1. 物聯網技術簡介
物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)（internet of things，IoT），是(shi)指通過信(xin)息(xi)傳(chuan)感設備(bei)（如RFID、紅外(wai)感應(ying)器、GPS、激(ji)光(guang)掃描(miao)器等），按照(zhao)約定(ding)的協議，把任(ren)(ren)何物(wu)品與互(hu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)連接起來(lai)，進(jin)行信(xin)息(xi)交換和(he)通信(xin)，以實(shi)現(xian)智(zhi)能化識(shi)別、定(ding)位、跟蹤、監控和(he)管理的一種網(wang)(wang)絡。物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)是(shi)在(zai)互(hu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)基(ji)礎(chu)上的延伸和(he)擴展，它(ta)作為物(wu)與物(wu)相連的互(hu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)，物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)是(shi)物(wu)體之(zhi)間(jian)(jian)的交換數據(ju)的平臺。物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)不是(shi)互(hu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)，但它(ta)的基(ji)本理念(nian)來(lai)源還是(shi)互(hu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)。互(hu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)是(shi)人與人之(zhi)間(jian)(jian)的聯(lian)(lian)絡，而物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)則延伸到(dao)了任(ren)(ren)何物(wu)品之(zhi)間(jian)(jian)進(jin)行通信(xin)和(he)信(xin)息(xi)交換。
如圖1所(suo)示(shi)，物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)由(you)感(gan)(gan)知層(ceng)(ceng)(ceng)、網(wang)(wang)絡層(ceng)(ceng)(ceng)、應用(yong)(yong)層(ceng)(ceng)(ceng)構(gou)成。感(gan)(gan)知層(ceng)(ceng)(ceng)用(yong)(yong)于(yu)獲取(qu)網(wang)(wang)絡工作(zuo)(zuo)所(suo)需要的(de)(de)信息(xi)，類似于(yu)人(ren)的(de)(de)五官(guan)、皮膚。在MES實際應用(yong)(yong)的(de)(de)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)設(she)備很多，如條(tiao)形(xing)碼讀寫(xie)器(qi)、RFID、攝(she)像頭(tou)、機床振動傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)、溫度傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)等。網(wang)(wang)絡層(ceng)(ceng)(ceng)是物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)中的(de)(de)處理(li)器(qi)，類似于(yu)人(ren)的(de)(de)神經中樞(shu)和大(da)腦。接收采集系統送來(lai)數據(ju)之后，它的(de)(de)工作(zuo)(zuo)就是信息(xi)轉發(fa)或處理(li)。應用(yong)(yong)層(ceng)(ceng)(ceng)是網(wang)(wang)絡與使用(yong)(yong)者(zhe)之間溝通渠道，網(wang)(wang)絡設(she)計(ji)者(zhe)根據(ju)分析實際需要，設(she)計(ji)滿足用(yong)(yong)戶需求的(de)(de)智能系統。
