沈陽機床技改項目弱電智能化設計

徐斌, 張新生

摘 要：沈陽機床(集團)有限責任公司的弱電智能化設計成功地將智能卡應用系統(tǒng)與MES有效的集成，為國內首創(chuàng)。生產(chǎn)物流條碼化管理使其物流管理水平走在了國內機械行業(yè)的前列。系統(tǒng)采用了優(yōu)化的制冷機群控、冷卻塔群控技術，并在保持冷凍水大溫差的條件下采用了變冷凍水溫度的節(jié)能環(huán)保設計。全網(wǎng)冗余設計、彈性架構并融合安全的計算機網(wǎng)絡充分保證廠區(qū)網(wǎng)絡高可靠性、可擴展性和安全性。設計充分體現(xiàn)了信息化融合工業(yè)化的數(shù)字化工廠理念。

關鍵詞：集成; 條碼; 網(wǎng)絡; 節(jié)能; 數(shù)字工廠

中圖分類號：TN87-34文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)09-0108-03

Light Current Intelligent Design of Shenyang Machine Tool Factory′s

Technology Transformation Project

XU Bin，ZHANG Xin-sheng

(No.6 Institute of Projece Planning & Research of Machinery Industry, Zhengzhou 450007, China)

Abstract： In the overall technology transformation project of the SHENGYANG machine tool limited company, integrating the smartcard application system with the existing MES, which is first implemented in our country. By using the logistics barcode, the logistics management level of the SHENGYANG machine tool limited company has been advanced in domestic machinery industry. By using the optimal group control technology for refrigerators and cooling towers, the project implements energy saving task as well as remaining the huge temperature difference of the chilled water. By deploying the redundant, flexible and secure computer network, the plant network has good operation. The whole design framework reflects the concept of digital plant.

Keywords： integration; barcode; network; energy saving; digital plant

0 引 言

弱電智能化是現(xiàn)代通信技術、計算機網(wǎng)絡技術、遠程控制技術等相互結合、相互滲透的產(chǎn)物［1］。智能化建設［2］主要指通訊自動化(CA)，樓宇自動化(BA)，辦公自動化(OA)，消防自動化(FA)和保安自動化(SA)，簡稱5A［3］。 弱電智能化設計中存在系統(tǒng)目標與技術、技術與產(chǎn)品、產(chǎn)品與價格、價格與系統(tǒng)規(guī)模等矛盾和不確定因素，因此其設計的關鍵在于系統(tǒng)規(guī)劃。從需求目標出發(fā)，研究分析技術設計、產(chǎn)品、信息、環(huán)境等方面的可行性，制定出智能化系統(tǒng)的整體構想［4］。

沈陽機床(集團)有限責任公司整體技術改造項目，簡稱沈陽機床技改項目，主要包括：數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)園、功能部件產(chǎn)業(yè)園、重大型機床產(chǎn)業(yè)園三個基地。本項目是國家“振興東北老工業(yè)基地”的先導示范型重點項目，其特點是建設規(guī)模大、子項多、技術難度高，系統(tǒng)性、綜合性強，設計復雜，涉及專業(yè)多，并廣泛采用新技術、新產(chǎn)品、新材料、新工藝等多項創(chuàng)新技術。弱電智能化系統(tǒng)投入使用后，不僅很好的提升了沈陽機床的智能化水平、管理水平、安全水平，而且也大大地促進了工廠建筑設施的節(jié)能水平，弱電智能化系統(tǒng)投資效益顯著、運行效果突出。

1 設計目標及系統(tǒng)特色

沈陽機床技改項目把技術改造升級、結構重組和業(yè)務流程再造以及信息化建設作為搬遷重組的“四位一體”特征，以工業(yè)化與信息化、智能化的充分融合作為弱電智能化建設的主要目標。系統(tǒng)特色包括：

(1) 自動化管理軟件［5］采用先進成熟的技術，支持眾多廠商智能產(chǎn)品的接入，內含快速的組態(tài)工具和專業(yè)控件，能夠為系統(tǒng)集成商提供簡便的集成開發(fā)平臺。智能設備選型和工程建設質量應符合相關行業(yè)標準。

