CN109003038A - 一种纺织印染行业数字化工厂***架构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纺织印染行业数字化工厂整体架构，包括设备层、感知层、网络层以及应用层，所述设备层与感知层信号连接，所述感知层与网络层信号连接，所述网络层与应用层信号连接。所述设备层，用于进行纺织印染工厂的具体实际生产及生产相关流程；所述感知层，用于实现对设备层相应纺织印染设备生产及生产相关数据信息的获取。所述网络层，用于实现感知层获取信息的传递。所述应用层，根据采集的信息建立相应数据库，用于实现供应链分析与优化、设备和***故障诊断与预测、质量管理与分析、生产计划和排程等功能。本发明通过工业物联网的实施，实现生产设备的全面互联无线覆盖，实现移动化、无纸化，打造Any time、Any where、Any divice的智能制造基础环境。
Description
技术领域
本发明属于工业自动化领域，具体涉及一种纺织印染行业数字化工厂***架构。
背景技术
为应对制造业的危机并抓住重要发展机遇，国务院发布《中国制造2025》，实施《中国制造2025》，对于我国从制造大国转向制造强国，推动国民经济传统产业技术改造，化解过剩产能，支持企业兼并重组，促进工业化和信息化深度融合具有决定性作用。
目前我国各行业特别是纺织印染行业及相关的工厂制造业水平、发展规模参差不齐，纺织印染是重要的制造产业，为国民经济的发展起着重要的推动作用，同时纺织印染行业也是典型劳力与资本密集型的高能耗、高污染的传统制造产业，随着经济和社会结构的不断发展和变化，已处于转型升级的关键时期，
要实现智能制造的目标，在数字化、自动化、网络化方面还要做很多的工作，其中建设数字化工厂是当前很多企业需要完善的重要内容，也是实现智能制造的重要基础。目前我国的印染行业企业面临的主要问题有，印染行业整体数字化水平不高，数字化工厂整体规划性不强；企业的信息孤岛仍普遍存在，急需建立数字化工厂全互联互通网络；“数据海量、信息缺乏”现象普遍存在，数据分析和应用的深度还远远不够。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种纺织印染行业数字化工厂整体架构，帮助企业通过工业大数据平台实现企业的高效统筹管理、设备高效运行与维护。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一种纺织印染行业数字化工厂整体架构，包括设备层、感知层、网络层以及应用层，所述设备层与感知层信号连接，所述感知层与网络层信号连接，所述网络层与应用层信号连接；
所述设备层，用于进行工厂的具体实际生产及生产相关流程；
所述感知层，用于实现对设备层相应设备生产及生产相关数据信息的获取
所述网络层，用于实现感知层获取信息的传递；
所述应用层，根据采集的信息建立相应数据库，用于实现供应链分析与优化、设备和***故障诊断与预测、质量管理与分析、生产计划和排程功能。
作为优先的技术方案，所述设备层包括生产设备、物流设备、环保设备和能源设备四部分；
所述生产设备用于实现工厂实际产品的生产加工；
所述物流设备用于实现生产过程中产品半成品、成品的转移及运输；
所述环保设备用于处理生产过程中产生的污染物；
所述能源设备用于为生产、物流及环保设备提供稳定的水、电、气能源。
作为优先的技术方案，所述生产设备包括染机、印花机、织机及整理设备；
所述物流设备运输具体为液态、固态的染料及助剂的输送、染布的转移及输送
所述环保设备包括废水处理***、定型机废气处理装备集群；
所述能源设备包括电厂风机集群。
作为优先的技术方案，所述感知层包括传感器、RFID和传感器网络，用于实现对工厂物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制，并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层，是实现互联网全面感知；
