卷包數據采集管理系統的構建和應用

童宗祥

摘要：通過對卷煙生產企業的信息化規劃和工業4.0時代下兩化深度融合，以及建設數字化工廠目標的描述，論述了構建卷包數據采集管理系統的必要性；根據國內大多數卷煙企業生產制造現狀和信息化水平，提出了數據采集管理系統的建設目標、思路和原則；通過運用SOA/OPC/XML等技術，以及分層設計的思想和方法，結合數采系統的建設內容，對系統的功能框架、技術架構進行了規劃和探討，并總結得出系統的成功建設將為打造一個數字化、信息化、智能化的優秀工廠提供強有力的技術支撐。

關鍵詞：信息化技術；數據采集；自動化控制；信息集成；SOA/OPC/XML；兩化融合

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）01-0100-03

Construction and Application of Cigarette Packer Data Acquisition and Management System

TONG Zong-xiang

（Chuzhou Cigarette Factory of China Tobacco Anhui Industrial CO.，LTD， Chuzhou 23900， China）

Abstract： Through the deep integration of informatization and industrialization under the informatization planning and Industry 4.0 of cigarette manufacturers， and the description of the goal to establish a digital factory， the necessity is discussed to create the cigarette packer data acquisition and management system. Subject to the manufacturing status quo and informationization level of most domestic cigarette manufacturers， the goals， ideas and principles are proposed for the construction of data acquisition and management system. In combination with the construction contents of the data acquisition system， the function framework and technical architecture of such system are planned and discussed with the Service-oriented Architecture（SOA）/ OLE for Process Control（OPC）/ Extensible Markup Language（XML） and the hierarchical design method. Finally， it is concluded that the successful construction of such system will provide strong technical support to build a superior factory integrated with digitalization， informatization and intelligentization.

Key words： informatization technology； data acquisition； automation control； information integration； soa/opc/xml； integration of informatization and industrialization

隨著工業4.0時代的到來，信息化和工業化的深度融合，中國煙草適時提出了堅韌不拔加大科技創新的力度，實現創新驅動發展，卷煙企業必須通過兩化的不斷融合建設一個數字化、信息化、智能化的優秀工廠，以提高企業競爭力。

1 建設卷包數據采集管理系統的必要性

為了保證數字化、信息化、智能化優秀工廠建設目標的實現，卷煙制造企業需要做好信息化總體架構的三層建設，即上層的ERP（Enterprise Resource Planning）系統建設、中間層的MES （Manufacturing Execution System）系統建設、底層的自動化控制系統建設。卷包數據采集管理系統作為制造工廠的底層核心控制系統是聯系底層自動化與MES系統的樞紐，通過其與底層自動化的全面集成，為生產和管理部門提供決策手段和依據，不斷增強企業的生產制造能力[1]。

建設以卷包生產設備為核心，實現對所有卷包相關工藝段全面、科學、準確的數據采集，達到生產管理的現代化、規范化、標準化、精細化為目標的卷包車間數據采集系統，以實現對卷包車間各生產業務流程和操作進行全面的規范、梳理與優化，改善車間的生產管理與生產過程即時成本控制水平，提供企業生產信息反饋，增強車間生產執行能力，提高產品質量水平。

2 卷包數據采集管理系統的建設目標、思路和原則

1）通過卷包數據采集管理系統的建設，構建一個技術架構合理、可靈活擴展、安全可靠的軟硬件集成平臺，將檢測、PLC（Programm Logic Controller）、數據處理（人工智能）、網絡、通信、安全、數據庫、信息管理等眾多技術有機結合在一起，以滿足生產控制、信息管理、信息集成等多層次的企業應用需求，打造一個“透明化、智能化、標準化”生產管控一體化信息平臺。

2）卷包數據采集管理系統處于數字化工廠的生產過程數字化建設階段，據此可以依照以下思路建設，向上做好與企業MES、ERP等信息系統對接，為上層MES提供過程數據支持；向下做好與制絲中控、物流倉儲、動力能源等系統的銜接，接收并執行上層信息系統的生產調度指令，實現生產過程透明化，實現卷包生產管控協同，確保卷煙生產過程的有序和可控，形成企業信息從生產經營管理至自動控制的全面集成與共享。

3）卷包數據采集管理系統的建設要結合企業實際情況，根據企業信息化現狀和水平，堅持以下六個方面的原則：實時性原則、準確性原則、安全性原則、完整性原則、可擴展性原則、可操作性原則，要真正將這六個原則貫穿在系統建設的整個過程中，保證卷包數據采集管理系統投入使用后的可控、可管、可用。

3 卷包數據采集管理系統的構建和功能探討

1）卷包數據采集管理系統的建設內容

卷包數據采集管理系統的建設以卷接包設備為主，充分運用OPC（OLE for Process Control）數據通訊技術、MQ（Message Queue）中間件技術、SCADA組態軟件技術將卷包車間有關產量、質量、消耗、物流以及設備本身的數據進行采集、存儲、分析、查詢[2]，實現對卷包車間的機臺生產現場、機臺過程監控、機臺指令接收、生產異常報警、生產過程管理、生產現場監控以及卷包車間的過程監視信息、事件記錄信息、趨勢記錄信息等的管理，為MES系統建設提供數據基礎和支撐。

