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边缘计算在智能制造中的解决方案

2017-02-06 15:14
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2.4 服务化制造应用

2.4.1 服务化制造应用

沈自所提出了以模块化、服务化的模式,实现制造应用的动态自组织,实现设备服务封装、注册、查询、管理与组合技术。

2.4.2 服务化制造应用的新技术方向

(1)OPC-UA

OPC-UA标准是基于Web Service框架实现自动化设备数据与操作的封装,提供开放服务。以统一的Web Service描述,兼容了工业领域原有的数据存取、报警事件、安全约束、历史访问等多种数据交换标准,实现了跨平台、跨应用的不同厂商设备的互操作。OPC-UA标准受到了众多工业设备制造商支持,西门子、Matrikon、Softing等多家厂商提出了软件解决方案,并正在研发硬件连接网关产品。

(2)智能工厂服务合成引擎

基于OPC-UA开放服务的功能,我们制作了一个针对工厂生产中的动态需求,能够对自动化设备Web服务进行基于场景的自适应组合,从而形成动态工作流,能够实现设备服务建模,动态场景建模,以及综合考虑设备占空比和效用优先原则的设备选择与服务组合机制。目前,我们已经完成了该技术原型系统的开发。

3、工业4.0产线实验床

为了实现工业4.0时代订单客制化并支持单件生产,SIA与SAP联合打造了一条示范产线,这是一个从企业IT系统到车间控制OT系统的垂直集成解决技术方案。示范产线以车型、颜色等配置供客户自由选择的定制化模型车的装配过程为例,模拟了从消费者下单到制造商生产交付的全过程,展现工业4.0下的智能工厂的理念。

如图2所示的传统产线的生产模式是按照不同的管理域和业务域进行划分,在这个过程中,如果想构建一个生产线的系统,需要大量I/O的配置,进行各种逻辑的编辑。

图2 传统产线的生产模式

如果要在同一条生产线中生产不同型号的产品,所有生产需求都要经过程序员实现,在进行配置设定切换的过程中,很多参数都需要重新进行配置,将会消耗大量时间。基于前文提到的四层架构,我们构建了一个新的生产模式。该模式支持根据用户的需求,根据生产场景的变化,根据订单的变化,生产线能够自动灵活地调配资源,进而形成一套个性化的智能生产制造的系统。

基于新模式的生产线能够实现以下的场景:

(1)车型、颜色等选项自由组合的定制化模型车全自动单件生产;

(2)生产系统根据订单变化动态调整结构;

(3)基于预测性维护的生产系统动态调整和快速维修服务。

这个新的产线模式具备以下几个方面的价值:一是实现大规模定制化生产;二是支持混线、柔性生产;第三点是能够提高生产系统快速响应能力,缩短系统重构周期。

4、行业典型案例

4.1 智能油田全流程优化管控系统

在石油化工领域,针对中石油全流程优化、降低开采成本的重大需求,沈自所为中石油提供了针对石油化工领域的智能管控系统,该系统能够实现跨地质、工程、生产、维修全流程优化。该系统能够完成以下几个方面的具体工作:一是能够完成油井生产状态实时感知,智能诊断;二是实现了抽油机实时优化控制;三是对于地质、油藏、生产数据等方面进行的综合性优化。该系统目前已在辽河、胜利、新疆、松辽油田推广应用,其效果非常显著,一方面能够及时准确地诊断出油井发生油杆断脱故障,有效延长检泵周期;另一方面,能够实现生产管理的智能化、自动化,减少人工投入达40%;此外,使得产液量计量准确率高达90%以上,抽油机有效节能高达30%以上。

4.2 石化生产过程参数在线监测与优化管控系统

针对石化工厂物料、能源计量与过程参数优化需求,沈自所实现了通过设备能源安全的全面感知结合生产工艺参数,进行多维度优化的整体优化系统。该系统能够及时判断出石化现场一些设备的故障,同时可以提高计量精度,提高现场操作工的工作效率。该系统能够提供以下三个方面的功能:一是设备运行状态监测与故障诊断分析;二是能源在线实时计量与优化调控分析;三是移动作业安全监测与闭环管控。

目前该系统已在抚顺石化、兰州石化、安庆石化、齐鲁石化、茂名石化、天津石化等大型石化厂进行推广应用,效果主要体现在:首先能够及时准确诊断出机泵轴承故障,缩短停机检修周期60%;其次是提供更加准确的计量,减少计量误差达86%;另外支持移动终端作业,提升现场维护效率达30%。

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