圖1 車間(jian)物聯網的三(san)層結構(gou)
車間物聯網的關鍵技(ji)(ji)術(shu)有：自動識(shi)別技(ji)(ji)術(shu)、設備集成技(ji)(ji)術(shu)、網絡通信技(ji)(ji)術(shu)、室內定位技(ji)(ji)術(shu)、邊緣計算技(ji)(ji)術(shu)等(deng)。
（1）自動識別技術。讓機器(qi)自(zi)動識別物(wu)體(ti)對于自(zi)動化車間非常重要，此類(lei)物(wu)體(ti)通常包括在制(zhi)品(pin)、零配件、刀輔具、人員等，條碼(ma)（包括二維碼(ma)）、RFID、機器(qi)視覺是(shi)最常見(jian)的三種識別方式。
（2）設備集成技術。常見的(de)設備集成技(ji)術有(you)DNC技(ji)術、OPC接口技(ji)術、設備集成平臺等。
（3）室內定位技術。位置服務是(shi)車(che)間物聯網(wang)的重要應用場景，車(che)間內部有許多(duo)物體(ti)存在定位需求，比如物料(liao)小(xiao)車(che)、在制品和零(ling)配(pei)件(jian)、刀輔具、人員等，常見(jian)的定位方(fang)式包括無線傳感(gan)器(qi)網(wang)絡（WSN） 、RFID、超寬帶（UWB）等。
（4）網絡通信技術。車間的(de)(de)數(shu)據傳遞通(tong)常(chang)有(you)(you)兩種形(xing)式，一(yi)(yi)是(shi)有(you)(you)線局域(yu)網，二是(shi)無(wu)(wu)線網絡，常(chang)用的(de)(de)無(wu)(wu)線網絡形(xing)式包(bao)括WiFi、藍(lan)牙、ZigBee等(deng)。5G技術具有(you)(you)更(geng)高的(de)(de)速率(lv)、更(geng)寬的(de)(de)帶寬、更(geng)高的(de)(de)可靠性以(yi)及更(geng)低的(de)(de)延時，未來(lai)能夠滿足數(shu)字(zi)化智能化車間的(de)(de)一(yi)(yi)些特定應用場景需求。
（5）邊緣計算技術。邊(bian)(bian)(bian)緣計(ji)算就是靠近物聯網邊(bian)(bian)(bian)緣的計(ji)算、處(chu)理(li)、優化和(he)存儲。基于邊(bian)(bian)(bian)緣計(ji)算技(ji)術，IoT中的許(xu)多(duo)控(kong)制(zhi)將(jiang)通(tong)過本(ben)(ben)地(di)設備實現而無需(xu)交由云端(duan)，處(chu)理(li)過程將(jiang)在本(ben)(ben)地(di)邊(bian)(bian)(bian)緣計(ji)算層完(wan)成，這(zhe)無疑將(jiang)大大提升處(chu)理(li)效率，減輕云端(duan)的負(fu)荷(he)，為用戶提供更(geng)快的響(xiang)應服(fu)務。
2. 基于車間物聯網的MES生產監控系統
基于車間物聯網(wang)，可以構建一種如圖2所示的(de)MES生產(chan)監控系統框架(jia)。該框架(jia)由三層組成：數據(ju)采集層、現(xian)場操作(zuo)層、數據(ju)管理(li)層。
圖2 一種基(ji)于車(che)間物(wu)聯網的MES生產監控系統(tong)
（1）數據采集層。數據(ju)(ju)采集系統實現數據(ju)(ju)采集，初始化之后可通過 ZigBee 路由(you)器對(dui)外置(zhi)式電子標(biao)(biao)簽(qian)的(de)(de)數據(ju)(ju)進(jin)行讀寫操(cao)作(zuo)。在目標(biao)(biao)對(dui)象(xiang)（如物(wu)料、人員等）進(jin)入網絡時，有指(zhi)示(shi)功能，告(gao)知標(biao)(biao)簽(qian)的(de)(de)載體已進(jin)入網絡。操(cao)作(zuo)人員在接近需操(cao)作(zuo)的(de)(de)機臺時，有提(ti)示(shi)信息。非工作(zuo)狀(zhuang)態(tai)時，可將電子標(biao)(biao)簽(qian)置(zhi)于(yu)休眠狀(zhuang)態(tai)，減小功耗(hao)。
