嚴罡星 王喬

【摘要】? ? 本文將圍繞智能工廠管理信息系統(tǒng)進行分析討論，并提出該系統(tǒng)的開發(fā)流程與運用方向，以此促進信息化與工業(yè)化的高度融合，使生產企業(yè)維持穩(wěn)定、可持續(xù)化的發(fā)展模式，能夠更好的運用管理信息系統(tǒng)，減少人工干預，確保信息管理與服務質量進一步提高，實現(xiàn)生產環(huán)節(jié)的全方位把控，推動企業(yè)經(jīng)濟效益增長。

【關鍵詞】? ? 信息系統(tǒng)? ? 開發(fā)平臺? ? 智能工廠

引言：

智能工廠管理信息系統(tǒng)的自主能力較強，可以有效采集與分析相關數(shù)據(jù)、資料，并進行推理與判斷從而規(guī)劃自身行為，能夠切實結合信號處理、信息交互、仿真模型、物聯(lián)網(wǎng)等技術，從而增強現(xiàn)實、充分反映實際產品生產過程，實現(xiàn)人與機器、機器與機器（M2M）之間的相互協(xié)調。為了確保該系統(tǒng)的開發(fā)流程切實可行，保證提出的運用方向具有實際應用價值，首先要對智能工程管理信息系統(tǒng)的主要功能、結構組成與關鍵技術進行深入了解。

一、智能工廠管理信息系統(tǒng)分析

1.1主要功能

智能工廠管理信息系統(tǒng)的主要功能包括：數(shù)據(jù)采集，能夠實時完成生產數(shù)據(jù)、報警記錄、操作日志、關系型信息等內容的統(tǒng)計與整理;流程圖的遠程訪問，使操作人員在電腦端或移動電子設備上便可查看工藝流程生產進度、產品加工質量等信息;記錄報警事件，并完成相應的分析與管理，幫助工作人員結合以往的實際案例提高預防措施的合理性與可靠性;報表傳送與短信推送，能夠在線完成數(shù)據(jù)的接收與傳輸;視頻監(jiān)控，借由高清視頻采集設備捕捉動態(tài)畫面，提高工藝流程的把控度;生產統(tǒng)計，不僅能夠利用系統(tǒng)程序完成效益測評、成本分析，還能進一步明確能源損耗程度，從而節(jié)約資源使用，達到綠色化生產的目的[1]。

1.2結構組成

該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)防護層、數(shù)據(jù)發(fā)布層三個方面構成，并包含采集器、OPC客戶端與PIMS客戶端。OPC技術的出現(xiàn)使平臺間實現(xiàn)了零成本零耗時的無縫對接，其中采集器含有OPC服務器，能夠快速輕松將過程值集成到IT系統(tǒng)中，OPC服務器配置簡單，支持領先制造商的控制器如：Siemens， B&R， Allen，能夠對項目的流程圖、數(shù)據(jù)集成、組態(tài)、報表等內容進行高效管理。OPC客戶端則主要由動力設備、蒸餾裝置、排水等控制系統(tǒng)組成，與WINCC、intouch、組態(tài)王、KEPServerEX OPCserver、RSVIEW、等工控軟件或其它第三方軟件平臺進行實時數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和遠程傳送;同時支持大型數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)共享、過程控制和自動化系統(tǒng)拉口、按第三方系統(tǒng)平臺所要求的其他協(xié)議實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)對接等。

而PIMS可以實現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)絡環(huán)境下的實時數(shù)據(jù)采集、實時流程查看、實時趨勢瀏覽、報警記錄與查看、開關量變位記錄與查看、報表數(shù)據(jù)存貯、歷史趨勢存貯與查看、標準ODBC / SQL.過程數(shù)據(jù)接口等功能，從而實現(xiàn)企業(yè)過程控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡集成、綜合管理，PIMS客戶端則主要包含多個PC客戶端以及多個WEB客戶端，通常用于遠程客戶訪問與信息傳遞[2]。

1.3關鍵技術

第一，網(wǎng)閘，智能工廠管理信息系統(tǒng)采用的是單向網(wǎng)閘隔離，能夠阻斷子系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的信息交互，利用2+1結構以及專門的數(shù)據(jù)處理芯片將操作系統(tǒng)嵌入到系統(tǒng)內核當中，確保網(wǎng)絡功能被全部取消，并關閉TCP/IP服務協(xié)議，簽訂內外網(wǎng)間的私有通訊協(xié)議，這樣便可確保數(shù)據(jù)的單向傳遞，并通過TCP應答避免應用層數(shù)據(jù)參數(shù)的流出。第二，三層網(wǎng)絡交換技術，該技術的重點在于分離控制系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)客戶端，實現(xiàn)服務器與客戶網(wǎng)的有效連接，從而明確不同管理網(wǎng)的權限界定，提高通訊過程的安全性，保證服務器可以進行任意訪問，提升管理范圍[3]。

