數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在新能源汽車電機(jī)數(shù)字化車間中的運(yùn)用研究

襄陽(yáng)中車電機(jī)技術(shù)有限公司 湖北 襄陽(yáng) 441000

1 引言

《中國(guó)制造2025》文件的印發(fā)預(yù)示著我國(guó)工業(yè)制造產(chǎn)業(yè)進(jìn)入到全面高質(zhì)量發(fā)展階段。在該文件思想方向的指引下,傳統(tǒng)工業(yè)制造企業(yè)向著信息化、數(shù)字化和智能化的方向加快邁進(jìn)。新能源汽車是新興產(chǎn)業(yè),作為新能源汽車電機(jī)生產(chǎn)企業(yè),在新的發(fā)展時(shí)期內(nèi),必須緊跟國(guó)家工業(yè)制造產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的步伐,在數(shù)智經(jīng)濟(jì)理念下加快推動(dòng)數(shù)字化工廠建設(shè)進(jìn)程。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述

新能源汽車電機(jī)數(shù)字化車間的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)其主要功能包括：能夠?qū)ιa(chǎn)車間現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,如對(duì)部件加工環(huán)節(jié)、性能測(cè)試環(huán)節(jié)、設(shè)備維護(hù)環(huán)節(jié)、員工值班環(huán)節(jié)、物料供應(yīng)環(huán)節(jié)等信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化,并對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸、分析、存儲(chǔ),幫助企業(yè)各個(gè)部門制定和優(yōu)化生產(chǎn)方案或管理決策。

在對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中,首先要對(duì)新能源汽車電機(jī)數(shù)字化車間進(jìn)行調(diào)研和分析,經(jīng)過(guò)分析后得到以下以下突出的特點(diǎn)：一是車間的設(shè)備種類多,各個(gè)設(shè)備之間的通信接口多；二是車間數(shù)據(jù)采集點(diǎn)多,數(shù)據(jù)采集要實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)對(duì)接；三是老舊設(shè)備較多,在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中要解決老舊設(shè)備通信接口改裝,使其統(tǒng)一的問(wèn)題；四是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要采用千兆以太網(wǎng)配合網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施要求。

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

在對(duì)新能源汽車電機(jī)數(shù)字化車間分析的基礎(chǔ)上,將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)為四層架構(gòu),分別為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)集中層、應(yīng)用層。其中,感知層包括傳感器、信息識(shí)別設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備等。網(wǎng)絡(luò)層包括工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、無(wú)線AP等,其功能是將不同設(shè)備的通信接口轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的TCP/IP的形式進(jìn)行信息傳播。數(shù)據(jù)集中層包括組態(tài)軟件、OPC服務(wù)器軟件等,其功能是將車間的不同通信協(xié)議的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、轉(zhuǎn)換、檢查,并存儲(chǔ)在系統(tǒng)服務(wù)器中,服務(wù)器內(nèi)的數(shù)據(jù)與上層MES系統(tǒng)進(jìn)行連接,為車間生產(chǎn)提供準(zhǔn)確完整的數(shù)據(jù)。應(yīng)用層包括各個(gè)業(yè)務(wù)流程的功能模塊,其功能是在現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)內(nèi)部的功能應(yīng)用模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,并將結(jié)果以多種形式呈現(xiàn)。

數(shù)據(jù)分為手動(dòng)采集、半自動(dòng)采集和全自動(dòng)采集三種。

手動(dòng)采集：該方式是利用人工方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,人工手動(dòng)錄入原始數(shù)據(jù),然后通過(guò)控制終端進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。手動(dòng)采集方式對(duì)于數(shù)據(jù)的時(shí)效性要求不高,主要運(yùn)用在單一設(shè)備長(zhǎng)久性數(shù)據(jù)或者產(chǎn)品的標(biāo)記性數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,手動(dòng)采集由現(xiàn)場(chǎng)操作人員來(lái)完成。工作人員通過(guò)工位旁的控制設(shè)備進(jìn)行來(lái)料呼叫、對(duì)原料進(jìn)行編碼并進(jìn)行編碼或物料屬性數(shù)據(jù)錄入,通過(guò)專業(yè)軟件進(jìn)行下載和查看信息。手動(dòng)采集數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)控制終端設(shè)備,由以太網(wǎng)接口經(jīng)過(guò)工業(yè)局域網(wǎng)上傳到數(shù)據(jù)庫(kù),數(shù)據(jù)讀取采用Web Service或API接口的方式。

