基于“互聯(lián)網(wǎng)+"背景下智能制造車問生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)研究

摘要：“互聯(lián)網(wǎng)+”理念的提出，進(jìn)一步推動(dòng)了現(xiàn)代制造業(yè)信息化的發(fā)展，在中國制造2025宏觀目標(biāo)的引導(dǎo)下，引發(fā)了一場(chǎng)以智能制造為核心的產(chǎn)業(yè)革命。文章基于“互聯(lián)網(wǎng)+”背景，對(duì)智能制造車間的生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的智能制造概念、智能制造車間工作的新特征等進(jìn)行了概述;其次對(duì)基于“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的智能制造車間生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)跟綜系統(tǒng)的需求進(jìn)行了分析;再次對(duì)智能制造車間生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析;從次對(duì)智能制造車間制造過程進(jìn)行了解讀;最后結(jié)合智能制造車間制造過程設(shè)計(jì)了系統(tǒng)總體運(yùn)行方案，從RFID應(yīng)用架構(gòu)、總體物理框架設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)3方面分別進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+;智能制造;車間生產(chǎn);實(shí)時(shí)跟蹤;系統(tǒng)建設(shè)

中圖分類號(hào)：TP393.072

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）08-0152-04

Research on Real-time Tracking System of IntelligentManufacturing Workshop Production Process Based on"Internet+" Background

ZHANG Hua

（School of Shaanxi Provincial Party（Shaanxi Administration College ），Xi'an Shaanxi 710061.China）

Abstract ： The concept of "lnternet +" has further promoted the development of modem manufacturing informatiza-tion.Under the guidance of the macro target of Made in China 2025.an industrial revolution centered on intelligentmanufacturing was initiated.Based on the "Internet+"hackground，this paper studies the real-time tracking systemof production process in intelligent manufacturing workshop.Firstly，the article first summarizes the concept of intel-ligent manufacturing in the context of"Internet+"and the new features of the work in the intelligent manufacturingworkshop.Secondly，the requirements of the real-time follow-up system of the intelligent manufacturing workshopproduction process based on the "Intemet+ "background were analyzed. Thirdly，the design of function module of in-telligent manufacturing workshop real-time tracking system was analyzed;the manufacturing process of the intelli-gent manufacturing workshop was interpreted.Finally，the overall operation scheme of the system is designed hasedon the manufacturing process of the intelligent manufacturing workshop，which is descrihed from the RFID applica-tion architecture.the overall physical framework design and the system software architecture design.

Key words ： Internet+;intelligent nianufacturing;workshop production;real-time tracking; system construction

0引言

制造業(yè)作為國家或地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)主體，其發(fā)展水平的高低直接體現(xiàn)了該國或地區(qū)的生產(chǎn)力水平。經(jīng)過多年發(fā)展，國家的制造業(yè)水平逐年提高[1]。根據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，白進(jìn)入21世紀(jì)以來，連續(xù)10年中國制造業(yè)增加值超過美國，中國已經(jīng)正式邁入制造業(yè)大國之門，并在某些制造業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域如輕紡、化工等領(lǐng)域已經(jīng)接近或達(dá)到了世界先進(jìn)水平。然而，盡管我國在部分制造業(yè)加工領(lǐng)域中已經(jīng)具備了一定的產(chǎn)業(yè)地位，但制造業(yè)仍然以勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)為主，與西方發(fā)達(dá)國家技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)相比仍有一定差距，距離真正的制造業(yè)強(qiáng)國仍需努力。

