數(shù)字化工廠設(shè)備聯(lián)網(wǎng)旱唧、數(shù)據(jù)采集與系統(tǒng)集成
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2023-01-09 06:34:25
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導(dǎo)讀：本文介紹了數(shù)字化工廠中數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的建設(shè)方案，從數(shù)字化工廠的基本條件和數(shù)據(jù)采集以及工廠信息化系統(tǒng)的功能分析開始匾效，充分利用數(shù)字化工廠中生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)陆盘，挖掘內(nèi)涵普筹，以指標(biāo)評(píng)價(jià)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為目標(biāo)丰搞，提出數(shù)據(jù)應(yīng)用的實(shí)施方案沉沾、存在的問題以及建議。
作者：中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 管益輝 宋福田稚铡；華中科技大學(xué)無錫研究院 馬力來源：《中興通訊技術(shù)》2020年12月第26卷第6期自2013年德國提出了“工業(yè)4.0”的概念后革辖，以兩化融合為特點(diǎn)的第四次工業(yè)革命的趨勢(shì)也愈加明顯。智能工廠的建設(shè)前提是數(shù)字化工廠中從頂層到底層的系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)貫通旺哀，將數(shù)字信息結(jié)合人工智能的算法查袄，深度挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)涵硼挡，才能逐步形成智能化的應(yīng)用。全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化是通向智能制造的必由之路仓泣，“數(shù)據(jù)”是智能化的基礎(chǔ)版绢，數(shù)據(jù)的應(yīng)用關(guān)系到數(shù)字化工廠的質(zhì)量、效率和效益苏涧，也是邁向智能制造的必經(jīng)之路[1]玄冬。1 數(shù)字化工廠數(shù)據(jù)應(yīng)用架構(gòu)數(shù)字化工廠的基本特點(diǎn)是業(yè)務(wù)流與信息流的融合，一是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)TC）炎剿、資源配置（企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)ERP）仁连、制造執(zhí)行（制造執(zhí)行系統(tǒng)MES）及底層生產(chǎn)線的業(yè)務(wù)流全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的格式實(shí)現(xiàn)和傳遞[2]；二是從產(chǎn)品生產(chǎn)過程中生成并采集上來的各種數(shù)據(jù)可以回傳歸集阱穗，在管理平臺(tái)上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成質(zhì)量預(yù)警使鹅、管理問題的依據(jù)揪阶，用數(shù)據(jù)形成質(zhì)量提升和管理改善的驅(qū)動(dòng)力。以此為出發(fā)點(diǎn)患朱，數(shù)字化工廠數(shù)據(jù)應(yīng)用的架構(gòu)為圖1所示鲁僚。圖1?數(shù)據(jù)應(yīng)用架構(gòu)
根據(jù)精益管理的“七零”項(xiàng)點(diǎn)，按照設(shè)備裁厅、安全冰沙、質(zhì)量、交付和成本五大方面（S2QDC）执虹，將采集上來的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析拓挥，形成評(píng)價(jià)各產(chǎn)線、各區(qū)域的考核內(nèi)容匯總形成逐級(jí)所需的信息進(jìn)行展示和推送袋励，在設(shè)計(jì)侥啤、生產(chǎn)、質(zhì)量和管理不同層級(jí)接碘，按人員角色弦蜀、管理層級(jí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行利用，形成推動(dòng)企業(yè)發(fā)展的動(dòng)力班域。圖2 數(shù)據(jù)應(yīng)用層級(jí)2.1?設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)貫通設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的貫通包含企業(yè)層級(jí)的信息化平臺(tái)之間數(shù)據(jù)的互通栋负，同時(shí)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)向生產(chǎn)線執(zhí)行工位傳遞的數(shù)據(jù)能夠自動(dòng)識(shí)別，不需二次轉(zhuǎn)化[3]巨啤。2.1.1?企業(yè)信息化平臺(tái)數(shù)據(jù)互通企業(yè)制造環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)源頭是以產(chǎn)品構(gòu)型為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形成的工藝設(shè)計(jì)倒忌，質(zhì)檢策劃要基于工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)信息的策劃。工藝設(shè)計(jì)和質(zhì)檢策劃數(shù)據(jù)包含的工藝流程擅盏、物料耽暖、工藝文件谦选、檢驗(yàn)要求等信息，以此為依據(jù)向ERP英胖、MES投惶、WMS、QMS等系統(tǒng)傳輸一整套統(tǒng)一的數(shù)據(jù)皿港，作為指導(dǎo)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)荧关，以此保證數(shù)據(jù)流上下傳送時(shí)，同一數(shù)據(jù)的共享和利用褂傀。作為企業(yè)規(guī)劃的整體信息平臺(tái)忍啤，企業(yè)數(shù)據(jù)總線要將各系統(tǒng)連接起來。（圖3）圖3 企業(yè)信息化平臺(tái)數(shù)據(jù)互通