所述传感器作为物联网采集信息的终端工具，用于实现自动检测和自动控制环节；
所述RFID是一种非接触式的自动识别技术，利用射频方式进行非接触双向通信，用于实现自动识别目标对象并获取相关数据的目的；
所述传感器网络是由众多传感器节点组成、通过无线通信方式形成的多跳自组织网络，用于将大量独立的传感器连接起来，实现采集信息的传输。
作为优先的技术方案，所述感知层传感方式用于获取以下信息：纺织印染运行工艺数据、纺织印染裕兴状态数据以及纺织印染运行环境数据；
所述纺织印染运行工艺数据：包括温度、进出气体流量、进出水流量、风量、风压、pH；
所述纺织印染裕兴状态数据：设备开关量信号，实时电流、实时电压、实时转速、实时压力值、运行频率；
所述纺织印染运行环境数据：设备运行环境温度和湿度、集水池液位、设备运行现场视频信号。
作为优先的技术方案，所述网络层包括控制网络、管理网络和传感网络，用于实现信息的传递、路由和控制，及实现高/低速近/远距离无线通信技术、低功耗路由、自组织通信、无线接入M2M通信增强、IP承载技术、网络传送技术、异构网络融合接入技术以及认知无线电技术的应用；
所述控制网络为工业以太网，对于已建的制造企业，需要进行多传输协议的转换和互联、多源异构信息的传输与融合，对于新建的制造企业，可帮助企业建立企业内部控制网络传输标准，要求进入工厂的设备和供应商共同遵守；
所述管理网络为企业资源计划***ERP和制造执行***MES，需要将企业的ERP和MES管理软件纳入整个纺织印染数字化工厂范畴，一方面将底层的设备和生产信息上传给ERP和MES***，供其决策和规划，另一方面需要将ERP和MES***的管理指令下达给底层设备进行执行；
所述传感网络为无线传感网WIA-PA技术体系。
作为优先的技术方案，所述应用层包括经营类数据库、生产类数据库、公辅类数据库，根据应用对象不同，将应用层***功能设计分成设计、生产、供应链、销售、运维、公共辅助六个模块；
所述设计模块是根据纺织印染市场与客户需求预测分析，个性化定制设计，设计修正与产品提升分析；
所述生产模块用于纺织印染生产进度跟踪，生产设备运行状态跟踪分析，生产资源监测与优化调度，订单生产直接成本分析，产品质量统计分析与控制；
所述供应链模块用于印染物料消耗规律与库存优化，物料预测与成本控制，供应商对比评估，产品市场预测与库存优化；
所述销售模块用于订单交付跟踪，订单利润分析，销售量价统计分析，市场销售趋势及策略；
运维模块用于纺织印染产品跟踪分析与统计，设备故障侦测，备品备件库存优化配置，应用有废水处理在线监控和远程运维***及定型机废气处理装备集群远程监控与运维***；
公共辅助模块用于能源管理，环保设施运行效果优化分析，消防安全***监测与报警，资源回收***运行优化，应用在有热电厂风机机组远程监控运维***及厂区消防在线监控与运维***。
作为优先的技术方案，所述设计、生产、供应链、销售、运维、公共辅助六个模块用于实现供应链分析与优化、设备和***故障诊断与预测、质量管理与分析、生产计划和排程功能，用于实现物联网和用户的接口，与行业需求结合，实现物联网的智能应用。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明采用传感器、RFID和传感器网络等方式收集抓取各个设备生产及相关数据，并采用控制网络、管理网络和传感网络，用于实现信息的传递、路由和控制。从而加强数字化车间和工业物联网方面建设，实现生产制造各类要素信息的同步采集、互联、共享和调用，消灭信息孤岛，让生产过程以及物流环节更透明，工作更方便。实现企业内部从设备层到管理决策层的纵向互联互通，以及包括企业、客户、供应商等产业链的横向互联互通。简化业务流程，提高生产效率，降低生产成本；并有效提升全面网络覆盖、多种数据采集、移动终端的实用性，工业物联网是数字化和信息化的基础环境。通过工业物联网的实施，实现生产设备的全面互联无线覆盖，实现移动化、无纸化，打造Any time、Any where、Any divice的智能制造基础环境。
