劉宇翔， 段素梅， 劉 剛， 王小鋼， 牟志強(qiáng)， 陳立濤

（寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司， 陜西 寶雞721008）

1 概 述

“十一五” 信息化建設(shè)以來， 寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司已先后實(shí)施了 “裝備制造ERP 系統(tǒng)”， “PDM 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)” 和“MES 生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)” 等信息化系統(tǒng)的建設(shè)。 這些系統(tǒng)的建設(shè)極大地提升了企業(yè)生產(chǎn)制造和經(jīng)營管理水平。 但是， 同國內(nèi)外先進(jìn)制造企業(yè)相比， 還存在較大差距， 一是生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測水平不高，大量業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)仍然依靠人工采集， 數(shù)據(jù)采集效率低下、 準(zhǔn)確度低、 響應(yīng)速度慢， 導(dǎo)致企業(yè)的信息系統(tǒng)無法充分發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值； 二是生產(chǎn)過程中的智能化水平不高， 生產(chǎn)與工藝數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測水平、 生產(chǎn)設(shè)備的互連互通水平、 物料的識別與定位水平、 能耗自動監(jiān)測水平、 生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障監(jiān)測水平、 各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)集成水平等有待提高。

針對存在的問題， 主要通過對生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)物料數(shù)據(jù)、 工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)、 能源數(shù)據(jù)、 生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測進(jìn)行分析， 全面總結(jié)了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在螺旋埋弧焊管生產(chǎn)線建設(shè)中的應(yīng)用情況。 通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)及應(yīng)用， 提高了生產(chǎn)管理、 工藝質(zhì)量管理、 能源管理、 設(shè)備管理的信息化水平， 實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的科學(xué)管理， 降低了生產(chǎn)成本， 提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)介紹

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要具備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、 鋼管制造全周期數(shù)據(jù)集中存儲以及生產(chǎn)過程的監(jiān)測與分析應(yīng)用等功能。 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 功能架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能包括： 生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)過程的監(jiān)測與應(yīng)用； 云端物聯(lián)網(wǎng)平臺的鋼管全生產(chǎn)制造周期數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析應(yīng)用 （全生產(chǎn)制造周期數(shù)據(jù)指鋼管從原料到成品的整個(gè)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)， 包括原料信息、 生產(chǎn)工藝、 質(zhì)量信息等）。 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)功能如圖2 所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)功能

現(xiàn)場級功能包括生產(chǎn)物流實(shí)時(shí)跟蹤與監(jiān)測、工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測、 能源數(shù)據(jù)自動采集與監(jiān)測、 原料成品自動識別與跟蹤、 生產(chǎn)過程集中監(jiān)測以及移動應(yīng)用。

平臺級功能包括生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)追溯查詢和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。

2.3 生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集功能包括： 通過電子標(biāo)簽 （RFID） 及其讀寫器、 自動測量設(shè)備、 焊接設(shè)備等實(shí)現(xiàn)管號自動識別及工藝、 質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動采集； 采集的數(shù)據(jù)按照OPC 協(xié)議通過OPC 服務(wù)器與MES 系統(tǒng)、 物聯(lián)網(wǎng)平臺交互傳遞； 將管號、 工藝、 質(zhì)量等數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)后在現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫進(jìn)行緩存， 并最終將具備分析價(jià)值的數(shù)據(jù)上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺。 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術(shù)架構(gòu)如圖3 所示。

圖3 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術(shù)架構(gòu)

3 焊管生產(chǎn)線物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)主要實(shí)施內(nèi)容

3.1 生產(chǎn)物流實(shí)時(shí)跟蹤與監(jiān)測

生產(chǎn)物流實(shí)時(shí)跟蹤與監(jiān)測系統(tǒng)通過應(yīng)用RFID， 將鋼管號寫入電子標(biāo)簽。 在飛剪崗位在鋼管內(nèi)壁距管端50 cm 處粘貼RFID， 在飛剪、精焊、 清渣等崗位加裝固定式RFID 識別設(shè)備，在預(yù)焊、 內(nèi)檢修磨等崗位采用手持RFID 識別設(shè)備， 自動識別各崗位當(dāng)前加工鋼管的管號后將識讀結(jié)果顯示在崗位LED 屏上， 并通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的MES 崗位界面， 實(shí)現(xiàn)各崗位管號的自動識別， 為相應(yīng)的工藝、 質(zhì)量參數(shù)上傳物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供管號信息， 實(shí)現(xiàn)車間鋼管生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)物流實(shí)時(shí)跟蹤與監(jiān)測。 生產(chǎn)線RFID 運(yùn)行流程如圖4 所示， 自動識讀管號流程如圖5 所示。

