5G+智慧工廠建設(shè)方案研究與實(shí)踐

劉 源

聯(lián)通雄安產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有限公司 石家莊 050000

引言

隨著5G、大數(shù)據(jù)、AI、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等新技術(shù)變革與發(fā)展，工廠建設(shè)與改造中越來(lái)越多地植入高新技術(shù)，工廠也逐步數(shù)字化、智能化、智慧化，以滿足各類工廠生產(chǎn)、管理的新需求。

智慧工廠是以5G、AI、數(shù)字孿生、云計(jì)算等新技術(shù)為基礎(chǔ)，融合工廠內(nèi)人、機(jī)、料、法、環(huán)等核心要素，實(shí)現(xiàn)工廠統(tǒng)一的生產(chǎn)管理，滿足多系統(tǒng)數(shù)據(jù)打通，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、動(dòng)態(tài)的控制與協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字工廠向智慧工廠轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)降本增效、安全生產(chǎn)、綠色環(huán)保等多維指標(biāo)改善[1-5]。

1 現(xiàn)狀及問(wèn)題

工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，特別是化工等重工業(yè)企業(yè)，近年來(lái)出現(xiàn)了信息化手段不能支撐日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)力、生產(chǎn)成本及安全環(huán)保管理難等問(wèn)題，急需提升數(shù)字化管理效率和競(jìng)爭(zhēng)力。以化工類工廠現(xiàn)狀為例，主要有三個(gè)方面較為突出的問(wèn)題[6]。

1)企業(yè)數(shù)據(jù)現(xiàn)狀方面表現(xiàn)為信息孤島和無(wú)數(shù)據(jù)資產(chǎn)。企業(yè)系統(tǒng)集成平臺(tái)不完善，全廠區(qū)各信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)獨(dú)立，形成信息孤島；企業(yè)無(wú)底層數(shù)據(jù)平臺(tái)，依托于應(yīng)用系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

2)生產(chǎn)現(xiàn)狀方面表現(xiàn)為運(yùn)輸環(huán)節(jié)中煤炭車排隊(duì)效率低；稱重環(huán)節(jié)中人工檢測(cè)及記錄，每車耗時(shí)3～5分鐘，人力成本高，且效率低；生產(chǎn)環(huán)節(jié)中配煤過(guò)程缺乏系統(tǒng)化支撐，人工報(bào)表統(tǒng)計(jì)慢、準(zhǔn)確度低等，缺乏生產(chǎn)看板，調(diào)度方式依賴于電話、對(duì)講等。

3)安環(huán)現(xiàn)狀方面人工巡檢安全漏洞大、效率低、人工成本高；高危區(qū)域人員管控不足；環(huán)保數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)及全面掌握，缺乏預(yù)警機(jī)制。

2 5G+智慧工廠建設(shè)方案

2.1 建設(shè)原則

5G+智慧工廠建設(shè)以5G技術(shù)為引領(lǐng)，夯實(shí)IT基礎(chǔ)設(shè)施，深化工業(yè)應(yīng)用，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為主線，綜合利用自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等成熟技術(shù)，分別從企業(yè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型和生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)重塑兩個(gè)緯度，起步智慧工廠建設(shè)。

總體設(shè)計(jì)首先建立企業(yè)數(shù)字化依賴的網(wǎng)、云、集控、平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施，其次從全流程數(shù)字化管理、局部智能化等方面選取穩(wěn)定性、先進(jìn)性、適用性強(qiáng)的場(chǎng)景組成完整方案。

2.2 總體設(shè)計(jì)

