一種簡易的生產(chǎn)效率監(jiān)控系統(tǒng)

李元勛 徐果 張露

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545000

智能制造是當(dāng)今制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的終極目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)智能制造后可以有效降低制造人力成本，提高生產(chǎn)運(yùn)行效率，有效保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。近年來，各行各業(yè)的制造企業(yè)都在逼迫自己進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級，除了應(yīng)消費(fèi)需求做的產(chǎn)品升級以外，也都在同步開展生產(chǎn)制造的轉(zhuǎn)型升級，很多老舊的生產(chǎn)線被淘汰或者進(jìn)行改造升級，進(jìn)一步提高生產(chǎn)制造能力。產(chǎn)線和設(shè)備的自動化升級只是生產(chǎn)硬件上的提升，生產(chǎn)運(yùn)行管理模式的改進(jìn)也是必不可少的。自動化升級總體規(guī)劃如圖1 所示。

圖1 自動化升級總體規(guī)劃

從自動化升級的總體規(guī)劃來看，大致分為硬件升級和軟件升級，硬件升級主要在于生產(chǎn)裝備、現(xiàn)場傳感器、檢測裝置等；而軟件升級包括控制軟件、通訊網(wǎng)絡(luò)、智能系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。迫于成本的考慮，目前很多企業(yè)還停留在自動化裝備升級階段，數(shù)字化升級需要大量的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和復(fù)雜的數(shù)字化系統(tǒng)，也因此很多小企業(yè)遲遲未推進(jìn)數(shù)字化升級。從實(shí)際的生產(chǎn)制造過程來看，制造過程中生產(chǎn)運(yùn)行效率監(jiān)控作為數(shù)字化升級的重要組成部分，也是最基礎(chǔ)最需要的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)字化管理工具很多企業(yè)所重視。下面就介紹一種簡易的低成本的生產(chǎn)運(yùn)行效率監(jiān)控系統(tǒng)，可以在短時(shí)間內(nèi)以低成本的投入開發(fā)一套簡易、實(shí)用、易維護(hù)的生產(chǎn)運(yùn)行效率監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)搭建大致步驟如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)搭建步驟

1 軟件安裝

此處搭建的是一個簡易的生產(chǎn)運(yùn)行效率監(jiān)控系統(tǒng)，使用的軟件都是簡單的數(shù)據(jù)開發(fā)軟件，采用phpstudy 軟件替代常規(guī)的SQL數(shù)據(jù)庫軟件，它靈活方便，還具備網(wǎng)頁訪問設(shè)置和遠(yuǎn)程查看功能；其次安裝Visual Studio Code 作為整個系統(tǒng)開發(fā)編程工具，具備VC 和C++開發(fā)環(huán)境；最后安裝node軟件，用于開發(fā)數(shù)據(jù)讀取程序，此處數(shù)據(jù)采集從AB 控制系統(tǒng)讀取，故還需安裝RSLinx軟件（若從其他控制系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)安裝響應(yīng)的軟件），軟件圖標(biāo)如圖3所示。

圖3 所需安裝軟件圖標(biāo)

安裝完phpstudy 軟件后打開軟件，啟動Apache 和MySQL，在“數(shù)據(jù)庫工具”處可打開數(shù)據(jù)庫，phpstudy 軟件界面如圖4 所示。

圖4 phpstudy 軟件界面

2 建立數(shù)據(jù)變量清單

此處以汽車制造廠的涂裝車間為例來介紹簡易生產(chǎn)運(yùn)行效率監(jiān)控系統(tǒng)的搭建過程。此案例中涂裝車間的生產(chǎn)線輸送控制系統(tǒng)采用AB（羅克韋爾）控制系統(tǒng)。涂裝車間的產(chǎn)線工藝如圖5 所示：

圖5 涂裝車間生產(chǎn)工藝布局圖

從產(chǎn)線工藝來看，要想對整個生產(chǎn)運(yùn)行效率進(jìn)行監(jiān)控，可以采集每個工藝段的運(yùn)行節(jié)拍數(shù)據(jù)、各工藝段之間設(shè)定的合理緩沖數(shù)量、每個工藝段進(jìn)出口實(shí)時(shí)的過車數(shù)據(jù)，以及進(jìn)出口的空滿位時(shí)間，只需要監(jiān)控這些數(shù)據(jù)就可以從中判斷出每個工藝段的生產(chǎn)運(yùn)行效率，從而實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行效率的監(jiān)控。數(shù)據(jù)變量表如表1 所示。

表1 系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)變量表

根據(jù)數(shù)據(jù)變量表內(nèi)容編寫變量清單，變量清單文件以TXT 文件格式記錄，如圖6所示。

圖6 變量清單文件

3 通訊搭建及數(shù)據(jù)讀取

確定好所需要采集的數(shù)據(jù)清單后，要從AB 控制系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)，需要開發(fā)居于OPC通訊協(xié)議讀取數(shù)據(jù)的小程序軟件“RSLinx_OPC_HTTP”（此程序是根據(jù)實(shí)際需要開發(fā)的，不同系統(tǒng)讀取需要開發(fā)不同的程序軟件。）。同時(shí)將“變量清單”里的變量增加到各工藝段輸送線控制程序里，并根據(jù)需要完成變量邏輯程序編寫。最后通過啟動“node”軟件從各工藝段控制程序里把變量清單里的變量數(shù)據(jù)讀取到變量清單的TXT 文件中。變量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)讀取畫面如圖7 所示。

