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。

搜

客

会

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商

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人

财

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心

心

心

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心

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心

免监控告警

■日志中心

成服务侵消息中

物联网平台

苫成平台开放平台间件系统管理

配■中心

运行平台It蟠平台

a负贰均衢应用服务器大数磔成平台阿珞利虫

s

自助分析沙箱

互联网安全平台大典8sqi引孽搜索引拿软件资产

高性蟋Web服务器员服务框架大数据内存计JI平台流计IPP台

通讯录中心运过管理

应用中心服务引・

EP设置服务中

laaS

网络传输层中国联通光纤、宽带、5G、专用网络

工业数据层

国©

软件不统生产原u运行环境

设爵敢州尼泉系统(ERPMESCAxMBD...)（燥物.re,横展…）（湿度.压强.气象…）

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

液压机在需要的位置冲压出需要的孔，再通过行程控制精确

裁断并成型，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。

数控智能托板成型机在线智能控制系统图

(3)数控智能立柱成型机在线智能控制系统

数控智能立柱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

要的通孔，再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冲压出需要的孔，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。

取料位平移原点设定产量

9999991650.00

当前产量

601115.00

工作状态

当前时间

域冏参数放料架CNC

送料长度：548.50

当前长度：().0()整平放松|手动画面

自动速度：40

料架||联邺进料放松|对画面

手动速度：10手动

取速时间：999

计数清零帮助画面

己加工数:298114

行力口一数：999999返回苜页

数控智能立柱成型机在线智能控制系统图

(4)数控开平/下料机在线智能控制系统

数控开平/下料机主要是以机械滚轮对面错开滚压方式

压平卷料，再通过行程控制精确剪切下料，通过输入需要的

长度和数量自动开平并下料，通过各个检测开关达到压平与

下料的均衡和下料精度。

开平/下料机在线智能控制系统图

(5)数控冲床在线智能控制系统

数控冲床主要是以机械方式在平整材料上冲出需要的

孔和形状，通过电脑编程控制冲头和冲头的X、Y、Z轴实现

精准作业，冲头可根据需要自动切换，同时只有一个作业,

通过各个检测和感应开关达到冲孔的精度。

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C92X258.Yiara

M521

X638.5Y213.5T256C180、

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X>Z,<196.5Y2425R29.

