物聯(lián)網(wǎng)在離散制造業(yè)中的應(yīng)用研究

季秀遠(yuǎn)，魏向輝，張懷忠

（渤海裝備中成機(jī)械制造公司，天津 300280）

1 概述

本文針對(duì)螺桿鉆具定子制造過(guò)程具有多品種變批量生產(chǎn)、生產(chǎn)工藝過(guò)程復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息反饋要求高及質(zhì)量控制嚴(yán)格等特點(diǎn)，構(gòu)建鉆具定子生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過(guò)傳感器、PLC 等采集產(chǎn)品制造過(guò)程中的實(shí)時(shí)產(chǎn)品工藝參數(shù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等傳送至中央控制室，并在中央控制室設(shè)置數(shù)據(jù)處理中心，將數(shù)據(jù)保存至服務(wù)器。數(shù)據(jù)可以通過(guò)B/S 系統(tǒng)調(diào)取，供用戶對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析和產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控。

2 螺桿鉆具定轉(zhuǎn)子線型輪廓的檢測(cè)方案

該方案由定轉(zhuǎn)子全輪廓測(cè)量、定子小徑尺寸測(cè)量與轉(zhuǎn)子輪廓中徑測(cè)量、數(shù)據(jù)傳輸三部分組成。定子全輪廓測(cè)量系統(tǒng)完成，轉(zhuǎn)子全輪廓測(cè)量由光學(xué)照相系統(tǒng)完成，定子小徑尺寸和轉(zhuǎn)子輪廓中徑尺寸同時(shí)被采集。所有定轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)以上數(shù)據(jù)的采集、傳輸、監(jiān)控和查詢（圖1）。掌握馬達(dá)定轉(zhuǎn)子全輪廓加工信息，提高數(shù)據(jù)分析能力，提升關(guān)鍵零件制造和研發(fā)質(zhì)量。

3 定子橡膠煉膠過(guò)程監(jiān)測(cè)方案

圖1 定轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

煉膠工序的監(jiān)控由原來(lái)無(wú)監(jiān)控的管理變成可追溯性的數(shù)字化管理，確保煉膠從原材料稱量、煉膠溫度、煉膠時(shí)間、煉膠電流以及操作人員的工藝執(zhí)行紀(jì)律的實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控，提高管理人員、技術(shù)人員對(duì)煉膠過(guò)程的全面監(jiān)控水平并及時(shí)調(diào)整，更好地提高混煉膠質(zhì)量。對(duì)煉膠車間的密煉機(jī)和開(kāi)煉機(jī)進(jìn)行數(shù)字化和智能化改造來(lái)實(shí)行對(duì)煉膠過(guò)程實(shí)施監(jiān)測(cè)，安裝工業(yè)電腦信息錄入處理系統(tǒng)（圖2）實(shí)現(xiàn)對(duì)每車混煉膠相對(duì)應(yīng)的序號(hào)、配方號(hào)、混煉膠工序號(hào)的進(jìn)行記錄跟蹤。

4 定子橡膠注膠、硫化過(guò)程監(jiān)測(cè)方案

4.1 注膠工序監(jiān)測(cè)方案

圖2 信息錄入處理系統(tǒng)

技術(shù)人員對(duì)原有注膠機(jī)的注膠工藝過(guò)程無(wú)法及時(shí)了解，改造后可使技術(shù)人員對(duì)注膠過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，全面掌控注膠過(guò)程的工藝數(shù)據(jù)，為定子質(zhì)量分析提供詳實(shí)數(shù)據(jù)，從而保證定子注膠質(zhì)量。安裝工業(yè)電腦信息錄入處理系統(tǒng)（圖3）實(shí)現(xiàn)對(duì)注膠定子號(hào)、注膠機(jī)號(hào)、混煉膠編號(hào)、芯軸編號(hào)進(jìn)行記錄跟蹤。同時(shí)設(shè)備壓力、工藝時(shí)間、注膠溫度曲線，進(jìn)行數(shù)字化、實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)注膠系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，工藝設(shè)計(jì)參數(shù)將會(huì)得到嚴(yán)格執(zhí)行。

注膠監(jiān)控流程：（1）注膠前能夠在可視化顯示器上輸入注膠定子號(hào)、幾號(hào)注膠機(jī)、混煉膠編號(hào)、芯軸編號(hào)。（2）傳輸頁(yè)面顯示5 處設(shè)置溫度，實(shí)時(shí)溫度并能保存。（3）傳輸頁(yè)面顯示實(shí)時(shí)注膠設(shè)置壓力，實(shí)際注膠壓力并能保存。（4）保存文件上傳服務(wù)器，可以對(duì)某一時(shí)間段對(duì)注膠溫度、注膠壓力、注膠時(shí)間進(jìn)行電腦統(tǒng)計(jì)。（5）實(shí)時(shí)傳輸注膠當(dāng)時(shí)頁(yè)面，當(dāng)監(jiān)控參數(shù)超過(guò)設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)發(fā)出蜂鳴報(bào)警，直到人工手動(dòng)停止。（6）可以查閱歷史注膠過(guò)程，所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器并形成文件進(jìn)行存儲(chǔ)，能夠形成實(shí)時(shí)傳輸頁(yè)面通過(guò)電腦進(jìn)行監(jiān)控。