(2) 覆蓋全面的基礎信息設施，支撐企業(yè)信息應用系統(tǒng)取得良好的運行效益。覆蓋車間各角落的網(wǎng)絡系統(tǒng)［6］，將帶有通信接口的數(shù)控機床、車間現(xiàn)場調度工作站、CAD、CAPP等工作站聯(lián)為一體，實現(xiàn)了全新的機床制造概念，即加工過程高度柔性化、復合化、精益化，制造及管理過程的網(wǎng)絡化、信息化和智能化，為國內規(guī)模和復雜度之最。

(3) 成功地將智能卡應用系統(tǒng)［7］與MES有效的集成，除了滿足員工考勤、消費、會議簽到、圖書借閱等常規(guī)需求外，還實現(xiàn)了車間作業(yè)、生產(chǎn)調度等功能，使國內單件小批量、離散型MES水平向前邁進了一大步，為國內首創(chuàng)。

(4) 成功的將條碼技術［8］應用到物流管理［9］中，并與ERP系統(tǒng)［10］進行了有效的集成，實現(xiàn)了物流條碼化，以配送中心/立體倉庫為主體，對出入廠區(qū)的生產(chǎn)用物質全面實施條碼化管理，提升了物流管理水平，使沈陽機床的物流管理水平走在了國內機械行業(yè)的前列。

(5) 將大屏顯示技術、網(wǎng)絡技術與企業(yè)ERP集成，實現(xiàn)了看板管理智能化，為機床制造企業(yè)首次采用。

(6) 安全技術防范系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)、建筑設備管理系統(tǒng)與遠程工藝設備監(jiān)測系統(tǒng)的集成，不僅提升了工廠的智能化水平，而且也使工廠的安全生產(chǎn)管理水平得到了顯著的提高。

2 主要集成系統(tǒng)結構

整個系統(tǒng)由信息設施系統(tǒng)(通信接入系統(tǒng)、電話交換子系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、有線電視子系統(tǒng)、公共廣播子系統(tǒng)、信息導引及發(fā)布子系統(tǒng)、會議電視子系統(tǒng)、電子會議系統(tǒng))、信息化應用系統(tǒng)(企業(yè)ERP系統(tǒng)、綜合辦公系統(tǒng)、產(chǎn)品及工藝設計系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)、客戶關系管理系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、供應鏈管理系統(tǒng)、物流管理系統(tǒng)等)、建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)、工藝自動控制系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)(視頻安防監(jiān)控子系統(tǒng)、出入口控制子系統(tǒng)、電子巡查管理子系統(tǒng)、停車場管理子系統(tǒng))、智能集成管理系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)建設規(guī)模大、子項多、技術難度高，系統(tǒng)性、綜合性強，系統(tǒng)架構復雜，集成設計要求高。

圖1展示了信息化應用系統(tǒng)與生產(chǎn)鏈連接構架。

圖1 各綜合信息化應用系統(tǒng)與生產(chǎn)鏈之間的關系圖

圖2展示了智能集成管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流之間的聯(lián)系。

沈陽機床信息化目標是向運營管理統(tǒng)一、全面預算統(tǒng)一、 物流管理統(tǒng)一、工藝設計統(tǒng)一的方向發(fā)展。智能化系統(tǒng)覆蓋銷售、計劃、生產(chǎn)、采購、庫存、質量、成本、財務等業(yè)務領域，實現(xiàn)了物流、資金流、信息流三流合一。并和客戶關系管理系統(tǒng)、全面預算管理系統(tǒng) 、物流管理系統(tǒng) 、工藝規(guī)劃系統(tǒng) 、每日業(yè)務智能系統(tǒng) 、呼叫中心系統(tǒng)等實現(xiàn)有效的集成。

圖2 智能集成管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流示意圖

3 系統(tǒng)創(chuàng)新性設計

3.1 計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的創(chuàng)新設計

沈陽機床信息系統(tǒng)對網(wǎng)絡有特殊性要求：跨VLAN廣播要求，視頻監(jiān)控需要組播支持和恒久大流量沖擊，數(shù)字廣播需要在以太網(wǎng)上直接承載，異地分支機構互聯(lián)網(wǎng)保密性的要求等。相應設計手段包括：

(1) 全網(wǎng)冗余設計充分保證廠區(qū)網(wǎng)絡高可靠性：廠區(qū)運營商接入、網(wǎng)絡核心層、匯聚層的設備、鏈路采用冗余設計，核心層采用電信級設備雙機互備，配置冗余引擎，提供99.999%的高可靠性；網(wǎng)絡匯聚層、接入層采用智能彈性架構設計；并在核心交換機與匯聚層交換機之間運行OSPF、ECMP路由協(xié)議保證網(wǎng)絡的可靠性和IP路由流量負載分擔。