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1G172

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X:249$.?4T:__________|A；

Y：12对Ct0.00|

n»保存

数控冲床在线智能控制系统图

(6)数控智能激光切割机在线智能控制系统

数控智能激光切割机主要是以激光束在平整材料上切

割出需要的孔和形状，通过电脑编程控制激光头的X、Y、Z

轴实现精准作业，通过各检测和感应开关达到切割孔的精度。

数控智能激光切割机在线智能控制系统图

(7)数控折弯机在线智能控制系统

数控折弯机主要是机械方式将平板折弯出需要的形状,

通过电脑编程控制靠尺的Y轴和折弯刀的Z轴和压力实现

精准作业，通过各个检测和感应开关达到折弯的精度。

数控折弯机在线智能控制系统图

(8)数控焊接机器人在线智能控制系统

数控焊接机器人主要是二氧化碳保护焊方式将前面工

序制作出的零部件按要求焊接成半成品，通过编程控制焊枪

的X、Y、Z轴精准焊接，通过各个检测和感应开关控制电流

和气体大小及焊点长度保证焊接的精度。

_)3Q^c?46■•：”圣*<WJHIfll@国E：.•<--11/”a，

数控焊接机器人在线智能控制系统图

（9）数控全自动智能喷塑流水线在线智能控制系统

数控全自动智能喷塑流水线主要是自动进行表面脱脂

f水洗f表调f硅烷处理f水洗f脱水一冷却f喷粉一粉

沫固化一冷却，输出成品供包装入库，通过各个检测和感应

开关控制喷枪均速移动和出粉，确保粉沫厚度均匀，满足产

品要求。

数控全自动智能喷塑流水线在线智能控制系统图

3.2SCADA系统

SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系统,

即数据采集与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基

础的DCS与电力自动化监控系统；它应用领域很广，SCADA

系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。

它可以对现场的运行设备进行监视和控制。

江西金虎保险设备集团有限公司基于中国联通5G/NB-

IoT移动物联网的智能制造数字车间监控管理系统的整体架

构由硬件部分和软件部分组成。数据采集方式采用以数据库

为核心的模块化采集，尽量减少各个控制设备之间的通信依

赖程度，数据采集流向为：物理设备信号-PLC/采集服务器

->10服务器一数据库一监控管理端。

硬件部分包括：挡棒成型机、检测传感器、限位开关、

工业网关、PLC等；

软件部分包括：ERP管理软件、SolidWorks.Electrical,

Simulation,产品数据管理系统（PDM）、数据库等。

该系统以数据库为核心，各客户端程序模块提交数据到

数据库、从数据库获取数据，各客户端程序模块间通过数据

库交换数据，互相之间没有直接的数据交换；各客户端程序

可以手工安装部署独立运行，也可使用web发布功能发布到

web服务器中，通过web服务器下载，在IE浏览器中运行，

程序界面和数据访问方式与独立运行的各客户端程序相同。

数据实现了采集和集中存储后，企业可根据已采集的数

据类型和生产管理的需要，提出数据呈现的需求。在本阶段,

不做数据的深度关联分析挖掘和复杂的数据可视化处理，只

做相对简明、直观的数据展示呈现。

生产制造数据呈现示意图

具体可呈现哪些数据需根据实际情况确定。下面是一些

典型场景示例，以下是喷涂车间喷淋控制柜（如下图所示）

数据采集案例。

喷淋控制柜实物

工厂要实现工业物联网需综合考虑成本、工期、影响生

产的程度等问题，以最低的成本、最短的工期、最少的停机

改造是本方案的宗旨。利用生产设备集成的PLC的通讯接口

对接到网关设备上，网关设备可以快速高效的读取到PLC内

的运行点表，直接查询PLC的运行状态及PLC所采集到的

所有参数信息，再通过高速的5G网络将数据直接送到云端。

直接解决设备信息孤岛的问题，并为设备信息的远程查看、

监视、管理提供可考的实时数据，使工厂实现数字化和信息

化；使管理者拥有PC端、移动端等多种方式的管理成为可

能，如图2-4T2所示。

喷淋控制柜数据采集网络拓扑图

3.34K78K远程高清视频系统

5G技术的大并发性能可用于全连接的管控，其高速率的

特点可用于大量视频的传送，解决了视频传输所需带宽巨大

的问题。目前，主要是用于数据采集、数据传输和设备实时

控制，未来最终实现的是无线的柔性智能工厂，实现柔性产

线、柔性生产。

喷淋控制柜中PLC对应的点位表如下表所示。

喷淋控制柜数据点位表

PLC对应modbus协

PLC所在多少

名称寄存器号议的数据点数据类型

位置位

和IO号位置

左升降机往复速度喷房VW1144005816整形

右升降机往复速度喷房VW2144010816整形

热水洗喷淋水泵主柜Q0.011开关量

预脱脂喷淋水泵主柜Q0.121开关量

主脱脂喷淋水泵1主柜Q0.451开关量

主脱脂喷淋水泵2主柜Q0.781开关量

水洗1喷淋水泵主柜QI.2111开关量

水洗2喷淋水泵主柜Q1.3121开关量

陶化喷淋水泵1主柜Q1.4131开关量

陶化喷淋水泵2主柜Q1.5141开关量

水洗3喷淋水泵主柜Q1.6151开关量

水洗4喷淋水泵主柜Q1.7161开关量

前处理排风机主柜Q2.0171开关量

水切循环风机主柜Q2.1181开关量

固化1循环风机主柜Q2.6231开关量

固化2循环风机主柜Q3.1261开关量

热水锅炉循环水泵主柜Q3.5301开关量

驱动主柜Q3.6311开关量

注油机主柜Q3.7321开关量

热水洗电磁阀主柜Q4.0331开关量

预脱脂电磁阀主柜Q4.1341开关量

主脱脂电磁阀主柜Q4.2351开关量

热水洗槽温度主柜VW3004015116整形

预脱脂槽温度主柜VW3024015216整形

主脱脂槽温度主柜VW3044015316整形