2.2.1 一個(gè)頂層設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)方案從設(shè)備監(jiān)測(cè)控制、基礎(chǔ)技術(shù)分層建設(shè)及生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)分層設(shè)計(jì)，各層級(jí)內(nèi)分版塊設(shè)計(jì)，如圖1所示。設(shè)備控制層統(tǒng)籌規(guī)劃自動(dòng)化設(shè)備、儀表等智能設(shè)備、視頻攝像設(shè)備、質(zhì)量檢測(cè)儀器等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和有限遠(yuǎn)程控制?；A(chǔ)技術(shù)層參考通信互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)分層模式，進(jìn)行了四個(gè)層級(jí)細(xì)分，分別從網(wǎng)、通信、云、關(guān)鍵性基礎(chǔ)能力進(jìn)行設(shè)計(jì)。L4層側(cè)重5G+PON網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下，為工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)(內(nèi)網(wǎng))、管理網(wǎng)(外網(wǎng))及互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與有限互通提供設(shè)計(jì)；L3層側(cè)重于融合通信整合；L2層側(cè)重企業(yè)工業(yè)云計(jì)算、邊緣計(jì)算及數(shù)據(jù)中心建設(shè)設(shè)計(jì)；L1層將常見軟硬結(jié)合數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、GIS等基礎(chǔ)能力進(jìn)行設(shè)計(jì)。生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)層以人、機(jī)、料、法、環(huán)的分類，以生產(chǎn)與質(zhì)量、能源消耗、安全與環(huán)境、設(shè)備健康管理四個(gè)方面為重點(diǎn)內(nèi)容。

圖1 頂層設(shè)計(jì)

2.2.2 四個(gè)主體結(jié)構(gòu)

根據(jù)頂層設(shè)計(jì)的框架，確定基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)中心、平臺(tái)應(yīng)用、前端展示四個(gè)方面的主體結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)設(shè)施包括6大內(nèi)容：工廠混合云、全光環(huán)網(wǎng)改造、5G網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備智能感知、監(jiān)控點(diǎn)位增設(shè)、模塊化機(jī)房建設(shè)。數(shù)據(jù)中心包括一個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心平臺(tái)及物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、視頻云、視頻AI分析四個(gè)能力接口。平臺(tái)應(yīng)用包括無(wú)人磅站、煤場(chǎng)卸貨車輛指引、安全環(huán)保監(jiān)測(cè)、3D智能盤庫(kù)、化工/燃?xì)鈴S區(qū)機(jī)器人巡檢、智能機(jī)器人煙道巡檢、煉焦4大車遠(yuǎn)程控制和調(diào)度和數(shù)字化黨建八大應(yīng)用。前端展示包括一個(gè)可視化平臺(tái)、指揮調(diào)度大屏和移動(dòng)辦公小屏[7]。

2.3 詳細(xì)方案

2.3.1 基礎(chǔ)設(shè)施

1)5G+企業(yè)全光網(wǎng)建設(shè)

①工業(yè)環(huán)網(wǎng)改造。以光纜基礎(chǔ)網(wǎng)為基礎(chǔ)，建立一套工業(yè)環(huán)網(wǎng)，將承載不同業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)整合，消除多張網(wǎng)絡(luò)并用帶來(lái)的建設(shè)費(fèi)用高、維護(hù)升級(jí)困難等問(wèn)題。以企業(yè)總機(jī)房為中心機(jī)房，機(jī)房?jī)?nèi)安裝智能城域網(wǎng)接入設(shè)備(以具體業(yè)務(wù)為依據(jù)合理配置)，上聯(lián)到智能城域網(wǎng)，承載5G網(wǎng)絡(luò)。部署設(shè)備包含：1臺(tái)核心路由器、1臺(tái)防火墻、1臺(tái)上網(wǎng)行為管理器、2臺(tái)核心交換機(jī)(一主一備)、2臺(tái)OLT(一主一備)、若干ONU、MDU、語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)、語(yǔ)音控制器等設(shè)備，承載廠區(qū)語(yǔ)音通話、辦公、監(jiān)控、生產(chǎn)[8-9]，如圖2所示。

圖2 工業(yè)環(huán)網(wǎng)改造示意圖

②監(jiān)控和辦公全光網(wǎng)絡(luò)改造。以某廠實(shí)際情況為例，在廠區(qū)內(nèi)架設(shè)光纜至廠區(qū)各個(gè)業(yè)務(wù)點(diǎn)，用于收斂廠區(qū)內(nèi)的監(jiān)控、固話、辦公網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)生產(chǎn)采集點(diǎn)等業(yè)務(wù)。通過(guò)PON光纖網(wǎng)絡(luò)匯聚至總機(jī)房，在廠區(qū)內(nèi)形成全光的網(wǎng)絡(luò)。