“互聯(lián)網(wǎng)+”理念的出現(xiàn)，一方面代表著互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)業(yè)態(tài)之間的添加與融合，是一種針對(duì)不同業(yè)態(tài)發(fā)展新計(jì)劃的出現(xiàn);另一方面，“互聯(lián)網(wǎng)+”作為一種整體概念，代表未來我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在發(fā)展的過程中，將會(huì)逐漸實(shí)現(xiàn)白身與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度融合，從而完成產(chǎn)業(yè)升級(jí)。智能制造車間，是“互聯(lián)網(wǎng)+”智能生產(chǎn)的現(xiàn)代產(chǎn)物之一[2]。智能制造車間生產(chǎn)過程中，結(jié)合了現(xiàn)代信息技術(shù)以及傳統(tǒng)制造工藝的優(yōu)勢(shì)。智能制造車間生產(chǎn)，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、動(dòng)態(tài)視覺等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)全壽命周期的智能化。針對(duì)智能制造車間生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)跟蹤體系進(jìn)行構(gòu)建，是滿足當(dāng)前智能制造車間生產(chǎn)優(yōu)化、實(shí)現(xiàn)我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵。

1概述

1.1智能制造

在21世紀(jì)社會(huì)生產(chǎn)力的提升過程中，技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，推動(dòng)了科技模式的嬗變，促進(jìn)了社會(huì)以人為本的又一次創(chuàng)新。創(chuàng)新2.0使信息技術(shù)與形態(tài)轉(zhuǎn)變得以新生，也為社會(huì)注入了新的生命力。首次將互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)推向國際市場(chǎng)的是國家總理李克強(qiáng)同志提出的“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃。準(zhǔn)確來說，是計(jì)劃與其他傳統(tǒng)行業(yè)相融合所產(chǎn)生的新發(fā)展形態(tài)就是“互聯(lián)網(wǎng)+”[3]。而智能制造就是“互聯(lián)網(wǎng)+”與制造業(yè)的相結(jié)合，即工業(yè)4.0，稱之為“中國制造2025”。

工業(yè)4.0為全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了新的變革，在未來很長時(shí)間內(nèi)，中國的制造業(yè)將跟隨智能制造前進(jìn)的步伐一直前進(jìn)，既實(shí)現(xiàn)了智能轉(zhuǎn)型，又加強(qiáng)穩(wěn)固了化工業(yè)的基礎(chǔ)和綠色制造產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新，離智能制造的終極目標(biāo)更近一步。智能制造涉及了大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算等關(guān)鍵性技術(shù)，中國的制造業(yè)要做到以這些技術(shù)為支撐還要走較長的一段路[4]。

1.2智能制造車間工作

該車間在實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品全生命周期的智能化，實(shí)現(xiàn)自我收集，自行儲(chǔ)存制造信息以及自我分析的特征前提下，是在智能制造與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)及其他先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相融合充分發(fā)揮其技術(shù)的優(yōu)勢(shì)下所完成的[5]。由此看來，傳統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)營已經(jīng)不能滿足智能制造的要求了，需在傳統(tǒng)制造的基礎(chǔ)上引入新的特性，主要有以下5個(gè)方面體現(xiàn)。

1.2.1設(shè)備的智能化與互聯(lián)

為給予智能制造更扎實(shí)的物理基礎(chǔ)，可采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將現(xiàn)代智能制造車間中所涉及的各類型設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)終端連接，從而將智能制造車間中的各種類型的終端設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)橋接，實(shí)現(xiàn)不同制造設(shè)備之間的智能感知與互聯(lián)。

1.2.2數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性

為了不降低生產(chǎn)效率，且企業(yè)的運(yùn)營層能準(zhǔn)確安排后續(xù)的生產(chǎn)，須保證車間生產(chǎn)的自動(dòng)化，使各類產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)獲取，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)得以保持并展示出來。作為自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)的智能車間，必須保證分布于各車間內(nèi)智能設(shè)備的正常使用。如任一生產(chǎn)線員工的工作信息不能實(shí)時(shí)獲取傳遞展示，則大幅度的影響生產(chǎn)效率和工作安排。

1.2.3生產(chǎn)運(yùn)營的集成化

生產(chǎn)運(yùn)營的集成不僅使運(yùn)營模塊便于維護(hù)，還實(shí)現(xiàn)了不同的異構(gòu)平臺(tái)運(yùn)營系統(tǒng)的可移植性。該集成主要包括生產(chǎn)中各業(yè)務(wù)流程的集成，后臺(tái)運(yùn)營系統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)與前端設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的集成。