2.1.2?生產(chǎn)線執(zhí)行數(shù)據(jù)與企業(yè)信息平臺(tái)的互通生產(chǎn)線執(zhí)行工位需要以工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在企業(yè)信息化平臺(tái)一次設(shè)計(jì)后仙辟，經(jīng)過審核及版本管理同波，作為根本依據(jù)指導(dǎo)生產(chǎn)和制造過程，同時(shí)規(guī)范體系管理的執(zhí)行叠国。其中生產(chǎn)線與企業(yè)信息平臺(tái)的數(shù)據(jù)貫通需按類梳理接口數(shù)據(jù)未檩。（圖4）圖4?工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與執(zhí)行工位數(shù)據(jù)聯(lián)通
2.2?基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的作用當(dāng)工藝設(shè)計(jì)的文件、程序等下發(fā)到產(chǎn)線后粟焊，人員冤狡、質(zhì)量、生產(chǎn)和設(shè)備等過程管理的數(shù)據(jù)就需要從制造底層的產(chǎn)線執(zhí)行中采用數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)（SCADA）獲取[4]项棠。數(shù)據(jù)的采集可分為自動(dòng)采集和人工手動(dòng)采集悲雳，根據(jù)企業(yè)的裝備水平、工位節(jié)拍配置來確定采集方式[5]香追。最終目的是要滿足數(shù)字化信息的需求俊瞬，從制造過程和管理角度來看以工位為最小作業(yè)單元收集的過程數(shù)據(jù)主要用于以下方面：2.2.1?質(zhì)量檢驗(yàn)文件的填寫根據(jù)工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行的質(zhì)檢策劃要求，其質(zhì)量管控項(xiàng)點(diǎn)和工藝執(zhí)行過程同步杰赴，在工位執(zhí)行工藝要求時(shí)進(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集喇坊，同時(shí)質(zhì)量數(shù)據(jù)可以用于質(zhì)量檢驗(yàn)文件的填寫，取消人工填寫作業(yè)便金。2.2.2 管理數(shù)據(jù)指標(biāo)分析為滿足工藝知掉、生產(chǎn)、質(zhì)量断克、設(shè)備和人員等管理需要戈般，生產(chǎn)過程采集的數(shù)據(jù)需轉(zhuǎn)化成管理語言才能使用，單純的數(shù)據(jù)無法表達(dá)管理內(nèi)涵和暴露問題抑琳。在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集上來以后候塞，必須進(jìn)行管理邏輯的處理，形成指標(biāo)數(shù)據(jù)果嗜，如設(shè)備利用率季键、工位節(jié)拍等石勋。（圖5）圖5 管理指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析
2.3 關(guān)鍵指標(biāo)評(píng)價(jià)采集的工位數(shù)據(jù)，其包含的內(nèi)容和類別是最全面的可都，工位缓待、產(chǎn)線級(jí)的管理數(shù)據(jù)采集完成，產(chǎn)線渠牲、區(qū)域及企業(yè)不同層級(jí)的需求篩選和歸集后旋炒，按照精益管理的需求轉(zhuǎn)化成所需要的管理數(shù)據(jù)[6]。管理數(shù)據(jù)對(duì)照管理要求進(jìn)行指標(biāo)分解签杈，融入管理理念和要求瘫镇，實(shí)施指標(biāo)評(píng)價(jià)，并制定管理規(guī)范答姥，形成可利用的铣除、可落地實(shí)施的數(shù)據(jù)。制造過程數(shù)據(jù)收集完成并初步加工形成管理指標(biāo)踢涌，規(guī)范指標(biāo)管理要求后通孽，生產(chǎn)線運(yùn)營過程中，就需對(duì)超出管理指標(biāo)閾值的“異常事件”進(jìn)行按責(zé)任單位分配睁壁，各責(zé)任部門對(duì)超閾值指標(biāo)和異常事件實(shí)施關(guān)閉，分析原因制定整改措施互捌，形成管理提升癌割，達(dá)到閉環(huán)管理目的。（圖7）數(shù)字化工廠的建設(shè)涉及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)茵沾、工藝裝備升級(jí)窟怪、信息化平臺(tái)，甚至企業(yè)管理職責(zé)及組織架構(gòu)的更改[7]负腻，在推進(jìn)數(shù)字化產(chǎn)線建設(shè)嫡笔，探索智能制造模式的過程中，結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)及遇到的問題如下：3.1 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對(duì)數(shù)字化工廠數(shù)據(jù)貫通和應(yīng)用影響大制造型企業(yè)一旦開始業(yè)務(wù)流與數(shù)據(jù)流的融合一體運(yùn)行淡窘，數(shù)據(jù)上傳下達(dá)的實(shí)時(shí)性要求很高辞仇，工廠車間設(shè)備設(shè)施對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響較大，尤其是基礎(chǔ)有線網(wǎng)絡(luò)讼牢，特別是無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用板拂，事先需要進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度的評(píng)估，必要時(shí)需建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)盾摹。