燈塔工廠的生產(chǎn)執(zhí)行研究

摘 要：隨著工業(yè)4.0和智能工廠的不斷深入改革和創(chuàng)新，對遠程維修和實時監(jiān)控生產(chǎn)設備的要求越來越高。三色燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)，可遠程實時監(jiān)控設備運行狀態(tài)、協(xié)助維修人員快速響應處理設備異常，并記錄設備異常數(shù)據(jù)、維修時長、維修員人員信息等，方便后期追溯以及對數(shù)據(jù)進行分析；還可以進行計算機器故障率、人員維修效率、人員評分、機器生產(chǎn)效率等的評估，提高機器生產(chǎn)效率的方式，提高人員培訓的針對性和內(nèi)容的擴展性，優(yōu)化工廠智能化車間的升級和改造，提高設備的生產(chǎn)效率，增加人員的能動性和積極性。

關鍵詞：工業(yè)4.0；智能工廠；人員培訓；三色燈遠程監(jiān)控

" 在目前工業(yè)4.0的不斷深入改革和創(chuàng)新中，對于工廠的網(wǎng)絡化、數(shù)字化、智能化的要求也不斷提高。在生產(chǎn)測試過程中，一些產(chǎn)品由于不同的性能、結構等，會需要使用不同的機器，各個機器的報警、運行、缺料等狀態(tài)只可以在本機器顯示，這種依靠人工的方法已經(jīng)沒有辦法滿足現(xiàn)狀，并且效率比較低，不能夠滿足信息追溯、維修效率檢測、維修人員評比等要求。因此，工廠迫切需要一個可遠程實時監(jiān)控設備運行狀態(tài)、可實時查看設備報警占比，提高生產(chǎn)效率，增加設備利用率的系統(tǒng)。為了解決當前面臨的問題，來更好地適應目前智能化工廠的需求和變革，提高工廠的網(wǎng)絡化、數(shù)字化、智能化等要求，三色燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)應運而生。

1 國內(nèi)情況

1.1 國內(nèi)現(xiàn)狀

當前，我國制造企業(yè)面臨著巨大的轉型壓力。一方面，隨著生活水平的不斷提高，勞動力成本也在不斷攀升、產(chǎn)品競爭日益激烈，迫使從傳統(tǒng)的勞動密集型產(chǎn)業(yè)向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化的產(chǎn)業(yè)升級。另一方面，隨著近年來，物聯(lián)網(wǎng)、機器視覺深度學習等技術的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，加速了企業(yè)實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化工廠的建立。

1.2 研究內(nèi)容和意義

（1）三色燈智能監(jiān)控的主要目的是提高企業(yè)的核心競爭力和應變力，以及提高員工積極性。內(nèi)容具體包括：獲取機器具體報警位置與維修人員一對一綁定；快速響應處理機器報警；實時監(jiān)控機器狀態(tài)，長時間報警，郵件提醒；減少一線操作員工響應時間，提高效率；減少一定的管理負荷。

（2）實施三色燈智能監(jiān)控的意義：指定機臺設備與指定人員相關聯(lián)實現(xiàn)點對點綁定，處理相應的報警；機器發(fā)生故障后，能準確快速地通知相關設備人員，避免由于長時間停機，影響機器生產(chǎn)效率；方便查詢及分析各個機器的故障率和故障種類，可以針對性地采取相應的措施以及預防方案，有效避免同類問題的產(chǎn)生和一些無效工作，增加工作效率，提高改善方案；根據(jù)維修人員對相關故障的維修效率，對維修人員進行打分智能評比，同時推送相應的培訓視頻，進行強制針對性培訓，提高維修人員的工作技能。

2 機器設備網(wǎng)絡互聯(lián)

2.1 設備互聯(lián)的方式

先通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關將各個設備互相連接，再通過對數(shù)據(jù)進行分析、處理等方式，將數(shù)據(jù)保存至云端服務器。

2.2 設備互聯(lián)的優(yōu)勢

設備互聯(lián)的優(yōu)勢比較突出，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）提高機器生產(chǎn)效率。設備互聯(lián)后，可以通過服務器數(shù)據(jù)實時監(jiān)控設備的生產(chǎn)狀態(tài)，及時地發(fā)現(xiàn)設備發(fā)生故障等問題；還可以通過數(shù)據(jù)建模和計算，預測可能產(chǎn)生的機器報警。因此，設備互聯(lián)可以有效地避免設備長時間停機，提高機器生產(chǎn)效率。

（2）降低設備生產(chǎn)成本。設備互聯(lián)可以通過智能分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，合理優(yōu)化生產(chǎn)計劃，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化，從而降低設備生產(chǎn)成本。

