航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)

喬耀峰，董 碹，蔣 波，劉 劍

(1.中國(guó)航發(fā)上海商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限責(zé)任公司，上海 201306，2. 北京航天測(cè)控技術(shù)有限公司，北京 100041)

0 引言

隨著智能工廠、智能制造、工業(yè)4.0等概念不斷成熟，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》、工業(yè)和信息化部發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2018～2020 年)》等綱領(lǐng)性文件，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)智能化改造、網(wǎng)絡(luò)化化升級(jí)提供政策引導(dǎo)，行業(yè)發(fā)展支持，同時(shí)，邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)、人工智能、智能化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)、配送系統(tǒng)等內(nèi)容也為航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)智能改造提供了有力的技術(shù)支撐。

隨著國(guó)家對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)重視，如何提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)效率、提高生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量、提高數(shù)字化能力、提高智能化水平、提高生產(chǎn)過(guò)程管控能力是目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，選取某航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工生產(chǎn)過(guò)程為業(yè)務(wù)范圍，梳理業(yè)務(wù)需求，分析過(guò)程問(wèn)題，提出解決方案。具體梳理內(nèi)容如下：

1)加工業(yè)務(wù)旨在提供航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制所需的核心零部件加工工藝探索及管控，具體包括增材制造、焊接、打孔技術(shù)探索，零件、工裝的返修或補(bǔ)加工等。

2)加工現(xiàn)場(chǎng)存在生產(chǎn)要素多、加工設(shè)備多、數(shù)據(jù)種類多、物料管理復(fù)雜等特點(diǎn)，目前主要方式為人工管理，采用紙質(zhì)記錄方式開展；人機(jī)料法環(huán)等生產(chǎn)要素未實(shí)現(xiàn)全范圍、全流程等內(nèi)容采集；

3)加工現(xiàn)場(chǎng)已開展制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、制造工藝系統(tǒng)(CAPP)的建設(shè)，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)通過(guò)工單進(jìn)行物料拉動(dòng)，物料無(wú)法進(jìn)行提前備貨，需要人工進(jìn)行干預(yù)協(xié)調(diào)；

4)現(xiàn)場(chǎng)可視化手段少，各崗位人員無(wú)法及時(shí)和掌握現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，及時(shí)采取措施，進(jìn)行全范圍、全過(guò)程管控。

為解決如上問(wèn)題，需建立一套面向航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)，基于分布式工業(yè)云平臺(tái)，以加工業(yè)務(wù)在線執(zhí)行、線邊物料配送拉動(dòng)、生產(chǎn)要素采集、加工工藝規(guī)劃、業(yè)務(wù)在線集成及可視化(看板等)等內(nèi)容進(jìn)行策劃實(shí)施，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)集成貫穿，形成完整的協(xié)同解決方案，進(jìn)一步提高加工業(yè)務(wù)的數(shù)字化程度，減少加工生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)執(zhí)行過(guò)程人為參與的環(huán)節(jié)，有效提高業(yè)務(wù)效率及質(zhì)量，具體目標(biāo)如下。

1)優(yōu)化數(shù)據(jù)采集端信息獲取及物料線邊拉動(dòng)：

基于物料編碼、立庫(kù)、AGV、數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的物料出入庫(kù)、物料標(biāo)識(shí)、物料管理、物料配送過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取、配送過(guò)程數(shù)據(jù)優(yōu)化。提高物料配送過(guò)程人員使用效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

2)優(yōu)化數(shù)據(jù)展示端業(yè)務(wù)報(bào)表：

針對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，優(yōu)化報(bào)表呈現(xiàn)及數(shù)據(jù)展示關(guān)系。對(duì)物料出入庫(kù)、設(shè)備利用情況、人員工時(shí)統(tǒng)計(jì)、物料資源使用情況，計(jì)劃進(jìn)度完成情況，形成可視化報(bào)表進(jìn)行數(shù)據(jù)展示，完善管理端的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，提升管理可視化程度。

3)開展生產(chǎn)關(guān)鍵要素信息采集研究：

基于圖像識(shí)別、數(shù)據(jù)采集技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵的人、機(jī)、料、法、環(huán)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

