朱建培

摘? 要：數(shù)字化車間生產(chǎn)是制造企業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。以現(xiàn)階段制造企業(yè)工作情況為依據(jù)，結(jié)合近年來(lái)企業(yè)制造車間生產(chǎn)現(xiàn)狀，明確新時(shí)代發(fā)展下制造企業(yè)提出的各項(xiàng)要求，分析如何設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集和智能管理系統(tǒng)的總體構(gòu)架，以此為提高企業(yè)生產(chǎn)車間管理水平奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化;車間生產(chǎn);數(shù)據(jù)采集;智能管理

中圖分類號(hào)：TP274.2? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）10-0187-02

Abstract： Digital workshop production is the inevitable trend of the development of manufacturing enterprises. Based on the working situation of the manufacturing enterprises at the present stage， combined with the current production situation of the manufacturing workshop in recent years， this paper defines the requirements put forward by the manufacturing enterprises under the development of the new era， and analyzes how to design the overall framework of the data acquisition and intelligent management system， in order to lay the foundation for improving the management level of enterprise production workshop.

Keywords： digitization; workshop production; data collection; intelligent management

在新時(shí)代下，隨著現(xiàn)代化技術(shù)水平的持續(xù)提高，促使制造業(yè)開(kāi)始向著現(xiàn)代化、信息化及數(shù)字化的方向革新。構(gòu)建數(shù)字化車間作為制造企業(yè)革新發(fā)展的重要舉措，不僅能實(shí)時(shí)收集車間制造期間的數(shù)據(jù)信息，而且可以對(duì)車間生產(chǎn)制造過(guò)程進(jìn)行智能化管理。通過(guò)當(dāng)前數(shù)字化車間生產(chǎn)情況可知，不管是數(shù)據(jù)采集還是智能管理都沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果，雖然從思想意識(shí)上轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)工作模式，但實(shí)際工作依舊存在缺陷。因此，下面對(duì)數(shù)字化車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與智能管理進(jìn)行分析。

1 數(shù)字化車間的概述

簡(jiǎn)單來(lái)講，數(shù)字化車間會(huì)以產(chǎn)品整體生命周期相關(guān)數(shù)據(jù)為依據(jù)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助下構(gòu)建虛擬的工作環(huán)境，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施仿真、評(píng)估及優(yōu)化等操作，屬于一種新型的生產(chǎn)方式。將其運(yùn)用到制造生產(chǎn)工作中，不僅能讓制造企業(yè)在虛擬環(huán)境中多次模擬產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程，確保實(shí)際生產(chǎn)工作有序落實(shí)，而且可以保障生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量安全[1]。

2 目前企業(yè)制造車間生產(chǎn)情況分析

在制造企業(yè)革新發(fā)展中，不管是生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)還是實(shí)際管理水平都得到了提升，此時(shí)企業(yè)要想提高自身在社會(huì)發(fā)展中占據(jù)的地位，必須要增加生產(chǎn)車間的投資力度。隨著MES、ERP等信息管理系統(tǒng)的大范圍推廣，車間生產(chǎn)需求信息量越來(lái)越高。為了全面管控企業(yè)車間生產(chǎn)過(guò)程，必須要保障制造階段數(shù)控設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)采集和傳遞，并實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能管理。但了解現(xiàn)如今制造企業(yè)運(yùn)行情況可知，其主要面臨以下幾點(diǎn)問(wèn)題：第一，沒(méi)有統(tǒng)一管理?，F(xiàn)如今只有少部分機(jī)床具備通信功能，且方便員工進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而其他很多數(shù)控設(shè)備都沒(méi)有這一功能，不僅無(wú)法與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接，而且會(huì)影響加工生產(chǎn)工作的監(jiān)管效率。第二，沒(méi)有統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)[2]。要想引導(dǎo)制造企業(yè)向著數(shù)字化和現(xiàn)代化方向發(fā)展，必須要先提高數(shù)據(jù)采集水平，確保車間應(yīng)用各類設(shè)備可以在聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上快速收集數(shù)據(jù)信息。但目前機(jī)械設(shè)備只有串口服務(wù)器采集數(shù)據(jù)的功能，不僅成本支出高，而且實(shí)際操作不靈活。第三，無(wú)法監(jiān)管設(shè)備狀態(tài)。在工作狀態(tài)下，員工無(wú)法及時(shí)掌控?cái)?shù)控機(jī)床的信息數(shù)據(jù)，如故障、加工質(zhì)量等，這樣不僅無(wú)法提高設(shè)備工作效率，而且會(huì)影響產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。

3 數(shù)字化車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)分析及管理需求

3.1 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)了解當(dāng)前制造企業(yè)車間的工作情況可知，由于包含數(shù)據(jù)類型較多，所以選擇采集方式存在差異，且需要對(duì)它們進(jìn)行分類采集與管理。一般來(lái)講，車間制造數(shù)據(jù)主要分為以下幾種：第一，靜態(tài)。這類數(shù)據(jù)通常不會(huì)產(chǎn)生變化，如物料信息、產(chǎn)品名稱及人員信息等;第二，動(dòng)態(tài)。這類信息會(huì)跟隨制造過(guò)程而改變，屬于必須要及時(shí)采集的內(nèi)容，如加工情況、計(jì)劃進(jìn)度等;第三，中間。這類信息是指在處理其它兩種數(shù)據(jù)后獲取的數(shù)據(jù)，可以為之后的制造數(shù)據(jù)引用提供依據(jù)。

