中小型化工企业云端生产管理系统研究

谭轶 李宏康 徐志鹏 孔利东

关键词：工业互联网;云端;化工生产管理;平台

目前我国中小型化工企业很大比例属于高污染、高风险行业，受到政府环保、安全生产等政策影响，企业面临着关、停、并、转的压力，有着向零排放、自动化、智能化转型升级的迫切要求。为助力中小型化工企业实现安全生产全要素数字化管理，切实提升安全管理水平，赛飞工业互联网研究院开发应用工业互联网平台技术和自动化技术，以生产线信息化作为载体，全面采集生产设备的运行状态、故障信息、维修信息，与生产过程控制，质量控制需求结合，使主要生产设备运行可视化、效率定量化、操作人性化、报表智能化，服务于实时生产调度和动态设备管理，实现化工生产线无尘化、自动化、智能化。以下为赛飞研究院基于工业互联网技术的化工企业云端生产管理平台研究的思路。

1 平台层系统设计

化工管理操作平台是基于赛飞CPOS操作系统架构下，利用组态工具搭建起来的控制逻辑及界面显示。赛飞工业互联网技术自主研发的高效MES管理系统，即时监控产线生产状态，改善产能利用率，追踪人员调派履历、派工状态，有效配置资源，提供电子看板反映订单进度、工单生产状况、制作进度、良率状况、缺料咨询、产线状态，能够及时预估和提醒物料和半成品供应，并有效的进行品质管控。相比传统生产管理方式具有智能化、无人化、云端化的优点，并可根据大数据统计实时做出原材料储备、产线负荷和成品库存的智能化预测和调整。

①工业互联网组态工具，通过采用图形组态的方法帮助用户快速地开发和部署智能制造应用系统，最终实现按生产工艺和管理、控制需求及工程逻辑配置参数，可完成高适配性的应用软件开发，全部过程无代码编写。利用元件可视化方法追溯生产系统计算的全过程，发现问题根源;通过动态重构手段实现系统在线优化和产品快速迭代，有效解决了工业企业软件开发投入大、周期长的问题;②通用网关产品和数据引擎软件，解决了异构系统标准化集成的问题。可实时采集工业互联网中异构设备的数据，实现边缘计算，并与云端数据建立连接;将制造执行系统（MES）与自动控制系统（PCS）深度融合，实现各个生产环节的互联互通和协同控制;③基于数据引擎的赛飞云技术，按照虚拟控制器的技术框架来构建，可同时适应商业云和私有云环境，且部署效率高，风险低，可扩展性强;可以连接大量的工业设备，且满足复杂工业应用并行计算和大数据分析的需要;可帮助用户实现全厂生产过程的远程监控、性能分析和品质管理。

1.1 数据采集

本平台通过通讯硬件设备实现数据采集功能。通过对现场生产设备运行数据与关键状态的实时采集，作为实现设备智能管控的基础数据库，为生产信息看板、关键参数校核、数据分析统计、设备在线维保等功能提供数据基础。

1.2 边缘计算

本平台通过硬件设备实现边缘计算功能。在数据采集的基础上，对设备基础数据进行预处理。客户可根据实际需求，在与智能管控平台拥有完全一致的计算环境中，对数据源进行预处理，如筛选、甄别、计算、统计、分析等。不仅能有效平衡并充分利用资源，提高数据处理效率，同时能确保从端到平台整体数据处理的统一性。

1.3 数据传输

本平臺通过通讯硬件设备实现数据传输功能。支持Wi-Fi、3G/4G等网络接口，可以将所采集的数据传输至云智能管控平台，实现全球范围的数据采集与控制。采用专用的数据通信方式，数据采集高效快速，可满足不同客户的多样化、定制化的通信需求。

1.4 数据存储

本平台通过设备库建立系统静态数据中心，通过数据处理中心建立系统动态数据中心，统筹管理生产现场所有设备信息。根据项目分级及现场实际情况，将生产现场所有设备及统计信息，抽象为标准（虚拟）设备，以设备为对象，建立系统静态数据中心，实现集中资料管理，提高维护工作效率，增加系统可靠性。