2、本发明建立了包括经营类数据库、生产类数据库、公辅类数据库等数据库，进而加强纺织印染工厂工业大数据平台建设，形成数据特征提取-处理-分析-应用成套技术，盘活存量数据、用好增量数据，推动企业转型发展，帮助企业通过工业大数据平台实现企业的高效统筹管理、设备高效运行与维护等功能，促进企业精益生产，提高管理决策水平，提高生产质量。
附图说明
图1是纺织印染行业数字化工厂整体架构图。
附图标号说明：1、生产设备；2、物流设备；3、环保设备；4、能源设备；5、RFID标签；6、现场仪表；7、现场摄像头；8、传感器；9、控制网络；10、管理网络；11、传感网络；12、经营类数据库；13、生产类数据库；14、公辅类数据库。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，给出了本发明的纺织印染行业数字化工厂整体架构图，通过RFID标签5、现场仪表6(包括纺织印染生产过程中所需要的PLC、流量计、压力表及密度计等)、现场摄像头7(包括纺织印染生产过程中所需要的生产摄像头及安防摄像头)及传感器8(包括纺织印染生产过程中所需要的温度传感器、液位传感器及pH传感器)等传感方式，获取生产过程中生产设备1(包括纺织印染生产过程中所需要的织机、染机、拉花机及整理设备等)、物流设备2(包括纺织印染生产过程中所需要的称料、配料及送料设备)、环保设备3(包括纺织印染生产过程中所需要的废水处理装备集群及定型机废气处理装备集群)及能源设备4(包括纺织印染生产过程中所需要的热电厂风机机组设备等)的生产及生产相关数据，通过控制网络9进行多传输协议的转换和互联、多源异构信息的传输与融合，通过管理网络10将企业的ERP和MES管理软件纳入整个数字化工厂范畴，将底层的设备和生产信息上传给ERP和MES***，供其决策和规划，另一方面需要将ERP和MES***的管理指令下达给底层设备进行执行，通过传感网络11实现各设备数据信息互联互通，分析整理所收集的数据建立经营类数据库12、生产类数据库13、公辅类数据库14，用于实现供应链分析与优化、故障诊断与预测、质量管理与分析及生产计划与排程等功能。
上述纺织印染行业数字化工厂整体架构，包括设备层、感知层、网络层以及应用层。所述设备层，用于进行工厂的具体实际生产及生产相关流程；所述感知层，用于实现对设备层相应设备生产及生产相关数据信息的获取。所述网络层，用于实现感知层获取信息的传递。所述应用层，根据采集的信息建立相应数据库，用于实现供应链分析与优化、设备和***故障诊断与预测、质量管理与分析、生产计划和排程等功能。
所述设备层包括生产设备、物流设备、环保设备和能源设备四部分，所述生产设备用于实现工厂实际产品的生产加工，主要包括染机、印花机、织机及整理设备；所述物流设备用于实现生产过程中产品半成品、成品的转移及运输，主要包括液态、固态的染料及助剂的输送、染布的转移及输送；所述环保设备用于处理生产过程中产生的污染物，如废水、废气及废物等，主要包括废水处理***、定型机废气处理装备集群；所述能源设备用于为生产、物流及环保设备提供稳定的水、电、气等能源，主要包括电厂风机集群等。
所述感知层包括传感器、RFID和传感器网络(现场仪表、摄像头等)，用于实现对工厂物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制，并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层，是实现互联网全面感知。所述传感器作为物联网采集信息的终端工具，用于实现自动检测和自动控制环节；所述RFID是一种非接触式的自动识别技术，它是利用射频方式进行非接触双向通信，用于实现自动识别目标对象并获取相关数据的目的，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰能力强、操作快捷等许多优点；所述传感器网络是由众多传感器节点组成、通过无线通信方式形成的多跳自组织网络，用于将大量独立的传感器连接起来，实现采集信息的传输。以上感知层传感方式主要用于获取以下信息：纺织印染运行工艺数据：包括温度、进出气体流量、进出水流量、风量、风压、pH等；纺织印染裕兴状态数据：设备开关量信号，实时电流、实时电压、实时转速、实时压力值、运行频率等；纺织印染运行环境数据：设备运行环境温度和湿度、集水池液位、设备运行现场视频信号等。
