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1、0工 業 物 聯 網 在 智 能 制 造 中 的 應 用1目錄能效&設備管理-智能工廠工業物聯網實踐0103智能制造系統架構與工業物聯網案例042智能制造系統架構 國家智能制造標準體系建設指南n工業4.0 與 中國制造2025，異曲同工；n工業4.0 的三個集成：n縱向整合；n橫向整合n端到端整合n中國制造2025系統架構三維度：n系統層級，企業內信息集成n生命周期，企業間信息集成；n智能功能，從制造到服務的轉型，新業態（B2CC2B）3面向企業內信息集成的架構系統層級系統層級智能功能智能功能協同企業設備傳感器、儀器儀表、射頻識別、機器、機械和裝置面向工廠/車間的生產管理，包括MES面向企業的2、經營管理，包括ERP、PLM、SCM和CRM協同研發、智能生產、精準物流和智能服務車間控制PLC、SCADA、DCS 等過程控制西門子西門子/工業工業4.04.0的數字化工廠架構的數字化工廠架構中國制造中國制造20252025的企業內信息集成系統層級的企業內信息集成系統層級企業信息企業信息化系統化系統IT IT工廠或車工廠或車間的工業間的工業環境環境OTOT4“工業物聯網”貫穿智能制造體系三個維度的各個環節工業物聯網：工業物聯網：n位于智能制造系統架構生命周期的所有環節；n實現系統層級的設備、控制、工廠、企業和協同五個層級，以及智能功能的互聯互通；n工業物聯網實現了 OT與IT 的融合的基礎。3、互聯互通5Enterprise(Internet Protocol)Industrial Network(Industrial protocols)企業信息化企業信息化系統系統 /IT/IT 工廠或車間的工業工廠或車間的工業環境環境 /OT/OT融合的工廠網絡工業互聯網 端到端的數據安全控制制造執行系統 MES控制系統物流執行系統 LES企業運營系統(ERP,CRM,SCM)決策支撐系統傳感器儀器儀表機械和裝置監控系統以工業物聯網實現 OT 與 IT 融合6制造型企業信息化框架基于物聯網的OT/IT融合：全面集成的制造業信息化五層系統及專業服務：實現制造管控一體的兩化融合，實現物聯網在制造業的4、實際應用控制過程OOT T管理過程IT企業運營過程企業層業務運營與決策支持管理層車間生產計劃調度和執行操作層 控制層PLCDCSHMI設備及工序相關的行業化過程控制系統（如：爐機等控制系統、數控機床、柔性生產線、工業機械人等）SCADA制造執行系統 MES生產執行管控對接能源管控現場成本設備運行現場倉儲物流執行系統 LES通過RFID/監控設備等技術和設備實現物料流動以及物流相關的人、設備、工具、位置的管理協同辦公門戶采購平臺產品設計系統ERP供應鏈管理生產管理財務管理人力資源設備管理CRMPLM電子商務戰略規劃業務優化績效管理商業智能管理駕駛倉信息化部署信息化技術支撐服務支撐物聯網工業適配C5、PU/內存/文件計算、存儲、網絡、安全實時數據庫：實現系統化底層數據收集；關系型數據庫：實現執行層次的管理統一平臺先進的集成工具關系型數據庫/OLTP大數據/OLAP專業IT規劃和管理咨詢標準化的管理體系全面應用集成及有效落地專業的團隊建設實施、培訓、運營服務全生命周期管理儀器/儀表傳感器機械和裝置現場層傳感器工業適配質檢計量數據數據采集采集數據數據傳輸傳輸數數據據計計算算7工業物聯網 采、傳、算 技術架構工廠Intranet FactoryPDARFIDLoRACameraHMIPLCLoRA基站工業交換機物聯網關【生產執行網絡】多種聯接方式并存多種協議并存物聯網絡傳感網工廠數據中心Fact6、ory Data CenterERPSCM、CRM、PLM集團數據中心Group Data Center數據采集數據傳輸數據（運算）挖掘協同研發智能服務工廠生產辦公網Factory Office Network集團辦公網Group Office