2）基于上述的卷包數據采集管理系統的建設內容、目標和思路，我們建議將數據采集管理系統的總體架構（功能框架和技術架構）規劃如下：

① 以卷包設備數據采集為中心，堅持多層設計，上下關聯，信息聯動，無縫集成的思想來構建系統的總體功能框架圖（圖1）。

圖1 數采系統功能框架圖

② 為了保證系統的實時性、準確性、可擴展和集成性，卷包數據采集管理系統可采用SOA（Service-oriented Architecture，面向服務體系的架構）和以XML 技術（Extensible Markup Language，可擴展標記語言）為核心的.NET平臺來構建系統的技術架構，實現系統的模塊化、層次化、流程化開發，結合系統特點，將整個系統分為設備采集接口層、業務處理與數據服務層、業務表現層和信息集成層、底層為設備自動化層[3]，技術架構圖（圖2）如下：

圖2 數采系統技術架構圖

3）根據卷包數據采集管理系統總體架構，將整個系統的具體功能規劃如下：

① 數據采集和存儲處理功能：通過對卷包車間生產設備和輔助設備的狀態和運行情況的集成聯網和信息采集，實現設備全部數據的采集，包括生產數據、設備運行數據、故障數據、質量數據以及歸檔后歷史數據，實現對過程實時數據的有效無損存儲和在線分析處理。

② 生產過程監控管理功能：在統一的監控應用平臺上實現對卷包生產各區域的圖形監控、任務趨勢、設備運行、工藝狀況、異常報警。以直觀的形式，向管理人員提供車間的流程監視畫面、報警監視畫面、生產統計畫面等信息，使管理人員能夠及時、準確、全面的了解和掌握現場的情況[4]。

③ 在線數據處理分析功能：以圖形和數據網格、報表等多種形式，對生產進度、設備效率、工序能力、過程質量、物料消耗等過程信息進行實時的統計、匯總、歸納、分析和處理。

④ 在線業務調度功能：車間操作人員根據雙向信息傳遞內容和生產現狀，及時將各類調度指令下發給設備操作人員。

⑤ 現場管理信息化功能：通過系統提供的信息采集和錄入手段，將復雜繁瑣的現場管理信息收集；并借助相應的統計手段，實現車間現場管理由定性向定量的轉變；規范現場人員行為、加快了異常事件的反饋處理速度。

⑥ 生產數據集成功能：通過與企業MES系統、ERP系統、制絲集控和物流管控系統的接口設計和數據集成，實現企業整體信息化框架內的信息共享和協同應用[5]。

4 建設卷包數據采集管理系統的應用價值

卷包數據采集管理系統的成功構建解決了卷煙廠決策層、管理層、執行層以及操作層等多層次的生產、管理信息流、業務工作流的有效銜接，保證了上層管理對車間生產一線現場制造執行的有效管控，努力實現了卷包車間四個中心和一個平臺的構建。

4.1 搭建卷包生產數據中心

通過數據采集功能實現生產、消耗、故障、質量等數據的有效收集和存儲，構建了一個涵蓋卷包生產過程設備實時數據和業務行為數據，為生產過程在線指揮、分析和歷史追溯提供數據支撐的卷包生產數據中心。

4.2 搭建卷包集中監控調度中心

通過執行MES系統計劃工單，完成對機臺生產工單執行過程中的所有相關業務的監控、調度處理，對生產、質量、設備等過程信息進行全方位的展現和在線分析，將各種卷包現場實時數據、異常情況反饋到管理層，破解“生產現場黑箱作業”現象，確保生產過程的有序和可控。

4.3 搭建卷包生產設備保障中心

通過數據采集系統的應用，加強設備的運維管理，對貫穿整個設備運行周期中的業務活動進行規范管理，建立運維管理模型；實時采集設備中的各種參數，并進行匯總、分析等處理工作；通過系統實現參數報警提示，同時存儲報警信息記錄，用于設備故障分析等使用，實現生產設備保障中心的功能。

4.4 搭建卷包生產質量保障中心：通過數據采集系統的在線質量分析功能、質量缺陷查詢功能、自檢互檢功能實現主要工藝參數數據的采集和統計，實現生產質量報警功能，為卷包生產質量提供技術保障。

4.5 建設標準化的卷接包應用接口和集成平臺

通過卷包數據采集系統建設，為MES系統實施提供數據基礎和技術支撐。數采系統將采用主流和標準的接口規范，實現卷包車間數據采集系統與MES、制絲集控、物流管控等相關系統的業務集成，建立一個統一、標準化的系統集成應用平臺，實現各系統之間信息流轉、資源共享、業務協調的目標，消除“信息孤島”的出現。

5 結束語

卷包數據采集管理系統的成功建設，將進一步提升企業信息化水平，為打造一個數字化、信息化、智能化的優秀工廠提供強有力的技術支撐，實現向“智能制造”的真正跨越。

參考文獻：

[1] 張永利. 淺談卷煙企業數據采集系統[J]. 中國科技博覽， 2009（24）： 22-23.

[2] 馬科. OPC統一架構[M]. 北京： 機械工業出版社， 2011.

[3] 張泊平， 程菊明. 一種SOA架構下應用服務器的設計與實現[J]. 微計算機信息， 2008（2）： 153-154.

[4] 馬明建. 數據采集與處理技術[M]. 西安： 西安交通大學出版社， 2011.

[5] 董小玲. 數據采集及信息集成系統設計與應用[J]. 信息技術與標準化， 2014（12）： 70-73.