4)優(yōu)化制造端數(shù)據(jù)集成：

開展應(yīng)用部署建設(shè)，并實(shí)現(xiàn)制造端數(shù)據(jù)的集成打通，優(yōu)化數(shù)字化業(yè)務(wù)推送模式及執(zhí)行記錄。

1 加工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)業(yè)務(wù)及架構(gòu)

加工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)為車間管理人員、車間工藝人員、車間調(diào)度人員、庫(kù)房管理人員、操作人員、貨物運(yùn)輸人員等不同人員提供了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)調(diào)度協(xié)同系統(tǒng)。

加工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、加工執(zhí)行、質(zhì)檢、庫(kù)房管理、生產(chǎn)報(bào)工等一系列業(yè)務(wù)內(nèi)容，關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)內(nèi)容如圖1所示。

圖1 加工業(yè)務(wù)范圍

為滿足加工現(xiàn)場(chǎng)協(xié)同工作業(yè)務(wù)流程復(fù)雜、人員眾多等需求，同時(shí)考慮系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)便利性、分布式辦公等需求，加工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)結(jié)合B/S系統(tǒng)成熟的技術(shù)實(shí)現(xiàn)策略，可以滿足跨硬件平臺(tái)、跨操作系統(tǒng)的要求。

在技術(shù)體系中采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括設(shè)備層、系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層、用戶層等六個(gè)方面的內(nèi)容。其中，最底層是設(shè)備層，主要包括云基礎(chǔ)設(shè)施、監(jiān)控看板、工業(yè)網(wǎng)設(shè)施、商密網(wǎng)設(shè)施等基礎(chǔ)設(shè)施，設(shè)備層是綜合監(jiān)控的硬件基礎(chǔ)；設(shè)備層之上是系統(tǒng)層，操作系統(tǒng)為Windows Server或用戶指定的操作系統(tǒng)；從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、生產(chǎn)控制系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等獲取的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)層進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)和處理，數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL/MONGODB；數(shù)據(jù)層上面是服務(wù)層，提供用戶管理服務(wù)、日志服務(wù)、消息服務(wù)、報(bào)表服務(wù)、緩存服務(wù)等服務(wù)，支持KONG-API RESTFUL，支持消息隊(duì)列等接口方式；應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)各類應(yīng)用功能，包括數(shù)據(jù)展示、系統(tǒng)管理、系統(tǒng)監(jiān)控等；最頂層是用戶層，為不同的用戶分配用戶權(quán)限，實(shí)現(xiàn)不同用戶的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)需求分析

本文結(jié)合某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工業(yè)務(wù)特點(diǎn)，梳理其加工業(yè)務(wù)在線執(zhí)行、線邊物料配送拉動(dòng)、生產(chǎn)要素采集、業(yè)務(wù)在線集成及可視化等方面的需求。

1)加工業(yè)務(wù)在線執(zhí)行：

基于當(dāng)前已有的加工MES系統(tǒng)開展建設(shè)，MES系統(tǒng)涵蓋生產(chǎn)計(jì)劃管理、質(zhì)量管理、生產(chǎn)執(zhí)行、線邊庫(kù)、Andon系統(tǒng)、與其他系統(tǒng)的集成等功能。通過(guò)各系統(tǒng)之間的信息集成交互，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從原料進(jìn)廠到交付使用的全生命周期管理，按照加工過(guò)程的推進(jìn)，結(jié)合各系統(tǒng)里的物料領(lǐng)用消耗和設(shè)備及人員信息采集，逐步收集產(chǎn)品BOM 數(shù)據(jù)的完成情況，實(shí)時(shí)跟蹤加工完成進(jìn)度，最終完成產(chǎn)品生產(chǎn)譜系構(gòu)建，方便未來(lái)的追溯。

2)線邊物料配送拉動(dòng)：

建設(shè)完整的線邊物料配送拉動(dòng)方案，通過(guò)倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)(WCS)的建設(shè)及集成，實(shí)現(xiàn)立體庫(kù)、刀具庫(kù)、AGV小車聯(lián)動(dòng)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)加工制造過(guò)程物料資源的自動(dòng)分揀、物料準(zhǔn)備、實(shí)時(shí)配送等。通過(guò)自動(dòng)化立庫(kù)系統(tǒng)，提升物料存取效率，同時(shí)通過(guò)AGV小車，將物料配送至各機(jī)場(chǎng)生產(chǎn)線邊庫(kù)；通過(guò)物流配送管理系統(tǒng)，協(xié)助庫(kù)管人員，降低庫(kù)管人員勞動(dòng)強(qiáng)度；

