1、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n工业4.0 与 中国制造2025，异曲同工；n工业4.0 的三个集成：n纵向整合；n横向整合n端到端整合n中国制造2025系统架构三维度：n系统层级，企业内信息集成n生命周期，企业间信息集成；n智能功能，从制造到服务的转型，新业态（B2CC2B）3面向企业内信息集成的架构系统层级系统层级智能功能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2、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 等过程控制西门子西门子/工业工业4.04.0的数字化工厂架构的数字化工厂架构中国制造中国制造20252025的企业内信息集成系统层级的企业内信息集成系统层级企业信息企业信息化系统化系统IT IT工厂或车工厂或车间的工业间的工业环境环境OTOT4“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：工业物联网：n位于智能制造系统架构生命周期的所有环节；n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；n工业物联网实现了 OT与IT 的融合的基础。3、互联互通5Enterprise(Internet Protocol)Industrial Network(Industrial protocols)企业信息化企业信息化系统系统 /IT/IT 工厂或车间的工业工厂或车间的工业环境环境 /OT/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4、实际应用控制过程OOT T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C5、PU/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数据采集采集数据数据传输传输数数据据计计算算7工业物联网 采、传、算 技术架构工厂Intranet FactoryPDARFIDLoRACameraHMIPLCLoRA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Fact6、ory Data CenterERPSCM、CRM、PLM集团数据中心Group Data Center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Factory Office Network集团办公网Group Office NetworkMES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04n传：低功耗传广域无线传输方案n采：配套仪表与模组n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7、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SDK API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：n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；n场景2：人员、资产管理场景支撑业务：库房管理、两票电子化8、安全围栏、人员门禁、健康监测、消费；n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近距无线广广域无线域无线802.11af/ah802.11af/ahLTE-LTE-MM有线通信协议：有线通信协议：GEMEthernetEthernet无无线通信协议：线通信协议：12各种物联网无线协议特征对比 LoRA 的优势协议频段段速率速率距离距离功耗功耗定位能力定位能力有效有效时延延可靠性可靠性安全性安全性传输带宽（频宽）拓扑方式拓扑方式/能力能力LoRa国内433MHz/470MHz37.5kbps20KM105个月个月9、试点阶段，精度10-100M秒级中高（高（专有分有分层加密机制）加密机制）125KHz星型:LoRaWANMESH:私有SUB 1GSub 1G50kbps1KM100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Zigbee868MHz EU、915MHz US、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/NFC12.5KHz 433MHz2.4GHz10、5.8GHz424kbpsNFC：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4G LTE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11、机制成熟）160Mhz星型/MESH13物联网主要无线标准协议对比10m100m1km10km100km100bps10Kbps100Kbps1Mbps10Mbps100Mbps1GbpsBlueteethZigbeeWiFi 802.11acSigfox2G GPRSNB-IoTWeightlessLoRaWAN802.11ah功耗增加LTE-M3G4G LTE14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）RS232/12、485ZigbeeLoRaWAN场景优势：LoRa N101终端提供多种下行接入方式，灵活组网；LoRa N101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04n传：低功耗传广域无线传输方案n采：配套仪表与模组n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n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。n模块形态根据集成方式又分13、为多种：miniPCIE插卡式；邮票孔式等；也支持定制化开发。n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nLoRA 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04n传：低功耗传广域无线传输方案n采：配套仪表与模组n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表计数据采集点数据采集点19物联网能耗&设备管理系统的架构提提供供决决策14、策信信息息管管理理加加工工数数据据数数据据传传输输数数据据采采集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）InternetInternet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1 12 23 34 45 56 67 721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15、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16、“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17、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28、能源管理、节能、运行管理、异常检测、生产、生产数管理效果效果：经常性利润增加经常性利润增加3535%功能国外某些应用案例能源管理29、能源管理、节能、运行管理、异常检测、生产、生产数管理效果效果：经常性利润增加经常性利润增加3535%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、运行状况显示、异常状况检测、保养维护(maintenance)记录、告知通报功能效果效果：维保费用和维保费用和人工费人工费可实现可实现10%10%程度削程度削減減SAMPLE功能32Q&A