NetworkMES研發中心/分支Dev.Group管理駕駛艙8目錄智能工廠工業物聯網最佳實踐0103智能制造系統架構與工業物聯網案例04n傳：低功耗傳廣域無線傳輸方案n采：配套儀表與模組n算：能效管理與設備管理方案9教育應用醫療應用農業應用工業應用RFID閱讀器智慧城市環境傳感器攝像頭手環自動控制物聯網網關物聯網OS物聯網平臺連接承載應用數據處理運維7、管理連接平臺發揮芯片能力本地實時處理物聯網發展趨勢 平臺側&終端側應用管理設備管理注冊鑒權尋址轉發資產管理鏈接管理數據管理群組管理規則引擎行業預集成API開放業務編排計費發放PortalAgent接入多協議（寬/窄帶，遠距、近距等）IoT中間件和框架數據獲取設備管理安全鑒權網關/設備/gent各類行業應用SDK API通過Agent軟件支持第三方IoT終端和網關接入，簡化集成 物聯網平臺10工業物聯網 物聯網的“傳感回傳場景”物聯網的三種應用場景：n場景1：WLAN無線覆蓋場景支撐業務：監控視頻回傳、PDA巡檢、流程電子化、辦公數字化；n場景2：人員、資產管理場景支撐業務：庫房管理、兩票電子化8、安全圍欄、人員門禁、健康監測、消費；n場景3：傳感回傳場景支撐業務：遠程抄表、移動生產、生產數字化、工業智能化、環境監測；11復雜多樣的物聯網連接通信協議近距無線近距無線廣廣域無線域無線802.11af/ah802.11af/ahLTE-LTE-MM有線通信協議：有線通信協議：GEMEthernetEthernet無無線通信協議：線通信協議：12各種物聯網無線協議特征對比 LoRA 的優勢協議頻段段速率速率距離距離功耗功耗定位能力定位能力有效有效時延延可靠性可靠性安全性安全性傳輸帶寬（頻寬）拓撲方式拓撲方式/能力能力LoRa國內433MHz/470MHz37.5kbps20KM105個月個月9、試點階段，精度10-100M秒級中高（高（專有分有分層加密機制）加密機制）125KHz星型:LoRaWANMESH:私有SUB 1GSub 1G50kbps1KM100個月否 百毫秒高中200KHz星型/MESHNB-IoT運營商授權頻段100kbps20KM90個月否秒級中運營商網絡3.75kHz15kHz蜂窩Zigbee868MHz EU、915MHz US、2.4GHz250kbps200M24個月200M 百毫秒高中5MHz2MHzMESH2G運營商授權頻段300kbps運營商覆蓋3個月小區級500M 七百毫秒高運營商網絡NA蜂窩RFID/NFC12.5KHz 433MHz2.4GHz10、5.8GHz424kbpsNFC：20CMRFID：5CM-100M30個月成熟，5-10M 百毫秒低NFC：高RFID：低NA點對點eMTC運營商授權頻段1Mbps15KM18個月小區級500M 百毫秒高運營商網絡800KHz蜂窩BLE2.4G2Mbps100M10個月 百毫秒高高2MHz星型/廣播3G運營商授權頻段3Mbps運營商覆蓋1個月小區級500M 三百毫秒高運營商網絡5MHz蜂窩4G LTE運營商授權頻段150Mbps運營商覆蓋1 個月小區級500M 百毫秒高運營商網絡18MHz蜂窩802.11ac5Ghz6.928Gbps200M1個月成熟，1-5M 百毫秒中高（WLAN加密認證11、機制成熟）160Mhz星型/MESH13物聯網主要無線標準協議對比10m100m1km10km100km100bps10Kbps100Kbps1Mbps10Mbps100Mbps1GbpsBlueteethZigbeeWiFi 802.11acSigfox2G GPRSNB-IoTWeightlessLoRaWAN802.11ah功耗增加LTE-M3G4G LTE14長距傳感回傳場景組網說明 LoRA的場景優勢IP網絡場景關鍵技術：LoRa溫濕度傳感器（總線接口）水位監測儀（Zigbee接口）LoRa 溫濕度傳感終端LoRaWAN智慧電表（支持LoRaWAN）水位監測儀（總線接口）RS232/12、485ZigbeeLoRaWAN場景優勢：LoRa N101終端提供多種下行接入方式，靈活組網；LoRa N101本身支持溫濕度傳感采集，節約成本LoRa技術特點：傳輸距離極遠，建筑群內可達3-5KM穿透能力極強，樓宇內垂直方向可傳輸近20層樓功耗極低，用于功耗敏感場所，可數年更換一次電池15目錄智能工廠工業物聯網最佳實踐0103智能制造系統架構與工業物聯網案例04n傳：低功耗傳廣域無線傳輸方案n采：配套儀表與模組n算：能效管理與設備管理方案16數據采集 工業表計與傳感器的 LoRa 適配LoRa被集成模塊n在省電模式下，終端功耗極低，可工作2-5年時間無需更換電池。