3)生產(chǎn)要素采集：

項(xiàng)目生產(chǎn)要素采集需結(jié)合已有的MES、SCADA 系統(tǒng)開展，實(shí)現(xiàn)人員、設(shè)備、物料、方法、環(huán)境、測(cè)量信息的實(shí)時(shí)采集及記錄，包括安裝紅外傳感器，對(duì)區(qū)域范圍進(jìn)行管控；通過(guò)圖像識(shí)別、錄屏等方式識(shí)別設(shè)備報(bào)警信息、測(cè)量設(shè)備示數(shù)信息的采集及自動(dòng)錄入；加裝環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器，如氧含量、溫濕度、煙霧報(bào)警等內(nèi)容。

4)業(yè)務(wù)在線集成及可視化：

通過(guò)與SCADA、PLM、ERP、WMS、WCS 、MES等系統(tǒng)的集成，將各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取整合，并在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)管理，作為加工業(yè)務(wù)可視化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)加工業(yè)務(wù)的可視化。

3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在分析某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)需求基礎(chǔ)上，下面進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

3.1 系統(tǒng)工作流程

生產(chǎn)管理人員進(jìn)行生產(chǎn)加工工藝內(nèi)容的編輯、加工生產(chǎn)計(jì)劃的管理和調(diào)度，下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)。系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、生產(chǎn)進(jìn)度數(shù)據(jù)創(chuàng)建的物料配送計(jì)劃。

在加工現(xiàn)場(chǎng)，業(yè)務(wù)人員登錄終端設(shè)備，系統(tǒng)將提示顯示今天的作業(yè)任務(wù)，業(yè)務(wù)人員業(yè)務(wù)人員根據(jù)物料需求進(jìn)行物料配送計(jì)劃的調(diào)整，并發(fā)送物料需求，進(jìn)行物料拉動(dòng)，物料到位后，業(yè)務(wù)人員開始進(jìn)行物料加工操作，在整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行過(guò)程中，將對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的人、機(jī)、料、法、環(huán)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)物料監(jiān)控、機(jī)床設(shè)備監(jiān)控、安防監(jiān)控、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控等功能；加工完工后，進(jìn)行成品入庫(kù)；同時(shí)，對(duì)于采集的數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)中心，后續(xù)可在加工可視化看板中進(jìn)行集中瀏覽。

在倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域，庫(kù)管員在MOM-線邊管理系統(tǒng)以及可視化看板讀取物料要求信息，在立庫(kù)以及非立庫(kù)揀選需求的物料內(nèi)容，通過(guò)AGV小車或叉車進(jìn)行物料配送。

加工現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)應(yīng)用工作流程如圖2所示。

圖2 加工現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)應(yīng)用工作流程

3.2 總體結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目的主要建設(shè)內(nèi)容是在先期已開展建設(shè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、制造工藝系統(tǒng)(CAPP)的基礎(chǔ)之上，構(gòu)建線邊物流配送系統(tǒng)，通過(guò)軟硬件接口開發(fā)，并與立體庫(kù)、AGV 等硬件設(shè)備高度集成，提供一整套加工現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同改進(jìn)解決方案。同時(shí)考慮加工業(yè)務(wù)在線執(zhí)行、線邊物料配送拉動(dòng)、生產(chǎn)要素采集、業(yè)務(wù)在線集成及可視化(看板等)等內(nèi)容進(jìn)行策劃實(shí)施，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)集成貫穿，形成完整的協(xié)同解決方案。項(xiàng)目主體實(shí)施物理范圍覆蓋加工業(yè)務(wù)區(qū)域。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)基于現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和云服務(wù)設(shè)施，進(jìn)行加工現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)試點(diǎn)應(yīng)用設(shè)備設(shè)施的改進(jìn)建設(shè)，包括軟硬件設(shè)施的改進(jìn)建設(shè)，形成更加智能化、網(wǎng)絡(luò)化的加工現(xiàn)場(chǎng)協(xié)同生產(chǎn)制造環(huán)境，提高加工業(yè)務(wù)的數(shù)字化程度和生產(chǎn)制造效率。