（3）提高產(chǎn)品質(zhì)量。設備聯(lián)網(wǎng)可以通過對機器生產(chǎn)過程和參數(shù)進行有效的監(jiān)測，保證產(chǎn)品的一致性、穩(wěn)定性、安全性等，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 設備互聯(lián)的挑戰(zhàn)

隨著網(wǎng)絡技術的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，設備聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）智能化。隨著人工智能和機器智能學習等技術的發(fā)展和普及，有效地實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化。

（2）數(shù)字化。通過網(wǎng)絡互聯(lián)將機器的數(shù)據(jù)上傳至服務器，將物理化的機器轉化成可分析的數(shù)據(jù)。

（3）可視化。設備聯(lián)網(wǎng)有效地實現(xiàn)遠程監(jiān)控生產(chǎn)機器及數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設備的協(xié)同化工作及創(chuàng)作。

（4）開放性。設備聯(lián)網(wǎng)將各個機器設備連成一個公共的通道，有效地實現(xiàn)信息和資源共享。

設備聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)發(fā)展的趨勢和必然，也是三色燈遠程控制的先決條件。它可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、人員積極性和主動性、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低管理成本等。因此隨著技術的不斷提高和革新，它擁有廣闊的前景和未來。

3 系統(tǒng)結構概述

目前三色燈執(zhí)行控制系統(tǒng)，分為三大模塊，分別為硬件信號收集裝置、客戶端信號保存系統(tǒng)、信號遠程監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1所示。

3.1 硬件信號收集裝置

硬件信號收集裝置目前由四部分組成，分別為繼電器、DIO板卡、USB數(shù)據(jù)線和其他輔助線材料。

3.2 客戶端信號保存系統(tǒng)

客戶端信號保存系統(tǒng)，其主要功能通過USB數(shù)據(jù)線連接硬件信號收集裝置，通過RS232通信協(xié)議，獲取目前機器三色燈信號，并保存至服務器。

3.3 信號遠程監(jiān)控系統(tǒng)

信號遠程監(jiān)控系統(tǒng)，通過監(jiān)控三色燈信號變化服務器，獲取三色燈實時數(shù)據(jù)變化，實現(xiàn)遠程顯示和監(jiān)控三色燈信號和設備運行效率。實時顯示機器目前的狀態(tài)，分別為：紅色代表機器異常、需要維修，黃色代表機器等待，綠色代表機器正常運行，并顯示相應狀態(tài)的時間。如果相應機器的紅色狀態(tài)超過一定時間，則推送給相應的人員。實時數(shù)據(jù)如圖2所示，設備運行效率如圖3所示。

4 設備現(xiàn)場布局

現(xiàn)場布局主要包含曲面玻璃顯示屏、機器三色燈、產(chǎn)線Leader工作臺、Office大屏監(jiān)控，其具體布局及功能如圖4所示。

4.1 玻璃顯示屏

玻璃顯示屏安裝在車間的WIP區(qū)域如圖4所示，展示當前正在運行機器狀態(tài)。若機器異常紅燈，則屏幕報警并顯示當前機器報警類型、維修人員信息等，并智能推送給相應維修人員的手持PAD設備。若超時5分鐘則發(fā)送郵件至相應Leader及維修操作人員，協(xié)助處理目前機器異常，提高機器運行效率。

4.2 機器三色燈

該設備安裝在機器頂端，顯示機器報警、正常生產(chǎn)、等待等狀態(tài)，當機器狀態(tài)發(fā)生改變時，機器的三色燈顏色（紅、綠、黃）和信號也會隨之改變，從而觸發(fā)DIO板卡的信號變化。該變化通過RS232通信，發(fā)送至組網(wǎng)內(nèi)的服務器，并保存至數(shù)據(jù)庫。

4.3 產(chǎn)線主管工作臺

（1）實時顯示廠區(qū)內(nèi)機器狀態(tài)，若機器異常報警超過10分鐘未處理，則發(fā)送相應郵件至產(chǎn)線主管，同時，機器報警由常亮變?yōu)殚W爍。

（2）若主管處理完該機器，點擊機器號，彈框，主管備注。

（3）若主管超10分鐘不處理，則報警發(fā)送上一級主管。

4.4 Office大屏

實時顯示機器長時間報警設備，并進行語音報警，發(fā)送定向郵件通知各個主管，目前機器異常狀態(tài)。

5 三色燈智能系統(tǒng)的運行監(jiān)測

5.1 系統(tǒng)運行環(huán)境

客戶端軟件；使用C#語言開發(fā)，適用于Windows系統(tǒng)，需要電腦安裝R2232等硬件驅動；大屏展示系統(tǒng)；使用HTTP網(wǎng)頁開發(fā)，適用于任何裝有瀏覽器的電腦。

