金虎集团5G+工业大数据平台

金虎集团 5G+工业大数据平台 （一）方案概述 江西金虎保险设备集团有限公司创建于 1983 年，是一 家专业研发、制造、销售档案装具、图书设备、安防保险设 备、钢制家具的国家高新技术企业，是中国智能安防、智能 钢制家具与档案装具、图书设备管理智能化、信息化整体解 决方案的龙头供应商。 本方案所构建的工业大数据平台，是一个集实时监控与 智能预测分析于一体的智能监测分析平台。其在当前大数据 背景下，对于以工业大数据的手段解决工业企业下普遍面临 的数据孤岛现象、传统单机性能瓶颈、底层技术不明确以及 数据中隐藏的信息的高效准确获取方面等问题的研究具有 重要意义，对于工业企业面临的产业结构转型升级、向智能 制造过渡具有借鉴意义。 从云平台整体角度考虑，主要提供了以下三点重要的功 能： (1)云端数据采集与监控：其以改变当前工业企业管理现 状为目标，通过云端大数据平台与工业现场设备的通讯，搭 载 5G 带来的高性能、高传输速率、低延时的无线网络传输 技术，实现云端对传统工业现场工况的组态实时监控。 (2)数据高效存取与利用：使用当前主流的大数据体系技 术，通过对 Hadoop 生态圈相关关键技术的研究、关键组件 的整合开发，实现了对大量数据的高效存取和利用。 (3)数据的高效预测分析：结合当前主流的数据信息处理 方法，通过智能预测算法对设备采集的数据建模、训练，实 现对数据的预测分析功能，帮助管理者进行决策。此外，支 持定制化报告和系统化可视化展现方式，实现分析结果输出。 平台基于大数据架构，运用大数据和人工智能可集数据 可视化探索、数据深度分析、成果管理应用于一体，面向企 业各级数据分析、 数据价值， 有效解决数据价值发掘和利用， 可强化企业的数据洞察能力，实现智能化的管理和控制，帮 助企业向智能化高端工厂迈进。 大数据平台总体架构图 （二）应用解决方案数量和详细解决方案 1. 场景描述 在当今的制造业领域，数据种类繁多、协议不统一、数 量规模大等因素，导致工业数据采集是一个难点。很多企业 的生产数据采集主要依靠传统的手工作业方式，采集过程中 容易出现人为的记录错误且效率低下。有些企业虽然引进了 相关技术手段，并且应用了数据采集系统，但是由于系统本 身的原因以及企业没有选择最适合自己的数据采集系统，因 此也无法实现信息采集的实时性、精确性和延伸性管理，各 单元出现了信息断层的现象。以设备的运行状态监测数据处 理功能为例，该功能的主要任务是基于实际采集的设备运行 原始数据样本通过对运行指标的计算得到设备状态的特征 数据，以判定设备运行的实际稳定性水平、是否具有故障特 征以及实际执行生产作业任务的性能指标。 2. 问题分析 不论智能制造发展到何种程度，数据采集都是生产中 最实际最高频的需求，也是工业 4.0 的先决条件。技术难点 主要包括以下几方面： （1）数据量巨大。任何系统，在不同的数据量面前，需 要的技术难度都是完全不同的。如果单纯对数据进行采集， 可能还比较好完成，但采集之后还需要处理，因为必须考虑 数据的规范与清洗，因为大量的工业数据是“脏”数据，直接 存储无法用于分析，在存储之前，必须进行处理，对海量的 数据进行处理，从技术上又提高了难度。 （2） 工业数据的协议不标准。 互联网数据采集一般都是 我们常见的 HTTP 等协议， 但在工业领域， 会出现 ModBus、 OPC、CAN、ControlNet、DeviceNet、Profibus、Zigbee 等等 各类型的工业协议，而且各个自动化设备生产及集成商还会 自己开发各种私有的工业协议，导致在工业协议的互联互通 上，出现了极大地难度。