n模塊形態根據集成方式又分13、為多種：miniPCIE插卡式；郵票孔式等；也支持定制化開發。n終端包含多種形態：既有可獨立工作的Tracker終端，也有嵌入式的LoRa通信模塊。其中模塊可用于集成產品nLoRA 的各種表計：17目錄智能工廠工業物聯網最佳實踐0103智能制造系統架構與工業物聯網案例04n傳：低功耗傳廣域無線傳輸方案n采：配套儀表與模組n算：能耗&設備管理系統18能源管理與智能制造體系采購成本分析向上擴展能源預測設備預測性維護等功能擴展數據上傳下達向下擴展MES能耗&設備管理系統ERP經營決策LoRa 基站LoRa表計LoRa表計LoRa表計數據采集點數據采集點19物聯網能耗&設備管理系統的架構提提供供決決策14、策信信息息管管理理加加工工數數據據數數據據傳傳輸輸數數據據采采集集數據庫服務器工程師站報表打印機交換機公司辦公網絡其他系統（ERP系統，MIS系統等）以太網LoRa基站數據回傳能源中心系統管理人員能源管理IE（報表及分析）InternetInternet管理人員信息顯示IE（報表及分析）管理人員信息顯示EXCEL（分析）WEB客戶LoRa 模組表計20物聯網能源管理系統的主要功能簡介 能耗在線監測 能耗統計分析 能源績效管理 節能環保管理 能源采購優化 報表中心 報警管理1 12 23 34 45 56 67 721大數據技術的應用 能源趨勢分析未來趨勢預測根據歷史數據，建立模型，預測未來能源15、消耗量?？勺鳛樾枨蠊芾?、采購預算。根據預測值，可發現某些時刻能源利用率的異常點，分析可能的故障。需求側管理利用能源預測功能，根據用電規律，合理安排生產負荷和檢修時間，充分利用電價的峰谷平差異提高谷時電價的用電量，降低電價峰時的用電量。能源采購預算通過企業的財務或ERP系統獲取實時能源價格及費率信息，分析不同車間、不同產品、不同時段、不同工段的能源需求，制定能源采購預算。22早期征兆設備缺陷設備故障生產事故設備狀態管理（健康狀態拐點判斷）特點：現象隱蔽，難發現；判斷周期長，偏差易處理；設備缺陷管理（健康劣化極限控制）特點：跡象明顯，易發現；處理周期短，過程難控制；影響范圍大。物聯網實現設備管理的16、“可預測性維護”23發現異常點找出離散規律可預測性維護，多點采樣確保分析全面24可預測性維護，預測建模25目錄智能工廠工業物聯網最佳實踐 設備管理0103智能制造系統架構與工業物聯網案例0426能耗管理實踐案例-微電子企業FMCS項目 能源管理系統為獨立的子系統，監控所有管路中流量計的流量，各類電表電能的采集，設監控站對各類能源進行監控分析統計，能自動生日報、周報、月報、年報。并能實時將數據傳送到FMCS系統的數據庫中。建立全廠能源計量網絡圖，實現對主要生產過程參數、水、電、煤、蒸汽等相關數據的監測和分析；系統主要功能包括數據采集、處理分析、實時監控、指標管理、班組考核、自定義報表服務和能效管17、理等。27設備管理實踐案例通信企業實現關鍵部件壽命預測分析回流爐熱風馬達磨損，生產 PCB 隱性故障，難檢測傳感器+LoRa/網關+大數據平臺，預測建模，預測馬達故障時間點殘次品率下降，節約物料成本28、能源管理、節能、運行管理、異常檢測、生產、生產數管理效果效果：經常性利潤增加經常性利潤增加3535%功能國外某些應用案例能源管理29、能源管理、節能、運行管理、異常檢測、生產、生產數管理效果效果：經常性利潤增加經常性利潤增加3535%功能國外某些應用案例能源管理30國外某些應用案例能源管理31國外某些應用案例-設備管理、運行狀況顯示、異常狀況檢測、保養維護(maintenance)記錄、告知通報功能效果效果：維保費用和維保費用和人工費人工費可實現可實現10%10%程度削程度削減減SAMPLE功能32Q&A