半自動(dòng)采集：該方式是數(shù)據(jù)采集是經(jīng)過(guò)設(shè)備進(jìn)行采集,同時(shí)需要人工進(jìn)行校驗(yàn)。半自動(dòng)采集方式主要應(yīng)用于質(zhì)量數(shù)據(jù)采集場(chǎng)景。比如對(duì)零部件尺寸進(jìn)行測(cè)量,并通過(guò)藍(lán)牙上傳到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中；原料入庫(kù)過(guò)程中,工作人員對(duì)入庫(kù)的貨物進(jìn)行掃碼,然后將貨物信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)中；在螺絲等部件的裝配環(huán)節(jié),工作人員利用電子扭矩對(duì)螺絲扭矩進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,上傳到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。這些數(shù)據(jù)采集均采用半自動(dòng)采集方式。

全自動(dòng)采集：該方式是自動(dòng)化設(shè)備端的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集、上傳及分析,也是電機(jī)數(shù)字化車間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的最主要采集方式。其應(yīng)用在傳感器設(shè)備、PLC生產(chǎn)設(shè)備、數(shù)控機(jī)床設(shè)備數(shù)據(jù)采集場(chǎng)景中。比如在汽車電機(jī)技術(shù)機(jī)床的數(shù)據(jù)采集中,數(shù)據(jù)通過(guò)機(jī)床內(nèi)自帶的以太網(wǎng)接口經(jīng)過(guò)組態(tài)軟件或服務(wù)器接口訪問(wèn)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng),既可以調(diào)取機(jī)床運(yùn)行數(shù)據(jù),還可以將數(shù)控代碼傳輸?shù)綑C(jī)床加工設(shè)備,實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的信息傳輸連接。電機(jī)數(shù)字化車間中,多數(shù)設(shè)備是采用PLC控制的方式進(jìn)行運(yùn)行,對(duì)這些設(shè)備的數(shù)據(jù)采集可以通過(guò)PLC控制信號(hào)實(shí)現(xiàn),具體包括開關(guān)量信號(hào)、模擬量信號(hào),如設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息,像開機(jī)狀態(tài)、關(guān)機(jī)狀態(tài)、待機(jī)狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)等都可以通過(guò)PLC控制信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的全自動(dòng)采集。PLC控制信息數(shù)據(jù)經(jīng)由以太網(wǎng)串口上傳到工業(yè)網(wǎng)關(guān),然后在將通信協(xié)議轉(zhuǎn)化為TCP/IP,最后上傳到服務(wù)器,經(jīng)過(guò)服務(wù)器組態(tài)軟件轉(zhuǎn)化后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)。

4 數(shù)據(jù)集成及存儲(chǔ)

由于不同生產(chǎn)設(shè)備之間的通信協(xié)議不一定相同,因此在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中需要進(jìn)行數(shù)據(jù)集成。數(shù)字化車間中的數(shù)據(jù)采集量大,信息點(diǎn)位多,各個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采集數(shù)據(jù)并上傳到系統(tǒng)的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)通信層負(fù)載,造成信息丟包,信息傳輸卡頓的問(wèn)題,從而影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。為了避免上述問(wèn)題,采用將數(shù)據(jù)集中處理的方式,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。采集到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)通信接口上傳到數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò),寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)表內(nèi),然后經(jīng)過(guò)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換,這樣就可以實(shí)現(xiàn)上層數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)接口對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)。采集的數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中,數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇要綜合考慮數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全性、數(shù)據(jù)交互時(shí)效性等因素。數(shù)據(jù)表格的創(chuàng)建應(yīng)根據(jù)汽車電機(jī)數(shù)字化車間的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)表或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化定義,使數(shù)據(jù)表格能夠與汽車電機(jī)數(shù)字化車間的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同起來(lái),提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存儲(chǔ)效率和運(yùn)用效率。

5 結(jié)語(yǔ)

信息技術(shù)和數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為數(shù)字智能經(jīng)濟(jì)提供了越來(lái)越強(qiáng)大的技術(shù)支持。在新能源汽車電機(jī)數(shù)字化車間,通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)設(shè)備的互聯(lián)互通,實(shí)現(xiàn)車間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和信息交互。隨著數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在數(shù)字化車間中的完善,積累的海量數(shù)據(jù)將為車間生產(chǎn)管理提供寶貴的生產(chǎn)資源,推動(dòng)電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)加快邁上高質(zhì)量發(fā)展道路。