基于物联网的智慧工厂实验系统的设计与开发研究

[摘 要]在5G、人工智能、“互联网+”高速发展的今天，物联网作为物物相连的互联网，在工业企业中被广泛应用。本文运用物联网对智慧工厂实验系统设计进行研究，根据系统的设计原则，结合工厂生产、能源等管理工作，总结设计优势，旨在通过设计与开发智慧物联实验系统进一步加快智慧工厂建设。

[关键词]物联网；智慧工厂；实验系统

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.10.033

[中图分类号]TP311.52 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2019）10-00-02

0 引 言

中国制造2025的智能制造工程提到，我国要开展新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用，分类实施流程制造、智能化管理、智能化服务等试点示范及应用推广。但在现阶段部分企业的智慧工厂建设中，存在一定的限制性问题，因此，企业在构建物联网智慧工程实验系统时，应结合自身企业的特点进行管理，创新技术及标准化项目，实现智慧工程实验系统与物联网技术相结合，满足项目对信息化发展的需求，促进工业行业稳定发展。

1 智慧工厂工程实验室系统的设计原则及优势

1.1 物联网智慧系统

物联网的核心基础是互联网，主要在互联网技术上实现网络延伸及扩展，通过利用互联网技术使物联网得到延伸以及扩展，可以有效缩短物品与人之间的信息交流，实现智能化识别及管理。

1.2 智慧工厂实验系统的建设原则

在智慧工厂实验系统建设中，通过与物联网技术相融合，将智慧工程实验室的系统设计作为重点，保证工厂实验室系统设计的有效性，因此，在智慧工厂实验系统设计中，企业应该遵守以下几个原则。第一，在智慧工厂实验系统设计中，企业应结合物联网优势，使厂区按照功能、层次进行模块化的项目处理。第二，将实验系统生产及物流自动化运行作为重点，通过适时调整数据资源，提高智慧工厂的操作功能。第三，积极采用先进、成熟以及实用性的智慧化系统，将其作为主流生产系统，达到智慧工厂实验室节能减排的最终目的。第四，在智慧工厂系统设计中，应该根据开放性、数据化的设计内容，创新工厂生产工艺，全面提升工程项目设计的价值，为系统的安全性、快速性故障处理提供参考。

1.3 物联网智慧工厂实验系统的优势

在工厂运行及发展中，构建物联网智慧工厂实验系统，可以满足现代工厂的发展需求。首先，结合物联网技术，物联网智慧工厂实验系统可以大幅度降低企业的费用支出，提高工厂信息获取效率，促进工厂的稳定运行。其次，在物联网技术使用过程中，通过优化库存管理信息，可以减少企业库存量，并通过先进先出的原则，降低企业管理成本，为工厂的经济发展提供支持。最后，在工厂物联网实验系统设计中，可以将市场以及消费者的需求作为重点，结合物联网技术，缩短企业与消费者之间的关系，实现按订单组织货源，加强企业对市场以及消费能力的精准把控。

2 物联网智慧工厂的系统组成

2.1 生产控制层

在建设智慧工厂的工程中，企业应结合物联网智慧技术构建生产控制层，通过RFID、一二维码扫码器等各种传感器以及控制器，实现对工厂入库物资的实时信息采集、转换，然后整合收集信息，實现实时传输。同时，在生产控制层中，企业通过应用关键技术，在结合信息采集技术、传感技术以及网络传输技术等基础上，保持物联网智慧工厂系统运行的稳定性。

2.2 数据融合层

在设计数据融合层时，企业通过运用ESB（主数据）及数据融合主机，实现信息优化处理以及有效传输，实现对工业实验系统的数据编码等多个系统基础数据的唯一性管理，并计算出综合性的安全指数。同时，在使用数据融合层关键技术的过程中，企业通过应用信息优化处理技术以及工业以太网络传输技术，满足互联网智慧工程的运行需求。

2.3 生产制造管理层

在构建智慧工厂实验系统的过程中，企业应结合物联网技术，结合生产制造管理层，组成高性能电脑终端。生产制造管理层包括生产调度计划管理、成本管理、质量管理和设备管理等功能，通过相关人员操作，为工厂数据的储存、分类及分析提供支持。决策相应层通常使用软件技术、计算机技术以及各种数据采集技术，提高工厂实验系统的稳定性。

2.4 网络通信系统

在智慧工厂实验系统设计中，企业逐渐向信息化、的方向发展。智慧工程在构建实验系统的过程中，通过储存单元、搬运单元以及加工单元等进行整合数据，形成完整的数据系统，提高工厂数据信息的系统化控制。工厂实验平台中的运行模式通常会采用“BS+客户端服务器”的模式，结合控制信息、管理信息以及监控信息，充分展现网络工作系统运行的安全性。