二、智能工廠管理信息系統(tǒng)開發(fā)流程與運用探究

2.1開發(fā)流程

1.制定數(shù)據(jù)標準。一方面系統(tǒng)數(shù)據(jù)要依照國際規(guī)范要求進行制定，遵從J2EE協(xié)議進行數(shù)據(jù)標準的開發(fā)，確保管理信息系統(tǒng)能夠容納海量的存儲數(shù)據(jù)并完成分門別類的管理，使后續(xù)的信息傳遞與調取可以有序開展，同時數(shù)據(jù)標準要符合簽發(fā)服務器的身份認證系統(tǒng)，用以保護數(shù)據(jù)的機密性、完整性。另一方面要保證信息存儲裝置能夠進行容量擴展，使MTBF保持在20000小時以上，而信息交互的響應時長則控制在0.4S以內、音頻圖像信息的交互時長不應超過8S、地圖定位的響應時長需保持在5S左右、視頻數(shù)據(jù)的響應時間則要低于10S。這樣不僅能滿足高速發(fā)展的時代需求，還可以避免頻繁的設備更換，造成不必要的經(jīng)濟損失。

2.獲取相應數(shù)據(jù)。由于智能工廠本身占地面積較廣，為了確保數(shù)據(jù)獲取的全面性，通常會采用無人機攝影技術與測量系統(tǒng)相結合的方式實時捕捉高清晰度的視頻畫面，并借助全景掃描與激光點檢測方法掌握工藝產品、生產流程等信息數(shù)據(jù)。

3.構建數(shù)據(jù)模型。一是要分析收集到的高清視頻影像數(shù)據(jù)，提煉重要信息與設備參數(shù)，通過使用計算機建模程序，構建包含地貌信息的三維模型，使其能夠充分反映廠區(qū)內的地表狀況與設備分布位置，使操作人員能夠更直觀、更詳細的觀察工廠結構，從而制定高質量的設計規(guī)劃。二是要精細化數(shù)據(jù)模型，完善模型信息，比如：廠區(qū)內的重要標志、建筑物、工業(yè)設備等，保證制作的三維場景圖足夠真實，能夠高度還原實際現(xiàn)場。此外，為了進一步提高數(shù)字讀圖的精確度，要保證DEM數(shù)據(jù)網(wǎng)格間距控制在0.25M，數(shù)字影像分辨率為0.05M。

4.采集有效信息。信息采集的方式主要以實地調研為主，要確保信息采集的全面性，將建筑、交通、管線等屬性參數(shù)以及單元、名稱、產能等內容全部進行統(tǒng)計與整理，并將相關信息呈現(xiàn)在三維模型當中。

5.開發(fā)應用平臺。一是要開發(fā)OPC接口，該接口通常用于信息系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的通訊連接，在實際開發(fā)過程時要注意智能工廠的控制系統(tǒng)裝置數(shù)量較多，且不同系統(tǒng)的通訊標準具有一定的差異性，為了保證連接的安全性、準確性，需要借助多個廠商的協(xié)調幫助，對OPC授權狀況進行詳細了解。同時，要進一步掌握數(shù)據(jù)采集格式，依照不同的系統(tǒng)協(xié)議與組態(tài)，逐一完成接口客戶端的開發(fā)，保證軟件配置的安裝正確，實現(xiàn)平臺與系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互。二是要保證承載平臺能夠具有飛行管理、目標互覽、信息查詢、觀察分析等功能，要求管理信息系統(tǒng)采用J2EE加工體系，用以拓展更多的應用設備。系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境應為JAVA SCRIPT、運行環(huán)境為WINDOWS服務器、SQL作為數(shù)據(jù)庫，并運用GIS軟件與WEB平臺作為基礎支撐，用以提高系統(tǒng)性能。

2.2應用分析

1.信息查詢。系統(tǒng)用戶可以根據(jù)個人瀏覽需求，在三維瀏覽界面與飛行管理中進行旋轉、漫游、定位、縮放等操作，利用應用程序實現(xiàn)讀、寫、畫、量、鏈接、挖掘等功能，同時信息系統(tǒng)也可以依照用戶選擇的企業(yè)、建筑將包含土地類型、環(huán)境條件的三維地圖呈現(xiàn)在瀏覽界面，以此滿足用戶的多樣化、個性化需求，完成信息內容的分類呈現(xiàn)。