1.2.4網(wǎng)絡(luò)化的協(xié)同制造

智能制造結(jié)合了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使分布在各地生產(chǎn)車間得以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息互聯(lián)互通，協(xié)同完成生產(chǎn)任務(wù)，使生產(chǎn)過程的運(yùn)營更加敏捷化[6]。故網(wǎng)絡(luò)化功能需智能車間生產(chǎn)運(yùn)營的支持。

1.2.5數(shù)據(jù)的分析與反饋

為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的閉環(huán)控制，提供智能決策的數(shù)據(jù)支持，所分布在車間的智能設(shè)備必須保證生產(chǎn)能夠順利進(jìn)行，付諸系統(tǒng)PC獲得生產(chǎn)數(shù)據(jù)的同時(shí)，還需要能夠按照不同工作邏輯對(duì)各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，通過實(shí)時(shí)分析及時(shí)獲取并處理系統(tǒng)運(yùn)營過程中的問題，將處理結(jié)果及時(shí)進(jìn)行搜集并反饋。

2智能制造車間生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)跟綜系統(tǒng)需求分析

2.1生產(chǎn)過程分析

產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，一般都是從原材料或半成品開始，而制造企業(yè)大部分是離散型制造，就智能制造車間而言，便于后續(xù)生產(chǎn)運(yùn)營和實(shí)施跟蹤生產(chǎn)過程，需在傳統(tǒng)制造基礎(chǔ)上加入自動(dòng)化，感知化等技術(shù)[7]。本文對(duì)智能車間的生產(chǎn)過程實(shí)施實(shí)時(shí)運(yùn)營，首先對(duì)該車間生產(chǎn)過程進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)時(shí)制造過程進(jìn)行跟蹤和模塊化處理。圖1為車間的制造過程。

2.2執(zhí)行系統(tǒng)需求分析

因車間制造過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)繁多且復(fù)雜，基于智能制造執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)運(yùn)營，該系統(tǒng)對(duì)制造車間進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而更有效的采集和關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)。為提高企業(yè)效益和企業(yè)生產(chǎn)效率，且便于上層運(yùn)營人員能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)狀況來指導(dǎo)生產(chǎn)[8]。智能制造執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性有了更高的要求。根據(jù)其自動(dòng)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化特點(diǎn)，系統(tǒng)應(yīng)具備以下需求：

1）系統(tǒng)通過企業(yè)運(yùn)營層以及業(yè)務(wù)部門的相關(guān)數(shù)據(jù)獲取某一時(shí)間段的生產(chǎn)任務(wù)詳情，包括本次生產(chǎn)計(jì)劃工作擬定生產(chǎn)產(chǎn)品的型號(hào)、訂單號(hào)、所需物料數(shù)據(jù)、工作完成計(jì)劃等。

2）系統(tǒng)需獲取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)據(jù)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，并按照訂單制定生產(chǎn)計(jì)劃并下發(fā)任務(wù)。

3）系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄了解生產(chǎn)進(jìn)度，記錄產(chǎn)品的生產(chǎn)信息以及庫存中物料使用情況，比如加工時(shí)間、加工工序、參與加工人員和物料剩余量等。

4）智能制造車間除在產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)能夠?yàn)槠髽I(yè)提供數(shù)據(jù)及技術(shù)支持外，還需要在產(chǎn)品、原料的權(quán)壽命周期對(duì)產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)、后續(xù)服務(wù)等進(jìn)行跟蹤，便于對(duì)生產(chǎn)原料和產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量問題的追溯。

5）智能制造車間生產(chǎn)系統(tǒng)需要具備一定的可視化功能，能夠輔助生產(chǎn)、運(yùn)營人員從系統(tǒng)展示數(shù)據(jù)中隨時(shí)監(jiān)測(cè)車間的作業(yè)情況，從而及時(shí)為車間工作人員、企業(yè)運(yùn)營層提供支持以及數(shù)據(jù)展示。

