基于Android平臺(tái)的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)

賈儒，高天一，慕光宇，潘瀾瀾

（1.大連海洋大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，遼寧大連116023；2.大連民族學(xué)院機(jī)電信息工程學(xué)院，遼寧大連116600）

基于Android平臺(tái)的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)

賈儒1，高天一2，慕光宇1，潘瀾瀾1

（1.大連海洋大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，遼寧大連116023；2.大連民族學(xué)院機(jī)電信息工程學(xué)院，遼寧大連116600）

可追溯的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)是智能制造的重要組成部分。它能改善生產(chǎn)過(guò)程、提高生產(chǎn)效率、減少資源使用。通過(guò)對(duì)離散型制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)狀研究，設(shè)計(jì)一套可使用Android平臺(tái)的移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行操作，并且可以追溯的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)。應(yīng)用PLC、傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的測(cè)控；應(yīng)用Java語(yǔ)言編寫軟件；通過(guò)OPC協(xié)議實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件與可編程控制器通訊，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的記錄與管理。

可追溯；物料跟蹤；Android；監(jiān)控

加速發(fā)展工業(yè)信息化和智能化成為我國(guó)制造業(yè)的重中之重［1］。信息化水平不高，與工業(yè)化融合深度不夠等，都是我國(guó)成為制造強(qiáng)國(guó)有待解決的問(wèn)題［2，3］。企業(yè)管理模式以及生產(chǎn)管理過(guò)程更注重信息技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，企業(yè)應(yīng)該對(duì)所有資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，滿足市場(chǎng)對(duì)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的需求。

本文主要應(yīng)用Java作為上位機(jī)軟件，運(yùn)用安卓源平臺(tái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)（Android STUDIO）開(kāi)發(fā)可通過(guò)智能移動(dòng)端設(shè)備進(jìn)行操作的軟件，集成PLC、傳感器、RFID讀寫設(shè)備等模塊，構(gòu)成一套通用的生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)。

1　系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建立一套可以隨時(shí)隨地的監(jiān)控生產(chǎn)制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)生產(chǎn)信息采集、物料傳遞、產(chǎn)品加工、數(shù)據(jù)記錄等信息自動(dòng)完成并且上傳數(shù)據(jù)庫(kù)，又可對(duì)信息進(jìn)行自動(dòng)記錄、查詢、更改、分析等，實(shí)現(xiàn)企業(yè)全面的信息化，從而提高效率，減少資源使用，這對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的改善和決策起到重要作用［4，5］。

系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由3部分組成：

（1）現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，主要由傳感器、變頻器等硬件模塊完成對(duì)生產(chǎn)線數(shù)據(jù)的采集和控制輸出信號(hào)功能。

（2）邏輯判斷系統(tǒng)，通過(guò)可編程邏輯控制器完成，西門子S7-200是控制系統(tǒng)的核心。它可以對(duì)整個(gè)裝配線的各工序進(jìn)行檢測(cè)控制，還能對(duì)采集的信息進(jìn)行邏輯判斷。

（3）上位機(jī)的管理系統(tǒng)，主要分為員工控制系統(tǒng)、管理員監(jiān)控系統(tǒng)、和SQL數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，主要完成對(duì)PLC的寫入、讀出以及對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能，是上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能部件。

光電傳感器為了測(cè)得生產(chǎn)裝配的數(shù)據(jù)信息，需安裝在裝配線的兩側(cè)，對(duì)應(yīng)在生產(chǎn)線各個(gè)的工位，每個(gè)工位放置兩個(gè)光電傳感器，一個(gè)檢測(cè)生產(chǎn)線托盤（工件）到達(dá)、離開(kāi)工位的狀態(tài)和時(shí)刻信息，另一個(gè)檢測(cè)工件到達(dá)、離開(kāi)操作臺(tái)的狀態(tài)和時(shí)刻信息，開(kāi)關(guān)量變化的時(shí)刻是系統(tǒng)需要收集的作業(yè)起止時(shí)刻。

