随着第四次工业革命的热潮，智能制造站在了时代的风口，成为全球制造业的发展大势。

互联网、大数据、人工智能等新技术的持续发展，也为制造业注入新的活力，使得制造业加速迈向万物互联、数据驱动、软件定义、平台支撑、组织重构的新时代。

深南电路股份有限公司（以下简称深南电路）是中国印制电路板行业的领先企业，多年来坚持客户导向、技术驱动，凭借专业的产品开发与制造技术、稳定的质量表现与完善的管理体系，逐步成长为世界级电子电路技术与解决方案集成商。

为了响应我国「中国制造 2025」战略规划，加速工厂智能化转型，深南电路的智能化工厂建设全面铺开。

本文将分享深南电路在智慧工厂建设项目中的实践经验。

智慧工厂的现状及挑战

在深南电路进行智慧工厂建设的过程中，主要面临以下挑战：

• 设备数据的实时、统一采集

智能工厂的前提是对工厂内各节点的设备信息、传感器数据进行及时的采集和处理，在数据采集的过程中，会面临设备协议多样性的问题。

以深南电路无锡工厂为例，运行着多家供应商的十余种类型的 PLC 设备，使用的协议各不相同，为设备间的通信和数据格式统一带来了很大难度。

• 设备间协同控制

智能制造发展的过程是对制造过程的范围领域不断深化的过程，是从自动化单点、低水平、有限的资源优化配置向多点、高水平、全局的资源优化配置演进的过程。

目前工厂各产线设备可以实现单机自动化高效运行。而要如何利用物联网和边缘计算技术，以实现多工序间的协同配合，则是智慧工厂的重要方向和挑战。

• 边缘数据分析能力

IC 类产品制作工艺复杂，生产过程中的工艺参数、状态数据等需要高频采集存储，为产品质量溯源提供数据支撑，并针对缺陷产品向客户提供质量分析报告。

将边缘计算能力引入智慧工厂，对冗余生产数据进行实时清洗上报，降低数据存储压力，增强数据分析溯源能力，是智慧工厂的挑战和难点。

• 数据规模对基础架构带来的挑战

将工厂的设备数据进行实时采集、互联互通及统一存储，对数据基础设施软件提出了更高的要求，需要有更好的扩展性和稳定性。

解决方案

在综合考虑了多种技术框架后，深南电路采用了 EMQ 云边协同架构解决海量设备数据的连接、移动、处理、存储与分析。

主要包括以下软件：

其中边缘端使用边缘工业协议网关软件 Neuron 将不同工业协议统一成 MQTT 协议，然后将数据上报到边缘侧的轻量级消息服务器 NanoMQ，再由边缘流式处理引擎 eKuiper 订阅 NanoMQ 的消息，完成边缘侧的数据实时采集与分析过滤等功能；在云端则使用了集群部署的 EMQX 消息服务器承载海量物联网终端的 MQTT 连接。

方案架构示意图

1.  Neuron 支持 80 余种工业现场总线数据接入，可以将产线上的各类 PLC 设备数据实时采集，并转换成标准的 MQTT 协议上报。

同时支持数据的双向收发，包括数据上报和指令下发，通过 Restful API 接口，可构建智能上层应用，利用 Neuron 数据下行通道，则可以实现工序间的协同配合，提高工厂智能化水平。

2.  数量众多的边缘侧传感器产生大量的数据，但是并不是所有的数据点信息都需要存储，不对其进行过滤清洗将对网络和存储能力造成数量较大压力。

在深南电路的智慧工厂项目中，边缘侧部署了边缘流式数据处理引擎 eKuiper，其具有高性能及轻量化的特点，以容器化的方式运行在现场工控机中，可对 Neuron 采集的实时数据流根据规则设定，进行数据过滤及处理，并将结果推送到 EMQX。通过 eKuiper 对数据的过滤，可以降低后端数据存储的压力，加强产品质量追溯能力。