③5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。整個(gè)廠區(qū)做到室外5G全覆蓋，廠區(qū)煉煤區(qū)域軌道、無(wú)人地磅等核心區(qū)域主要通過(guò)5G實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控采集及實(shí)時(shí)處理；根據(jù)需求制定室外覆蓋方案，各個(gè)基站AAU設(shè)備和通過(guò)廠區(qū)光纜環(huán)網(wǎng)連接至廠區(qū)機(jī)房BBU設(shè)備，再連接至廠區(qū)機(jī)房智網(wǎng)6180h設(shè)備10GE光口，廠區(qū)辦公樓需做5G室內(nèi)深度覆蓋[10-11]。

④MEC(邊緣計(jì)算技術(shù))設(shè)備部署?；A(chǔ)能力包括5G邊緣路由分流、邊緣API網(wǎng)關(guān)、ICT-IaaS/CaaS服務(wù)、云邊協(xié)同等服務(wù)。5G中實(shí)現(xiàn)超低時(shí)延，5G系統(tǒng)本身的作用是有限的，將MEC插入到核心網(wǎng)之前，則可以迅速將時(shí)延縮短。價(jià)值體現(xiàn)在敏感數(shù)據(jù)不出園區(qū)，提升數(shù)據(jù)安全保障，提高網(wǎng)絡(luò)性能，實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)融合，運(yùn)用創(chuàng)新5G與邊緣計(jì)算的組合，避免現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜走線、可靈活改造升級(jí)，同時(shí)保證了高性能視頻數(shù)據(jù)采集與低時(shí)延自動(dòng)化機(jī)械控制[12]。

2)工業(yè)私有云建設(shè)

資源池網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的邏輯拓?fù)淙鐖D3所示。

圖3 資源池網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的邏輯拓?fù)鋱D

其中，三個(gè)邏輯區(qū)域分別為計(jì)算節(jié)點(diǎn)集群、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)集群、監(jiān)控管理集群。物理連接方面延續(xù)沃云標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)中的組網(wǎng)模式，萬(wàn)兆交換機(jī)分別承載計(jì)算和存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)流量，通過(guò)核心交換機(jī)將數(shù)據(jù)匯聚，其中核心交換機(jī)旁掛防火墻保障安全邊界。

3)監(jiān)控點(diǎn)位升級(jí)

廠區(qū)原有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端點(diǎn)位升級(jí)，可利舊可用性較強(qiáng)的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，模擬攝像機(jī)全部替換。因廠區(qū)環(huán)境不同，室外采用400萬(wàn)像素防爆網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，室內(nèi)采用400萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)。

2.3.2 數(shù)據(jù)中心

1)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

①主要功能

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)主要提供應(yīng)用開發(fā)和微服務(wù)技術(shù)，應(yīng)用開發(fā)旨在提供快速開發(fā)集成工具，為SaaS層提供支撐，微服務(wù)技術(shù)為搭建可復(fù)用的微服務(wù)組件庫(kù)(如知識(shí)組件、算法組件、原理模型組件等)提供技術(shù)支撐，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)采用云原生技術(shù)，支持微服務(wù)、分布式計(jì)算與存儲(chǔ)、容器服務(wù)、多租戶，并獨(dú)創(chuàng)了云端動(dòng)態(tài)領(lǐng)域模型，是基于微服務(wù)架構(gòu)的云端在線應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)包括分布式云基礎(chǔ)設(shè)施、微服務(wù)運(yùn)行時(shí)、公共平臺(tái)基礎(chǔ)服務(wù)、企業(yè)平臺(tái)服務(wù)、低代碼開發(fā)平臺(tái)、CAS和組織用戶服務(wù)、連接和集成服務(wù)、IOT平臺(tái)和大數(shù)據(jù)服務(wù)。

②接口設(shè)計(jì)

平臺(tái)具有API開放接口，主要目的是提供標(biāo)準(zhǔn)化的開放平臺(tái)能力以支持其他場(chǎng)景的功能擴(kuò)展或完善，為生態(tài)應(yīng)用進(jìn)入業(yè)務(wù)提供便利和賦能。

