航空發(fā)動機加工現(xiàn)場生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)

喬耀峰，董 碹，蔣 波，劉 劍

(1.中國航發(fā)上海商用航空發(fā)動機制造有限責(zé)任公司，上海 201306，2. 北京航天測控技術(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)展行動計劃(2018～2020 年)》等綱領(lǐng)性文件，為航空發(fā)動機行業(yè)智能化改造、網(wǎng)絡(luò)化化升級提供政策引導(dǎo)，行業(yè)發(fā)展支持，同時，邊緣計算、大數(shù)據(jù)、云平臺、人工智能、智能化倉庫系統(tǒng)、配送系統(tǒng)等內(nèi)容也為航空發(fā)動機行業(yè)智能改造提供了有力的技術(shù)支撐。

隨著國家對航空發(fā)動機行業(yè)重視，如何提高航空發(fā)動機生產(chǎn)效率、提高生產(chǎn)過程質(zhì)量、提高數(shù)字化能力、提高智能化水平、提高生產(chǎn)過程管控能力是目前航空發(fā)動機行業(yè)亟待解決的問題。在實際實施過程中，選取某航空發(fā)動機加工生產(chǎn)過程為業(yè)務(wù)范圍，梳理業(yè)務(wù)需求，分析過程問題，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)動機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、工裝的返修或補加工等。

2)加工現(xiàn)場存在生產(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，目前主要方式為人工管理，采用紙質(zhì)記錄方式開展；人機料法環(huán)等生產(chǎn)要素未實現(xiàn)全范圍、全流程等內(nèi)容采集；

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

4)現(xiàn)場可視化手段少，各崗位人員無法及時和掌握現(xiàn)場生產(chǎn)動態(tài)，及時采取措施，進(jìn)行全范圍、全過程管控。

為解決如上問題，需建立一套面向航空發(fā)動機加工現(xiàn)場生產(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，以加工業(yè)務(wù)在線執(zhí)行、線邊物料配送拉動、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)行策劃實施，實現(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：

基于物料編碼、立庫、AGV、數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對商用航空發(fā)動機加工生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的物料出入庫、物料標(biāo)識、物料管理、物料配送過程進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取、配送過程數(shù)據(jù)優(yōu)化。提高物料配送過程人員使用效率，降低勞動強度。

2)優(yōu)化數(shù)據(jù)展示端業(yè)務(wù)報表：

針對運行數(shù)據(jù)，優(yōu)化報表呈現(xiàn)及數(shù)據(jù)展示關(guān)系。對物料出入庫、設(shè)備利用情況、人員工時統(tǒng)計、物料資源使用情況，計劃進(jìn)度完成情況，形成可視化報表進(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：

基于圖像識別、數(shù)據(jù)采集技術(shù)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程關(guān)鍵的人、機、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、庫房管理人員、操作人員、貨物運輸人員等不同人員提供了一個基于網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)調(diào)度協(xié)同系統(tǒng)。

加工現(xiàn)場生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)實現(xiàn)了從工藝設(shè)計、生產(chǎn)準(zhǔn)備、加工執(zhí)行、質(zhì)檢、庫房管理、生產(chǎn)報工等一系列業(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)場協(xié)同工作業(yè)務(wù)流程復(fù)雜、人員眾多等需求，同時考慮系統(tǒng)維護(hù)升級便利性、分布式辦公等需求，加工現(xiàn)場生產(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)實現(xiàn)策略，可以滿足跨硬件平臺、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，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)；從實時數(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)一的存儲和處理，數(shù)據(jù)庫采用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)、報表服務(wù)、緩存服務(wù)等服務(wù)，支持KONG-API RESTFUL，支持消息隊列等接口方式；應(yīng)用層實現(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，實現(xiàn)不同用戶的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。

