0 引言

國內(nèi)大量制造企業(yè)完成單機自動化升級，但廠區(qū)內(nèi)部新舊設備共存，PLC、公輔機組、檢測儀表分屬不同控制系統(tǒng)，協(xié)議標準不統(tǒng)一，普遍形成異構設備數(shù)據(jù)孤島。設備運維、排產(chǎn)調(diào)度、能耗管控較多依賴現(xiàn)場人員經(jīng)驗判斷，紙質(zhì)記錄、人工抄讀的方式造成數(shù)據(jù)滯后，難以為管理環(huán)節(jié)提供客觀參考依據(jù)。在制造業(yè)提質(zhì)降本的大背景下，設備數(shù)字化不是單純新增硬件，而是通過現(xiàn)場采集、邊緣處理、平臺可視化，把設備原始運行信息轉化為可利用數(shù)據(jù)，為人機協(xié)同的輔助決策提供基礎條件。陜西觀智科技面向存量工廠改造場景，采用利舊優(yōu)先的實施思路，開展設備數(shù)字化智能化項目落地。

1 存量工廠設備管理現(xiàn)存工程痛點

很多工廠單機自動化水平較高，但整體數(shù)字化能力存在明顯短板，集中表現(xiàn)在以下幾個方面。

第一，設備異構化程度高，新老設備混合部署，部分老舊設備無通訊接口，不同廠商PLC、儀表協(xié)議互不兼容，很難統(tǒng)一采集；

第二，設備故障多為事后處置，缺少全過程運行參數(shù)跟蹤，難以開展趨勢分析，預防性維護缺少數(shù)據(jù)支撐，非計劃停機風險客觀存在；

第三，維保計劃、生產(chǎn)排班、能耗優(yōu)化依靠人工經(jīng)驗，缺少量化數(shù)據(jù)作為參考，容易出現(xiàn)維保周期不合理、設備空轉、能源浪費等現(xiàn)象；

第四，各子系統(tǒng)相互獨立，生產(chǎn)設備、空壓機、制冷、照明等公輔系統(tǒng)數(shù)據(jù)不能互通，報表統(tǒng)計依靠人工整理，數(shù)據(jù)時效性不足；

第五，不少項目直接采用全量上云模式，現(xiàn)場網(wǎng)絡波動時，數(shù)據(jù)采集中斷，工業(yè)場景穩(wěn)定性難以保障。

2 系統(tǒng)總體架構設計

整套系統(tǒng)分為感知采集層、邊緣網(wǎng)關層、平臺應用層，充分適配存量工廠現(xiàn)場條件，盡量沿用原有設備，減少停產(chǎn)施工時間。

感知采集層：對具備通訊接口的PLC、智能儀表直接讀取參數(shù)；針對無對外接口的老舊設備，加裝外置傳感器采集電流、電壓、溫度、振動等關鍵工況信息，覆蓋生產(chǎn)設備與廠區(qū)公輔類設備。

邊緣網(wǎng)關層：部署多協(xié)議邊緣網(wǎng)關，完成Modbus、BACnet及各類PLC私有協(xié)議解析轉換，在本地完成數(shù)據(jù)清洗、過濾、緩存。網(wǎng)絡不穩(wěn)定時，現(xiàn)場采集、告警邏輯可獨立運行，不必把全部數(shù)據(jù)上傳至平臺，降低帶寬壓力，保障工業(yè)現(xiàn)場可靠性。

平臺應用層：搭建B/S架構綜合管理平臺，實現(xiàn)設備臺賬管理、實時狀態(tài)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)存儲、可視化看板展示。系統(tǒng)預留標準化接口，可對接能耗監(jiān)測、IBMS集成平臺，后期也可對接企業(yè)MES、ERP業(yè)務系統(tǒng)，規(guī)避新的數(shù)據(jù)孤島。

3 數(shù)據(jù)驅(qū)動下三類輔助決策工程應用

設備數(shù)字化的價值不只局限于狀態(tài)監(jiān)控，更在于把海量時序數(shù)據(jù)轉化為運維、能耗、生產(chǎn)管理的參考依據(jù)。

3.1 設備維保輔助決策

平臺持續(xù)記錄設備運行時長、負載、溫度、振動等運行指標，結合設備技術手冊設置合理參考閾值。當運行參數(shù)接近閾值區(qū)間，系統(tǒng)輸出提醒信息，運維人員結合歷史工況安排檢修作業(yè)，改變“定期強制維?！焙汀肮收虾缶S修”兩種傳統(tǒng)模式，合理調(diào)配維保資源，降低非計劃停機發(fā)生概率。

3.2 能耗管控輔助決策

采集生產(chǎn)主機、空壓機、水泵、制冷機組的用能數(shù)據(jù)，將能耗與設備運行工況做關聯(lián)分析。管理人員可以定位設備空轉、低效運行等現(xiàn)象，分析不同時段能耗變化，為生產(chǎn)排班調(diào)整、公輔設備運行策略優(yōu)化提供參考，助力廠區(qū)節(jié)能降耗工作落地。

3.3 生產(chǎn)運營輔助決策

匯總各產(chǎn)線設備開機率、負載水平、停機記錄，自動生成統(tǒng)計報表。管理人員可依據(jù)設備實際負荷情況，對排產(chǎn)方案、人員配置進行調(diào)整；同時對停機事件做分類記錄，便于事后復盤，持續(xù)優(yōu)化車間現(xiàn)場管理流程。平臺設置分級權限，不同崗位人員僅可查看對應業(yè)務范圍的數(shù)據(jù)。

4 項目實施關鍵技術要點

第一，優(yōu)先采用分階段建設模式，優(yōu)先選取關鍵公輔設備或重點車間作為試點，驗證采集穩(wěn)定性之后，再向全廠拓展，控制項目投入風險；

第二，堅持利舊原則，不強制替換現(xiàn)場在用設備，通過網(wǎng)關、外置傳感器補齊數(shù)據(jù)采集能力，減少硬件改造成本；

第三，邊緣端開啟本地緩存與脫網(wǎng)運行機制，網(wǎng)絡故障不中斷現(xiàn)場邏輯，滿足工業(yè)場景高可靠要求；

第四，統(tǒng)一數(shù)據(jù)輸出協(xié)議，預留對接第三方業(yè)務系統(tǒng)能力，保障后期可擴展；

第五，做好點位規(guī)劃，傳感器安裝避開強電磁干擾區(qū)域，保障采集數(shù)據(jù)準確度。

5 應用效果分析

通過設備數(shù)字化改造，工廠把傳統(tǒng)經(jīng)驗主導的管理模式升級為數(shù)據(jù)輔助決策模式。項目落地后，可幫助企業(yè)優(yōu)化維保資源配置，減少非計劃停機，識別低效用能環(huán)節(jié)，同時形成完整的設備運行臺賬。該方案對新建廠區(qū)和存量改造項目均具備適用性，可作為工廠整體智能化升級的基礎底座。

6 結語

工廠設備數(shù)字化、智能化建設，核心是解決異構設備的數(shù)據(jù)打通問題。邊緣網(wǎng)關加分層平臺的技術路徑，比較適配國內(nèi)大量存量工廠的現(xiàn)實條件。數(shù)據(jù)采集之后面向維保、能耗、生產(chǎn)提供輔助決策能力，實現(xiàn)從設備聯(lián)網(wǎng)到業(yè)務價值落地。后續(xù)系統(tǒng)還可以平滑對接能源管理、樓宇集成系統(tǒng)，逐步推進制造企業(yè)數(shù)智化轉型進程。