平臺(tái)提供內(nèi)外對(duì)等的開放性，所有單據(jù)的操作都可以一鍵發(fā)布成API，如果系統(tǒng)有n個(gè)單據(jù)，每個(gè)單據(jù)有10個(gè)操作，那么可以不用任何代碼，直接發(fā)布n×10個(gè)API服務(wù)。UI可以操作的功能均可開放，參考Rest RPC的規(guī)范，主要特性包括：支持多類型服務(wù)發(fā)布；多層級(jí)認(rèn)證和授權(quán)模型；遵規(guī)，易于開發(fā)和維護(hù)。平臺(tái)支持的API類型主要包括如下三類。

操作服務(wù)：操作服務(wù)關(guān)聯(lián)一個(gè)具體的業(yè)務(wù)對(duì)象(基礎(chǔ)資料或者單據(jù))，并可將其操作(含自定義操作Donothing)發(fā)布成服務(wù)，系統(tǒng)根據(jù)發(fā)布的服務(wù)自動(dòng)生成服務(wù)接口及出入?yún)⑵跫s。

AI服務(wù)：為滿足Chatbot交互而生成的特殊服務(wù)契約，AI服務(wù)也會(huì)依附于具體的業(yè)務(wù)對(duì)象，但是他不依賴于任何的操作，而是通過(guò)自定義的AI命令和應(yīng)用進(jìn)行適配，所攜帶的參數(shù)也可以完全自定義。

自定義服務(wù)：是指可以設(shè)計(jì)將任何功能開放出來(lái)的服務(wù)，這類型的服務(wù)不依附于任何業(yè)務(wù)對(duì)象，出入?yún)?shù)也可完全自定義。

③安全措施

平臺(tái)認(rèn)證和鑒權(quán)采用OAuth2.0協(xié)議，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)身份信息同步要求數(shù)據(jù)傳輸采用SSL加密通道。在統(tǒng)一認(rèn)證賬號(hào)方面，采用三權(quán)分立設(shè)計(jì)體系，增強(qiáng)系統(tǒng)安全性。

雙重驗(yàn)證：主要包括客戶端的驗(yàn)證和服務(wù)端的驗(yàn)證，可以防止用戶在客戶端惡意篡改數(shù)據(jù)，跳過(guò)客戶端驗(yàn)證去直接操作數(shù)據(jù)庫(kù)。

安全編碼：用戶通過(guò)表單提交的所有數(shù)據(jù)，在服務(wù)器端都要進(jìn)行安全編碼，防止用戶提交非法腳本或執(zhí)行SQL，從而獲取敏感數(shù)據(jù)等操作。

密碼加密：用戶登錄時(shí)的密碼進(jìn)行混合加密(將對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密進(jìn)行結(jié)合)，加密方法不可逆，即便是密文被泄露也不會(huì)有任何問(wèn)題。

訪問(wèn)驗(yàn)證：對(duì)客戶端請(qǐng)求的所有鏈接都進(jìn)行權(quán)限校驗(yàn)，以此來(lái)防止用戶直接在瀏覽器上敲入地址進(jìn)行越權(quán)訪問(wèn)。對(duì)操作權(quán)限進(jìn)行精準(zhǔn)控制，對(duì)所有管理鏈接都進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證，并且可以控制前端元件是否顯示[13]。

2)大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)能力和接口

結(jié)合某企業(yè)產(chǎn)業(yè)多樣、企業(yè)規(guī)模體量中等、數(shù)字化建設(shè)剛剛起步等現(xiàn)狀，從高可靠基礎(chǔ)建設(shè)和高收益重點(diǎn)領(lǐng)域先行的原則，制訂數(shù)據(jù)架構(gòu)。

①技術(shù)架構(gòu)

如圖4所示，數(shù)據(jù)架構(gòu)主要特點(diǎn)有：建設(shè)數(shù)據(jù)中臺(tái)，匯集企業(yè)數(shù)據(jù)(財(cái)務(wù)系統(tǒng)、ERP、CRM、設(shè)備數(shù)據(jù)等各原有和新建系統(tǒng)中的數(shù)據(jù))，梳理并持續(xù)更新數(shù)據(jù)資產(chǎn)目錄，提供數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)復(fù)用等能力，為不同用戶提供一站式全業(yè)務(wù)鏈的數(shù)據(jù)服務(wù)。以“業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、數(shù)據(jù)資產(chǎn)化、資產(chǎn)服務(wù)化、服務(wù)業(yè)務(wù)化”為綱領(lǐng)，建設(shè)數(shù)據(jù)能力，構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能企業(yè)。