3.2 管理需求

通過(guò)了解制造企業(yè)發(fā)展目標(biāo)，明確現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求，智能管理系統(tǒng)必須要對(duì)制造過(guò)程數(shù)控設(shè)備工作情況進(jìn)行全方位管控，并認(rèn)真收集加工期間的數(shù)據(jù)信息，而后和企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)共享應(yīng)用。一般來(lái)講，管理系統(tǒng)功能需求主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，有效連接計(jì)算機(jī)平臺(tái)和車間數(shù)控設(shè)備，有助于提高制造企業(yè)車間數(shù)控設(shè)備的管理水平;第二，實(shí)時(shí)收集與數(shù)控設(shè)備有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，如開(kāi)關(guān)機(jī)、報(bào)警情況及故障信息等;第三，監(jiān)管數(shù)控機(jī)床運(yùn)行情況，確保車間生產(chǎn)工作可以高效進(jìn)行;第四，統(tǒng)計(jì)研究與數(shù)控機(jī)床工作情況有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，促使車間管理人員可以由此提出準(zhǔn)確的管理決策;第五，如果數(shù)控設(shè)備提出警告，必須要通過(guò)系統(tǒng)研究故障所在位置、類型及次數(shù)、時(shí)間等信息，并將有價(jià)值的內(nèi)容提供給管理人員，確保他們可以及時(shí)提出有效的處理措施[3]。

4 數(shù)據(jù)采集與智能管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)

分析數(shù)據(jù)分析及系統(tǒng)管理需求可知，離散制造車間的數(shù)控機(jī)床具有異構(gòu)性，因此在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，要結(jié)合分布式采集集中式管理的方式進(jìn)行實(shí)踐工作。這樣不僅能更好處理不同類型的數(shù)控機(jī)械，而且可以為各崗位員工提供共享信息。其中，分布式采集需要根據(jù)不同型號(hào)的數(shù)控機(jī)床提出具有針對(duì)性的采集方式，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效采集;而集中式管理需要從PC端和服務(wù)器入手，采集系統(tǒng)主要接收不同類型的機(jī)床數(shù)據(jù)，并將其儲(chǔ)備到數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，而智能管理軟件可以在研究系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息時(shí)，將它們呈現(xiàn)到PC端，促使企業(yè)管理決策擁有及時(shí)且有效的信息依據(jù)。一般來(lái)講，數(shù)字化車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與智能管理系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)主要分為三方面：

4.1 車間層

其中包含了串口機(jī)床、普通機(jī)床及采集器等內(nèi)容，主要用于采集、識(shí)別和監(jiān)管數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)。這一層屬于架構(gòu)體系的最底端，是整體系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)內(nèi)容。數(shù)控機(jī)床作為數(shù)字化車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的基礎(chǔ)設(shè)備，大部分離散制造車間都要采集如下數(shù)據(jù)：第一，機(jī)床的開(kāi)關(guān)機(jī);第二，機(jī)床運(yùn)行狀態(tài);第二，零件加工情況[4]。

4.2 數(shù)據(jù)傳輸與儲(chǔ)存層

其中包含數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和Web Socket服務(wù)器，主要用于傳遞、儲(chǔ)備及研究采集數(shù)據(jù)。這一層會(huì)接收車間層的設(shè)備信息，為車間層和管理層的信息傳遞提供平臺(tái)，不僅能處理兩層信息交流難題，而且可以保障系統(tǒng)運(yùn)行效率。在處理數(shù)據(jù)時(shí)，按照功能劃分可以分為兩大模塊，其一為數(shù)據(jù)采集服務(wù)模塊，其二為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)模塊。通過(guò)連接前者和車間層，并結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)為制造車間構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，將Mod bus協(xié)議看作后者與車間層傳遞數(shù)據(jù)的有效依據(jù)。并將采集數(shù)據(jù)在有效處理后儲(chǔ)備到數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，有助于向管理層提供有效依據(jù)。