(2) 智能彈性架構提高網(wǎng)絡投資效率，實現(xiàn)業(yè)務平滑擴展：核心交換機采用分布式Crossbar共享緩存的體系結構；匯聚層和接入層交換機，通過先進的智能彈性架構技術提供了端口密度和交換能力的高可擴展性；路由規(guī)劃采用OSPF動態(tài)路由協(xié)議設計。

(3) 安全網(wǎng)絡融合聯(lián)動徹底消除木桶效應：采用安全融合網(wǎng)絡解決方案，實現(xiàn)了網(wǎng)絡與安全設備的信息共享與策略聯(lián)動，借助IPSec及SSL VPN實現(xiàn)分支節(jié)點信息的安全傳輸。

3.2 針對工廠環(huán)境的個性化設計

針對工廠環(huán)境的個性化設計有力地保證了系統(tǒng)的高效運行。綜合布線系統(tǒng)易受工業(yè)環(huán)境的影響，為此根據(jù)各車間的環(huán)境情況，采取了針對性的措施，如：一般機加工車間加金屬保護管罩；結構車間采用屏蔽布線；涂裝車間采用工業(yè)聯(lián)接件進行保護等。實踐證明這些措施是完全必要而且可行的，切實起到了保證系統(tǒng)長期可靠運行的作用。此外考慮到沈陽機床為公司——事業(yè)部制，占地大，網(wǎng)絡帶寬資源豐富，本次設計視頻監(jiān)控系統(tǒng)采取車間用攝像機就近接入車間網(wǎng)絡硬盤錄像機，各車間網(wǎng)絡硬盤錄像機分別通過工廠視頻監(jiān)控計算機虛擬網(wǎng)傳兩路圖像到工廠控制中心，即節(jié)省了投資，又實現(xiàn)了二級柔性管理。數(shù)字廣播系統(tǒng)的應用實現(xiàn)了各車間分站可獨立廣播、工廠廣播總站和消防可強切的功能，滿足了事業(yè)部制實際運行的需要。

3.3 節(jié)能環(huán)保設計

空調水系統(tǒng)控制方面: 采用了優(yōu)化的控制策略實現(xiàn)多臺制冷機的臺數(shù)控制；在保持冷凍水大溫差的條件下采用了變冷凍水溫度的控制方法；采用集成的冷卻塔控制策略，盡可能在安全的條件下降低冷卻水的溫度，以提高冷凍機的COP值?？照{風系統(tǒng)控制方面: 實時監(jiān)測二氧化碳濃度，根據(jù)室內人員的變化增減室外新風量；在開敞式辦公室、會議室等區(qū)域采取設置紅外傳感器結合工作時間表的方式來聯(lián)動風機盤管的啟停；采用分層空調，通過分層上下布置溫度傳感器，溫度梯度控制上下層風閥的開度，實現(xiàn)空氣的重新組織。與車間采取常規(guī)空調方式比，經(jīng)測算節(jié)能可達30%以上;對于產(chǎn)生煙霧的設備采取局部通風并與設備聯(lián)動開啟的方式，以減少整個車間的風機能耗;涂裝、結構車間增設空氣質量傳感器，根據(jù)空氣質量情況，啟停車間排風機;能量計量系統(tǒng)的采用實現(xiàn)了各車間及獨立核算單體分別計量。排污處理方面：在確保達到規(guī)定的技術要求及污水處理過程優(yōu)質可靠運行、排放達標的目標前提下，將污水處理站運營決策、管理、調度、過程優(yōu)化、故障診斷、現(xiàn)場控制等功能集成在網(wǎng)絡環(huán)境下，通過信息多層“無縫”鏈接，實現(xiàn)了污水處理過程的管控一體化及綜合信息處理。

4 結 語

此次技改項目建設以辦公自動化、生產(chǎn)自動化、公用設施管理自動化為三大核心的工廠弱電智能化系統(tǒng)，支持全廠所有信息活動，增強對使用變化的應變能力，保證廠區(qū)內各空間的安全、健康、舒適和節(jié)能環(huán)保，降低運行費用，提高管理的智能化水平，使弱電智能化建設項目成為企業(yè)核心競爭力整合的平臺。

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