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0工业物联网在智能制造中的应用1目录能效&设备管理---智能工厂工业物联网实践0103智能制造系统架构与工业物联网案例042智能制造系统架构——《国家智能制造标准体系建设指南》工业4.0与中国制造2025，异曲同工；工业4.0的三个集成：纵向整合；横向整合端到端整合中国制造2025系统架构三维度：系统层级，企业内信息集成生命周期，企业间信息集成；智能功能，从制造到服务的转型，新业态（B2C→C2B）3面向企业内信息集成的架构系统层级智能功能协同企业设备传感器、仪器仪表、射频识别、机器、机械和装置面向工厂/车间的生产管理，包括MES面向企业的经营管理，包括ERP、PLM、SCM和CRM协同研发、智能生产、精准物流和智能服务车间控制PLC、SCADA、DCS等过程控制西门子/工业4.0的数字化工厂架构中国制造2025的企业内信息集成系统层级企业信息化系统IT工厂或车间的工业环境OT4“工业物联网”贯穿智能制造体系三个维度的各个环节工业物联网：位于智能制造系统架构生命周期的所有环节；实现系统层级的设备、控制、工厂、企业和协同五个层级，以及智能功能的互联互通；工业物联网实现了OT与IT的融合的基础。互联互通5Enterprise(InternetProtocol)IndustrialNetwork(Industrialprotocols)企业信息化系统/IT工厂或车间的工业环境/OT融合的工厂网络工业互联网端到端的数据安全控制制造执行系统MES控制系统物流执行系统LES企业运营系统(ERP,CRM,SCM)决策支撑系统传感器仪器仪表机械和装置监控系统以工业物联网实现OT与IT融合6制造型企业信息化框架基于物联网的OT/IT融合：全面集成的制造业信息化五层系统及专业服务：实现制造管控一体的两化融合，实现物联网在制造业的实际应用控制过程OT管理过程IT企业运营过程企业层业务运营与决策支持管理层车间生产计划调度和执行操作层控制层PLCDCSHMI设备及工序相关的行业化过程控制系统（如：炉机等控制系统、数控机床、柔性生产线、工业机械人等）SCADA制造执行系统MES生产执行管控对接能源管控现场成本设备运行现场仓储物流执行系统LES通过RFID/监控设备等技术和设备实现物料流动以及物流相关的人、设备、工具、位置的管理协同办公门户采购平台产品设计系统ERP供应链管理生产管理财务管理人力资源设备管理CRMPLM电子商务战略规划业务优化绩效管理商业智能管理驾驶仓信息化部署信息化技术支撑服务支撑物联网工业适配CPU/内存/文件计算、存储、网络、安全实时数据库：实现系统化底层数据收集；关系型数据库：实现执行层次的管理统一平台先进的集成工具关系型数据库/OLTP大数据/OLAP专业IT规划和管理咨询标准化的管理体系全面应用集成及有效落地专业的团队建设实施、培训、运营服务全生命周期管理仪器/仪表传感器机械和装置现场层传感器工业适配质检计量数据采集数据传输数据计算7工业物联网——采、传、算技术架构工厂IntranetFactoryPDARFIDLoRACameraHMIPLCLoRA基站工业交换机物联网关【生产执行网络】•多种联接方式并存•多种协议并存•物联网络传感网工厂数据中心FactoryDataCenterERPSCM、CRM、PLM…集团数据中心GroupDataCenter数据采集数据传输数据（运算）挖掘协同研发智能服务工厂生产办公网FactoryOfficeNetwork集团办公网GroupOfficeNetworkMES研发中心/分支Dev.Group管理驾驶舱8目录智能工厂工业物联网最佳实践0103智能制造系统架构与工业物联网案例04传：低功耗传广域无线传输方案采：配套仪表与模组算：能效管理与设备管理方案9教育应用医疗应用农业应用工业应用RFID阅读器智慧城市环境传感器摄像头手环自动控制物联