使用RFID 的作用： ①明確每根鋼管的身份信息， 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線鋼管的動態(tài)跟蹤管理； ②確保各崗位鋼管管號自動識別、 自動上傳MES 系統(tǒng)的功能； ③實(shí)現(xiàn)鋼管信息的唯一性， 提高管號識別的準(zhǔn)確性； ④提高崗位工作效率， 杜絕崗位操作人員安全隱患。

圖4 焊管生產(chǎn)線RFID 電子標(biāo)簽運(yùn)行流程

圖5 焊管生產(chǎn)線自動識讀管號流程

3.2 工藝、 質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測

將自動化項(xiàng)目數(shù)據(jù)、 生產(chǎn)工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集到物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)， 并與RFID 自動識別的管號信息關(guān)聯(lián)， 生成全流程可追溯的數(shù)據(jù)源， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的再利用與統(tǒng)計(jì)分析。 焊管工藝數(shù)據(jù)如圖6 所示， 水壓過程數(shù)據(jù)如圖7 所示。

焊管工藝數(shù)據(jù)的采集， 能夠?qū)⒑腹軝C(jī)組通過成焊離線操作項(xiàng)目采集的數(shù)據(jù)全部上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺。

水壓過程數(shù)據(jù)的采集， 能夠?qū)摴芩畨哼^程壓力值記錄 （包括未打壓成功的記錄） 形成數(shù)據(jù)庫， 與鋼管管號對應(yīng)， 可方便查詢。

水壓保壓過程數(shù)據(jù)可顯像存圖， 并上傳至物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)， 能夠?qū)崿F(xiàn)工藝數(shù)據(jù)的儲存， 而且方便查詢。

稱重測長數(shù)據(jù)的采集， 能夠?qū)摴芊Q重測長信息（包括管號、 保存長度、 實(shí)測質(zhì)量、 理論質(zhì)量、 質(zhì)量偏差、 實(shí)測長度等） 采集傳輸至MES系統(tǒng)中， 確保能夠快速自動帶入至成品臺崗位記錄界面及外庫噴標(biāo)崗位。

鋼管質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集， 能夠?qū)摴苜|(zhì)量數(shù)據(jù)從其他系統(tǒng)中導(dǎo)出并匯總， 可通過日期、 生產(chǎn)班別查詢顯示或?qū)С鲣摴艿馁|(zhì)量數(shù)據(jù)， 為車間質(zhì)量統(tǒng)計(jì)提供有力數(shù)據(jù)支撐。

圖6 焊管工藝數(shù)據(jù)界面

圖7 鋼管水壓過程數(shù)據(jù)界面

3.3 能源數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測

生產(chǎn)現(xiàn)場安裝帶通訊功能的電表、 風(fēng)表、 數(shù)據(jù)通訊設(shè)備， 實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的采集， 并對能源使用情況進(jìn)行監(jiān)控、 統(tǒng)計(jì)、 分析， 對重點(diǎn)能耗設(shè)備進(jìn)行管理， 對能源使用異常情況進(jìn)行報(bào)警提示。該功能可使管理者對能源使用的趨勢有準(zhǔn)確的掌握， 能將能源消耗分解到各個(gè)生產(chǎn)班組， 使節(jié)能工作責(zé)任明確， 實(shí)現(xiàn)能源工作的信息化管控。 每日各班能源消耗及單耗情況如圖8 所示， 電能實(shí)時(shí)消耗分析如圖9 所示。

圖8 焊管生產(chǎn)線每日各班能源消耗及單耗統(tǒng)計(jì)界面

能源數(shù)據(jù)分析包括：

（1） 用風(fēng)量、 用電量監(jiān)測與統(tǒng)計(jì)。 通過在現(xiàn)場安裝帶通訊功能風(fēng)表、 電表， 全面采集較大用風(fēng)點(diǎn)數(shù)據(jù)及重大設(shè)備用電量。 實(shí)現(xiàn)能源消耗精確統(tǒng)計(jì)到重要崗位、 各個(gè)班組， 為車間能源消耗精確考核提供數(shù)據(jù)支撐。

（2） 能源消耗情況實(shí)時(shí)監(jiān)測。 通過大屏界面實(shí)時(shí)顯示每日各班能源消耗及單耗情況， 顯示本月累計(jì)用電量， 還可對峰、 平、 谷用電量進(jìn)行分別統(tǒng)計(jì)， 為節(jié)能降耗、 精益生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