在生產(chǎn)系統(tǒng)追溯的關(guān)鍵是RFID系統(tǒng)。RFID讀寫器是一種可讀寫設(shè)備，根據(jù)需求不同可設(shè)置為只讀和可讀寫形式。閱讀器既可從電子標(biāo)簽讀取信息，也可將自身的信息寫進(jìn)電子標(biāo)簽中。

在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用個(gè)人計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器，搭建Android開(kāi)發(fā)平臺(tái)，使用java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)安卓APP系統(tǒng)，主要是為了企業(yè)管理人員設(shè)計(jì)的生產(chǎn)管理監(jiān)控系統(tǒng)，用于手機(jī)端和移動(dòng)智能設(shè)備端，方便企業(yè)管理人員在任何地點(diǎn)實(shí)時(shí)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控，讓管理者不需要在制造現(xiàn)場(chǎng)就可以對(duì)企業(yè)生產(chǎn)情況進(jìn)行掌控。

移動(dòng)端監(jiān)控系統(tǒng)有2個(gè)子系統(tǒng)，管理員工系統(tǒng)和普通員工系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)信息，如生產(chǎn)線的運(yùn)行、溫度等。

（2）實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)等裝置的工作溫度數(shù)據(jù)。生成溫度曲線，為設(shè)備的保養(yǎng)和檢修提供支持。

（3）實(shí)時(shí)顯示各工位作業(yè)信息。了解員工的生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)狀態(tài)，繪制績(jī)效曲線。

（4）監(jiān)控生產(chǎn)線狀態(tài)、工位狀態(tài)、在制品狀態(tài)、零部件狀態(tài)等。在制品是系統(tǒng)的監(jiān)控重點(diǎn)，確定在制品位置信息，方便監(jiān)控和追溯。

2　Android系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

輸入賬號(hào)和密碼，進(jìn)入到軟件的主界面，如圖2所示。顯示系統(tǒng)的主要功能：生產(chǎn)線監(jiān)控、溫度監(jiān)控、物料統(tǒng)計(jì)、產(chǎn)品追溯、員工管理和信息通告。

圖2　Android系統(tǒng)主界面

在生產(chǎn)線監(jiān)控子系統(tǒng)中，在制品等進(jìn)入流水線，通過(guò)連接在PLC端口的光學(xué)傳感器，檢測(cè)操作數(shù)據(jù)和物料信息等，實(shí)時(shí)傳遞到數(shù)據(jù)庫(kù)中。上傳信息包括在制品的到達(dá)時(shí)刻，操作人員拿取物品時(shí)刻，加工開(kāi)始時(shí)刻，加工結(jié)束時(shí)刻，操作人員加工完成后放回時(shí)刻以及物品的離開(kāi)時(shí)刻。

物料監(jiān)控子系統(tǒng)由3部分構(gòu)成，分別是物料監(jiān)控、零部件查詢、各工位剩余零件查詢。當(dāng)在制品離開(kāi)流水線時(shí)，系統(tǒng)將讀取并且存儲(chǔ)編號(hào)并將在制品傳往下一個(gè)工位。管理員將會(huì)時(shí)刻了解在制品的位置信息。物料監(jiān)控界面不僅能收集在制品的位置信息，還可以顯示在制品編號(hào)和名稱，在制品的完成數(shù)量，并且計(jì)算工作計(jì)劃中還需完成的數(shù)量。物料監(jiān)控系統(tǒng)視圖如圖3所示。

