基于自適應算法的采集方式在卷包生產過程中的應用

楊國欣　黃聰

摘要：文章通過介紹基于自適應數據變化規律的采集算法，對卷煙生產中卷接包工段的所有關鍵設備進行全面、準確、實時的數據采集，通過與設備自動化控制系統的有機集成，實現對卷接包生產過程、產品質量和設備運行狀況全面的、準確的、實時的有效監管，實現生產過程的快速反應與敏捷制造。

關鍵詞：自適應算法；采集方式；卷煙生產；卷接包工；數據采集 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP311 文章編號：1009-2374（2016）09-0043-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.020

1 概述

某卷煙廠“十二五”原地技術改造項目建設，打造行業先進卷煙生產基地，建立更加符合自主品牌和合作品牌的柔性生產制造平臺，努力打造行業合作生產定點工廠。某卷煙廠卷接包搬遷改造利用現有卷接包機組，通過卷接包設備的改造提升，極大地提升了生產能力，其設計生產能力達到400億支/年（80萬箱/年）。而廠卷接包車間生產指揮調度系統（含數采）以底層數據采集為基礎，建立車間級的生產指揮調度系統，通過對設備運行過程及生產過程的實時監控與分析、產品質量的實時跟蹤與反饋，實現卷接包生產管控的數字化，建立員工生產操作及管理的標準流程，實現機臺及輔聯系統的生產協同，提升卷包生產的柔性和靈活性，最終實現卷包生產數字化總體目標。

2 關鍵技術

2.1 自適應算法

自適應（self-adaptive）是指處理和分析過程中，根據處理數據的數據特征自動調整處理方法、處理順序、處理參數、邊界條件或約束條件，使其與所處理數據的統計分布特征、結構特征相適應，以取得最佳的處理效果。自適應算法過程是一個不斷逼近目標的過程。它所遵循的途徑以數學模型表示，稱為自適應算法。通常采用基于梯度的算法，其中最小均方誤差算法（即LMS算法）尤為常用。算法有很多種，它的選擇很重要，它決定處理系統的性能質量和可行性。

2.2 Wonderware平臺

Wonderware Historian Server 2014是目前市場上安裝量最高的工業級歷史數據庫，具有極高的數據壓縮比，能夠包含了最為全面的生產信息。

Wonderware Intouch 2014是Wonderware歷史上最強大的InTouch版本，具備許多特點和性能，測試表明，這些新的風格和標準化的顏色能夠幫助用戶將狀態解讀時間縮短40%，而且還能把預判異常情況的能力提高五倍。

目前我廠新一輪技改后，大部分系統均采用Wonderware平臺，保障不同廠家建設的不同系統能做到通用及兼容，減少數據接口類別，實現統一的接口規范。

3 應用目標

在傳統的數據采集模式中，僅僅將原始數據進行收集，未對數據源的真實性及精準性進行校驗。采用自適應算法將對數據的精準性提供一種保險機制，當數據變化規律異常時，通過與設備其他信號的互鎖關系，對異常情況進行分析，判斷是設備運行異常還是數據波動異常，如果是設備異常則判定為正常情況下的數據變化，采集頻率正常；如果是設備正常則判定為數據異常，增加采集頻率的同時，加入約束條件，將偏差允許范圍外的數據進行剔除，同時也將異常數據進行記錄并增加標識，對異常數據時間段進行統計，分析數據異常頻率，警示原始數據源問題，提請是否對數據源設備進行檢查。

采用目前國際常用的最小均方誤差（LMS）準則和最小二乘（LS）準則的自適應算法，比較傳統的線性數據采集方式，我們獲取的數據更加真實及精確。

4 應用情況

卷包工段設備數據自動采集平臺是本系統最重要和最基本的功能。我們針對不同廠家不同型號設備的特點，量身定制出相應的數據采集方式及數據接口規范，使用自適應算法，根據數據變化規律自歸集；實時、準確地采集現場主要生產設備的各種生產、設備、質量、消耗數據，為企業和車間各級管理提供全面實時準確的現場數據，也是貫通卷包車間數字化信息鏈非常重要的環節。實現包括成型機、發射機、卷接機、包裝機、條煙輸送裝封箱一條生產線的數據采集工作，數據主要包含生產數據、工藝數據、消耗數據、設備數據、質量數據、設備運行參數等。

4.1 實時監控管理

卷包生產實時監控系統是按卷接包生產的工藝流程，實現對卷接包生產中多個工段的監控與管理系統、P5大屏顯示系統、視頻監控系統的集成，為生產管控人員提供這種一目了然的可視畫面，無需在現場即了解現場，減少生產管理人員重復工作量，實現卷接包生產管理的智能化和數字化，為開創智慧工廠打下基礎。