网网关物联网OS物联网平台连接•承载应用•数据处理•运维管理•连接平台•发挥芯片能力•本地实时处理物联网发展趋势——平台侧&终端侧应用管理设备管理注册鉴权寻址转发资产管理链接管理数据管理群组管理规则引擎行业预集成API开放业务编排计费发放PortalAgent接入多协议（宽/窄带，远距、近距等）IoT中间件和框架数据获取设备管理安全鉴权网关/设备/gent各类行业应用SDKAPI通过Agent软件支持第三方IoT终端和网关接入，简化集成物联网平台10工业物联网——物联网的“传感回传场景”物联网的三种应用场景：场景1：WLAN无线覆盖场景支撑业务：监控视频回传、PDA巡检、流程电子化、办公数字化；场景2：人员、资产管理场景支撑业务：库房管理、两票电子化、安全围栏、人员门禁、健康监测、消费；场景3：传感回传场景支撑业务：远程抄表、移动生产、生产数字化、工业智能化、环境监测；11复杂多样的物联网连接通信协议近距无线广域无线802.11af/ahLTE-M有线通信协议：GEMEthernet无线通信协议：12各种物联网无线协议特征对比——LoRA的优势协议频段速率距离功耗定位能力有效时延可靠性安全性传输带宽（频宽）拓扑方式/能力LoRa国内433MHz/470MHz37.5kbps20KM105个月试点阶段，精度10-100M秒级中高（专有分层加密机制）125KHz星型:LoRaWANMESH:私有SUB1GSub1G50kbps1KM100个月否百毫秒高中200KHz星型/MESHNB-IoT运营商授权频段100kbps20KM90个月否秒级中运营商网络3.75kHz15kHz蜂窝Zigbee868MHzEU、915MHzUS、2.4GHz250kbps200M24个月200M百毫秒高中5MHz2MHzMESH2G运营商授权频段300kbps运营商覆盖3个月小区级500M七百毫秒高运营商网络NA蜂窝RFID/NFC12.5KHz433MHz2.4GHz5.8GHz424kbpsNFC：20CMRFID：5CM-100M30个月成熟，5-10M百毫秒低NFC：高RFID：低NA点对点eMTC运营商授权频段1Mbps15KM18个月小区级500M百毫秒高运营商网络800KHz蜂窝BLE2.4G2Mbps100M10个月百毫秒高高2MHz星型/广播3G运营商授权频段3Mbps运营商覆盖1个月小区级500M三百毫秒高运营商网络5MHz蜂窝4GLTE运营商授权频段150Mbps运营商覆盖1个月小区级500M百毫秒高运营商网络18MHz蜂窝802.11ac5Ghz6.928Gbps200M1个月成熟，1-5M百毫秒中高（WLAN加密认证机制成熟）160Mhz星型/MESH13物联网主要无线标准协议对比10m100m1km10km100km100bps10Kbps100Kbps1Mbps10Mbps100Mbps1GbpsBlueteethZigbeeWiFi802.11acSigfox2GGPRSNB-IoTWeightlessLoRaWAN802.11ah功耗增加LTE-M3G4GLTE14长距传感回传场景组网说明——LoRA的场景优势IP网络场景关键技术：LoRa温湿度传感器（总线接口）水位监测仪（Zigbee接口）LoRa温湿度传感终端LoRaWAN智慧电表（支持LoRaWAN）水位监测仪（总线接口）RS232/485ZigbeeLoRaWAN场景优势：LoRaN101终端提供多种下行接入方式，灵活组网；LoRaN101本身支持温湿度传感采集，节约成本LoRa技术特点：•传输距离极远，建筑群内可达3-5KM•穿透能力极强，楼宇内垂直方向可传输近20层楼•功耗极低，用于功耗敏感场所，可数年更换一次电池15目录智能工厂工业物联网最佳实践0103智能制造系统架构与工业物联网案例04传：低功耗传广域无线传输方案采：配套仪表与模组算：能效管理与设备管理方案16数据采集——工业表计与传感器的LoRa适配LoRa被集成模块在省电模式下，终端功耗极低，可工作2-5年时间无需更换电池。