基于大數(shù)據(jù)平臺的噴涂線信息化生產(chǎn)模式研究應(yīng)用

文／阮子劍，賈春華，張濤·珠海格力電器股份有限公司

通過工控機+可編程序控制器（PLC）+現(xiàn)場儀表的控制方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速采集、分析，實現(xiàn)了生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備等方面的在線監(jiān)控，準(zhǔn)確共享，取代原有落后的數(shù)據(jù)收集方式，有效提升空調(diào)行業(yè)噴涂生產(chǎn)線信息化管理水平，產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率得到提高。

近年來，全球空調(diào)制造技術(shù)迎來了突飛猛進的發(fā)展，國內(nèi)生產(chǎn)線信息化的應(yīng)用愈發(fā)成熟，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的理念更加深入人心，原來落后的生產(chǎn)系統(tǒng)及管理方式不能滿足“小批量、多切換”的生產(chǎn)需求。同時，在當(dāng)前空調(diào)企業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀下，在高效率、高質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提升設(shè)備的信息化生產(chǎn)能力也是必須滿足的要求。

噴涂線在我司的應(yīng)用已有二十余年，前期設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)的管控多采用人工進行現(xiàn)場檢查，無法實時性的進行監(jiān)控。針對目前空調(diào)外觀零件生產(chǎn)制造過程中存在的質(zhì)量異常、生產(chǎn)低效等問題，為了進一步提升生產(chǎn)效率，保障工藝質(zhì)量穩(wěn)定，企業(yè)首次利用大數(shù)據(jù)平臺將信息化應(yīng)用到噴涂線的生產(chǎn)模式中。

噴涂生產(chǎn)線信息化項目背景

生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理原始、簡單

目前，制約生產(chǎn)線質(zhì)量及效率的主要問題，為生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理原始、簡單以及出現(xiàn)異常不能及時發(fā)現(xiàn)，主要包括以下4 點：⑴生產(chǎn)關(guān)鍵參數(shù)人工記錄管理不可控；⑵數(shù)據(jù)信息反饋滯后，存在質(zhì)量隱患；⑶無分析平臺，數(shù)據(jù)沒有上層應(yīng)用；⑷零件掉落烘道未察覺導(dǎo)致批量質(zhì)量事故。

異常頻發(fā)，無法及時發(fā)現(xiàn)和排除

珠海格力共9 條生產(chǎn)線，分別來自三個生產(chǎn)廠家，設(shè)備維護尤為重要，異常的發(fā)生直接影響生產(chǎn)效率及質(zhì)量，甚至發(fā)生停產(chǎn)停線。表1 列舉近年發(fā)生的典型設(shè)備異常，導(dǎo)致的工藝質(zhì)量問題。

表1 典型設(shè)備異常導(dǎo)致工藝質(zhì)量問題

噴涂生產(chǎn)線信息化項目介紹

項目方案

⑴數(shù)據(jù)管理邏輯。實施層級差別化權(quán)限管理，各個分廠和基地的生產(chǎn)及工藝數(shù)據(jù)對不同需求的人員開放；生產(chǎn)線和車間分層管理，不同車間之間分級管理。根據(jù)不同的管理需求對數(shù)據(jù)區(qū)分開放權(quán)限和報表內(nèi)容。

⑵系統(tǒng)邏輯構(gòu)成。平臺邏輯架構(gòu)共劃分為七層，分別為設(shè)備層、適配層、消息層、存儲層、分析層、服務(wù)層和展示層；以及非業(yè)務(wù)相關(guān)的平臺管理后臺。根據(jù)不同區(qū)塊劃分，系統(tǒng)可實現(xiàn)設(shè)備參數(shù)管理，消息通知、數(shù)據(jù)分析和3D 工廠及報表展示。

⑶設(shè)備數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)布局適用于車間內(nèi)部的信息傳遞。采集單點位置傳輸可采用現(xiàn)有成熟的無線網(wǎng)絡(luò)。

⑷平臺部署模式。平臺部署模式適用于全公司設(shè)備系統(tǒng)，通過云化部署的方式對子/分公司設(shè)備網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集監(jiān)控。各個分基地之間的數(shù)據(jù)實現(xiàn)單獨匯總并可單獨管理，全公司數(shù)據(jù)在總部實現(xiàn)匯總管理，如圖1 所示。

⑸設(shè)備數(shù)據(jù)接入點設(shè)備共監(jiān)控52 個點，其中工藝參數(shù)30 個點，生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)22 個點，包括的工位有：開爐、上料、熱水洗、預(yù)脫脂、主脫脂、水洗1、水洗2、陶化、水洗3、水洗4、純水洗、前處理烘道、烘干、固化、檢驗、噴粉、下料、燃燒機、熱水爐、水電氣能耗等，如圖2 所示。