2.安全監(jiān)控。信息系統(tǒng)能夠通過結合傳感器、視頻采集裝置、控制開關以及搭配的圖像識別報警、電子圍欄等設備完成安全監(jiān)控，當出現(xiàn)預警信號時，系統(tǒng)可以直接將報警數(shù)據(jù)傳入到監(jiān)控主機當中，提醒操作人員盡快解決實際問題。智能工廠管理信息系統(tǒng)的監(jiān)測范圍較廣，可以覆蓋區(qū)域內的全部視頻監(jiān)控點，不僅能對室內、室外的安全狀況進行監(jiān)控，還能對工廠道路監(jiān)控進行精細化分類，之后利用三維地圖調動指定位置的攝像裝置，獲取實時影像。而且系統(tǒng)本身的識別能力極強，能夠有效區(qū)分煙霧、車流、火花等特殊信息，以此提高監(jiān)控的準確性，加強預警效率，降低風險危害發(fā)生的可能性。此外，系統(tǒng)在完成報警功能后會自動切換至事故地點的信息與畫面，監(jiān)測效果遠遠超過以往的數(shù)字化監(jiān)視，如果條件允許的話，甚至可以利用視頻動態(tài)偵測功能，進行設備間的聯(lián)動，完成整個事故過程的全方位記錄。由于其組合動作十分靈活，可以輕松實現(xiàn)設計聯(lián)動，滿足不同狀況的安防需求，因此該系統(tǒng)的應用范圍十分廣泛，不僅在工業(yè)領域得到了良好的運用，還在教學培訓、實驗模擬等方向具有良好的發(fā)展前景[4]。

3.排放監(jiān)管。信息系統(tǒng)能夠與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)有機結合將工廠內的監(jiān)測點標注在電子地圖上，對相應設施的功能、類型等基本數(shù)據(jù)進行詳細記錄，還可通過增、刪、減、改等操作，實現(xiàn)設備信息的在線管理，同時能夠允許操作人員進行遠程調控，及時控制排放裝置的運行時間與狀態(tài)啟停，確保廢水廢氣物被有效清除。

4.設備監(jiān)測。雖然目前大多工廠企業(yè)無法有效將傳感器、RFID與繼電模塊安裝在工廠加工設備當中，達到高度智能化水平，但通過使用全景掃描技術仍能保證生產狀況的全方位檢測，確保加工現(xiàn)場的良好把控，該技術的特點在于監(jiān)測范圍較廣，適用于設備眾多、管線復雜的監(jiān)控環(huán)境，使操作人員即使不在工廠現(xiàn)場，也可以通過遠程調控的方式對設備運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)參數(shù)變化進行準確觀察，并借助檢測程序完成設備的故障判斷。同時由于設備監(jiān)測流程沒有運用傳統(tǒng)的三維模型，使觀測數(shù)據(jù)量被進一步縮小，利用全景掃描的高傳輸效率，使監(jiān)測效果更佳，即使是隱蔽性極強的安全隱患，也能被有效查找出來。

5.地下管網(wǎng)管理。工廠管理信息系統(tǒng)的運營省去了實地挖掘的必要性，工作人員在計算機上便可分析管道材質、管徑大小、使用年限以及埋深等信息，通過在設計程序中將管線切成剖面，幫助操作人員更直觀地看到橫斷面狀況與管線鋪設情況，確保距離地面高度與管線距離等數(shù)據(jù)被準確計算出來。在實際應用過程當中還要注意結合傳感器設備以及管道探測裝置，加強軟硬件的有效結合，切實起到安全防護管道的作用，完成管線的升級與優(yōu)化。同時，智能工廠管理信息系統(tǒng)將ERP、生產調度、DCS等系統(tǒng)功能高度集成，使以往只限于數(shù)字查看、圖像展示等功能可以得到3D化呈現(xiàn)，使數(shù)據(jù)信息更加立體與生動，有利于操作者更好的完成功能使用，其應用價值十分巨大，有待研究人員進行進一步開發(fā)與創(chuàng)新。

此外，為了進一步保證智能工廠管理信息系統(tǒng)運用的高效合理性，技術人員要不斷豐富自身知識理論儲備，強化實踐能力，能夠有效應對突發(fā)狀況，并采取切實可行的處理方式，消除管理信息系統(tǒng)運行過程中產生的故障與問題。

三、結束語

綜上所述，通過對智能工廠管理信息系統(tǒng)的主要功能、結構組成、關鍵技術進行分析討論，提出該系統(tǒng)的具體開發(fā)流程以及相關應用，以此促進管理與控制的融合發(fā)展，實現(xiàn)不同區(qū)域網(wǎng)絡的有效連接，加強信息傳遞的及時性與安全性，確保生產管理效率能夠大幅度提升，并為相關企業(yè)提供具有參考價值的數(shù)據(jù)信息，推動智能工廠管理信息系統(tǒng)的進一步優(yōu)化與升級。

參? 考? 文? 獻

[1]楊志瓊.非法獲取計算機信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)罪“口袋化”的實證分析及其處理路徑[J].法學評論，2019，36（06）：163-174.

[2]李志鋒.智能工廠管理系統(tǒng)的研究與應用[J].儀器儀表用戶，2020，27（03）：101-103+73.

[3]孫旭，楊印生，郭鴻鵬.近場通信物聯(lián)網(wǎng)技術在農產品供應鏈信息系統(tǒng)中應用[J].農業(yè)工程學報，2020，30（19）：325-331.

[4]楊書景.智慧城市建設下智慧園區(qū)規(guī)劃設計思路分析[J].建筑技術開發(fā)，2021，48（01）：34-35.