模块形态根据集成方式又分为多种：miniPCIE插卡式；邮票孔式等；也支持定制化开发。终端包含多种形态：既有可独立工作的Tracker终端，也有嵌入式的LoRa通信模块。其中模块可用于集成产品LoRA的各种表计：17目录智能工厂工业物联网最佳实践0103智能制造系统架构与工业物联网案例04传：低功耗传广域无线传输方案采：配套仪表与模组算：能耗&设备管理系统18能源管理与智能制造体系采购成本分析向上扩展能源预测设备预测性维护等功能扩展数据上传下达向下扩展MES能耗&设备管理系统ERP经营决策LoRa基站LoRa表计LoRa表计LoRa表计数据采集点19物联网能耗&设备管理系统的架构提供决策信息管理加工数据数据传输数据采集数据库服务器工程师站报表打印机交换机公司办公网络其他系统（ERP系统，MIS系统等）以太网LoRa基站数据回传能源中心系统管理人员能源管理IE（报表及分析）Internet管理人员信息显示IE（报表及分析）管理人员信息显示EXCEL（分析）WEB客户LoRa模组表计20物联网能源管理系统的主要功能简介能耗在线监测能耗统计分析能源绩效管理节能环保管理能源采购优化报表中心报警管理123456721大数据技术的应用——能源趋势分析未来趋势预测根据历史数据，建立模型，预测未来能源消耗量。可作为需求管理、采购预算。根据预测值，可发现某些时刻能源利用率的异常点，分析可能的故障。需求侧管理利用能源预测功能，根据用电规律，合理安排生产负荷和检修时间，充分利用电价的峰谷平差异提高谷时电价的用电量，降低电价峰时的用电量。能源采购预算通过企业的财务或ERP系统获取实时能源价格及费率信息，分析不同车间、不同产品、不同时段、不同工段的能源需求，制定能源采购预算。22早期征兆设备缺陷设备故障生产事故设备状态管理（健康状态拐点判断）特点：现象隐蔽，难发现；判断周期长，偏差易处理；设备缺陷管理（健康劣化极限控制）特点：迹象明显，易发现；处理周期短，过程难控制；影响范围大。物联网实现设备管理的“可预测性维护”23发现异常点找出离散规律可预测性维护，多点采样确保分析全面24可预测性维护，预测建模系统设备运行历史数据集系统设备运行当前数据集历史异常状态数据集历史正常状态数据集故障B数据集故障A数据集故障C数据集挖掘构建故障B数据模型故障A数据模型故障C数据模型挖掘构建正常状态数据模型识别分析识别分析劣化健康评价故障分析特征决策25目录智能工厂工业物联网最佳实践——设备管理0103智能制造系统架构与工业物联网案例0426能耗管理实践案例--微电子企业FMCS项目能源管理系统为独立的子系统，监控所有管路中流量计的流量，各类电表电能的采集，设监控站对各类能源进行监控分析统计，能自动生日报、周报、月报、年报。并能实时将数据传送到FMCS系统的数据库中。建立全厂能源计量网络图，实现对主要生产过程参数、水、电、煤、蒸汽等相关数据的监测和分析；系统主要功能包括数据采集、处理分析、实时监控、指标管理、班组考核、自定义报表服务和能效管理等。27设备管理实践案例——通信企业实现关键部件寿命预测分析•回流炉热风马达磨损，生产PCB隐性故障，难检测•传感器+LoRa/网关+大数据平台，预测建模，预测马达故障时间点•残次品率下降，节约物料成本28１、能源管理、节能２、运行管理３、异常检测４、生产、生产数管理效果：经常性利润增加35%功能国外某些应用案例—能源管理29１、能源管理、节能２、运行管理３、异常检测４、生产、生产数管理效果：经常性利润增加35%功能国外某些应用案例—能源管理30国外某些应用案例—能源管理31国外某些应用案例--设备管理１、运行状况显示２、异常状况检测３、保养维护(maintenance)记录４、告知通报功能效果：维保费用和人工费可实现10%程度削減SAMPLE収着式除湿空調機冷凍機排熱回収水熱源ヒートポンプ外気（予冷、予暖後）