（2）現場操作層。MES現場(chang)操(cao)(cao)作(zuo)層提供現場(chang)操(cao)(cao)作(zuo)平臺(tai)，具有(you)參(can)數配置(zhi)、故障(zhang)上報以(yi)及(ji)(ji)任務請求(qiu)等(deng)功(gong)(gong)能(neng)。①操(cao)(cao)作(zuo)界面：可(ke)(ke)(ke)操(cao)(cao)作(zuo)機臺(tai)的(de)運作(zuo)，查(cha)看機臺(tai)的(de)當(dang)(dang)前工作(zuo)狀態(tai)及(ji)(ji)歷(li)史信(xin)息(xi)。②故障(zhang)上傳：如機臺(tai)停轉、產速異常(chang)等(deng)狀況能(neng)及(ji)(ji)時(shi)反映至上位機。③任務請求(qiu)：機臺(tai)閑置(zhi)時(shi)可(ke)(ke)(ke)申請下一步任務。④信(xin)息(xi)比對(dui)：當(dang)(dang)物(wu)(wu)(wu)料或人(ren)員接(jie)近(jin)時(shi)可(ke)(ke)(ke)讀(du)(du)取(qu)其外置(zhi)式(shi)電子標(biao)簽(qian)(qian)信(xin)息(xi)，并判(pan)斷是否是該機臺(tai)的(de)物(wu)(wu)(wu)料或操(cao)(cao)作(zuo)人(ren)員。⑤數據寫入(ru)：物(wu)(wu)(wu)料經該機臺(tai)加工成半成品(pin)后，可(ke)(ke)(ke)向(xiang)該半成品(pin)的(de)外置(zhi)式(shi)電子標(biao)簽(qian)(qian)進行(xing)讀(du)(du)寫功(gong)(gong)能(neng)，如物(wu)(wu)(wu)料為銅(tong)絲(si)，加工后寫為雙絞(jiao)線。⑥參(can)數配置(zhi)：當(dang)(dang)現場(chang)生(sheng)產環境(jing)發生(sheng)變(bian)化時(shi)，只(zhi)需進行(xing)相應的(de)參(can)數更改和配置(zhi)即(ji)可(ke)(ke)(ke)。
（3）數據管理層。上(shang)位機MES數(shu)(shu)據(ju)(ju)管理(li)(li)(li)層通過數(shu)(shu)據(ju)(ju)庫實(shi)現生產數(shu)(shu)據(ju)(ju)的(de)(de)集中(zhong)管理(li)(li)(li)，以及生產管理(li)(li)(li)的(de)(de)分(fen)析(xi)統(tong)(tong)計(ji)(ji)。具體如(ru)下：①狀(zhuang)態監控(kong)：結合(he)圖形和數(shu)(shu)據(ju)(ju)，實(shi)時(shi)顯(xian)示車間(jian)工作(zuo)的(de)(de)狀(zhuang)態。②計(ji)(ji)劃管理(li)(li)(li)：可觀(guan)察車間(jian)機臺(tai)的(de)(de)任(ren)(ren)務完成狀(zhuang)況及分(fen)配新的(de)(de)任(ren)(ren)務。③通信管理(li)(li)(li)：對(dui)網絡進行配置，如(ru) CAN 網絡的(de)(de)波特(te)率等。④數(shu)(shu)據(ju)(ju)庫管理(li)(li)(li)：保存歷史(shi)數(shu)(shu)據(ju)(ju)，支持查詢(xun)功(gong)能。⑤故障處(chu)理(li)(li)(li)：觀(guan)察機臺(tai)的(de)(de)實(shi)時(shi)和歷史(shi)故障信息(xi)，發送故障處(chu)理(li)(li)(li)指令(ling)。⑥統(tong)(tong)計(ji)(ji)分(fen)析(xi)：根據(ju)(ju)歷史(shi)記錄(lu)，對(dui)產品和機器等信息(xi)做(zuo)出統(tong)(tong)計(ji)(ji)分(fen)析(xi)，以圖表的(de)(de)形式顯(xian)示，供管理(li)(li)(li)者參(can)考查詢(xun)。⑦日志記錄(lu)：記錄(lu)車間(jian)及系(xi)統(tong)(tong)每日工作(zuo)狀(zhuang)態，生成日志。
應(ying)用(yong)上述基于(yu)車間物(wu)(wu)聯網的MES生產(chan)監(jian)控系(xi)統，可以進行現(xian)場數(shu)據采集、物(wu)(wu)料追(zhui)蹤、產(chan)品(pin)質量追(zhui)溯等工作。
1）現場數據采集
人員(yuan)數據(ju)采(cai)集方(fang)面(mian)，可(ke)通(tong)過數據(ju)采(cai)集系(xi)統將(jiang)每個(ge)工作(zuo)人員(yuan)的(de)各種信息(xi)、當天任(ren)務、所要(yao)操(cao)作(zuo)的(de)機臺等數據(ju)存放在(zai)車間(jian)管理的(de)數據(ju)庫里。具體可(ke)采(cai)取如下兩種采(cai)集方(fang)法：