4.2 生產調度管理

4.2.1 生產統計分析。按機臺、機型、牌號、班次匯總任意時間段內每個機臺主要生產數據，包括機臺號、總產量、總停機時間、總停機次數、總臺班數、剔除總量、平均廢品率，并可以按照各種指標進行對比統計分析。按牌號、時間區間（日、周、月、年）對數據進行對比分析。統計分析可以采用表格、柱形圖、餅狀圖等方式生成相應結果并可形成報表導出打印。

統計分析模塊具有以下特點：（1）在給定的時間區間及輪班等條件下對數據進行數據查詢；（2）可以按機臺、機型、牌號、輪班等多種條件進行分類統計；（3）對查詢出來的數據做分類統計及圖形分析（以及多維數據分析），通過對比分析為用戶提供決策依據；（4）提供了動態分類統計分析計算功能；（5）提供了數據動態過濾查詢功能。

4.2.2 過程質量統計。反映產品質量的各種信息分布在產品生產及流通的各個環節，分布面廣、數據量大。采用人工方式，無法確保信息的完整、真實、及時、規范。同時，由于大量質量原始數據沒有保留和共享，使得質量研究、標準優化的工作很難真正實現；質量問題的分析和追蹤也很困難，難以進行科學的決策。

系統中的工藝質量管理主要包括質量總覽、質量檢驗檢測管理以及質量統計分析與報表查詢等功能。

以卷接包數據采集為基礎，實現質量控制實時數據采集與分析、現場檢驗檢測設備數據采集與分析、生產過程質量狀況監控與報警、質量自檢記錄與分析、質量問題追蹤與分析、歷史質量狀況匯總分析、趨勢對比分析等功能，使相關工藝管理人員能實時地了解現場，發現問題能得到快速協調和處理，保障產品質量。

4.2.3 設備統計分析。設備統計分析是利用數據采集平臺所獲取的設備實時數據，通過對現場設備的生產數據和設備運行記錄的分析，建立設備故障報警機制，并區分故障報警類別，通過與P5大屏顯示系統連接，實時顯示設備長時間故障原因，減少問題反饋時間，提高技術人員響應速度；不斷完善設備部件維護與保養的項目和周期，逐步建立一套良好的設備預防維修機制，提請進行有針對性的計劃維修；通過設備狀態監控的加強，逐步推行預知維修管理；提高設備有效作業率和產品質量，有效實現全面的設備管理，提升設備的運行效率和對產品質量的保證能力。

4.2.4 基礎數據管理。整理和規范系統基礎數據，建立良好的基礎結構，是數采系統應用的基礎?；A數據包括企業統一的通用基礎代碼，如品牌、設備編碼、班次、班組、用戶等基礎數據等，需要與企業MES、ERP統一集成，對卷包數據采集監控系統內部需要的基礎數據進行維護管理。

4.2.5 訪問權限管理。按功能模塊和操作權限劃分多層級多職能管理角色，通過權限管理系統，建立不同權限的角色和用戶。系統將提供所有角色或用戶信息列表、所有的功能界面列表、每個功能界面上所有的資源操作類型列表，只要對角色或用戶權限范圍內的業務信息及操作權限進行打勾選擇即可，配置靈活。

系統對登錄用戶的密碼以加密形式保存，對多次（比如三次）嘗試登錄失敗的用戶進行封鎖，并將IP、MAC地址等信息記入系統日志。

4.2.6 系統日志管理。日志管理模塊記錄所有登錄人員訪問系統的操作痕跡，按日期形成系統日志，記錄的關鍵信息有系統登錄信息、關鍵操作信息、系統更新信息、刪除及修改信息，系統提供日志查詢功能，能對操作日志進行分用戶、分時間段、分功能操作類型的查詢，支持對重大安全事件（如數據修改）的追蹤和回溯，以便管理員可以對惡意破壞數據過程進行審計。

5 結語

卷接包車間生產指揮調度系統（含數采）是支撐上層業務系統應用的基礎，是聯系卷包底層自動化與MES系統的樞紐，是某卷煙廠“十二五”技術改造項目建設的重要內容。系統應用自適應數據采集技術、網絡及信息手段，對卷煙生產中卷接包工段所有關鍵設備進行全面、準確、實時的數據采集，通過與設備自動化控制系統的有機集成實現對卷包生產過程中產生的大量實時數據的自動化快速收集，對實時事件及時處理，使企業更輕松地進行生產數據處理及生產管理，實現對生產現場、生產過程、產品工藝管理、質量追溯以及后續的庫存追蹤的有效管理，有效解決卷煙生產在對現場作業管理的難題，保證生產全過程的調度協調管理，改善車間的生產數字化管理水平，實現智慧工廠的快速反應與敏捷制造。

參考文獻

[1] 李英偉.改進的變化步長LMS自適應算法研究[D].昆明理工大學，2011.

[2] 景茹.現代化的卷包數據采集系統概述[A].中國煙草學2010年學術年會論文集[C].2010.

（責任編輯：蔣建華）