3 工厂物联网背景下智慧实验系统的设计内容

3.1 智慧生产

在智慧生产中，中国制造2025关于智能制造工程提到，企业的生产过程要想实现智能优化控制、供应链优化，应重点建设领域智能工厂、数字化车间。在生产过程中，智慧实验系统以生产供应链为主线，以互联网、大数据、物联RFID、一二维码等技术为抓手，实现生产调度、物料扫码、成品出库的供应链全过程跟踪，避免生产过程发生质量事故，最终实现精益管理的应用目标。同时，在智慧实验系统设计中，企业要结合实验室建设的智能化需求，满足智能防差错、智能预警、智能追溯、智能分析和数据智能交互的要求，使系统具有判断、及时跟踪和变更记录等技术。

3.2 智慧管理

在智慧实验系统设计中，企业要结合实验室建设的现代化、智能化需求，降低工程生产能耗问题，满足工厂生产中的节能环保需求。在构建工厂动力监控系统时，企业应该采用分散控制、综合监控以及集中管理模式，提高系统运行的安全性、稳定性，并通过控制子系统，实现工厂实验系统高效、节能运营，满足工厂的可靠运行需求。同时，在工厂实验系统能源管理中，结合物联网技术，可以全面掌握烟厂系统的运行状况，实现实验系统的优化运行，从而达到工厂实验系统设计开发的最终目的。

3.3 智慧楼宇

在工厂实验系统设计中，智能化系统作为办公大楼自控系统的重要组成部分，通常包括一卡通系统、多媒体查询系统以及智能化集成管理系统等。企业应将智能化系统作为核心，通过数据资源的技能管理、文档管理以及统计报表功能分析，实现工厂智慧实验系统开发中物联网资源的有效运用，提高工厂运行的稳定性。

4 工厂物联网背景下智慧实验系统的技术

4.1 系统设计技术

智慧实验系统的设计将物联网技术运作为重点，通过完善控制系统方案，进行项目设计整合及分析，通常情况下，在控制系统设计技术运用中，应该做到以下几点。第一，确定基础数据代码，完善ESB企业总线或建设数据中心。企业往往在多家厂家购买生产设备，因此，厂家提供的设备系统，必须按企业要求，完善统一基础代码，与工厂ESB实现数据交换，减少各系统之间的接口，避免工厂出现新的信息孤岛。第二，统一控制器或编码规则。在设计工厂生产控制层的过程中，通过采集模块、使用现场仪表，利用RFID、一二维码等技术，实现物资来料入库、生产投料、成品出库的现场感应，实现智能防差错、智能预警、智能追溯、智能分析和数据智能交互，保证系统数据交互的及时性和有效性。第三，在总线系统设计中，通过调整系统，可以保证实验室纵向传输速度，保证信息数据有效传输，提高工厂实验系统使用的效率，节约资源。第四，控制系统可以将多层结构转变为单层结构，将控制器直接接入网络中，及时解决数据传输中的限制问题，满足工厂实验系统设计的基本需求，同时提高工厂信息系统的传输效率。第五，增加现场总线，总线设计采用分散采集的方式，通过整合多数据通道，实现对控控制器背板设计，保证工厂实验系统运用的有效性。第六，结合工厂实验系统的运形状况，增加控制器的数量，保证工厂总线接入数量的有效性。第七，在工厂系统结构设计中，需要结合生产工艺、生产照明系统的设计状况等，优化实验全系统的结构，提高工厂系统的运行效果。第七，在工厂控制系统设计中，通过设计编配电子系统，可以根据车间特点，及时分析实验室配电箱、ATX的分布状况，并通过控制系统的高速运行状况，实现实验系统的可靠性运行，为工厂系统的稳定运行提供支持。

4.2 工厂动力能源监控系统的设计技术

在智慧工厂工程设计中，企业应该结合物联网技术，设计工厂动力能源监控系统，通常情况下，在动力能源监控系统中，其技术包括以下内容。第一，企业在应用物联网技术时，为了实现动力能源监控系统设计的稳定性，应该逐步提高网络通信的传播速度，提高通信网络的数据处理能力，减少工厂实验系统数据丢失以及碰撞现象。第二，在智慧工程实验系统中，为了配合千兆工业网络系统，需要采用千兆网络交换设备作为主干节点，提高智慧工程实现系统运行的稳定性。第三，在智慧工程中，需要在系统中增加网络交换设备的数量，提高数据信息的传输效率。第四，通过GB交换机合理划分VLAN，提高不同系统以及数据控制的有效性。第五，在QoS系统运行中，通过控制数据流向，实现数据的分流处理，为工厂动力能源监控提供参考。

5 结 语

在设计智慧工厂工程实验系统中，企业应结合物联网技术的使用特点，完善系统工程项目，提高工厂生产以及数据管理的有效性。对于工厂的管理者来说，在收集数据资源以及管理数据的过程中，应结合工厂的运行状况，实现物联网技术的稳定创新，并设计出智慧实验系统、工厂动力能源监控系统以及工厂生产控制技术等。通过应用物联技术，对生产过程、能源管理等实现智能防差错、智能预警、智能追溯、智能分析和数据智能交互的要求，使系统具备自我判断、及时跟踪和变更记录等能力，推动工厂的智慧发展，加快推进工厂的智能

制造。

主要参考文献

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