3.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)作為信息流轉(zhuǎn)的主要渠道，以云服務(wù)器系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)看板及控制臺(tái)計(jì)算機(jī)為主要運(yùn)行、處理、存儲(chǔ)的核心，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

3.4 系統(tǒng)組成

航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)包括線邊物料拉動(dòng)配送系統(tǒng)、生產(chǎn)要素采集系統(tǒng)、可視化看板系統(tǒng)三部分內(nèi)容。

3.5 線邊物料拉動(dòng)配送系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

線邊物料拉動(dòng)配送系統(tǒng)作為系統(tǒng)最重要的一個(gè)模塊，提供倉(cāng)儲(chǔ)物流管理的基礎(chǔ)功能。

項(xiàng)目需建設(shè)完整的線邊物料配送拉動(dòng)方案，通過(guò)MOM-線邊管理系統(tǒng)(倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng))的建設(shè)及集成，實(shí)現(xiàn)立體庫(kù)、刀具庫(kù)、AGV小車聯(lián)動(dòng)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)加工制造過(guò)程物料資源的自動(dòng)分揀、物料準(zhǔn)備、實(shí)時(shí)配送等。

MOM-線邊管理系統(tǒng)應(yīng)具備良好的管理控制機(jī)制，可單件、批量的進(jìn)行貨物的分揀、配送，可與物流設(shè)備如堆垛機(jī)、AGV小車進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)與設(shè)備接口通信、調(diào)度和監(jiān)控。

MOM-線邊管理系統(tǒng)結(jié)合一維、二維條碼技術(shù)，通過(guò)入庫(kù)管理、出庫(kù)管理、移庫(kù)管理、盤點(diǎn)管理等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)庫(kù)房物料的集中管理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)庫(kù)物料的有效控制和追蹤。

1)軟件架構(gòu)：

MOM-線邊管理系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖5所示。

圖5 MOM-線邊管理系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

MOM-線邊管理系統(tǒng)采用層次化結(jié)構(gòu)，主要包括如下層次結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)/資源層：包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)，提供MOM-線邊管理系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)硬件支撐，并通過(guò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行管理；

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層：包括MOM-線邊管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和信息，如倉(cāng)庫(kù)信息、倉(cāng)位信息、巷道信息、物料信息、供應(yīng)商信息等各類信息；

功能層：包括基礎(chǔ)信息管理、入庫(kù)管理、出庫(kù)管理、盤點(diǎn)管理、庫(kù)存預(yù)警、上架管理、下架管理、調(diào)撥管理、移庫(kù)管理等功能；

界面層：提供用于不同用戶角色的界面，同時(shí)支持PC端界面和手持端界面的界面展現(xiàn)。

MOM-線邊管理系統(tǒng)提供與其他系統(tǒng)的信息化接口，用于與MES系統(tǒng)、WCS系統(tǒng)等系統(tǒng)的集成；同時(shí)提供設(shè)備操作接口，用于與RFID、條碼打印、手持終端等設(shè)備的集成。

2)主要功能：

MOM-線邊管理系統(tǒng)的主要功能包括如下。

(1)基礎(chǔ)信息管理：

基礎(chǔ)信息管理主要包括物料信息、供應(yīng)商信息、倉(cāng)庫(kù)信息、庫(kù)位信息等內(nèi)容。

(2)入庫(kù)管理：

入庫(kù)管理分為外來(lái)入庫(kù)、完工入庫(kù)等，提供對(duì)各類資源的入庫(kù)管理，入庫(kù)內(nèi)容包括物料編號(hào)、物料名稱、物料規(guī)格、入庫(kù)數(shù)量、物料單位等信息內(nèi)容等。

(3)出庫(kù)管理：

出庫(kù)操作可分為生產(chǎn)消耗、完工報(bào)交、物料報(bào)廢、借用出庫(kù)、物料遺失等，提供各類資源的出庫(kù)管理，對(duì)出庫(kù)的物料或其他資源進(jìn)行掃描登記，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，同時(shí)對(duì)物料庫(kù)存量進(jìn)行更新。