5.2 系統(tǒng)運行效果

使用三色燈控制系統(tǒng)前，產(chǎn)線維修人員通過設備報警信號燈的顏色，判斷是否有異常發(fā)生。若機器的三色燈顏色為紅燈，則維修人員判斷機器發(fā)生異常；產(chǎn)線維修人員需要根據(jù)機臺報警，來尋找具體的機器，不能夠精準地定位機臺位置，影響處理報警的效率；對于同樣的問題，產(chǎn)線維修人員的維修方法不統(tǒng)一，維修時間不可統(tǒng)計，維修效率不可評估；無法針對特殊報警類型及特殊維修人員的具體問題進行培訓與分析；對于報警影響機器產(chǎn)能的報警類型，無法進行多維度分析。使用三色燈控制系統(tǒng)后，根據(jù)產(chǎn)線雙面玻璃屏可明確機臺報警時間、機器報警類型、機器車間位置、處理報警人員信息等，并將此信息推送至相應人員的PDA，維修人員根據(jù)PDA推送提醒去維修機器；針對超時報警機器，系統(tǒng)會實施計算超時時間，并推送產(chǎn)線主管，請產(chǎn)線主管通知維修人員，或者備注停機原因，防止機器長時間報警無人處理，影響生產(chǎn)效率；系統(tǒng)會自動計算生產(chǎn)機器的狀態(tài)占比（如圖5所示），并進行實時排序。當機器報警率超過一定的設定值，系統(tǒng)將自動發(fā)郵件提醒相關人員，該機器異常，以免影響生產(chǎn)效率，減少常能。

5.2.1 維修效率改善

（1）通過系統(tǒng)對機器長時間報警的逐級上報，有效地控制了長時間機器報警無人處理的問題，有效地增加了生產(chǎn)效率。

（2）通過對機器報警類型、機器報警時間、人員維修時間的數(shù)據(jù)智能分析，從多維度分析影響生產(chǎn)效率的主要因素，提高機器產(chǎn)出，增加生產(chǎn)效率，提高維修人員的主動性與積極性。

5.2.2 人員針對性培訓

通過機器報警類型與維修人員綁定，可以獲取針對不同類型的機器報警、不同維修人員的維修時間、維修良率等數(shù)據(jù)，因此可以通過系統(tǒng)智能分析，給不同的人針對不同的報警類型進行評分。

（1）當維修人員某一總報警類型低于設定值時，培訓系統(tǒng)會針對這一現(xiàn)象對人員進行培訓，提高維修人員的維修員效率。

（2）當維修人員的綜合評分低于設定值時，培訓系統(tǒng)會針對該維修人員的情況，對維修的各個技能進行重新培訓，直到考試合格，方能重新上崗。

5.2.3 設備維修技能改善

通過對維修人員的針對性培訓，有效提高產(chǎn)線維修人員的維修效率，提高整體維修人員的維修技能，同時提高了機器生產(chǎn)的效率。

6 結論

三色燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)方便機器設備實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集、分析，幫助企業(yè)實時查看設備的運行狀況，有效地發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。通過對設備報警類型進行分析、對報警設備定位，提高產(chǎn)線維修人員的設備維修效率，減少機器暫停時間，提高生產(chǎn)效率。

三色燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)的核心是機器I/O數(shù)字采集卡和互聯(lián)網(wǎng)技術。I/O數(shù)字采集卡先采集設備運行中的三色燈數(shù)字信號，將這些數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)技術傳輸?shù)竭h程服務器，再通過三色燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進行更新和智能分析，遠程監(jiān)控設備的工作狀態(tài)，查看設備的運行曲線和報警趨勢，方便快速地發(fā)現(xiàn)設備報警，并及時安排人員處理。同時，由于設備互聯(lián)后，可以提高各個設備之間的信息共享，提高機器運行效率。

三色燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)解析和智能化。數(shù)據(jù)解析是指對采集的設備運行數(shù)據(jù)進行處理和分析，識別出設備的報警類型和報警趨勢；智能化對機器報警進行有效的預警，及時有效地調(diào)整維修措施，避免機器長時間報警的發(fā)生，三色燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)更好地適應了智能化工廠的需求和變革。

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作者簡介：崔秀秀（1991— ），女，漢族，江蘇徐州人，本科，中級工程師，研究方向：工業(yè)自動化。