3智能制造車間生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)跟綜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1功能模塊架構(gòu)

根據(jù)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)制造車間實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的運(yùn)營需求，運(yùn)營系統(tǒng)主要?jiǎng)澐至?大功能性板塊：系統(tǒng)運(yùn)營（Systein Management）、資源運(yùn)營（Resource Manage-ment）、計(jì)劃運(yùn)營（Project management）、調(diào)度運(yùn)營（Scheduling management）和生產(chǎn)過程運(yùn)營（Produc-tion Process Management）[9]。首先整合在生產(chǎn)過程中采集的數(shù)據(jù)，其次再對(duì)其進(jìn)行剖析處理、儲(chǔ)存方式、信息透明化等開發(fā)應(yīng)用，如圖2所示。

3.1.1系統(tǒng)運(yùn)營（System Management）

系統(tǒng)運(yùn)營增加了企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的保密性和安全性。針對(duì)制造車間人員配置給予其相應(yīng)的角色和權(quán)限，不同的角色只被允許在相應(yīng)的權(quán)限范圍內(nèi)，針對(duì)人員所使用的權(quán)限高低與之加載相對(duì)應(yīng)的web頁面和菜單。

3.1.2資源運(yùn)營（Resource Management）

資源運(yùn)營便利了系統(tǒng)中各模塊的資源共享，將不同功能的模塊有機(jī)的聯(lián)系在一起，促使訊息的傳遞更為便利[10]。主要針對(duì)標(biāo)簽、讀寫器、物料、人員和工裝的維護(hù)運(yùn)營，保證整個(gè)系統(tǒng)能夠良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

1）標(biāo)簽運(yùn)營（Label Management）。標(biāo)簽運(yùn)營是按同1種格式對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行初始化設(shè)置，對(duì)其中留存的信息進(jìn)行處理。主要方式是設(shè)置讀寫器的讀寫密匙和訪問權(quán)限。

2）讀寫器（ Reader and writer）。讀寫器與加工設(shè)備相綁定，便于車間生產(chǎn)人員獲取加工設(shè)備的相關(guān)信息。讀寫器的運(yùn)營重點(diǎn)是要加強(qiáng)對(duì)讀寫器IP地址的維護(hù).

3）物料運(yùn)營（Material Management）。物料運(yùn)營便于車間生產(chǎn)人員對(duì)工件進(jìn)行標(biāo)識(shí)，主要針對(duì)物料的名稱、規(guī)格、型號(hào)等屬性進(jìn)行集中運(yùn)營，并賦予每一個(gè)工件唯一的物料編號(hào)，最后將物料的數(shù)據(jù)信息采用統(tǒng)一的格式進(jìn)行分類整合儲(chǔ)存。

4）人員運(yùn)營（Personnel Management）。人員運(yùn)營是指對(duì)生產(chǎn)車間員工的基本資料進(jìn)行維護(hù)，例如：?jiǎn)T工姓名、員工電話、員工家庭住址等。

5）工裝運(yùn)營（Tooling management）。在企業(yè)制造車間生產(chǎn)過程中對(duì)加工設(shè)備、工裝夾具、工藝信息等資源的維護(hù)是工裝運(yùn)營的主要工作內(nèi)容，例如：設(shè)備運(yùn)營者、設(shè)備的編號(hào)、設(shè)備名稱、刀量夾具信息等。

3.1.3計(jì)劃運(yùn)營（Project management）

零件計(jì)劃和制造工序計(jì)劃是計(jì)劃運(yùn)營的主要組成部分。計(jì)劃運(yùn)營專員要先對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)能力進(jìn)行分析，其次根據(jù)分析結(jié)果編制并下發(fā)針對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的相關(guān)供需安排。最后，在保證生產(chǎn)訂單質(zhì)量為前提的情況下，可結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀，人工調(diào)整生產(chǎn)作業(yè)參照的甘特圖，調(diào)換加工任務(wù)順序。