很多开发人员在工业现场实施综合 自动化等项目时，遇到的最大问题及时面对众多的工业协议， 无法有效的进行解析和采集。 （3） 视频传输所需带宽巨大。 传统工业信息化由于都是 在现场进行数据采集，视频数据传输主要在局域网中进行， 因此，带宽不是主要的问题。但随着云计算技术的普及及公 有云的兴起，大数据需要大量的计算资源和存储资源，因此 工业数据逐步迁移到公有云已经是大势所趋了。但是，一个 工业企业可能会有几十路视频，成规模的企业会有上百路视 频，这么大量的视频文件如何通过互联网顺畅到传输到云端， 是开发人员需要面临的巨大挑战。 （4） 对原有系统的采集难度大。 在工业企业实施大数据 项目时，数据采集往往不是针对传感器或者 PLC，而是采集 已经完成部署的自动化系统上位机数据。这些自动化系统在 部署时厂商水平参差不齐，大部分系统是没有数据接口的， 文档也大量缺失，大量的现场系统没有点表等基础设置数据， 使得对于这部分数据采集的难度极大。 3. 解决方案 本方案充分运用云计算、 物联网、 人工智能等先进技术， 力求最低的成本、最短的工期、最少的停机改造使企业实现 数字化和信息化。 本方案以构建大数据云平台为基础， 将生 产设备集成的 PLC 的通讯接口与网关设备对接， 网关设备对 PLC 内的运行点表进行快速高效读取，直接查询 PLC 所采 集到的所有参数信息并将数据传送至云端， 使管理者拥有 PC 端、移动端等多种方式的管理成为可能。 方案采用了创新的“5G+NB-IoT”网络构架，解决了车间 没有适合于工业控制场景的网络覆盖的困境，弥补了传统以 太网络部署难度大、投资成本高、耽误工期久、网络架构复 杂的瓶颈问题，发挥新一代宽带无线移动通信网技术的优势， 实现了云端大数据平台与工业现场设备的通讯。通过 5G 网 络低时延、高速率、大带宽的网络特性，完美解决对于生产 设备的实时监测与反向控制，通过 NB-IoT 网络覆盖，依托 其低功耗、广覆盖网络特性，大大降低对于各类生产设备的 数据采集和统一管理的部署和维护成本。 3.1 自动化设备产线控制系统 加工制造车间自动化系统主要包括 9 部分，即数控智能 挡棒成型机在线智能控制系统、数控智能托板成型机在线智 能控制系统、数控智能立柱成型机在线智能控制系统、数控 开平/下料机在线智能控制系统、 数控冲床在线智能控制系统、 数控智能激光切割机在线智能控制系统、数控折弯机在线智 能控制系统、数控焊接机器人在线智能控制系统和数控全自 动智能喷塑流水线在线智能控制系统， 均采用 PLC 等工业控 制技术实施设备生产状况监控。 （1）数控智能挡棒成型机在线智能控制系统 数控智能挡棒成型机主要是以机械滚轮对称滚压方式 压平卷料的同时通过滚轮的不渐变形状逐渐成型，通过串接 的液压机在需要的位置压出需要的通孔，再通过行程控制精 确裁断，通过输入需要的长度和数量自动成型，通过各个检 测开关达到冲孔和成型的精度。 数控智能挡棒成型机在线智能控制系统图 数控智能顶板成型机在线智能控制系统、数控智能挂板 成型机在线智能控制系统、数控智能下架大梁成型机在线智 能控制系统、数控智能底座成型机在线智能控制系统、数控 智能书挡的自动成型机在线智能控制系统与数控智能挡棒 成型机在线智能控制系统相同或类似。 （2）数控智能托板成型机在线智能控制系统 数控智能托板成型机主要是以机械滚轮对称滚压方式 压平卷料的同时通过串接的液压机在需要的位置冲压出需 要的缺口，再通过滚轮的不渐变形状逐渐成型，通过串接的