所述网络层包括控制网络、管理网络和传感网络，用于实现信息的传递、路由和控制，及实现高/低速近/远距离无线通信技术、低功耗路由、自组织通信、无线接入M2M通信增强、IP承载技术、网络传送技术、异构网络融合接入技术以及认知无线电技术的应用。所述控制网络为工业以太网，对于已建的制造企业，需要进行多传输协议的转换和互联、多源异构信息的传输与融合，对于新建的制造企业，可以帮助企业建立企业内部控制网络传输标准，要求进入工厂的设备和供应商共同遵守；所述管理网络为企业资源计划***(ERP)和制造执行***(MES)，需要将企业的ERP和MES管理软件纳入整个纺织印染数字化工厂范畴，一方面将底层的设备和生产信息上传给ERP和MES***，供其决策和规划，另一方面需要将ERP和MES***的管理指令下达给底层设备进行执行；所述传感网络为无线传感网WIA-PA(Wireless Networks for Industrial Automation Process Automation)，面向工业过程自动化的工业无线网络标准技术)技术体系。
所述应用层包括经营类数据库、生产类数据库、公辅类数据库，根据应用对象不同，将应用层***功能设计分成设计、生产、供应链、销售、运维、公共辅助六个模块。其中设计模块是根据纺织印染市场与客户需求预测分析，个性化定制设计，设计修正与产品提升分析；生产模块用于纺织印染生产进度跟踪，生产设备(包括染机、织机、印花机及整理设备)运行状态跟踪分析，生产资源(包括染料、助剂及布料)监测与优化调度，订单生产直接成本分析，产品质量统计分析与控制；供应链模块用于印染物料消耗规律与库存优化，物料预测与成本控制，供应商对比评估，产品市场预测与库存优化；销售模块用于订单交付跟踪，订单利润分析，销售量价统计分析，市场销售趋势及策略；运维模块用于纺织印染产品跟踪分析与统计，设备故障侦测，备品备件库存优化配置，主要应用有废水处理在线监控和远程运维***及定型机废气处理装备集群远程监控与运维***；公共辅助模块用于能源管理(包括纺织印染生产过程中所用到的水、电、气)，环保设施运行效果优化分析，消防安全***监测与报警，资源回收***运行优化，主要应用有热电厂风机机组远程监控运维***及厂区消防在线监控与运维***。以上模块用于实现供应链分析与优化、设备和***故障诊断与预测、质量管理与分析、生产计划和排程等功能。用于实现物联网和用户的接口，与行业需求结合，实现物联网的智能应用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种纺织印染行业数字化工厂整体架构，其特征在于，包括设备层、感知层、网络层以及应用层，所述设备层与感知层信号连接，所述感知层与网络层信号连接，所述网络层与应用层信号连接；
所述设备层，用于进行工厂的具体实际生产及生产相关流程；
所述感知层，用于实现对设备层相应设备生产及生产相关数据信息的获取
所述网络层，用于实现感知层获取信息的传递；
所述应用层，根据采集的信息建立相应数据库，用于实现供应链分析与优化、设备和***故障诊断与预测、质量管理与分析、生产计划和排程功能。
2.根据权利要求1所述的纺织印染行业数字化工厂整体架构，其特征在于，所述设备层包括生产设备、物流设备、环保设备和能源设备四部分；
所述生产设备用于实现工厂实际产品的生产加工；
所述物流设备用于实现生产过程中产品半成品、成品的转移及运输；
所述环保设备用于处理生产过程中产生的污染物；
所述能源设备用于为生产、物流及环保设备提供稳定的水、电、气能源。
3.根据权利要求2所述的纺织印染行业数字化工厂整体架构，其特征在于，所述生产设备包括染机、印花机、织机及整理设备；
所述物流设备运输具体为液态、固态的染料及助剂的输送、染布的转移及输送