圖3 信息錄入處理系統(tǒng)

4.2 硫化工序監(jiān)測(cè)方案

原硫化罐是由圓盤記錄儀記錄，溫度/時(shí)間曲線記錄紙容易丟失，不易保存和查詢，造成追溯性差，無(wú)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，且無(wú)壓力/時(shí)間記錄，造成安全警示作用缺失。因此，對(duì)注膠車間的硫化罐進(jìn)行數(shù)字化和智能化改造實(shí)行對(duì)硫化過(guò)程實(shí)施監(jiān)測(cè)，安裝工業(yè)電腦信息錄入處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)芯軸編號(hào)、預(yù)熱程序號(hào)、硫化程序等進(jìn)行記錄跟蹤。改造后監(jiān)控系統(tǒng)上傳溫度/時(shí)間，壓力/時(shí)間數(shù)據(jù)，可使管理人員對(duì)硫化過(guò)程進(jìn)行可視化實(shí)時(shí)監(jiān)控，形成較多的數(shù)據(jù)積累便于技術(shù)人員統(tǒng)計(jì)和進(jìn)一步分析定子生產(chǎn)過(guò)程的硫化工藝數(shù)據(jù)。

對(duì)硫化時(shí)間、硫化壓力進(jìn)行數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)控，并形成硫化/時(shí)間曲線，壓力/時(shí)間曲線并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，形成無(wú)紙化記錄,減少人為誤操作,積累工藝經(jīng)驗(yàn),使工藝設(shè)計(jì)參數(shù)得到很好的執(zhí)行。

5 網(wǎng)絡(luò)及硬件功能需求實(shí)現(xiàn)方式

整個(gè)系統(tǒng)分成監(jiān)控層、控制采集層和現(xiàn)場(chǎng)層三層。監(jiān)控層和控制層采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，控制層和現(xiàn)場(chǎng)層則采用直接耦合方式，實(shí)時(shí)采集，實(shí)時(shí)傳輸，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖4 所示?，F(xiàn)場(chǎng)安裝的數(shù)據(jù)采集傳感器連接到現(xiàn)場(chǎng)PLC 控制系統(tǒng)內(nèi)，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)將采集數(shù)據(jù)上傳給SCADA 系統(tǒng)，SCADA 系統(tǒng)將自身數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)傳給SQL Server 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)保存，保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全性。

圖4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

5.1 系統(tǒng)基本功能

本系統(tǒng)以PLC 為采集前端、服務(wù)器為處理中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)螺桿鉆具制造物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組建，同時(shí)，能夠通過(guò)友好的用戶界面將數(shù)據(jù)呈獻(xiàn)給用戶。

（1）數(shù)據(jù)采集前端。數(shù)據(jù)采集前端采用現(xiàn)場(chǎng)HMI 輸入、B/S 系統(tǒng)界面上傳等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能。前端錄入數(shù)據(jù)直接上傳至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)，為管理人員的數(shù)據(jù)監(jiān)看、管理、追溯提供數(shù)據(jù)源并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析。

（3）安全功能。通過(guò)分級(jí)授權(quán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的安全管理，防止系統(tǒng)的非法侵入和非法操作。

（4）報(bào)警提示功能。通過(guò)蜂鳴、界面顏色變化和報(bào)表等功能來(lái)提示操作人員及時(shí)處理系統(tǒng)報(bào)警。

（5）設(shè)置兩具槍機(jī)攝像頭分別對(duì)準(zhǔn)密煉工位和開(kāi)煉工位，以輔助整個(gè)系統(tǒng)，對(duì)工位進(jìn)行不間斷的視頻監(jiān)控。

5.2 中控室基本功能

專家和技術(shù)人員可以通過(guò)中控室的監(jiān)控系統(tǒng)查看工序的操作、設(shè)備參數(shù)運(yùn)行狀況等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及歷史故障記錄，并通過(guò)視頻與數(shù)據(jù)監(jiān)控等手段遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)操作者工藝執(zhí)行情況，當(dāng)加工參數(shù)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行報(bào)警及時(shí)提醒技術(shù)人員與操作者排除質(zhì)量問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)

將螺桿鉆具離散制造業(yè)中的煉膠、注膠、硫化工序和定轉(zhuǎn)子測(cè)量過(guò)程納入螺桿鉆具物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，將分散和滯后性數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了集中共享和實(shí)時(shí)追蹤，提高了管理人員、技術(shù)人員對(duì)定子橡膠加工過(guò)程的全面質(zhì)量監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的質(zhì)量隱患，更好地提高橡膠質(zhì)量。充分利用日常生產(chǎn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析，為馬達(dá)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐，并為鉆具生產(chǎn)工藝、管理流程的優(yōu)化提供了有效的手段。