圖4 大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)架構(gòu)

②接口設(shè)計(jì)

針對(duì)企業(yè)數(shù)據(jù)來(lái)源多樣性，將不同類型數(shù)據(jù)(結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù))匯聚到數(shù)據(jù)湖/數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中，滿足企業(yè)的不同數(shù)據(jù)需求。

數(shù)據(jù)接入是將工廠組織中的各類數(shù)據(jù)按照預(yù)先制定的數(shù)據(jù)抽取策略，完成數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源向數(shù)據(jù)指標(biāo)抽取的過(guò)程，是數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的先驅(qū)工作。在實(shí)際數(shù)據(jù)抽取業(yè)務(wù)場(chǎng)景中主要面臨以下問(wèn)題與考驗(yàn)。

一是面對(duì)龐大增量數(shù)據(jù)。分散的數(shù)據(jù)來(lái)源無(wú)法做到數(shù)據(jù)一致性、完整性，數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題日益突出。數(shù)據(jù)定義不統(tǒng)一，在數(shù)據(jù)流程中容易產(chǎn)生錯(cuò)誤，需要重新了解和分析元數(shù)據(jù)輸入。

二是面臨整合不同外部系統(tǒng)壓力。為解決這一問(wèn)題，可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接入體系，以對(duì)多樣化的數(shù)據(jù)源進(jìn)行管理為宗旨，支持關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、文件系統(tǒng)等數(shù)據(jù)源的接入管理，同時(shí)提供對(duì)數(shù)據(jù)源詳情的查看，并定時(shí)或手動(dòng)刷新數(shù)據(jù)源信息，便于用戶實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)源的變化。接入管理包含數(shù)據(jù)接入類型、接入方式、采集任務(wù)調(diào)度、異常處理等功能，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)資源的集中采集管理。

三是解決文件接入問(wèn)題。各車間按照生產(chǎn)任務(wù)每日手工填報(bào)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)支持Excel格式的大批量數(shù)據(jù)的高效導(dǎo)入和全過(guò)程管控，并可讀取其中的每個(gè)Sheet頁(yè)簽，表頭設(shè)置支持自動(dòng)生成表頭和把第一行作為表頭。數(shù)據(jù)導(dǎo)入后提供用戶查詢、分析等功能。

四是解決數(shù)據(jù)源對(duì)接問(wèn)題。支持對(duì)接數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行集中管理。針對(duì)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)源配置，支持多種數(shù)據(jù)源的連接，具體包括MYSQL、Oracle、HIVE、Impala、GaussDB。

五是解決物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入問(wèn)題。目前化工廠設(shè)備數(shù)據(jù)大多具備PLC或DCS數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集接口，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入。

3)視頻AI分析能力

本方案在園區(qū)門崗、生產(chǎn)區(qū)域及其它重點(diǎn)區(qū)域調(diào)用或部署前端采集、抓拍設(shè)備，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)匯聚集中回傳到數(shù)據(jù)中心，由算法服務(wù)器和管理平臺(tái)提供相應(yīng)的技術(shù)服務(wù)。視頻AI能力部署如圖5所示。

圖5 視頻AI能力部署示意圖

AI視頻分析系統(tǒng)可以與整體方案進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，同步現(xiàn)有人員、車輛信息數(shù)據(jù)，便于工作人員管理，同時(shí)服務(wù)各個(gè)系統(tǒng)間的信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。系統(tǒng)提供對(duì)外接口，可定制化開發(fā)數(shù)據(jù)傳輸對(duì)接原有和新建系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)，提高方案可行性和系統(tǒng)可用性。

總體架構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、引擎服務(wù)層、應(yīng)用平臺(tái)層組成，如圖6所示。