在生产过程中，将实时采集设备的运行状态、工艺参数、校核结果等数据，以及生产过程中产生的报警信息，以及系统人机界面的操作日志数据，记录到系统的服务器中，建立系统动态数据中心，为现场生产设备的全生命周期运行情况追溯与分析提供可靠依据。

1.5 数据分析

本平台通过逻辑组态软件及各类功能元件构建数据分析算法，通过对平台上的数据进行算法处理、统计分析提炼数据价值，沉淀专家经验;例如：设备高频故障统计分析、效能分析、设备使用寿命统计及预防性维保提醒。

1.6 趋势曲线

本平台提供数据趋势曲线查询功能，用于现场操作人员和生产管理人员查阅设备运行过程关键数据。

①支持实时和历史趋势图;②可自定义查询数据点及时间区间，可查询任一时间段的变化趋势;③每个趋势查询界面最多支持8条曲线同时显示，每条曲线均支持独立操作;④以友好、直观的曲线/饼状图显示各种参数、数据的趋势，如力矩、角度、线体节拍、产量等。图形化元素通过色彩和填充的方式，使数据看起来更直观清晰;⑤基于日期/时间或直角坐标轴（X/Y轴）的趋势图向使用者提供灵活的信息呈现方式，支持多个监控点同时比较分析。

1.7 故障报警

本平台提供故障报警功能，包括实时报警与历史报警，用于对生产过程中的异常状态（包括设备异常运行状态）进行自动判断、记录，并发出声、光报警警示;同时支持现场操作人员和生产管理人员查询。

①故障报警信息包括实时报警和历史报警，报警事件记录保存于历史数据库中;②实时报警：故障报警发生时，系统发出声音警报，在报警列表中显示报警信息，在事件日志中记录报警信息、报警信息在确认前闪烁显示;③历史报警：历史报警可以根据时间段、报警类型、优先级、确认状态、报警域等筛选条件进行查询;④系统记录的报警信息包括报警类型、报警名称、优先级、报警域、开始时间、结束时间、确认时间等;⑤系统可根据报警的严重程度设置定义优先级，最多支持5级报警，并通过颜色和报警声音加以区分。

1.8 权限管理

本平台提供全新管理功能。支持根据生产线、车间、厂区等进行权限区域的划分，并可为岗位及用户分配对应区域的权限，以便特定区域的界面只有拥有权限的岗位和用户才能访问、监视、控制其生产过程，包括故障报警的信息。

平台支持根据各级生产岗位的操作及管理权限，进行岗位许可权设置，支持分区域设置岗位权限，避免越权操作或误动操作。支持对设备操作、联动画面、修改属性、设定参数、任务切换、退出系统等操作设定权限限制。

2 应用前景

通过应用云端生产管理系统，促使企业实现传统产业智能化提升和转型升级，能给企业带来的效益包括：劳动生产率大幅提升，产能配置更加合理，生产过程自动化程度明显提高，生产过程管理数据可视化程度大幅提升，无人化生产使得劳动力成本大幅降低;同时可以使企业继续留在当地生产经营，避免关、停、并、转。赛飞平台不仅能够兼容和管理大量异构的工业设备，实现不同生产环节的互联互通，还可以帮助用户企业将生产管理和控制应用部署到云端，实现远程管理与维护，为用户节约大量的基础设施投入成本。经测算，仅此一项即可为工业用户节省硬件投资与维护成本25%以上，降低系统实施成本20%-35%，为用户带来可观的经济回报。

3 结语

化工管理操作平台将生产质量数据的积累和分析将会给中小型化工企业的新产品研发和创新提供数据支撑，通过提供的图形化工具构建工业机理模型、工业微服务组件，形成工业机理模型、微服务沉淀、转化、传播和复用、共享的机制;同时也为政府环保政策的制定提供数据支持。