基于NB—Iot的智能工厂系统的设计
梁昕 潘祺凰
摘 要：本文介绍了NB-Iot技术，分析了此技术的应用优势，探讨了NB-IoT技术在智能工厂的应用，设计了基于NB-Iot的智能工厂系统，介绍了本系统的四个层次感知和数据采集层、网络连接传输层、IoT平台层、应用层，并通过应用实例对系统进行了验证。
引言
随着社会技术的发展，智能化渗透到生活、生产的各个领域。在中国智能制造2025战略的推动下，工厂智能化的建设也如火如荼。将产业升级、互联网+ 、工业物联网等新技术不断融合，推进生产制造业的信息化，自动化，来不断提高效率，降低成本，提升竞争力。现充分利用窄带物联网技术（NB-Iot）的优势，结合工业总线和专网无线设计基于NB-Iot的智能工厂系统，实现生产智能化。
一、NB-Iot技术优势
NB-IoT 是构建于移动蜂窝网络的窄带物联网技术，有低速率、低功耗、低带宽的成本优势，同时又无需部署专网，可直接部署于现有工业无线网络、或运营商的移动网络，具备覆盖面深且广的特点。可实现全天候实时数据感知和监控，非常适用于智能制造、智能物流、智能交通等方面的应用场景。[1]
（1）低速率、低功耗、低带宽
基于 NB-IoT通信的设备传输频次少，传输速率低，大部分时间处于休眠状态，低功耗，更是大大节省了支付给网络运营商的流量费用。对同步性和时延要求低，消耗的网络资源少，可靠性高，对人工干预和维护的需求低，也节省了人力成本。[2]
（2）无需部署專网
NB-Iot可部署与传统工业无线网络、3G、4G、LTE等运营商网络或商企业小型专网络等，无需部署专网，节省投资和维护成本，结合运营商资费的总成本最低。
（3）覆盖面深且广
NB-IoT网络的单基站的覆盖面广， 可达到十几千米，并且穿透能力强，可穿透地下、大型建筑墙壁等，对于占比面积很大的单体工厂也可提供覆盖，基本可以消灭信号覆盖盲区的问题。
二、基于NB-IoT的智能工厂
通过 NB-IoT 终端进行工厂设备数据采集，将置于空间散布的产线各个环节装配的信息互通，同时将实时状态信息传送至云端，构实现产线信息化 ，智能化。该系统有4层结构，分别是感知和数据采集层、网络连接传输层、IoT平台层、应用层。
最底层为感知和数据采集层，在工具上，产线设备、产线监控或工厂环境监测设备上安装传感器及NB-IoT终端用于感知及采集数据，将内容通过NB-IoT主机传递给网络连接传输层。在流水线上，将超低功耗的MEMS传感器、微处理器集成到NB-IoT的无线终端，部署在任何一个需要采集节拍数据的点位，进行数据统计。如在高精度力矩螺丝刀上安装此模组，使其自动报告使用次数和使用力矩测量值。将不同类型的智能传感器放置在工厂资产上，通过NB-Iot无线终端采集资产使用状态信息；将具有NB-lot智能终端绑定到货物包装的载体上，实时获取货物物流信息；还可通过NB-Iot采集生产车间的环境信息，如温湿度，灰尘，有害气体，光照等，传输到云端。
网络连接传输层由各种NB-IoT物联网的通信主机和运营商的NB-IoT网络组成。工厂感知层节点与NB-IoT通信主机直接通信，节点与基站之间双向认证，提高传输的安全性。通信主机将感知和数据采集层采集到的数据进行初步计算，做出智能判断和分析，然后按照协商好的协议进行封装，通过运营商的NB-IoT网络传送到IoT平台层。
Iot平台层是整个智能工厂窄带物联网系统的核心，负责汇聚来自于传输层的海量数据，对数据进行存储、计算，通过数据监测整个系统，分析解决问题，提升工厂的生产效率，保证安全高效的生产，提高了厂房智能化管控能力。
应用层面向用户提供工厂监测和决策的SaaS（软件即服务）：可通过产线监控系统掌握流水线的工作情况，工作分布合理性，及时解决生产故障，提高生产的效率；通过物流跟踪，做到货物全程跟踪统计，并可以计算运输时间；通过环境监测系统保证生产车间的环境如温湿度、循环风速等在一定范围，可以按照阈值设定相应的设备进行动态调整。[3]
结语
当前本方案已在南京爱立信基站生产工厂试点应用，实现了工厂状态可视化，2019年3月，终端部署近数千个，标志着利用NB-Iot对工业制造智能化取得了重要的阶段性成果。随着窄带物联网的发展，标准的制定，技术的日益成熟，今后NB-IoT将广泛应用于各行各业中，如智慧城市、智能楼宇、广域物联等领域，开辟万物互联的新领域和新时代。
参考文献
[1] 刘婷宜，黄海峰. 中国电信发力NB-IoT智慧消防推动物联网大规模商用[J].通信世界， 2018（16）
[2] 储浩，王勇，王栋. NB-IoT技术在消防物联网中的应用[J]. 移动通信， 2018，42（11）： 84-90.
[3]邹玉龙，丁晓进，王全全.NB-IoT 关键技术及应用前景 [J].中兴通讯技术，2017（1）：43～46.
