1 目標和概述

美的集團是一家集消費電器、暖通空調、機器人與自動(dòng)化系統、智能供應鏈、芯片產(chǎn)業(yè)的科技集團。隨著(zhù)信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，其洗衣機制造產(chǎn)業(yè)鏈面臨如下問(wèn)題：一是底層設備聯(lián)機，獲取注塑機的各類(lèi)工藝參數及相關(guān)運行信息，需對工藝卡進(jìn)行快速存檔沉淀，產(chǎn)生標準工藝卡，以實(shí)現減少調機時(shí)間、快速轉產(chǎn)的目標， 為美的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺Midea M.IoT賦能數據源；二是需要以聯(lián)機數據為基礎，實(shí)現對品質(zhì)檢驗作業(yè)的標準化、制程的防呆防錯、品質(zhì)數據的收集與分析、品質(zhì)的正反向進(jìn)行追溯，引導品質(zhì)管理；三是質(zhì)檢后的不良品持續在產(chǎn)線(xiàn)流轉，需要在特定位置搬出，使員工勞動(dòng)強度大。手動(dòng)操作排除，時(shí)間和效率無(wú)法保證，信息不透明，無(wú)法有效監督與評價(jià)工作。

針對以上問(wèn)題，無(wú)錫專(zhuān)心智制科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)專(zhuān)心智制）為美的集團提供了基于邊緣計算的洗衣機智能工廠(chǎng)數據治理解決方案，利用邊緣計算技術(shù)構建更精準、實(shí)時(shí)、高效的數據采集體系，建設包括存儲、集成、訪(fǎng)問(wèn)、分析、管理功能的超級SCADA，使智能洗 衣機制造工廠(chǎng)有效收集設備、產(chǎn)線(xiàn)和生產(chǎn)現場(chǎng)成千上萬(wàn)種不同類(lèi)型的數據，為制造企業(yè)帶來(lái)更靈活、更經(jīng)濟、更可靠的數據存儲和數據運行環(huán)境基礎，依托人工智能強化制造企業(yè)的數據洞察能力，實(shí)現智能化的管理和控制?；谶吘売嬎愕臄祿卫?，可增強數據在現場(chǎng)的快

速靈活運用，通過(guò)數據在邊緣側的存儲、分析、計算， 有效降低數據的傳輸時(shí)延和數據量級，降低設備能耗， 提高SCADA的現場(chǎng)執行能力，增強人—機—系統互 動(dòng)，增加設備聯(lián)機合作，提高工作人員的管理能力和決策能力。引導家電行業(yè)標準化、流程化、數據化、自動(dòng)化和智能化，為家電行業(yè)的智能制造現代化、信息化和智能化的推廣發(fā)揮示范作用。

2 解決方案介紹

2.1 方案介紹

本解決方案通過(guò)在設備和平臺間增加DCU現場(chǎng)監控儀，實(shí)現設備數據的實(shí)時(shí)通訊和上傳，增加SCADA 對設備的組態(tài)組網(wǎng)能力，對數據實(shí)現存儲解析、指令上傳下發(fā)。

（1）實(shí)時(shí)分析

邊緣層采集產(chǎn)線(xiàn)運行時(shí)間、物料到達時(shí)間和設備運行各項參數，協(xié)同掃描槍的掃碼打標，實(shí)現生產(chǎn)節拍計算和報警規則響應；對數據進(jìn)行分時(shí)過(guò)濾，只將重要數據上傳到平臺，減少對網(wǎng)絡(luò )帶寬的壓力。

（2）數據存儲                            

DCU現場(chǎng)監控儀具備一定的數據存儲能力，對來(lái)自設備層的實(shí)時(shí)狀態(tài)數據、報警、故障等信息做定時(shí)存儲。必要的數據過(guò)濾后上傳到平臺層，節省大量的數據傳輸成本，同時(shí)也用于設備發(fā)生故障后的原因分析。

（3）連接與協(xié)議轉換

DCU現場(chǎng)監控儀通過(guò)協(xié)議轉換，實(shí)現IT與OT的融 合，完成設備層與信息系統之間的數據交互。

（4）實(shí)時(shí)監控                            

DCU現場(chǎng)監控儀具備12路帶指示燈的按鍵，供現場(chǎng)工作人員對設備狀態(tài)及時(shí)查看與操作。實(shí)時(shí)操作和分析的結果可以在現場(chǎng)實(shí)時(shí)展示。

（5）反饋控制                            

DCU現場(chǎng)監控儀在采集到生產(chǎn)現場(chǎng)數據后，能夠根據平臺指令，或者預置的規則對設備的運行進(jìn)行自動(dòng)反饋控制。由此在邊緣層形成從數據采集，到分析，再到控制的閉環(huán)。在邊緣側進(jìn)行的閉環(huán)反饋控制能夠充分保證實(shí)時(shí)性。

2.2 系統架構

系統架構如圖1所示，分為五層，即設備層、邊緣層、網(wǎng)絡(luò )層，平臺層和展示層。

圖1 系統架構圖

（1） 設備層：現場(chǎng)設備（主要是注塑機）、線(xiàn)體（傳送帶）、人工工位的操作數據、掃碼槍等設備接入。

（2） 邊緣層：通過(guò)設備監控儀DCU，向下連接設備，向上連接SCADA和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，提供統一結 構的數據，進(jìn)行數據計算和本地分析，提供人機互動(dòng)和SCADA的各種核心應用，基于IoT數據實(shí)現AI和邊緣數據應用。