3.  云原生分布式物联网接入平台 EMQX 将 Neuron、eKuiper 采集的数据进行统一汇聚，再推送到数据库及大数据系统做持久化存储。

EMQX 可以支持百万级别的设备接入和消息并发吞吐，同时其支持协议广泛，认证方式多样。为了实现数据的快速处理，项目引入 Kafka 消息队列，解决消息产生速度快与持久化写入能力慢的冲突。

4.  EMQ 云边协同管理平台提供了统一 Web 管控界面，将分散部署在工厂工控机的 Neuron、eKuiper 等软件进行统一管理，实现边缘软件的远程配置、实时监控及日志分析等功能，降低了现场运维的成本，提高了工厂智能化水平。

针对智慧工厂所面临的各类挑战，EMQ 云边协同解决方案在边缘端实现了数据的实时采集、边缘实时分析和实时异常报警，在云端实现工厂海量数据的统一接入存储，打破信息孤岛，充分发掘数据价值，助力工厂实现数字化、实时化及智能化转型。

项目成果

该项目的最大难点是涉及到众多 PLC、控制器和传感器，每个设备需要采集包括温度、湿度、产量、生产数据及运行状态等在内的各异数据类型。而不同设备的参数指标、性能数据都不一样，这很难在服务器通过云计算来形成一套标准。

通过边云协同的思路，将众多与生产过程密切相关的业务逻辑前移到边缘端的服务器处理，加快资料的处理与传送速度，减少延迟，给中心服务器节省了宝贵的空间和资源，使其服务能力提高了一个数量级。

项目的顺利落地，使公司形成了海量物联网数据的采集能力，同时数据的持久化为公司后续的数据建模、数据挖掘及 MES 业务拓展提供了坚实的基础。

除此以外，项目也产生了很多立竿见影的收益，如应用 eKuiper 对生产过程中产品的上下限值进行实施监控，对不符合过程特性的产品及时报警，使工厂的相关管理人员可以及早介入，提高了产品的良率。

在系统本身层面，项目中使用的 Neuron、NanoMQ、eKuiper、EMQX 等组件可以实现高效对接，各组件提供了方便的 Web 交互页面，方便维护人员配置连接属性，监控连接状态，编写和启停相关的业务规则，降低了项目的后期维护压力。

该项目改变了之前由中心服务端从第三方接口进行数据获取、分析、存储的模式。

通过引入边缘计算，在数据采集模块端（工业边缘计算网关）开放边缘计算功能，将复杂的计算、策略、规则等由数据采集模块进行运算。得到输出结果后，只需将结果上传到云服务中，再由 PC 客户端、移动客户端及第三方接口从云服务获取。

这种模式极大将减轻云平台的工作量，无需将数据回传至云端处理，实时性更好、效率更高、延迟更短。

深南电路 IT 主管许海龙表示：「EMQ 映云科技提供的云边一体化解决方案帮助我们实现了设备数据实时采集、分析及汇聚，充分利用边缘硬件算力，实现了数据的智能分析存储，进一步完善了我们的产品质量管理体系。在项目推进过程中，除了专业的技术能力，EMQ 快速的技术服务响应以及一流的服务态度同样令我们印象深刻。」

客户简介

深南电路股份有限公司（简称深南电路）总部坐落于中国广东省深圳市，主要生产基地位于中国深圳、江苏无锡及南通，业务遍及全球，在北美设有子公司，欧洲设有研发站点。

经过多年发展，公司已成为中国印制电路板行业的龙头企业，公司系国家火炬计划重点高新技术企业、印制电路板行业首家国家技术创新示范企业及国家企业技术中心；同时，公司系中国电子电路行业协会的理事长单位及标准委员会会长单位，主导、参与了多项行业标准的制定。公司已与全球领先的通信设备制造商及医疗设备厂商建立了长期稳定的战略合作关系。