方法一，人(ren)(ren)員(yuan)的(de)(de)衣服上掛載ZigBee外置(zhi)式電(dian)子(zi)標(biao)簽，當接近機(ji)臺(tai)(tai)時，與機(ji)臺(tai)(tai)的(de)(de)智(zhi)能現(xian)場采集器(qi)互相感知。外置(zhi)式電(dian)子(zi)標(biao)簽發送該人(ren)(ren)員(yuan)的(de)(de)工(gong)號(hao)(hao)至(zhi)采集器(qi)，采集器(qi)作為ZigBee網絡的(de)(de)路(lu)由器(qi)發送人(ren)(ren)員(yuan)工(gong)號(hao)(hao)給協調器(qi)，協調器(qi)通過CAN總線訪問車間管(guan)理機(ji)詢問該工(gong)號(hao)(hao)人(ren)(ren)員(yuan)今天(tian)的(de)(de)工(gong)作任(ren)務。如果(guo)該工(gong)作人(ren)(ren)員(yuan)需操作該機(ji)臺(tai)(tai)，機(ji)臺(tai)(tai)實時顯示當前生產任(ren)務、機(ji)臺(tai)(tai)的(de)(de)計劃產量和任(ren)務預計完成(cheng)時間等(deng)數據。
方(fang)法二，人員在進入車間(jian)(jian)時(shi)，在車間(jian)(jian)入口處，由數據采(cai)集(ji)器(qi)告知今天的工作任務和工作機臺(tai)號等信息，信息存放(fang)在外置(zhi)式(shi)電子(zi)標簽內。當人員接近機臺(tai)時(shi)，機臺(tai)的智(zhi)能現場采(cai)集(ji)器(qi)讀取信息
可以繼(ji)續產品數據采(cai)(cai)集(ji)。當(dang)物(wu)料(liao)(liao)上架后(hou)，物(wu)料(liao)(liao)的(de)電(dian)子(zi)標簽(qian)(qian)被(bei)激活，物(wu)料(liao)(liao)的(de)生(sheng)產信(xin)(xin)息被(bei)傳送至現場(chang)智能采(cai)(cai)集(ji)器。當(dang)物(wu)料(liao)(liao)的(de)生(sheng)產信(xin)(xin)息不符合當(dang)前(qian)任務要求時(shi)，現場(chang)智能采(cai)(cai)集(ji)器發(fa)出(chu)警報信(xin)(xin)息；當(dang)該(gai)物(wu)料(liao)(liao)在(zai)該(gai)機臺加工完成后(hou)，該(gai)機臺的(de)生(sheng)產信(xin)(xin)息被(bei)寫(xie)入電(dian)子(zi)標簽(qian)(qian)，并隨電(dian)子(zi)標簽(qian)(qian)轉入到下一(yi)工序。
還可(ke)(ke)以(yi)進(jin)行設(she)(she)備(bei)(bei)數(shu)(shu)(shu)據(ju)采(cai)(cai)集(ji)(ji)(ji)。設(she)(she)備(bei)(bei)數(shu)(shu)(shu)據(ju)包括設(she)(she)備(bei)(bei)參(can)(can)數(shu)(shu)(shu)和(he)設(she)(she)備(bei)(bei)狀態，譬如當(dang)前機器(qi)(qi)的(de)(de)運轉(zhuan)速(su)度(du)、產(chan)品的(de)(de)質量(liang)曲線、設(she)(she)備(bei)(bei)溫度(du)控制以(yi)及(ji)物料的(de)(de)剩余數(shu)(shu)(shu)量(liang)等(deng)等(deng)。設(she)(she)備(bei)(bei)參(can)(can)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)采(cai)(cai)集(ji)(ji)(ji)是通(tong)(tong)過(guo)現有(you)或新增(zeng)的(de)(de)傳感器(qi)(qi)實(shi)現，設(she)(she)備(bei)(bei)狀態的(de)(de)采(cai)(cai)集(ji)(ji)(ji)是通(tong)(tong)過(guo)接入設(she)(she)備(bei)(bei)動(dong)作的(de)(de)開(kai)關(guan)觸(chu)點信號實(shi)現。以(yi)機器(qi)(qi)轉(zhuan)速(su)數(shu)(shu)(shu)據(ju)的(de)(de)采(cai)(cai)集(ji)(ji)(ji)為例，可(ke)(ke)采(cai)(cai)用接近(jin)開(kai)關(guan)或編碼器(qi)(qi)實(shi)現機器(qi)(qi)轉(zhuan)速(su)的(de)(de)采(cai)(cai)集(ji)(ji)(ji)。