圖2 設(shè)備數(shù)據(jù)接入點布局圖

⑹噴塑設(shè)備采集方案。設(shè)備參數(shù)采集通過增加或更換，具有數(shù)據(jù)反饋功能的傳感器或者儀表。設(shè)備數(shù)據(jù)通過PLC 匯總上傳，反饋控制信號在PLC 端實現(xiàn)，信息化平臺只接收和分析數(shù)據(jù)，如圖3 所示。

圖3 噴塑設(shè)備采集方案

⑺ 噴涂信息化生產(chǎn)模式變革。粗放式管理模式：1)工藝參數(shù)專人定時監(jiān)控記錄；2)參數(shù)異常人工排除；3)每班人工檢查通道零件掉落情況；4)缺料數(shù)據(jù)人工計算。

信息化管理模式（圖4）：1)工藝參數(shù)系統(tǒng)實時監(jiān)控；2)參數(shù)異常系統(tǒng)自動控制并排除；3)自動感應(yīng)通道零件掉落情況；4)上下料訂單追蹤，缺料自動追蹤；5)質(zhì)量數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析；6)生產(chǎn)數(shù)據(jù)異常提前預(yù)警。

圖4 噴涂線信息化管理模式

生產(chǎn)管理信息化應(yīng)用

⑴生產(chǎn)效率平臺管理。由大數(shù)據(jù)平臺統(tǒng)計當(dāng)月線體異常情況，包括異常次數(shù)和異常位置，產(chǎn)生異常時間，分析異常產(chǎn)生的原因，快速作出決策，如圖5 所示。

圖5 異常統(tǒng)計柱形圖

同時針對不同車間，不同線體上下料，換粉換色工位等按下急停時，可準(zhǔn)確直觀的看出急停時間、位置、停線次數(shù)，提供可靠的數(shù)據(jù)，生成急停曲線，為后續(xù)的生產(chǎn)效率的提升提供針對性的整改措施，如圖6 所示。

圖6 停線報表

⑵物料耗用分析。對不同的生產(chǎn)物料耗用每天進行數(shù)據(jù)維護，根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)算出定額耗用率，例如噴粉設(shè)備使用的粉末，對每天粉末的領(lǐng)用及廢粉進行稱重，記錄粉末耗用量，算出粉末利用率，通過柱狀圖進行直觀分析預(yù)測，如圖7 所示。

圖7 物料耗用分析柱狀圖

⑶產(chǎn)出報表。電子看板可實時看到當(dāng)天各車間的總產(chǎn)出數(shù)量、產(chǎn)出面積，根據(jù)生產(chǎn)計劃算出計劃完成率，實現(xiàn)生產(chǎn)計劃拉動式管理，如圖8 所示。

圖8 產(chǎn)出報表圖

工藝質(zhì)量管理信息化應(yīng)用

⑴烘道實時監(jiān)控。采用爐外激光長距離檢測裝置，光線通過爐體側(cè)板的位置開透光孔，紅外光束從小孔通過，無工件掉落或小工位掉落時，未擋到光束，不發(fā)出報警信號；當(dāng)有大工件掉落，且其高度擋到光束時，接收器無信號，則發(fā)出報警，表明有工件掉落。每條軌道下方配兩束激光光束檢測，光束以軌道為中心，向左右各偏離一定距離，寬度與風(fēng)槽同寬，用于檢測的個別工件正好直立在風(fēng)槽邊上，如圖9 所示。

圖9 激光檢測布局圖

⑵檢驗統(tǒng)計與質(zhì)量管理。后臺手工在系統(tǒng)錄入檢驗日期、零件編碼、零件名稱、生產(chǎn)總數(shù)、早晚班次，不同零件出現(xiàn)質(zhì)量問題的數(shù)量，計算每天生產(chǎn)零件的合格率，自動生成合格率圖表、關(guān)鍵缺陷圖表、合計缺陷圖。針對不同零件出現(xiàn)的缺陷以及典型問題進行數(shù)據(jù)分析，制定改善對策，如圖10 所示。

圖10 質(zhì)量管理柱狀圖

⑶工藝實時監(jiān)控。自主設(shè)計開發(fā)噴涂線信息化界面，主畫面顯示設(shè)備的整個工藝流程，實現(xiàn)從產(chǎn)品上件到下件的整線工藝參數(shù)全流程監(jiān)控，包括當(dāng)日停線時長、當(dāng)日急停次數(shù)、壓縮空氣用量、自來水用量、工業(yè)電、天然氣等實時生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如圖11所示。