(4)盤點(diǎn)管理：

支持庫(kù)存的盤點(diǎn)功能，按照企業(yè)盤存規(guī)則，生產(chǎn)各類資源的庫(kù)存盤點(diǎn)數(shù)量，配合倉(cāng)庫(kù)管理人員的移動(dòng)終端，對(duì)庫(kù)存進(jìn)行掃描盤點(diǎn)統(tǒng)計(jì)。

(5)物料移庫(kù)管理：

移庫(kù)操作包括生產(chǎn)移庫(kù)、物料移庫(kù)、借用移庫(kù)、定檢移庫(kù)、生產(chǎn)領(lǐng)用等；物料移庫(kù)可由業(yè)務(wù)人員發(fā)起，通知庫(kù)管員進(jìn)行執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)不同倉(cāng)庫(kù)間物料的移動(dòng)。

(6)庫(kù)位調(diào)整管理：

在中心庫(kù)房?jī)?nèi)進(jìn)行物料移動(dòng)，從一個(gè)庫(kù)位移動(dòng)到另一個(gè)庫(kù)位，庫(kù)位移動(dòng)后，在本系統(tǒng)中需進(jìn)行位置更新。

(7)庫(kù)存預(yù)警：

制定庫(kù)位的庫(kù)存數(shù)量上限數(shù)量、下限數(shù)量、訂貨點(diǎn)數(shù)據(jù)，在各類資源庫(kù)存數(shù)量變更時(shí)做庫(kù)存數(shù)量的校驗(yàn)，對(duì)資源缺貨、超儲(chǔ)發(fā)出預(yù)警，并在庫(kù)存數(shù)量達(dá)到訂貨點(diǎn)時(shí)自動(dòng)發(fā)出訂貨預(yù)警，提醒庫(kù)管員或業(yè)務(wù)人員安排要料或訂貨。

(8)系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份：

系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份模塊的功能包括數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)兩方面。

(9)信息系統(tǒng)接口：

信息系統(tǒng)接口通過(guò)webservice接口或?qū)Ｓ媒涌?，與MOM-生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、WCS系統(tǒng)等進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

3.6 生產(chǎn)要素采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

生產(chǎn)要素采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種不同源數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)等功能。在實(shí)現(xiàn)不同類型數(shù)據(jù)(比如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或文件數(shù)據(jù))進(jìn)行處理時(shí)，需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化。數(shù)據(jù)采集軟件的總體結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)采集軟件

根據(jù)圖6，數(shù)據(jù)采集軟件通過(guò)數(shù)據(jù)接口對(duì)車間的環(huán)境傳感器、車間設(shè)備、監(jiān)控視頻、電子圍欄等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，之后一方面將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，另一方面，將數(shù)據(jù)推送給可視化監(jiān)控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)展示。

數(shù)據(jù)采集軟件包括通信配置管理、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能[1]。

1)通信配置管理：

通信配置管理功能主要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同采集設(shè)備以及傳感器數(shù)據(jù)的管理以及通信參數(shù)的配置，包括配置目標(biāo)IP、通信端口、數(shù)據(jù)采集頻率等。

2)數(shù)據(jù)通信：

數(shù)據(jù)通信主要采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信模塊。

在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包接收和記錄時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)配置通過(guò)給定的網(wǎng)絡(luò)端口分別接收實(shí)施設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并以文件方式在定制的存儲(chǔ)路徑下進(jìn)行記錄，具體網(wǎng)絡(luò)接收模式、網(wǎng)絡(luò)地址和端口、記錄文件路徑、單個(gè)文件最大記錄長(zhǎng)度等都可以通過(guò)配置設(shè)定。

在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包解析和轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，根據(jù)各設(shè)備所屬系統(tǒng)具體的數(shù)據(jù)包格式，根據(jù)系統(tǒng)配置進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)包解析，獲得所需的數(shù)據(jù)幀，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)絡(luò)包的方式實(shí)時(shí)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊。具體的數(shù)據(jù)包解析要求、轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)內(nèi)容、發(fā)送目的的主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址和端口等可通過(guò)配置設(shè)定。

對(duì)于數(shù)據(jù)通信，需要考慮多個(gè)傳感器并發(fā)等問(wèn)題。對(duì)于數(shù)據(jù)通信，可考慮采用Kafka的數(shù)據(jù)通信方式。