圖7 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)讀取畫面

4 網(wǎng)頁開發(fā)

完成以上數(shù)據(jù)變量采集后，需要開發(fā)監(jiān)控訪問網(wǎng)頁，便于生產(chǎn)管理者實(shí)時(shí)監(jiān)控查詢與分析。

4.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)置

在phpstudy 軟件界面里打開MySQL 數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫中建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊，主要模塊有basic_tag（基礎(chǔ)變量）、plc_data（PLC數(shù)據(jù)）、plc_data_history（歷史數(shù)據(jù)）、plc_data_real（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)）等，數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)模塊顯示如圖8 所示。

圖8 數(shù)據(jù)模塊顯示圖

4.2 網(wǎng)頁后臺程序開發(fā)

數(shù)據(jù)庫中建立完數(shù)據(jù)模塊后需要定義每一個模塊的顯示內(nèi)容，其中basic_tag（基礎(chǔ)變量）模塊中的內(nèi)容最為重要，直接決定了網(wǎng)頁顯示的內(nèi)容，且作為后期快速擴(kuò)展網(wǎng)頁的基礎(chǔ)，后期新增網(wǎng)頁只需要在basic_tag 中新增網(wǎng)頁對應(yīng)的內(nèi)容即可自動生成新的網(wǎng)頁畫面。basic_tag 模塊顯示內(nèi)容（紅色框內(nèi)）如圖9 所示。

圖9 basic_tag 模塊內(nèi)容

定義了每一個模塊的顯示內(nèi)容后開始開發(fā)網(wǎng)頁，使用Visual Studio Code 開發(fā)網(wǎng)頁，網(wǎng)頁程序里編寫網(wǎng)頁顯示的內(nèi)容、格式、訪問地址，以及一些判斷邏輯。本案例中，為了使生產(chǎn)運(yùn)行管理者可以快速判斷每個工藝段的運(yùn)行效率，各工藝段的過線臺量按小時(shí)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)凍結(jié)，并設(shè)定每個工藝段正常生產(chǎn)時(shí)的單小時(shí)過線臺量和各緩沖段的合理緩存數(shù)量，單小時(shí)過線臺量低于設(shè)定臺量10%時(shí)自動顯示紅色，低于5%時(shí)顯示黃色，大于等于設(shè)定臺量時(shí)說明產(chǎn)量達(dá)標(biāo)，生產(chǎn)效率較高，自動顯示綠色。網(wǎng)頁開發(fā)界面如圖10 所示。

圖10 網(wǎng)頁開發(fā)界面

5 系統(tǒng)啟用

網(wǎng)頁開發(fā)完成后，網(wǎng)頁里顯示的內(nèi)容可以通過數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新，生產(chǎn)管理人員實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)運(yùn)行效率監(jiān)控系統(tǒng)，通過分析每個工藝段每小時(shí)產(chǎn)量的達(dá)標(biāo)情況和緩沖區(qū)的緩沖數(shù)量，以及各工藝段進(jìn)出口的空滿停線時(shí)間就可以判斷各工藝段的運(yùn)行效率，同時(shí)可以在對應(yīng)不達(dá)標(biāo)的各小時(shí)記錄數(shù)據(jù)后面填寫不達(dá)標(biāo)的原因，便于生產(chǎn)管理者實(shí)時(shí)跟蹤管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響效率的問題并解決。生產(chǎn)運(yùn)行效率監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)頁界面如圖11 所示。

圖11 生產(chǎn)運(yùn)行效率監(jiān)控網(wǎng)頁界面

生產(chǎn)運(yùn)行效率監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)完成后，由于系統(tǒng)服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)為生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，僅生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的電腦可訪問，為了實(shí)現(xiàn)辦公網(wǎng)絡(luò)任意訪問，需要IT 開通網(wǎng)絡(luò)共享權(quán)限，權(quán)限開通后工廠所有辦公網(wǎng)絡(luò)均可訪問，便于生產(chǎn)車間或者公司各生產(chǎn)相關(guān)部分人員隨時(shí)訪問生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，了解生產(chǎn)運(yùn)行情況。

至此，一種簡易的生產(chǎn)運(yùn)行效率監(jiān)控系統(tǒng)即開發(fā)完成，開發(fā)過程的很多工作普通IT人員即可完成，大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集傳感器均為現(xiàn)場已有，無需額外增加投入便可完成低成本簡易的生產(chǎn)運(yùn)行效率監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)，簡單實(shí)用，便于維護(hù)。

6 結(jié)束語

響應(yīng)國家智能制造2025 的號召，各制造企業(yè)開啟生產(chǎn)制造轉(zhuǎn)型之路，無論是自動化、數(shù)字化還是網(wǎng)絡(luò)化，到最終的智能化，每個階段的轉(zhuǎn)型都需要投入大量的轉(zhuǎn)型升級成本。對于一些小企業(yè)來說高成本的投入是不可取的，但轉(zhuǎn)型升級又是勢在必行，故轉(zhuǎn)型過程中如何使成本最小化是他們重點(diǎn)考慮的。于是類似本文介紹的簡易生產(chǎn)運(yùn)行效率監(jiān)控系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控，又不用投入太多開發(fā)成本，這樣的精益轉(zhuǎn)型升級思路值得借鑒。