3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集難度大制造型企業(yè)涉及專業(yè)較多嬉竞，一般來說焊接、加工厉斟、組裝挚躯、測(cè)量等交叉組合形成完整生產(chǎn)線强衡，數(shù)據(jù)類型有扭矩、線性尺寸码荔、圖片漩勤、時(shí)間、人員信息等目胡，僅線性尺寸的采集也因工件尺寸锯七、測(cè)量能力等限制各有不同。固對(duì)于底層數(shù)據(jù)采集需事先進(jìn)行調(diào)研誉己，自動(dòng)和手動(dòng)收集合理匹配眉尸。建議人工成本不高、節(jié)拍要求不嚴(yán)的巨双，可提高人工采集的比例噪猾，降低建設(shè)成本[8]。3.3 系統(tǒng)平臺(tái)功能劃分和數(shù)據(jù)接口宜提前規(guī)劃當(dāng)前提供企業(yè)信息化平臺(tái)的公司提供軟件功能模塊界限重合度越來越高筑累，企業(yè)要根據(jù)自身特點(diǎn)提前規(guī)劃信息系統(tǒng)平臺(tái)的功能劃分袱蜡；涉及多系統(tǒng)的，要規(guī)范數(shù)據(jù)接口疗刮、形成標(biāo)準(zhǔn)吞瘸，防止重復(fù)建設(shè)和多次投資[9]。數(shù)字化工廠數(shù)據(jù)應(yīng)用將改變一線的操作模式忿迷、質(zhì)量管理模式和企業(yè)管理的流程械与，企業(yè)推進(jìn)數(shù)據(jù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理的過程中，要對(duì)管理模式纫惰、組織職能隨時(shí)調(diào)整梅柑，建議先在小區(qū)域內(nèi)試點(diǎn)試行，摸索經(jīng)驗(yàn)瓢疤，成熟后推廣脯牛。隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，尤其是AI窥窜、5G技術(shù)的成熟應(yīng)用[10]仪彪，在中國制造2025國家戰(zhàn)略和人口紅利消退的時(shí)代背景下，數(shù)字化工廠的建設(shè)已是實(shí)現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型牵字、提高核心競(jìng)爭(zhēng)力的手段铲蒸，在軌道行業(yè)建設(shè)“國家名片”的道路上，從電子岸夯、汽車產(chǎn)業(yè)等成熟產(chǎn)業(yè)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)麻献，打造新模式逐步推廣應(yīng)用：①企業(yè)數(shù)字化平臺(tái)的數(shù)據(jù)貫通架構(gòu)可以相互借鑒，在主流軟件平臺(tái)的應(yīng)用上契合度較高。②基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集在不同行業(yè)不同企業(yè)的差異性較小勉吻，投資規(guī)模和平臺(tái)模式相近的监婶，數(shù)據(jù)采集的方式和方法值得推廣和借鑒。③對(duì)于焊接廠房和設(shè)備設(shè)施密集型的車間齿桃，建議以有線網(wǎng)絡(luò)為主惑惶，工位附近通過無線連接數(shù)據(jù)采集終端，如掃碼槍短纵、PAD等手持終端带污。④每個(gè)企業(yè)編制數(shù)字化工廠數(shù)據(jù)應(yīng)用的管理規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)應(yīng)用只是工具香到，通過體系文件進(jìn)一步規(guī)范管理鱼冀、提升效益才是根本。[1] 全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化是通向智能制造的必由之路[J].中國機(jī)械工程,2018:366-377.[2] 淺析數(shù)據(jù)集成在數(shù)字化工廠建設(shè)中定位與實(shí)現(xiàn)[J].信息系統(tǒng)工程,2017,10:138-141.[3] 數(shù)字化工廠制造過程管理系統(tǒng)在汽車生產(chǎn)線上的應(yīng)用[J].科技資訊,2015(29):71-72.[4] 數(shù)字化工廠的構(gòu)建[J].電子工藝技術(shù),2017:193-196.[5] 基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化工廠中質(zhì)量管理信息采集[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2016(7):126-129.[6] 數(shù)字化工廠管理系統(tǒng)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程,2013:53-56.[7] 數(shù)字化工廠建設(shè)方案探討[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2018-04:109-114.[8] 數(shù)字化車間數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用技術(shù)探討[J].中國儀器儀表,2018(2):37-42.[9] 數(shù)字化工廠及其與企業(yè)信息系統(tǒng)的集成[J].企業(yè)文化,2017(1):134.[10] 制造業(yè)上云難易[J].中國經(jīng)濟(jì)信息,2019(2):56-57.