2 航空發(fā)動機加工現(xiàn)場生產(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)動機加工業(yè)務(wù)特點，梳理其加工業(yè)務(wù)在線執(zhí)行、線邊物料配送拉動、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)計劃管理、質(zhì)量管理、生產(chǎn)執(zhí)行、線邊庫、Andon系統(tǒng)、與其他系統(tǒng)的集成等功能。通過各系統(tǒng)之間的信息集成交互，實現(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，實時跟蹤加工完成進(jìn)度，最終完成產(chǎn)品生產(chǎn)譜系構(gòu)建，方便未來的追溯。

2)線邊物料配送拉動：

建設(shè)完整的線邊物料配送拉動方案，通過倉庫控制系統(tǒng)(WCS)的建設(shè)及集成，實現(xiàn)立體庫、刀具庫、AGV小車聯(lián)動協(xié)同，實現(xiàn)加工制造過程物料資源的自動分揀、物料準(zhǔn)備、實時配送等。通過自動化立庫系統(tǒng)，提升物料存取效率，同時通過AGV小車，將物料配送至各機場生產(chǎn)線邊庫；通過物流配送管理系統(tǒng)，協(xié)助庫管人員，降低庫管人員勞動強度；

3)生產(chǎn)要素采集：

項目生產(chǎn)要素采集需結(jié)合已有的MES、SCADA 系統(tǒng)開展，實現(xiàn)人員、設(shè)備、物料、方法、環(huán)境、測量信息的實時采集及記錄，包括安裝紅外傳感器，對區(qū)域范圍進(jìn)行管控；通過圖像識別、錄屏等方式識別設(shè)備報警信息、測量設(shè)備示數(shù)信息的采集及自動錄入；加裝環(huán)境監(jiān)測傳感器，如氧含量、溫濕度、煙霧報警等內(nèi)容。

4)業(yè)務(wù)在線集成及可視化：

通過與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)行存儲管理，作為加工業(yè)務(wù)可視化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)加工業(yè)務(wù)的可視化。

3 航空發(fā)動機加工現(xiàn)場生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計

在分析某型航空發(fā)動機加工現(xiàn)場生產(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)計和實現(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)計劃、生產(chǎn)進(jìn)度數(shù)據(jù)創(chuàng)建的物料配送計劃。

在加工現(xiàn)場，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)行物料配送計劃的調(diào)整，并發(fā)送物料需求，進(jìn)行物料拉動，物料到位后，業(yè)務(wù)人員開始進(jìn)行物料加工操作，在整個系統(tǒng)執(zhí)行過程中，將對生產(chǎn)過程中的人、機、料、法、環(huán)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，實現(xiàn)物料監(jiān)控、機床設(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；同時，對于采集的數(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。

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

加工現(xiàn)場改進(jìn)應(yīng)用工作流程如圖2所示。

圖2 加工現(xiàn)場改進(jìn)應(yīng)用工作流程

3.2 總體結(jié)構(gòu)

本項目的主要建設(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)，通過軟硬件接口開發(fā)，并與立體庫、AGV 等硬件設(shè)備高度集成，提供一整套加工現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同改進(jìn)解決方案。同時考慮加工業(yè)務(wù)在線執(zhí)行、線邊物料配送拉動、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)行策劃實施，實現(xiàn)業(yè)務(wù)集成貫穿，形成完整的協(xié)同解決方案。項目主體實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)場改進(jìn)試點應(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)動機加工現(xiàn)場生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)以無線網(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)場看板及控制臺計算機為主要運行、處理、存儲的核心，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)動機加工現(xiàn)場生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)包括線邊物料拉動配送系統(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 線邊物料拉動配送系統(tǒng)設(shè)計方案

線邊物料拉動配送系統(tǒng)作為系統(tǒng)最重要的一個模塊，提供倉儲物流管理的基礎(chǔ)功能。

項目需建設(shè)完整的線邊物料配送拉動方案，通過MOM-線邊管理系統(tǒng)(倉儲管理系統(tǒng))的建設(shè)及集成，實現(xiàn)立體庫、刀具庫、AGV小車聯(lián)動協(xié)同，實現(xiàn)加工制造過程物料資源的自動分揀、物料準(zhǔn)備、實時配送等。