（3） 網(wǎng)絡(luò )層：隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，SCADA開(kāi)始與其它系統廣泛集成，比如邊緣計算和MES，貫穿設備層到數據平臺，通過(guò)邊緣計算的賦能，能夠快速對設備進(jìn)行自動(dòng)控制，全局進(jìn)行集成化管理、模塊式開(kāi)發(fā)、可視化操作、智能化診斷及控制。

（4）平臺層：通過(guò)構建精準、實(shí)時(shí)、高效的數據采集互聯(lián)體系，建立面向工業(yè)大數據存儲、集成、訪(fǎng)問(wèn)、分析、管理的開(kāi)發(fā)環(huán)境，實(shí)現工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗、知識的模型化、標準化、軟件化、復用化，不斷優(yōu)化研發(fā)設計、生產(chǎn)制造、運營(yíng)管理等資源配置效率，形成資源富集、多方參與、合作共贏(yíng)、協(xié)同演進(jìn)的制造業(yè)新生態(tài)。

（5）展示層：通過(guò)遠程電腦和車(chē)間展示大屏展示相關(guān)應用，使車(chē)間生產(chǎn)做到可視化管理。

其中，在邊緣層，采用專(zhuān)心智制的邊緣網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品IoT-DCU，如圖2所示，使SCADA和邊緣的協(xié)同以及與平臺實(shí)現多源異構的現場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)數據采集和設備控制。

圖2 IoT-DCU

本方案中，通過(guò)邊緣計算的應用，可解決設備物聯(lián)的四個(gè)主要問(wèn)題：

（1）多協(xié)議多接口適配控制問(wèn)題。通過(guò)不同硬件采集設備的數據，在邊緣層統一數據格式，實(shí)現對工業(yè)現場(chǎng)PLC設備、無(wú)通訊能力直采設備、人工操作三部分的數據采集，保證生產(chǎn)線(xiàn)上數據的互聯(lián)互通；

（2）通過(guò)邊緣網(wǎng)關(guān)整合設備運行狀態(tài)、工藝參數、計件、控制、工單工藝等信息，形成連續的場(chǎng)景業(yè)務(wù)數據，大幅度壓縮數據鏈路和平臺的數據預處理壓力，降低平臺側系統更新迭代的難度并縮短開(kāi)發(fā)周期。同時(shí)，可通過(guò)多維數據運算結果或云端平臺的指令，反向控制產(chǎn)線(xiàn)轉向、啟動(dòng)、停止等動(dòng)作，并使用聲光進(jìn)行報警，降低人工操作難度；

（3）數據流量成本高的問(wèn)題。按需按內容向平臺提供數據，數據鏈路無(wú)需傳輸無(wú)用數據；

（4）物聯(lián)數據上傳到平臺層后，使用美的集團自身開(kāi)發(fā)的智造MES進(jìn)行生產(chǎn)日常管理：對生產(chǎn)前相關(guān)工作準備，生產(chǎn)過(guò)程各項任務(wù)安排與執行檢查，生產(chǎn)后事件回顧及知識庫管理，日常管理系統補全，實(shí)現數字化工廠(chǎng)。

2.3 方案功能

該解決方案作為工廠(chǎng)級應用方案，可以管控一條產(chǎn)線(xiàn)，也可以擴展部署至整個(gè)廠(chǎng)區。通過(guò)加裝具備邊緣計算能力的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，實(shí)現設備快速聯(lián)機：基礎生產(chǎn)數

據準確采集、能源數據精準采集，數據在邊緣側進(jìn)行解析計算，元數據和計算結果統一按照OPC UA協(xié)議格式上傳至SCADA、MES系統，在現場(chǎng)實(shí)時(shí)響應并顯示系統調度指令，優(yōu)化人—機—系統的互動(dòng)，同時(shí)給3D圖形化顯示和數字孿生提供數據基礎。

3 代表性及推廣價(jià)值

（1）在生產(chǎn)管理方面，設備聯(lián)機率提升至82%， 生產(chǎn)節拍從原來(lái)的15s提升至13s，效率提升13%。不良品處理響應速度提升30%以上。設備信息化使相關(guān)工藝質(zhì)量、過(guò)程、管理都能夠進(jìn)行可視化、數字化，有效減少產(chǎn)線(xiàn)操作人員、縮短生產(chǎn)節拍，提高生產(chǎn)效率、增加柔性化生產(chǎn)能力、減少維修及監管人數。

（2）在經(jīng)濟效益方面，節約人工操作成本、提高自動(dòng)化生產(chǎn)指標、實(shí)現增產(chǎn)、增效和增收。

美的集團的洗衣機通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺拉通各層級信息，實(shí)現產(chǎn)品研發(fā)、設計、制造、銷(xiāo)售、服務(wù)全流程的數字化和互聯(lián)互通，使線(xiàn)邊物流收發(fā)貨效率提升20%、賬實(shí)一致性達100%、成品物流直發(fā)到車(chē)準時(shí) 率提升20%、成品裝車(chē)效率提升13%、減少單據150萬(wàn) 張、物流效率提升11%。同時(shí)，通過(guò)設備連機實(shí)現數據實(shí)時(shí)采集，通過(guò)模型算法實(shí)現故障診斷、預測性維護， 年節省運作費用超過(guò)800萬(wàn)元 。

圖3 工廠(chǎng)級應用方案

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年2月刊