（3） 崗位能源累計(jì)消耗實(shí)時(shí)監(jiān)測。 通過對現(xiàn)場帶通訊功能風(fēng)表、 電表實(shí)施數(shù)據(jù)的采集， 實(shí)現(xiàn)重要設(shè)備、 各崗位能源累計(jì)消耗實(shí)時(shí)查詢。

（4） 精準(zhǔn)計(jì)量、 節(jié)能降耗。 通過能源消耗網(wǎng)絡(luò)化計(jì)量， 實(shí)現(xiàn)電能、 風(fēng)能消耗數(shù)據(jù)的自動采集， 做到精準(zhǔn)控制、 精細(xì)管理。 實(shí)時(shí)計(jì)量各崗位及重要設(shè)備的能源消耗情況。

（5） 能源報(bào)表自動生成。 自動生成各班組每日、 每月的能源消耗報(bào)表， 按峰、 平、 谷實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)能源的精細(xì)化管理和考核。

（6） 各班能源消耗分析。 通過日期時(shí)間段可查詢統(tǒng)計(jì)各班組的累計(jì)合同管產(chǎn)量及總能源消耗， 并計(jì)算出各班組能源單耗， 方便車間的能源管理及考核。

（7） 規(guī)格能耗統(tǒng)計(jì)分析。 通過日期時(shí)間段可以查詢統(tǒng)計(jì)一個(gè)時(shí)期內(nèi)所生產(chǎn)的各種規(guī)格的鋼管， 并且顯示每個(gè)管線生產(chǎn)的合同管累計(jì)產(chǎn)量、總能源消耗， 并計(jì)算出車間生產(chǎn)該規(guī)格鋼管的能源單耗， 積累了車間能源消耗情況的大量數(shù)據(jù)。

圖9 焊管生產(chǎn)線每日電能實(shí)時(shí)消耗分析界面

3.4 生產(chǎn)過程集中監(jiān)測

通過物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)過程集中監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場工藝質(zhì)量參數(shù)的集中監(jiān)測顯示與報(bào)警、 能源使用情況的集中監(jiān)測、 產(chǎn)量完成情況和合同完成情況等生產(chǎn)指標(biāo)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析。 具體如下：

（1） 鋼管產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)分析。 實(shí)時(shí)顯示月度生產(chǎn)任務(wù)完成情況， 準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)各班組實(shí)際生產(chǎn)完成量，為車間及時(shí)準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量提供保障。

（2） 焊縫一次通過率統(tǒng)計(jì)分析。 實(shí)時(shí)顯示鋼管生產(chǎn)質(zhì)量情況， 進(jìn)行鋼管焊縫一次通過率實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)， 為質(zhì)量統(tǒng)計(jì)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

（3） 鋼管缺陷的統(tǒng)計(jì)分析。 實(shí)時(shí)進(jìn)行缺陷統(tǒng)計(jì)， 顯示每日、 每班的缺陷數(shù)量， 質(zhì)量技術(shù)人員通過查詢歷史數(shù)據(jù)， 實(shí)時(shí)掌握近期鋼管生產(chǎn)的質(zhì)量狀況， 為車間的質(zhì)量管理、 質(zhì)量控制工作提供幫助。

（4） 鋼管逆流程報(bào)警。 對于逆流程鋼管， 在物流監(jiān)控畫面上用紅色顯示鋼管信息， 以起到報(bào)警提示作用。

（5） 焊管機(jī)組關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測。 實(shí)時(shí)顯示焊管機(jī)組成型焊接數(shù)據(jù) （如2#梁壓下及點(diǎn)頭量、 后橋擺動位置、 遞送邊位置、 工作寬度、精銑邊機(jī)位置及焊接電流電壓）， 為焊管機(jī)組及時(shí)調(diào)整參數(shù)提供依據(jù)。

（6） 各班組焊劑使用量的統(tǒng)計(jì)分析。 通過焊劑統(tǒng)計(jì)界面， 選擇日期， 自動生成當(dāng)日產(chǎn)量， 可通過手動輸入規(guī)格、 用量、 定額、 單耗數(shù)據(jù)， 形成歷史數(shù)據(jù)庫， 并能夠?qū)⒚吭碌膯魏囊灾鶢顖D的形式顯示在大屏展示界面上。

4 結(jié)束語

通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)及大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用， 實(shí)現(xiàn)了螺旋埋弧焊管生產(chǎn)線生產(chǎn)過程的可視化， 在生產(chǎn)物料跟蹤、 工藝質(zhì)量管理、 能源管理、 生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測、 設(shè)備管理等方面提升了信息化管理水平， 提高了產(chǎn)品工藝質(zhì)量及生產(chǎn)管理效率， 減少了消耗與浪費(fèi)， 為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能化提供了有效支撐。