中国联通基于5G,以综合平台支撑能力、工业互联网智

慧运营服务能力实现对金虎集团设备数据采集与生产设备

管理系统的设计和建设实施，数据可视化。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，实现设

备的远程运维和监测。

1号PLC数据展示2号g

再熊朝J无熟——=蛔______________叵

院召豳i西巡

关2019WJ92J3Z28__4

关201mo923J228

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关201WW9»3Z28

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关201咏923及28

关201飒m级8

喷淋控制柜数据采集效果图

关键设备、控制系统、软件、智能部件清单及品牌、供应商

项目关键设备清单

3设备名称设备型号生产厂家软件触雌^

一、数控化关键设备34台/套数控化率：75.56%

数控全自

1下料LYJ-501浙江富冈公司FX1N-60MT

动圆锯床

光纤激光深圳迪能激光科技公

DNE1530F

2下料冲压1B1Z-24MRZ-AC

CCBDS

切割机司

气体激光湖北奔腾楚天激光

hypecut301

3下料冲压1FX3GA-40MT

5

切割机（武汉）公司

阿玛达多

AE-

4冲压孔位数控1深圳天田“日本进口”FX1N-60MT

251ONT

冲床

阿玛达自

动送料多

AE-

5冲压1深圳天田“日本进口”FX3GAOMT

251ONT

孔位数控

冲床

阿玛达数

RGM2-

6折弯2深圳天田“日本进口”FX3GA4)MT

1003

控折弯机

数控折弯

PBA50/205

7折弯2江苏亚威机床厂FX3U-MM

0

机

数控折弯

8折弯GH-602112佛山A根号公司FBSWXYR

机

数控折弯

9折弯GH-602112佛山A根号公司FX3SA30MR

机

阿玛达数

RGM2-A1SJHCPU&

10折弯1深圳天田“日本进口”

1003

控折弯机KSTEP

智能机器YR-广东东莞力生机械设

11焊接MA01900-1FX3GA-40MT

人焊接手A00备有限公司

智能机器南昌天意焊接有限公

TSMWV60

12焊接1FX3GA^KMR

0

人焊接手司

智能机器广东华士科技有限公

13焊接MA19001校FB3-14MRZrAC

人焊接手司

全自动下

冲折一体

RTO-

14下料冲压折弯JP-2*1501广东佛山德力机械厂月拓

PC1MAH€1

立柱成型

机

全自动下

冲折一体

AMACPOFANU

15下料冲压折弯HS16-2501广东佛山海斯公司

C18ffl

立柱成型

机

全自动托

AMACPOFANU

16下料冲压折弯JP-2*2101广东佛山德力机械厂

C180i

板成型机

全自动托

17下料冲压折弯HS16-2301广东佛山海斯公司争FSCUT2000

板成型机

全自动书

18下料冲压折弯JP-2*1401广东佛山德力机械厂AMNC-iS

挡成型机

全自动书

19下料冲压折弯JP-2*1901广东佛山德力机械厂AMNC-iS

挡成型机

全自动挂

20下料冲压折弯JP-2*1851广东佛山德力机械厂MJ-LDNC60

板成型机

智能高速

21下料冲压折弯挂板成型HS17-2001广东佛山海斯公司HSNC9^^

机

全自动立

22下料冲压折弯柱横梁成JP-2*1801广东佛山德力机械厂会NC9^f^^

型机

全自动顶

23下料冲压折弯JP-2*1801广东佛山德力机械厂安JIIDX100

板成型机

全自动底

24下料冲压折弯架大梁成JP-2*1651广东佛山德力机械厂松下YA-1VAR

型机

全自动豪

25下料冲压折弯华书档成HS17-1731广东佛山海斯公司松下VZIVAR

型机

全自动书

26下料冲压折弯架底座成HS17-1751广东佛山海斯公司AMNC-iS

型机

全自动智

27喷涂能喷涂流DA041瑞士金马划1SmartManager

水线

智能喷涂

Z1(>2BD23-

28喷涂CONTOUR2广东裕东子

OXB8

流水线

数控智能

福建厦门成业辰机械

6ES77ZZrlHB

29喷涂地轨喷塑CYC16051子

7ZOXA8

有限公司

流水线

二、非数控化关键设备11台/套

全自动开

30下料T44QK1广东佛山德力机械厂

卷机

自动挂板

31下料冲孔成型JP-4/5001广东佛山德力机械厂

机

40T冲压

33冲压J23-402江苏亚威机床厂

机

60T冲压

冲压JF-21-632江苏亚威机床厂

34

机

液压折弯

WC67Y80/

35折弯2江苏亚威机床厂

3200

机

液压折弯

WC67Y40/

36折弯2江苏亚威机床厂

2000

机

福建厦门成业辰机械

37喷涂手动喷房JH180561

有限公司

4.效果成效

本方案实现了云端大数据平台与工业现场设备的通讯,

直接解决设备信息孤岛的问题，并为设备信息的远程查看、

监视、管理提供可考的实时数据，使企业实现数字化和信息

化，使管理者拥有PC端、移动端等多种方式的管理成为可

能。同时使用当前主流的大数据体系技术，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。随着大数据平台的持续运营和优化，企业从数据到信息

再到知识全过程的自动化采集、处理、分析和利用的水平会

大幅提升，从而优化企业资源配置、实现价值网络上的集成

和协同，提高管理效率、提升企业竞争力。

工业原型

右升降机往复速度

热水城

右升降机整形信号，有数值开关量信号，只有状态，绿色表示开，红色表示关

热水洗电磁

阀

升降机圄片供UI参考水泵圄片供UI参考风机图片供UI参考电磁阀图片供UI参考

号数据展示

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