所述环保设备包括废水处理***、定型机废气处理装备集群；
所述能源设备包括电厂风机集群。
4.根据权利要求1所述的纺织印染行业数字化工厂整体架构，其特征在于，所述感知层包括传感器、RFID和传感器网络，用于实现对工厂物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制，并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层，是实现互联网全面感知；
所述传感器作为物联网采集信息的终端工具，用于实现自动检测和自动控制环节；
所述RFID是一种非接触式的自动识别技术，利用射频方式进行非接触双向通信，用于实现自动识别目标对象并获取相关数据的目的；
所述传感器网络是由众多传感器节点组成、通过无线通信方式形成的多跳自组织网络，用于将大量独立的传感器连接起来，实现采集信息的传输。
5.根据权利要求4所述的纺织印染行业数字化工厂整体架构，其特征在于，所述感知层传感方式用于获取以下信息：纺织印染运行工艺数据、纺织印染裕兴状态数据以及纺织印染运行环境数据；
所述纺织印染运行工艺数据：包括温度、进出气体流量、进出水流量、风量、风压、pH；
所述纺织印染裕兴状态数据：设备开关量信号，实时电流、实时电压、实时转速、实时压力值、运行频率；
所述纺织印染运行环境数据：设备运行环境温度和湿度、集水池液位、设备运行现场视频信号。
6.根据权利要求1所述的纺织印染行业数字化工厂整体架构，其特征在于，所述网络层包括控制网络、管理网络和传感网络，用于实现信息的传递、路由和控制，及实现高/低速近/远距离无线通信技术、低功耗路由、自组织通信、无线接入M2M通信增强、IP承载技术、网络传送技术、异构网络融合接入技术以及认知无线电技术的应用；
所述控制网络为工业以太网，对于已建的制造企业，需要进行多传输协议的转换和互联、多源异构信息的传输与融合，对于新建的制造企业，可帮助企业建立企业内部控制网络传输标准，要求进入工厂的设备和供应商共同遵守；
所述管理网络为企业资源计划***ERP和制造执行***MES，需要将企业的ERP和MES管理软件纳入整个纺织印染数字化工厂范畴，一方面将底层的设备和生产信息上传给ERP和MES***，供其决策和规划，另一方面需要将ERP和MES***的管理指令下达给底层设备进行执行；
所述传感网络为无线传感网WIA-PA技术体系。
7.根据权利要求1所述的纺织印染行业数字化工厂整体架构，其特征在于，所述应用层包括经营类数据库、生产类数据库、公辅类数据库，根据应用对象不同，将应用层***功能设计分成设计、生产、供应链、销售、运维、公共辅助六个模块；
所述设计模块是根据纺织印染市场与客户需求预测分析，个性化定制设计，设计修正与产品提升分析；
所述生产模块用于纺织印染生产进度跟踪，生产设备运行状态跟踪分析，生产资源监测与优化调度，订单生产直接成本分析，产品质量统计分析与控制；
所述供应链模块用于印染物料消耗规律与库存优化，物料预测与成本控制，供应商对比评估，产品市场预测与库存优化；
所述销售模块用于订单交付跟踪，订单利润分析，销售量价统计分析，市场销售趋势及策略；
运维模块用于纺织印染产品跟踪分析与统计，设备故障侦测，备品备件库存优化配置，应用有废水处理在线监控和远程运维***及定型机废气处理装备集群远程监控与运维***；
公共辅助模块用于能源管理，环保设施运行效果优化分析，消防安全***监测与报警，资源回收***运行优化，应用在有热电厂风机机组远程监控运维***及厂区消防在线监控与运维***。
8.根据权利要求1所述的纺织印染行业数字化工厂整体架构，其特征在于，所述设计、生产、供应链、销售、运维、公共辅助六个模块用于实现供应链分析与优化、设备和***故障诊断与预测、质量管理与分析、生产计划和排程功能，用于实现物联网和用户的接口，与行业需求结合，实现物联网的智能应用。
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