MOM-線邊管理系統(tǒng)應(yīng)具備良好的管理控制機制，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、AGV小車進(jìn)行通信，實現(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)，通過入庫管理、出庫管理、移庫管理、盤點管理等功能，實現(xiàn)對庫房物料的集中管理應(yīng)用，實現(xiàn)對倉庫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)的存儲硬件支撐，并通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對自動化倉庫的運行管理；

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，如倉庫信息、倉位信息、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、入庫管理、出庫管理、盤點管理、庫存預(yù)警、上架管理、下架管理、調(diào)撥管理、移庫管理等功能；

界面層：提供用于不同用戶角色的界面，同時支持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、倉庫信息、庫位信息等內(nèi)容。

(2)入庫管理：

入庫管理分為外來入庫、完工入庫等，提供對各類資源的入庫管理，入庫內(nèi)容包括物料編號、物料名稱、物料規(guī)格、入庫數(shù)量、物料單位等信息內(nèi)容等。

(3)出庫管理：

出庫操作可分為生產(chǎn)消耗、完工報交、物料報廢、借用出庫、物料遺失等，提供各類資源的出庫管理，對出庫的物料或其他資源進(jìn)行掃描登記，系統(tǒng)自動進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，同時對物料庫存量進(jìn)行更新。

(4)盤點管理：

支持庫存的盤點功能，按照企業(yè)盤存規(guī)則，生產(chǎn)各類資源的庫存盤點數(shù)量，配合倉庫管理人員的移動終端，對庫存進(jìn)行掃描盤點統(tǒng)計。

(5)物料移庫管理：

移庫操作包括生產(chǎn)移庫、物料移庫、借用移庫、定檢移庫、生產(chǎn)領(lǐng)用等；物料移庫可由業(yè)務(wù)人員發(fā)起，通知庫管員進(jìn)行執(zhí)行，實現(xiàn)不同倉庫間物料的移動。

(6)庫位調(diào)整管理：

在中心庫房內(nèi)進(jìn)行物料移動，從一個庫位移動到另一個庫位，庫位移動后，在本系統(tǒng)中需進(jìn)行位置更新。

(7)庫存預(yù)警：

制定庫位的庫存數(shù)量上限數(shù)量、下限數(shù)量、訂貨點數(shù)據(jù)，在各類資源庫存數(shù)量變更時做庫存數(shù)量的校驗，對資源缺貨、超儲發(fā)出預(yù)警，并在庫存數(shù)量達(dá)到訂貨點時自動發(fā)出訂貨預(yù)警，提醒庫管員或業(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)庫維護(hù)兩方面。

(9)信息系統(tǒng)接口：

信息系統(tǒng)接口通過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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

3.6 生產(chǎn)要素采集系統(tǒng)設(shè)計方案

生產(chǎn)要素采集系統(tǒng)實現(xiàn)多種不同源數(shù)據(jù)的采集、存儲等功能。在實現(xiàn)不同類型數(shù)據(jù)(比如實時數(shù)據(jù)或文件數(shù)據(jù))進(jìn)行處理時，需對數(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)采集軟件通過數(shù)據(jù)接口對車間的環(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)存儲等功能[1]。

1)通信配置管理：

通信配置管理功能主要實現(xiàn)對不同采集設(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。

在實時數(shù)據(jù)包接收和記錄時，根據(jù)系統(tǒng)配置通過給定的網(wǎng)絡(luò)端口分別接收實施設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并以文件方式在定制的存儲路徑下進(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、單個文件最大記錄長度等都可以通過配置設(shè)定。

在實時數(shù)據(jù)包解析和轉(zhuǎn)發(fā)時，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，通過網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)絡(luò)包的方式實時發(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)送目的的主機的網(wǎng)絡(luò)地址和端口等可通過配置設(shè)定。

對于數(shù)據(jù)通信，需要考慮多個傳感器并發(fā)等問題。對于數(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，會自動觸發(fā)文件解壓函數(shù)，自動將文件解壓到指定的位置，之后對數(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、曲線等計算方法，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，得到工程值，同時，在轉(zhuǎn)換過程中，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的插值處理等內(nèi)容。