3)數(shù)據(jù)解析：

數(shù)據(jù)解析模塊在收到通信數(shù)據(jù)后，會(huì)自動(dòng)觸發(fā)文件解壓函數(shù)，自動(dòng)將文件解壓到指定的位置，之后對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解析，包括從數(shù)據(jù)幀各位置提取參數(shù)內(nèi)容，形成參數(shù)原始值，之后可將參數(shù)傳遞給數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

4)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)預(yù)定義的公式、表達(dá)式、曲線等計(jì)算方法，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，得到工程值，同時(shí)，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的插值處理等內(nèi)容。

5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)支持對(duì)海量的、各種類型數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)，包括物流數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、設(shè)備診斷數(shù)據(jù)等內(nèi)容，對(duì)于不同類型的數(shù)據(jù)，存入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

對(duì)于業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，比如物流業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將其存入到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，基于Oracle或MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，存入時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)中，利用時(shí)序數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速存??；對(duì)于文件數(shù)據(jù)，可可將文件數(shù)據(jù)存入服務(wù)器文件系統(tǒng)中，后續(xù)應(yīng)用時(shí)，再對(duì)文件進(jìn)行解析。

3.7 可視化看板系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

可視化看板系統(tǒng)部署于用戶已有的云服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施之上，為中央控制室、工業(yè)網(wǎng)、商密網(wǎng)的各類用戶提供各類監(jiān)控、報(bào)警服務(wù)。

可視化看板系統(tǒng)將相關(guān)的應(yīng)用劃分為實(shí)時(shí)應(yīng)用和非實(shí)時(shí)應(yīng)用，實(shí)時(shí)應(yīng)用主要是數(shù)采設(shè)備狀態(tài)和各類監(jiān)控報(bào)警應(yīng)用，包括設(shè)備運(yùn)行狀況、物料流轉(zhuǎn)情況、按燈狀態(tài)等內(nèi)容的實(shí)時(shí)監(jiān)控；非實(shí)時(shí)應(yīng)用包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息等。從相關(guān)系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)后，根據(jù)實(shí)時(shí)應(yīng)用和非實(shí)時(shí)應(yīng)用的不同，數(shù)據(jù)請(qǐng)求服務(wù)引擎調(diào)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)請(qǐng)求服務(wù)，以滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控的快速響應(yīng)需求；調(diào)用非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)請(qǐng)求服務(wù)滿足統(tǒng)計(jì)等應(yīng)用需求。

過(guò)程中的信息追溯，決策制定針對(duì)性措施，以提升物流作業(yè)效率，減少不必要的成本；幫助管理人員設(shè)計(jì)最優(yōu)的物料運(yùn)輸方案，改善物料運(yùn)輸流程，提高物料流轉(zhuǎn)效率。

4 航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

目前已基于商用發(fā)動(dòng)機(jī)加工車間實(shí)現(xiàn)線邊物料拉動(dòng)配送、生產(chǎn)要素采集、可視化看板等內(nèi)容，具體實(shí)現(xiàn)如下：

1)線邊物料拉動(dòng)配送：以MOM-線邊管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)與倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)(WCS)的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與立體庫(kù)、AGV小車、刀具庫(kù)、工具庫(kù)聯(lián)動(dòng)協(xié)同；

系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地展示物料流轉(zhuǎn)情況、實(shí)時(shí)跟蹤物資位置以及各環(huán)節(jié)的作業(yè)耗用時(shí)間，方便物流轉(zhuǎn)移過(guò)程中的信息追溯，決策制定針對(duì)性措施，以提升物流作業(yè)效率，減少不必要的成本；幫助管理人員設(shè)計(jì)最優(yōu)的物料運(yùn)輸方案，改善物料運(yùn)輸流程，提高物料流轉(zhuǎn)效率。

MOM-線邊管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)界面如圖7所示。

圖7 MOM-線邊管理系統(tǒng)

2)生產(chǎn)要素采集：以數(shù)據(jù)物聯(lián)軟件為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了人(人員數(shù)據(jù))、機(jī)(機(jī)床數(shù)據(jù))、料(物料數(shù)據(jù))、法(生產(chǎn)工藝路線)、環(huán)(環(huán)境數(shù)據(jù))等內(nèi)容的采集。