圖11 噴涂線信息化主界面

噴涂線共13 個工藝流程，主要對前處理（預(yù)脫脂、主脫脂、水洗一、水洗二、陶化、水洗三、水洗四、純水洗、烘干）各工序的溫度、壓力、流量、PH 值、水位、純水電導(dǎo)率等工藝參數(shù)，以及噴粉后工序（固化）、溫度等關(guān)鍵參數(shù)進行實時監(jiān)控是否達標(biāo)。實時數(shù)據(jù)通過折線圖進行分類對比分析，可以直觀看出各個時間段工藝參數(shù)的波動情況，如圖12 所示。

圖12 工藝參數(shù)動態(tài)圖

設(shè)備管理信息化應(yīng)用

⑴設(shè)備維保管理。針對每條噴涂線配套設(shè)備，設(shè)置維保計劃（專業(yè)點檢、計劃檢修），確定維保周期，明確工作內(nèi)容，劃分責(zé)任人，到期自動提醒至終端手機APP，維保完成后報系統(tǒng)關(guān)閉即可，后臺可自主增加修改或維保計劃，根據(jù)生產(chǎn)安排可靈活進行調(diào)整，確保每臺設(shè)備在合理的維保計劃，設(shè)備進行維護后，會在系統(tǒng)進行相應(yīng)記錄，可實時進行查看。

⑵設(shè)備異常管理。中央監(jiān)控系統(tǒng)可讀取PLC 監(jiān)測到的設(shè)備運行狀態(tài)、模擬采樣數(shù)據(jù)等信息，根據(jù)這些實時數(shù)據(jù)，在屏幕上動態(tài)顯示整個車間的運行情況。系統(tǒng)有自動報警的功能，并能記錄故障時間、原因等信息，一旦發(fā)現(xiàn)故障報警信息，系統(tǒng)即顯示明顯報警畫面，向PLC 發(fā)出相應(yīng)動作指令，保存并記憶故障發(fā)生的時間、方位和原因等原始數(shù)據(jù)。

⑶設(shè)備能耗管理?？蓪崟r在線監(jiān)測各生產(chǎn)線當(dāng)月每天的自來水（m3）、工業(yè)電（kW·h）、液化氣（m3）、壓縮空氣（m3）等重點能源的耗用情況，自動生成能耗報表柱狀圖，直觀的展現(xiàn)各車間不同能源（自來水、壓縮空氣、液化氣）耗用情況，對能耗管理具有直接參考意義，如圖13 所示。

圖13 能耗曲線圖

噴涂行業(yè)信息化發(fā)展前景與展望

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及智能制造的發(fā)展趨勢，空調(diào)制造愈來愈離不開信息化，我們的管理不能還是20 年前的抄抄寫寫。未來噴涂生產(chǎn)線可通過信息化、數(shù)字化的手段，將硬件設(shè)備設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大數(shù)據(jù)，緊密地融合聯(lián)系在一起，實現(xiàn)噴涂線聯(lián)網(wǎng)。將生產(chǎn)工藝參數(shù)、設(shè)備維護數(shù)據(jù)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)端共享，消除人為不可控因素，出現(xiàn)異常報警和制動，判斷工藝參數(shù)的符合性并提前對線體進行整修，減少設(shè)備異常導(dǎo)致的額外停線。對生產(chǎn)增效、工藝質(zhì)量、成本管理、設(shè)備維護而言具有重要的意義。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造這個大背景下，我們不僅要有掌握信息化的手段工具，更要培養(yǎng)信息化的人才，不斷提升員工技能，發(fā)揮企業(yè)應(yīng)有優(yōu)勢，提升企業(yè)核心競爭力，為社會創(chuàng)造更大的價值。

結(jié)束語

本文詳細介紹了一種基于大數(shù)據(jù)平臺的噴涂生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集的設(shè)計與實現(xiàn),用于實現(xiàn)生產(chǎn)信息化, 內(nèi)容包括項目背景、設(shè)計方案、生產(chǎn)、效率、工藝質(zhì)量設(shè)備等信息化應(yīng)用。系統(tǒng)運用工控機+可編程序控制器（PLC）+現(xiàn)場儀表的控制方式，同時實現(xiàn)本地控制、遠程控制、遠程手動控制三種控制方式，具有極強的實用性及可操作性。目前該系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用在實際生產(chǎn)中，系統(tǒng)運行情況良好，成為企業(yè)信息化建設(shè)重要組成部分。