4.3 管理層

其中包含了可視化顯示、智能監(jiān)控及科學(xué)統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。上層管理系統(tǒng)可以運(yùn)用Web Socket服務(wù)器接收車間層提供的采集數(shù)據(jù)，促使軟件前端和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)信息交互。同時(shí)，處理后的數(shù)據(jù)可以按照用戶需求及時(shí)呈現(xiàn)到屏幕上，促使管理人員可以在數(shù)據(jù)引導(dǎo)下提出有效決策。同時(shí)，數(shù)據(jù)處理層服務(wù)器軟件與車間硬件層會(huì)在工業(yè)以太網(wǎng)的引導(dǎo)下傳遞所需數(shù)據(jù)，且只需在服務(wù)器中安裝管理層客戶端軟件，此時(shí)客戶不僅能遠(yuǎn)程操控、訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，而且可以獲取及時(shí)數(shù)據(jù)。需要注意的是，車間制造過(guò)程的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存必須要具備嚴(yán)密性，因此在構(gòu)建系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)，只有企業(yè)內(nèi)部人員在車間局域網(wǎng)中按照規(guī)定要求進(jìn)行訪問(wèn)，才能獲取所需內(nèi)容。這樣不僅可以保障數(shù)據(jù)的安全性，而且可以及時(shí)掌控?cái)?shù)控機(jī)床的工作情況。

5 智能管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

了解當(dāng)前數(shù)字化車間生產(chǎn)情況可知，每臺(tái)數(shù)控機(jī)床都會(huì)在網(wǎng)絡(luò)布線中設(shè)計(jì)RJ45網(wǎng)口。針對(duì)現(xiàn)如今不同類型的機(jī)床設(shè)備，可以選擇的信息采集方式有：第一，基于電氣電路信號(hào);第二，基于串口宏指令;第三，基于DNC網(wǎng)口，最終將在交換機(jī)的引導(dǎo)下傳遞到數(shù)據(jù)服務(wù)器層。

數(shù)據(jù)管理服務(wù)器作為整體系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵內(nèi)容，不僅能與機(jī)床、采集器等進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，而且可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、儲(chǔ)存等工作。其中，數(shù)據(jù)服務(wù)器和車間設(shè)備在傳遞信息時(shí)會(huì)基于Mod bus協(xié)議進(jìn)行操作。

而客服端軟件需要向數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器提出請(qǐng)求，只有這樣才能實(shí)時(shí)管控?cái)?shù)控設(shè)備工作情況，并查閱不同階段的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)也能對(duì)企業(yè)系統(tǒng)、機(jī)床設(shè)備及員工等進(jìn)行信息管控，修改、刪除或調(diào)查機(jī)床基本數(shù)據(jù)。這一軟件需要基于Web Socket服務(wù)器提供的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行工作，在獲取車間層提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，將其傳遞到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，最終實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時(shí)監(jiān)管。除此之外，智能管理系統(tǒng)也具備Internet網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)，制造企業(yè)管理人員可以根據(jù)用戶名和密碼進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部，這樣不僅能及時(shí)了解數(shù)控機(jī)床設(shè)備運(yùn)行情況，而且可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)潛藏安全問(wèn)題。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平持續(xù)提高，有關(guān)軟件系統(tǒng)架構(gòu)模式越來(lái)越多，如客戶機(jī)/服務(wù)端（C/S）和瀏覽器/服務(wù)器（B/S）這兩種結(jié)構(gòu)在現(xiàn)如今市場(chǎng)中的應(yīng)用非常多，不僅各有優(yōu)勢(shì)，而且應(yīng)用價(jià)值極高。所以在設(shè)計(jì)數(shù)字化車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)智能管理系統(tǒng)時(shí)，會(huì)從開(kāi)發(fā)維護(hù)、硬件投資及企業(yè)未來(lái)發(fā)展等多個(gè)角度入手進(jìn)行研究，最終發(fā)現(xiàn)B/S系統(tǒng)開(kāi)發(fā)更具有優(yōu)勢(shì)，不僅能實(shí)現(xiàn)運(yùn)用瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，而且可以實(shí)時(shí)呈現(xiàn)處理后的數(shù)據(jù)信息，確保企業(yè)管理人員可以提出準(zhǔn)確且完善的發(fā)展決策[5]。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，面對(duì)制造企業(yè)車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)涌現(xiàn)出的各類問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)采集與智能管理系統(tǒng)架構(gòu)，不僅能突破傳統(tǒng)管理模式的制約，而且可以提高實(shí)際生產(chǎn)加工水平。因此，在新時(shí)代下，企業(yè)行業(yè)必須要加大對(duì)數(shù)字化車間生產(chǎn)工作的探索力度，注重結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)引用現(xiàn)代化技術(shù)理念，只有這樣才能提出更加適宜的技術(shù)架構(gòu)，并由此促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)發(fā)展步伐。

參考文獻(xiàn)：

[1]亢亞敏，秦新冰，汪九佳.面向智能制造的航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)線建設(shè)研究[J].智能制造，2017（7）：44-46.

[2]何璽，何波.數(shù)字化車間建設(shè)研究與實(shí)踐[J].智能制造，2019（5）：54-57.

[3]隋少春，牟文平，龔清洪，等.數(shù)字化車間及航空智能制造實(shí)踐[J].航空制造技術(shù)，2017，60（7）：46-50.

[4]王誠(chéng)意.基于WinCC與OPC技術(shù)的車間數(shù)字化管理與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].輕工機(jī)械，2019，37（6）：99-104.

[5]張維，楊洋洋，王亮.面向數(shù)字化車間的工裝配送方法研究[J].航空制造技術(shù)，2017，60（7）：34-40.