其中，對(duì)于激光選區(qū)熔化成形設(shè)備數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)方式為通過(guò)激光選區(qū)熔化成形設(shè)備工控機(jī)設(shè)備的VGA接口進(jìn)行圖像PC視頻數(shù)據(jù)的采集，采集完成后進(jìn)行圖像的自動(dòng)識(shí)別，提取執(zhí)行任務(wù)名稱、關(guān)鍵參數(shù)等內(nèi)容，同時(shí)控制攝像頭采集頻率為1 s，進(jìn)行加工過(guò)程圖像采集，整個(gè)過(guò)程完成后，從采集參數(shù)中提取關(guān)鍵點(diǎn)，并根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)的時(shí)間提取加工過(guò)程圖片，數(shù)據(jù)打包后進(jìn)行存儲(chǔ)。設(shè)備圖像識(shí)別原理如圖8所示。

圖8 設(shè)備圖像識(shí)別原理

數(shù)據(jù)采集內(nèi)容包括如下。

打印開始：計(jì)時(shí)從00：00：00開始增加表示打印開始；

打印暫停：打印時(shí)間不再增加并且Z軸高度與設(shè)定值不等，說(shuō)明打印暫停；

打印結(jié)束：打印Z軸高度和設(shè)定值比較，如果一致則為打印結(jié)束；停止按鈕由黑色并變?yōu)榛疑珓t停止。

3)可視化看板：通過(guò)加工業(yè)務(wù)可視化展示技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車間的集中管控展示平臺(tái)，以制造為中心，以及上下相關(guān)環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)關(guān)鍵核心指標(biāo)的集中展示和發(fā)現(xiàn)異常的快速應(yīng)對(duì)處理，實(shí)現(xiàn)車間級(jí)別的管理駕駛艙，并與公司級(jí)管理駕駛艙進(jìn)行集成展示。

系統(tǒng)通過(guò)綜合看板、任務(wù)看板、物流看板、設(shè)備看板、質(zhì)量看板、按燈看板、安全看板等幾個(gè)維度全面進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的展示。

圖9為航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)中綜合信息展示頁(yè)面，在其中展示了如下信息：

圖9 綜合信息展示

1)車間信息：以某車間為背景，展示車間的總體情況；

2)生產(chǎn)訂單信息：展示生產(chǎn)任務(wù)的完成情況，包括未開始、進(jìn)行中、預(yù)期進(jìn)行等不同狀態(tài)；

3)設(shè)備信息：展示設(shè)備的工作狀態(tài)，包括運(yùn)行狀態(tài)、停機(jī)狀態(tài)、待機(jī)狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)等；

4)安燈報(bào)警信息：展示工作中設(shè)定的安燈報(bào)警信息；

3)人員信息：展示人員總體數(shù)量和人員列表的展示；

4)設(shè)備信息：展示位于當(dāng)前廠房的設(shè)備總數(shù)和和設(shè)備列表；

5)人臉識(shí)別及安防報(bào)警信息：展示區(qū)部區(qū)域授權(quán)及未授權(quán)人員進(jìn)入情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同加工現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)系統(tǒng)目前已在航空發(fā)動(dòng)機(jī)某加工車間得到應(yīng)用，在應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)帶來(lái)了如下方面的效果：

1)優(yōu)化和提升了加工現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化能力，以加工車間工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)加工現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)料法環(huán)等生產(chǎn)要素進(jìn)行全范圍、全過(guò)程、全要素的數(shù)據(jù)集中化管控，進(jìn)行了數(shù)據(jù)共享方式創(chuàng)新及優(yōu)化。

2)優(yōu)化和提升了數(shù)據(jù)采集端信息獲取及物料線邊拉動(dòng)環(huán)節(jié)，通過(guò)采用智能化倉(cāng)庫(kù)、智能配送、智能倉(cāng)庫(kù)管理等手段，減少加工生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)執(zhí)行過(guò)程人為參與的環(huán)節(jié)，提高物料配送過(guò)程人員使用效率，有效提高業(yè)務(wù)效率及質(zhì)量；

3)優(yōu)化和提升了數(shù)據(jù)展示端業(yè)務(wù)報(bào)表，以加工車間業(yè)務(wù)需求為背景，以不同崗位人員關(guān)注目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，梳理報(bào)表呈現(xiàn)及數(shù)據(jù)展示關(guān)系，完善管理端的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，提升管理可視化程度。