 

(4) 產品運銷管理系統(tǒng) 功能包括運輸車輛管理、合同管理、押金管理、運費結 算、客戶訂單回單管理、預收款管理、欠款管理、銷售統(tǒng)計、 報表輸出等功能，能按企業(yè)的要求提供各種銷售明細報表和 匯總報表。 

(5) 設備材料管理系統(tǒng) 利用數(shù)據(jù)集成平臺，實現(xiàn)企業(yè)主要設備管理的網(wǎng)絡化， 從而提高設備的周轉、調配效率，提高設備的使用率。主要功 能包括設備材料檔案信息管理、計劃管理（使用計劃、租賃計 劃、購置計劃、維修計劃等）、出入庫管理、維修管理、特種 設備管理、使用狀況監(jiān)控、報廢管理、費用結算、配件信息 維護等功能。

2.3 海量數(shù)據(jù)處理需求 

在智慧工廠中設置的智能監(jiān)控設備每秒鐘就會采集大量 的業(yè)務數(shù)據(jù)，當面對數(shù)據(jù)庫中海量的監(jiān)控數(shù)據(jù)時，兼顧平臺 的實時性需求，應用服務對數(shù)據(jù)進行快讀的訪問、讀取和操 作顯得十分重要。首先需要對數(shù)據(jù)庫性能進行嚴格考量，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，設計 數(shù)據(jù)庫表格時應滿足第三范式的要求。第三，建立云服務平臺， 利用云計算技術實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的處理。云服務平臺的設計結 構如圖 4 所示。

3 結 語

物聯(lián)網(wǎng)技術的應用，為企業(yè)的生產經營管理提供了更便 捷、更智能的模式。文章設計了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧工廠的 總體結構、硬件平臺、軟件平臺和云服務平臺，為智慧工廠的 建設提供了解決方案。