淺析智能制造系統(tǒng)中現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用與研究

薛英

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，工廠制造系統(tǒng)也正在發(fā)生著翻天覆地的變化，智能化正成為未來制造系統(tǒng)的發(fā)展方向。在智能制造系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集是至關(guān)重要的組成部分。本文將就現(xiàn)場采集技術(shù)在智能制造系統(tǒng)中的作用和實現(xiàn)方式展開探討，希望能夠提供給相關(guān)從業(yè)者提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集；智能制造系統(tǒng)

引言：

在科技的不斷推動下，工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)模式也正在經(jīng)歷巨大的變革，信息化與智能化將成為未來制造系統(tǒng)的重要標(biāo)志。智能制造系統(tǒng)的運用，能夠通過對生產(chǎn)的智能化改造，實現(xiàn)提升生產(chǎn)效率，降低工業(yè)成本，從而為企業(yè)創(chuàng)造更大的價值。在智能制造系統(tǒng)中，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集具有至關(guān)重要的作用，是制造系統(tǒng)能夠信息化、智能化的基礎(chǔ)。因此，探討和研究現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術(shù)在智能制造系統(tǒng)中的引用具有很強的現(xiàn)實意義。

一、智能制造概述

當(dāng)今時代已經(jīng)進入信息化時代，信息化在社會各行各業(yè)都產(chǎn)生了深遠的影響。對于工業(yè)企業(yè)來說，信息化技術(shù)也已經(jīng)成為工廠制造不可或缺的技術(shù)支持力量，在其推動下，智能化制造系統(tǒng)必然成為未來制造工廠的發(fā)展趨勢。當(dāng)前，在制造工廠中，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)推動了生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)線的數(shù)字化改造，在生產(chǎn)管理上已經(jīng)初顯智能化。實時信息系統(tǒng)已經(jīng)能夠幫助制造管理者實現(xiàn)對生產(chǎn)的數(shù)字化管理[1]。智能化是數(shù)字化的下一個發(fā)展階段，其與數(shù)字化最大的不同在于，智能制造系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)能力。通過對以往經(jīng)驗和教訓(xùn)的總結(jié)，智能制造系統(tǒng)能夠使生產(chǎn)實現(xiàn)自動優(yōu)化，從而對變化做出快速反應(yīng)。

智能制造系統(tǒng)是未來工業(yè)制造的核心，其主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集、智能計算、對控制對象的精準(zhǔn)控制、信息傳輸與共享、提供信息服務(wù)、預(yù)測和感知等多方面。

二、數(shù)據(jù)采集的作用

在智能制造系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)均有著極強的實時性特征，區(qū)別于傳統(tǒng)DNC系統(tǒng)采集和管理數(shù)據(jù)的方式，信息數(shù)據(jù)已然成為企業(yè)信息管理中不可或缺的重要內(nèi)容；通過對數(shù)據(jù)的實時、精確的采集、傳輸、存儲和分析，為管理層的各項重要決策提供完善的數(shù)據(jù)化支持。

與傳統(tǒng)DNC系統(tǒng)相比，實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)MDC是其進一步衍生。在實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的支持下，工業(yè)企業(yè)的各生產(chǎn)設(shè)備能夠通過聯(lián)網(wǎng)的方式，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，對生產(chǎn)車間中的設(shè)備狀況、作業(yè)人員狀況、生產(chǎn)計劃狀況、質(zhì)量狀況等數(shù)據(jù)，以實時收集、傳輸和分析的方式，作為智能制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持，以此實現(xiàn)生產(chǎn)管理的智能化管理，成為智能制造的重要內(nèi)容。

此外，在實施信息采集系統(tǒng)的支持下，制造系統(tǒng)的設(shè)備利用率能夠得到更大提升，生產(chǎn)輔助時間得到有效的控制，從而為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益。

三、實施現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)實施采集的目標(biāo)內(nèi)容有很多，包括制造系統(tǒng)中的作業(yè)人員、儀器設(shè)備、生產(chǎn)材料、生產(chǎn)工藝和流程等等。其中，作業(yè)人員分為人員編碼、班次狀況等多種內(nèi)容；儀器設(shè)備數(shù)據(jù)包括設(shè)備的運行參數(shù)、設(shè)備的產(chǎn)能數(shù)據(jù)、設(shè)備編碼、設(shè)備零部件壽命等等；生產(chǎn)材料數(shù)據(jù)包括材料名稱、料號、規(guī)格和用量等等；生產(chǎn)工藝和流程則包括生產(chǎn)單號、產(chǎn)品生產(chǎn)流程、質(zhì)檢結(jié)果數(shù)據(jù)等等。

針對上述數(shù)據(jù)的采集，常用的數(shù)據(jù)采集方式有：掃描條碼、刷卡、RFID等。數(shù)據(jù)采集是在多種高精度設(shè)備的支持下，對各類實時信息展開收集和處理；因此數(shù)據(jù)采集設(shè)備是數(shù)據(jù)采集中不可或缺的硬件支持。