5)數(shù)據(jù)存儲：

數(shù)據(jù)存儲支持對海量的、各種類型數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲，包括物流數(shù)據(jù)、設(shè)備運行實時數(shù)據(jù)、設(shè)備診斷數(shù)據(jù)等內(nèi)容，對于不同類型的數(shù)據(jù)，存入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中。

對于業(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)庫中，基于Oracle或MySQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲；對于實時數(shù)據(jù)，存入時序數(shù)據(jù)庫中，利用時序數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速存??；對于文件數(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，再對文件進(jìn)行解析。

3.7 可視化看板系統(tǒng)設(shè)計方案

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、報警服務(wù)。

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

過程中的信息追溯，決策制定針對性措施，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)計最優(yōu)的物料運輸方案，改善物料運輸流程，提高物料流轉(zhuǎn)效率。

4 航空發(fā)動機加工現(xiàn)場生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)實現(xiàn)

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

1)線邊物料拉動配送：以MOM-線邊管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過與倉庫控制系統(tǒng)(WCS)的聯(lián)動，實現(xiàn)與立體庫、AGV小車、刀具庫、工具庫聯(lián)動協(xié)同；

系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地展示物料流轉(zhuǎn)情況、實時跟蹤物資位置以及各環(huán)節(jié)的作業(yè)耗用時間，方便物流轉(zhuǎn)移過程中的信息追溯，決策制定針對性措施，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)計最優(yōu)的物料運輸方案，改善物料運輸流程，提高物料流轉(zhuǎn)效率。

MOM-線邊管理系統(tǒng)實現(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)，實現(xiàn)了人(人員數(shù)據(jù))、機(機床數(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，對于激光選區(qū)熔化成形設(shè)備數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)方式為通過激光選區(qū)熔化成形設(shè)備工控機設(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)行圖像的自動識別，提取執(zhí)行任務(wù)名稱、關(guān)鍵參數(shù)等內(nèi)容，同時控制攝像頭采集頻率為1 s，進(jìn)行加工過程圖像采集，整個過程完成后，從采集參數(shù)中提取關(guān)鍵點，并根據(jù)關(guān)鍵點的時間提取加工過程圖片，數(shù)據(jù)打包后進(jìn)行存儲。設(shè)備圖像識別原理如圖8所示。

圖8 設(shè)備圖像識別原理

數(shù)據(jù)采集內(nèi)容包括如下。

打印開始：計時從00：00：00開始增加表示打印開始；

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

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：通過加工業(yè)務(wù)可視化展示技術(shù)，實現(xiàn)對車間的集中管控展示平臺，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)對處理，實現(xiàn)車間級別的管理駕駛艙，并與公司級管理駕駛艙進(jìn)行集成展示。

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

圖9為航空發(fā)動機加工現(xiàn)場生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同系統(tǒng)中綜合信息展示頁面，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)，包括運行狀態(tài)、停機狀態(tài)、待機狀態(tài)、報警狀態(tài)等；

4)安燈報警信息：展示工作中設(shè)定的安燈報警信息；

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)人臉識別及安防報警信息：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

生產(chǎn)制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同加工現(xiàn)場改進(jìn)系統(tǒng)目前已在航空發(fā)動機某加工車間得到應(yīng)用，在應(yīng)用過程中，對生產(chǎn)現(xiàn)場帶來了如下方面的效果：

1)優(yōu)化和提升了加工現(xiàn)場的數(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)實現(xiàn)對加工現(xiàn)場人機料法環(huán)等生產(chǎn)要素進(jìn)行全范圍、全過程、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環(huán)節(jié)，通過采用智能化倉庫、智能配送、智能倉庫管理等手段，減少加工生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)執(zhí)行過程人為參與的環(huán)節(jié)，提高物料配送過程人員使用效率，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，梳理報表呈現(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。