3.1.4調(diào)度運(yùn)營（Scheduling management）

任務(wù)調(diào)度、設(shè)備調(diào)度是調(diào)度運(yùn)營的根本屬性，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中基于“互聯(lián)網(wǎng)+”模式的智能制造車間中，系統(tǒng)能夠通過調(diào)度運(yùn)營功能自動(dòng)取讀生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的相關(guān)信息，自動(dòng)生成零件開工、竣工的實(shí)時(shí)信息，即時(shí)上傳到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。方便調(diào)度專員利用甘特圖查看零件生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合改進(jìn)的雙層編碼的調(diào)度遺傳算法做出正確的生產(chǎn)調(diào)度。跟隨零件加工實(shí)際情況，進(jìn)一步提升車間工作效率和設(shè)備利用率。

3.1.5生產(chǎn)過程運(yùn)營（Production Process Management）

當(dāng)設(shè)備故障排查結(jié)束后，服務(wù)器將傳輸給各加工部門所需生產(chǎn)工藝等相關(guān)信息。在零件加工階段，人員及車間生產(chǎn)流水線中的所有設(shè)備均需要事先與系統(tǒng)閱讀器進(jìn)行橋接，當(dāng)系統(tǒng)閱讀器在檢索到附近存在加工零件時(shí)，能夠及時(shí)的為生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)信息，與此同時(shí)，加工人員和加工設(shè)備的信息也將被上傳到數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)車間生產(chǎn)工作完成匯總后再進(jìn)一步整體向上層進(jìn)行信息反饋，最后通過對(duì)比實(shí)際完工數(shù)量和計(jì)劃完工數(shù)量得到零件完成率。

在進(jìn)行質(zhì)檢時(shí)，相關(guān)工作人員首先需收集零件電子標(biāo)簽信息，并到數(shù)據(jù)庫對(duì)其進(jìn)行查詢處理，然后再實(shí)時(shí)記錄質(zhì)檢人員、質(zhì)檢房間、質(zhì)檢結(jié)果等數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢測(cè)信息。將質(zhì)量檢測(cè)信息上傳到數(shù)據(jù)庫中，質(zhì)檢員要對(duì)于質(zhì)檢不合格的零件，給予相應(yīng)的處理意見及措施，并將零件移交給相關(guān)部門。運(yùn)營者可以通過透明化的web頁面，獲取工序生產(chǎn)進(jìn)度、零件生產(chǎn)進(jìn)度、零件合格率等實(shí)時(shí)信息，直觀的獲取車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)狀況，合理的安排生產(chǎn)。

3.2系統(tǒng)整體框架

以企業(yè)需求為目的，以車間生產(chǎn)流程為憑據(jù)，完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體方案。利用射頻識(shí)別技術(shù)來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，應(yīng)用RFID的架構(gòu)形式，最后以互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)共享作為連接手段，來對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的軟件架構(gòu)和物理框架進(jìn)行具體設(shè)計(jì)?？傮w系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

4結(jié)語

綜上所述，文章對(duì)基于“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的智能制造車間生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)跟蹤與運(yùn)營體系進(jìn)行了構(gòu)建。所構(gòu)建的實(shí)時(shí)跟蹤與運(yùn)營系統(tǒng)，是基于傳統(tǒng)制造車間生產(chǎn)加工工藝以及智能制造車間的系統(tǒng)需求基礎(chǔ)上的新型智能制造車間生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)跟蹤與運(yùn)營系統(tǒng)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”的核心詞匯是“互聯(lián)網(wǎng)”?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”相關(guān)理念的提出，大大提升了中國傳統(tǒng)制造業(yè)與現(xiàn)代信息技術(shù)的結(jié)合廣度與深度，對(duì)于實(shí)現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，完成向制造業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的目標(biāo)具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。文章所構(gòu)建的智能制造車間過程實(shí)時(shí)跟蹤與運(yùn)營體系，是“互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)”理念下的代表型產(chǎn)物，能夠?yàn)橹袊圃鞓I(yè)發(fā)展提供實(shí)際的生產(chǎn)指導(dǎo)。

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