就當(dāng)前數(shù)據(jù)采集設(shè)備來說，其種類十分多樣。在制造系統(tǒng)中不僅包括各種生產(chǎn)輔助設(shè)備，而且還包括各種檢測設(shè)備，另外還有沖壓、下料、運輸設(shè)備等也都是數(shù)據(jù)采集中不可缺少的組成部分。這些設(shè)備之間的接口、通訊協(xié)議彼此并不完全相同，因此數(shù)據(jù)采集過程中要根據(jù)實際狀況選擇恰當(dāng)?shù)姆绞?。一般來說，實時數(shù)據(jù)采集的方式主要包括下面幾類：

（一）TCP/IP協(xié)議支持下的以太網(wǎng)模式

TCP/IP協(xié)議支持下的以太網(wǎng)模式也是未來發(fā)展的主要方向，通過這種模式可以采集的數(shù)據(jù)內(nèi)容十分多樣，并且能夠完成遠程控制。當(dāng)前，業(yè)界的主流數(shù)控系統(tǒng)商，大多都為其設(shè)備配置了局域網(wǎng)口，包括西門子、三菱、FIDIA等，以便幫助企業(yè)獲得設(shè)備的各種實時數(shù)據(jù)，包括設(shè)備程序信息、設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、運行程序內(nèi)容、設(shè)備參數(shù)、設(shè)備功率、設(shè)備坐標(biāo)等等。

同時，數(shù)據(jù)采集還能夠通過對設(shè)備的及時限制，提供有效的預(yù)防功能，從而為生產(chǎn)加工、質(zhì)量管控發(fā)揮積極意義。比如，對數(shù)控設(shè)備的加工倍率設(shè)置限制，這樣一旦發(fā)現(xiàn)非法修改，就能夠迅速鎖住設(shè)備，避免非法加工。

（二）普通以太網(wǎng)模式

在以太網(wǎng)開發(fā)包數(shù)控設(shè)備的支持下，使用Windows系統(tǒng)與設(shè)備的以太網(wǎng)接口相連，就能夠運用第三方開發(fā)商提供的接口，對各類高精尖設(shè)備實現(xiàn)連接和數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和分析；并且將設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，保存到數(shù)據(jù)庫，進而為后續(xù)分析系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持[2]。

（三）數(shù)據(jù)采集卡

數(shù)據(jù)采集卡模式，是將傳感器與生產(chǎn)設(shè)備的I/O點連接，從而傳輸設(shè)備的加工狀態(tài)、故障狀態(tài)等數(shù)據(jù)。當(dāng)前，該模式主要在無串口、無局域網(wǎng)設(shè)備模式下，采用開關(guān)量采集卡、模擬量采集卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

（四）組態(tài)軟件采集

在組態(tài)軟件的支持下，軟件開發(fā)人員能夠充分利用各種工具，完成各種硬件配置、數(shù)據(jù)開發(fā)和圖形開發(fā)的工作；在組態(tài)軟件支持下串口、網(wǎng)口與PLC相連，由電腦實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與分析處理，并能夠輸出各種設(shè)定的信息模式。對于智能制造來說，采用組態(tài)方式采集數(shù)據(jù)，不僅連接方便，而且成本較低，穩(wěn)定性能夠達到保障。

（五）RFID模式

該模式在實際應(yīng)用中十分廣泛，簡單易行并且能夠得到良好的采集效果。其主要方式是功過將各種信息寫入RFID芯片中，以此來完成數(shù)據(jù)采集。

（六）人工采集

在智能制造系統(tǒng)中，人工數(shù)據(jù)采集是作為有效補充出現(xiàn)的，主要適用于部分暫時無法通過自動化手段完成信息采集的數(shù)據(jù)。人工采集的方式，因為完全依賴人工記錄，必然在實時性與準(zhǔn)確性上或多或少的存在一些問題。

四、小結(jié)

實時數(shù)據(jù)采集，是智能制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)；正是因為對制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時掌控，才能夠?qū)⑵渥鳛樯a(chǎn)決策、計劃調(diào)度的重要依據(jù)。在實施數(shù)據(jù)采集支撐下打造的智能制造系統(tǒng)，為企業(yè)的高效運轉(zhuǎn)提供了強有力的支持。當(dāng)前，我國制造業(yè)正在快速發(fā)展，智能化必將推動其邁向新高度。

參考文獻：

[1]周本華，吳旭光，郭培龍等.現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術(shù)及在智能制造系統(tǒng)中的應(yīng)用

[2]何茂輝.4G 網(wǎng)絡(luò)下的多終端建筑工程現(xiàn)場移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2016，39（15）：25-27.

[J].制造技術(shù)與機床，2016，（6）：33-39.