主要功能包含視頻接入和解碼、視頻智能分析、異常結(jié)果上報(bào)、異常報(bào)警通知、分析結(jié)果存儲(chǔ)和綜合管理后臺(tái)等。通過(guò)各服務(wù)模塊之間的協(xié)作，實(shí)現(xiàn)客戶現(xiàn)有視頻監(jiān)控平臺(tái)的視頻接入、實(shí)時(shí)解碼以及對(duì)后續(xù)各類場(chǎng)景智能分析算法的調(diào)度，并將異常結(jié)果進(jìn)行上報(bào)和通知等功能。實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景含車牌識(shí)別、手機(jī)使用檢測(cè)、安全帽、工作服穿戴檢測(cè)等。

在接口設(shè)計(jì)上，通過(guò)制定數(shù)據(jù)接口對(duì)接標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，為現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)交換、集成接口，采用Web Service、API、HTTP、XML等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取，方便與其他應(yīng)用系統(tǒng)的銜接。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)接口，如文本、視頻、圖片、文檔、評(píng)論、日志、站點(diǎn)、欄目等網(wǎng)站數(shù)據(jù)接口，提供數(shù)據(jù)的查詢、寫入、導(dǎo)入、導(dǎo)出等功能，方便地實(shí)現(xiàn)與其他應(yīng)用系統(tǒng)的銜接。本方案對(duì)接安全環(huán)保平臺(tái)、無(wú)人值守磅站、可視化大屏。

2.3.3 平臺(tái)應(yīng)用

1)無(wú)人值守磅站

建立由企業(yè)為中心的頂層數(shù)據(jù)，廠區(qū)相對(duì)獨(dú)立的一卡通無(wú)人值守系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、自助、結(jié)合人工方式與信息化系統(tǒng)達(dá)到無(wú)縫對(duì)接。整個(gè)系統(tǒng)采用集中管理、分布式部署的設(shè)計(jì)模式，所有的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、控制信號(hào)等)通過(guò)客戶端PC和軟件系統(tǒng)進(jìn)行就地處理，通過(guò)辦公網(wǎng)絡(luò)與控制中心進(jìn)行交互。

如圖7所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三層架構(gòu)：感知層、傳輸層(網(wǎng)絡(luò)傳輸層及基礎(chǔ)設(shè)施層)、業(yè)務(wù)應(yīng)用層(應(yīng)用層及服務(wù)平臺(tái)層)。

圖7 無(wú)人值守磅站系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)架構(gòu)

2)安全環(huán)保平臺(tái)

主要功能包括法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)錄入及查詢、機(jī)構(gòu)及職責(zé)、風(fēng)險(xiǎn)管理、制度管理、教育培訓(xùn)、生產(chǎn)設(shè)施及工藝安全、作業(yè)安全、職業(yè)健康、危險(xiǎn)化學(xué)品管理、事故與應(yīng)急管理、檢查與自評(píng)、環(huán)境管理、能源管理、移動(dòng)應(yīng)用等14項(xiàng)子功能。

接口設(shè)計(jì)方面，平臺(tái)自身提供開放API接口供第三方系統(tǒng)或SDK 定制程序調(diào)用，接口遵循REST標(biāo)準(zhǔn)，返回格式均為JSON對(duì)象。本次項(xiàng)目主要對(duì)接DCS、PLC等控制系統(tǒng)以及散點(diǎn)儀表生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；另外對(duì)接可燃及有毒氣體泄漏報(bào)警、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、能源儀表等系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

3)DCS數(shù)據(jù)采集

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的支撐軟件。在流程行業(yè)中，大量使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)監(jiān)控，系統(tǒng)先進(jìn)控制和優(yōu)化控制，并為企業(yè)的生產(chǎn)管理和調(diào)度、數(shù)據(jù)分析、決策支持及遠(yuǎn)程在線瀏覽提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)和多種數(shù)據(jù)管理功能。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)各類設(shè)備、衡器、液位、傳感器開發(fā)支持多協(xié)議的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，采集支持多種方式：支持OPC協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)OPC方式、支持DDE協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)DDE通訊方式、支持MODBUS協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通信方式、通過(guò)ODBC協(xié)議的ODBC通信方式、通過(guò)API編寫的專有通信方式、通過(guò)編寫設(shè)備的專有協(xié)議驅(qū)動(dòng)方式等。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)用包括工藝流程圖、崗位操作記錄、報(bào)警歷史記錄、平穩(wěn)率計(jì)算、KPI指標(biāo)計(jì)算等。