首先，接近(jin)開(kai)關(guan)放置在機器(qi)(qi)輪軸旁邊，輪軸每轉(zhuan)動(dong)一圈，接近(jin)開(kai)關(guan)便發(fa)送一個脈沖(chong)信號給智(zhi)能(neng)(neng)采(cai)(cai)集(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)。智(zhi)能(neng)(neng)采(cai)(cai)集(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)通(tong)(tong)過(guo)讀取脈沖(chong)再結(jie)合預設(she)(she)參(can)(can)數(shu)(shu)(shu)就可(ke)(ke)以(yi)計算出機器(qi)(qi)的(de)(de)當(dang)前轉(zhuan)速(su)，智(zhi)能(neng)(neng)采(cai)(cai)集(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)含(han)有(you)觸(chu)摸屏，用來顯示或輸入機器(qi)(qi)轉(zhuan)速(su)。
2）產品質量追溯
基(ji)于物(wu)聯網現場智能感知的(de)方法，可實現生(sheng)產品質(zhi)數據(ju)管理及(ji)追溯，具(ju)體方法如下：
（1）生產現場每種物料均(jun)采用獨立的電(dian)子標簽(qian)進行標識；
（2）當原材(cai)料入庫后，電子標(biao)簽記(ji)錄原材(cai)料入庫數據(ju)，包括：供應商、日期、材(cai)料批(pi)號等；
（3）原材料(liao)(liao)進行加(jia)工(gong)(gong)(gong)時，該原材料(liao)(liao)的電子標簽(qian)中(zhong)的數(shu)據(ju)被傳送(song)至現場智能數(shu)據(ju)采集器。在加(jia)工(gong)(gong)(gong)結(jie)束后，原材料(liao)(liao)數(shu)據(ju)和加(jia)工(gong)(gong)(gong)數(shu)據(ju)一起(qi)被傳送(song)至半成品的電子標簽(qian)中(zhong)；
（4）半成(cheng)(cheng)品在(zai)下一(yi)道(dao)工(gong)序(xu)(xu)加(jia)工(gong)時，其電(dian)子(zi)標(biao)簽(qian)(qian)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)被(bei)(bei)傳(chuan)送(song)至現場智能數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)采(cai)集(ji)器，在(zai)加(jia)工(gong)結束時可(ke)獲得(de)的數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)包括(kuo)：原(yuan)材料數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)、本工(gong)序(xu)(xu)前的所(suo)有加(jia)工(gong)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)以及本工(gong)序(xu)(xu)加(jia)工(gong)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)，這些數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)被(bei)(bei)傳(chuan)送(song)和存儲到本工(gong)序(xu)(xu)的半成(cheng)(cheng)品的電(dian)子(zi)標(biao)簽(qian)(qian)中；
（5）依此類推，待成(cheng)(cheng)品生產任(ren)務結束時，其電(dian)子標(biao)簽中保存有該成(cheng)(cheng)品的(de)(de)全部生產信息。待成(cheng)(cheng)品入庫時，其電(dian)子標(biao)簽中的(de)(de)信息被保存至庫存數據庫中；
（6）當產(chan)品(pin)出現質量問題(ti)時，通過(guo)銷售記(ji)錄查找出庫記(ji)錄，即可查出該產(chan)品(pin)的(de)(de)全(quan)(quan)部生(sheng)產(chan)信息，從而實現產(chan)品(pin)品(pin)質的(de)(de)全(quan)(quan)過(guo)程記(ji)錄及追溯。
版權聲明: 本文內容來源于網絡，該文觀點僅代表作者本人。本站僅提供信息存儲空間服務，不擁有所有權，不承擔相關法律責任。如發現本站有涉嫌抄襲侵權/違法違規的內容，請聯系我們，一經查實，本站將立刻刪除。
