工业4.0时代之智慧工厂解决方案

作者：南京沃旭通讯科技有限公司

一、智慧工厂

智慧工厂发展必然经过三个阶段： 初级阶段： 运营效率提升

这个阶段的效果最为明显，只是通过有效的感知和网络的手段，快速发现并解决目前的典型瓶颈，实现效率的快速提升。最为典型的是离散制造企业的找料问题，由于管理等诸多原因，料与库的不对应，另外一方面，料/半成品的高度相似，必须对数字逐一对比，效率极低。 中级阶段：数据挖掘，实时决策

在这个阶段，需要根据前一段的数据，进行有效的数据挖掘，发现其中效率的局限因素，实现个体/群体的数据挖据，现场实时决策以达到效率的提升。 高级阶段：先进智能化

各个子系统之间能够通过感知和网络，和上一个阶段的数据挖掘的结果，此阶段各个系统能够通过机器学习，自己形成决策，将极大降低残次品的几率，降低产线停机维护的次数，但在此模式下，还需要增加的环境的感知能力。

1. 初级阶段-效率提升

在初级阶段，可以通过感知网络的等基础手段，达到两个方面的目标，一个是效率提升，另外一个是安全保障。 1.1 效率提升  资源利用率

资源的利用率体现在两个方面

1）更少的库存满足正常的交货，由于库存更为精准，通过数据分析，可以

有效缩短库存周期和库存的数量，从而提升自己的利用率，降低库存。

2）机器的利用率，将企业的生产设备的利用率达到最高，提升产出量，有

效降低产品的成本，提升产品竞争优势。  员工生产力

1） 提升员工绩效管理，通过定位等方法，分析每个人每天在工位上工作的时长，对于存在的懒散的问题，进行有效管理；

2）通过横向对比，发现一些绩效优秀的员工，通过对比与培训，提升绩效

较差的员工，实现员工整体生产能力的提升。特别对于一个生产线，若有5个工序，每个工序提升10% 的效率，系统提升的效率不是10%，而是1.1 的5次方，提升达到60% 。  运营成本

运营成本主要是通过前面两项效率的提升，最终实现运营成本的降低，运营

效率上升。

1.2 安全保障

安全保障主要有下面的四个：  正确区域工作

在应该工作的位置工作，避免因为相似度大，进入错误的工作区；

 安全区域

非安全区域以及在一些危险区域的保障等，降低对工人带来伤害的风险。

 协同保障

协同保障主要是人与机器的协同安全，比如，人与机器人，人与叉车等车辆等的保障，避免因为在协同工作的时候，产生对人的伤害。  快速救援

当出现紧急情况下，能实时快速救援，比较典型的是工人遇到安全情况的时候，或整个工厂遇到火灾或事故的时候，便于快速救援，降低伤害机会。

2. 中级阶段-智能优化

 上下游协同工作

对于产品生产者而言，在买入原材料的时候，自己是在客户位置，在销售的

时候，变成了供应商。由买卖关系到同盟关系的提升，有效提升市场竞争能力；  人机协同工作

人与机器人的协同工作，更有效率提升产能，降低单品的成本。

 数据挖掘，流程优化

根据定位的结果，对数据实时挖掘分析、挖掘，提出智能仓储，智能物流等

更优解决方案。

3. 高级阶段-先进智能制造  实时优化决策

根据实时数据采集和优化方案，实现实时优化制造系统

 群智

二、 产品 1. 产品架构

通过整个系统及环境参数的采集，通过群智实现最终的智能工厂解决方案。

2. 工业IOT设备及系统

沃旭通讯为工业IOT 提供系统级解决方案，目前解决方案主要是在人/机/物的定位上，实现对信息的采集，然后根据需要做出相关决策。 2.1 工业IOT 设备

在这个系统中，主要的设备有：

 定位标签

定位标签，是放在人或物上，物可以是料，也可以是机或设备。定位系统可以实时了解被定位目标的精确位置，精度最高可以达到10cm。

集成了NFC 的功能，可以通过智能终端进行读取，极大方便系统的使用。 高度集成各种传感器，比如温度，运动，安装感知等，更好改善系统的功耗和为系统决策采集更多的数据。

 IOT 网关

IOT 网关是定位系统的核心设备，支持

1） UWB 精确定位

802.15.4A UWB 精确定位，工作在3GHz～10GHz，IR-UWB 的射频，支持精确测距和定位，测距精度高达2～3厘米。

2） 高速数据传输

高速数据传输支持802.11 协议，分为两个不同的频段： 2.4G 802.11bgn，2T2R，300Mbps 速率； 5G 802.11AC Wave2， 2T2R，866Mbps 速率；

输出功率为20dBm，每个网关支持不低于128 个终端接入，覆盖距离高达50米。

3） 物联网连接

物联网连接采用BLE 5.0 技术，其优势在于标签的统一和兼容性，并且智能终端都支持BLE。

 现场服务器

现场服务器采用Linux 操作系统，支持千兆网卡，主要是用于位置计算，系统健康状况监测等。 2.2 系统

系统为云平台，为业务服务器，业务服务器主要解决下面的一些问题：  定位基础业务  业务管理服务

 数据挖掘/机器学习服务

3. 系统优势

系统优势主要体现在下面的几个方面：

 高度集成

集成了UWB，Wi-Fi，BLE，NFC 等无线技术，在终端集成多种传感器技术

 多种产品

根据产品的应用不同，满足不同场景的应用，对人定位，对物料定位，对机器定位，同时采集环境参数；

 超低功耗

标签超低功耗，物的标签，最长可以工作到三年，降低了系统维护的工作量；

 分布式系统

系统采用分布式建设，可以满足多个工厂及分厂同时建设，最终在云端统一管理，数据的采集和分析更为便利；

 系统免维护

系统采用Linux 操作系统，所有的管理和维护都是通过云端进行，不需要本地进行任何维护，降低本地操作人员的要求；

 自学习

系统通过前端的数据采集，进行大数据挖掘和机器学习，为智能制造提供数据和自决策等信息。 4. 产品 4.1 服务器

 Intel Celeron J1900四核2.0 GHz 处理器  1×2.5\" SATA SSD  2×GbE 用于多种网络传输

 可选VESA/DIN Rail/壁挂等安装方式  锁固型DC jack 电源输入  UWB TDoA & ToF 两种定位模式

 融合定位算法，UWB&IMU 等多种模式融合  0/1/2/3 维定位算法

 位置运算低延迟，系统延迟低于50ms  大容量，系统处理能力不低2000Hz  高可靠性，免维护

4.2 工业IOT 网关

 802.15.4a UWB 无线

 高精度，测距精度可达2厘米（标准差）  UWB高功率，视距工作距离大于100米  高功率802.11AN 1ⅹ1 Wi-Fi  外置全向天线  802.3at PoE 供电  10/100M以太网 4.3 标签

802.15.4a UWB 无线

高精度，测距精度可达5厘米（标准差） 高功率，视距传输100米 内置板载天线

大容量可充电锂电池 SOS按键

三． 案例展示