4)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)

打造全流程數(shù)字化生產(chǎn)執(zhí)行管理體系，涵蓋物料、人員、質(zhì)檢、計(jì)量、調(diào)度、統(tǒng)計(jì)等模塊，實(shí)現(xiàn)了從原料進(jìn)廠到產(chǎn)品出廠全流程管控，系統(tǒng)投用后，能極大促進(jìn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的科學(xué)化、規(guī)范化、透明化和精益化。

主要功能包括生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、物料管理、操作管理、巡檢管理、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)6項(xiàng)功能。

2.3.4 前端展示

1)大數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)

為指揮中心量身打造超高清小間距LED大屏顯示解決方案，支持無(wú)縫、無(wú)邊框、無(wú)限拼接，可自定義整屏尺寸，任意分辨率下，畫面顯示效果精準(zhǔn)完整。

如圖8 所示，大屏主要內(nèi)容包括生產(chǎn)監(jiān)測(cè)主題(含生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)、設(shè)備運(yùn)維監(jiān)測(cè))、應(yīng)急調(diào)度專題(含數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)告警、突發(fā)事件監(jiān)測(cè)、園區(qū)可視化巡檢、可視化通訊指揮)、經(jīng)營(yíng)分析專題應(yīng)用三大方向的應(yīng)用。

圖8 業(yè)務(wù)全景展示平臺(tái)

2)移動(dòng)端小屏

隨著大數(shù)據(jù)行業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)在移動(dòng)端的應(yīng)用越來(lái)越多，數(shù)據(jù)可視化在移動(dòng)端的主要體現(xiàn)是“數(shù)據(jù)圖表”，基于最常用的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)組件，如柱狀圖、折線圖、環(huán)形圖等，快速了解到工廠生產(chǎn)及管理信息，避免使用“復(fù)雜”的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式，實(shí)現(xiàn)手機(jī)端展示簡(jiǎn)單易懂。相對(duì)PC，手機(jī)屏幕展示的區(qū)域有限，不適宜展現(xiàn)數(shù)據(jù)緯度過(guò)多的數(shù)據(jù)。本方案主要對(duì)接可視化大屏、釘釘圖表。

3 應(yīng)用效果與總結(jié)

5G+智慧工廠方案已成功落地某千萬(wàn)級(jí)化工企業(yè)項(xiàng)目?；A(chǔ)設(shè)施方面實(shí)現(xiàn)了5G網(wǎng)絡(luò)、光纖100%覆蓋；AI攝像頭代替人全廠巡檢；智能過(guò)磅機(jī)代替人自動(dòng)稱重；高精度人員定位，24小時(shí)實(shí)時(shí)預(yù)警。數(shù)字平臺(tái)方面已搭建七大數(shù)字應(yīng)用平臺(tái)—工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、視頻AI平臺(tái)、大數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)、安環(huán)管理平臺(tái)、智能質(zhì)檢平臺(tái)、MES管理系統(tǒng)。通過(guò)以上信息化建設(shè)，企業(yè)減崗17位，實(shí)現(xiàn)每年節(jié)約人工成本100萬(wàn)元；產(chǎn)能提升3%，增產(chǎn)近6萬(wàn)噸冶金焦，增收近1 200萬(wàn)元；環(huán)保預(yù)警5次，重大事故預(yù)警1次，減少生產(chǎn)損失近1 000萬(wàn)元。

通過(guò)建立全場(chǎng)景實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐智能決策體系，實(shí)現(xiàn)由人工經(jīng)驗(yàn)管理決策向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理決策模式轉(zhuǎn)變。實(shí)現(xiàn)安全管理智能化、能源管控智能化、環(huán)保管理一體化，助力節(jié)能減排、降本增效、應(yīng)急指揮決策?；诒痉桨笐?yīng)用實(shí)踐探索，可為同類智慧工廠建設(shè)提供成熟、先進(jìn)、穩(wěn)定的模型參考，具有顯著的技術(shù)實(shí)踐示范意義。