圖3　物料監(jiān)控子系統(tǒng)界面

產(chǎn)品的跟蹤追溯可以通過(guò)兩種途徑：一種是生產(chǎn)日期查詢，另一種是生產(chǎn)編號(hào)查詢。在加工完成之后，通過(guò)產(chǎn)品編號(hào)，可以查詢到產(chǎn)品的生產(chǎn)日期、操作員、各生產(chǎn)工序包括開(kāi)始時(shí)間、加工時(shí)間以及結(jié)束時(shí)間等重要信息。當(dāng)企業(yè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題產(chǎn)品，可以追溯源頭，找出問(wèn)題原因，并可以對(duì)同批次產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行排查。這樣方便企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的檢驗(yàn)，滿足企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的追溯跟蹤需求。讓管理者更好的改善提高生產(chǎn)質(zhì)量，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品追溯界面如圖4所示。

圖4　產(chǎn)品追溯界面

溫度監(jiān)控子系統(tǒng)可以查看現(xiàn)在和歷史的溫度數(shù)據(jù)。通過(guò)搜索框，填入時(shí)間點(diǎn)或時(shí)間段，管理者就可以查看PLC傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中的生產(chǎn)線溫度信息。如果管理者想更直觀看到生產(chǎn)線環(huán)境溫度的變化，可以查看溫度變化曲線。由橫坐標(biāo)時(shí)間變化數(shù)據(jù)和縱坐標(biāo)溫度變化數(shù)據(jù)合成曲線。通過(guò)溫度曲線，管理人員能掌握生產(chǎn)線溫度的變化范圍，結(jié)合溫度變化，合理地安排生產(chǎn)計(jì)劃，讓產(chǎn)能和機(jī)器性能達(dá)到最優(yōu)化的處理，如圖5所示。

圖5　溫度監(jiān)控子系統(tǒng)

員工管理子系統(tǒng)包括員工的信息查詢，員工信息修改以及員工的工作時(shí)間和績(jī)效查詢。

信息公告子系統(tǒng)將顯示企業(yè)中的重要信息，讓管理者通過(guò)Android移動(dòng)端設(shè)備，能隨時(shí)隨地看到企業(yè)的信息以及各種報(bào)表，了解企業(yè)的最新動(dòng)態(tài)。

3　結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)運(yùn)用安卓應(yīng)用程序，方便企業(yè)管理者遠(yuǎn)程掌控企業(yè)的運(yùn)營(yíng)狀況，做出管理決策。系統(tǒng)自動(dòng)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，把數(shù)據(jù)以表格和圖像的形式表達(dá)出來(lái)，可以讓管理者更直觀地了解生產(chǎn)狀況。

未來(lái)研究可以將生產(chǎn)車間中的攝像頭、多媒體設(shè)備與系統(tǒng)連接；實(shí)現(xiàn)報(bào)警的功能，使生產(chǎn)線更加安全、可靠；監(jiān)控車間的微氣候，使作業(yè)環(huán)境更加符合工效學(xué)要求。

［1］張蕾.制造車間信息采集技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2014，43（4）：102-105.

［2］陳麗珍，傅江成.生產(chǎn)裝備數(shù)字化改造技術(shù)研究及應(yīng)用——“植入轉(zhuǎn)發(fā)”數(shù)據(jù)采集技術(shù)［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2016，（1）：43-48.

［3］胡其樂(lè).基于Android和Web的煙葉生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)采集報(bào)送系統(tǒng)［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，（1）:70.

［4］Bjorn Kvarnstrom，Pejman Oghazi.Methods for traceability in continuous processes Experience from an iron ore refinement process［M］.Oxford:Minerals Engineering，2008：720-730.

［5］Presher，Al.A Look Inside the Industrial Internet Consortium［J］.Design News，2015，70（3）：78-83.

Based on Android Platform of Production Process Monitoring System

JIA Ru，GAO Tian-yi，MU Guang-yu，PAN Lan-lan
（DaLian Ocean University，Dalian Liaoning 116023，China）

Traceability and monitoring system has become an important part of the intelligent manufacturing production process.It can improve the production efficiency and save resources.This paper focus on the research on the status of the production process discrete manufacturing plant，it can be used to design a set of Android mobile devices operations.At the same time，it can trace the production process systems.PLC and sensor technology are used in the program.Which can achieve intelligent control and get good requirements.In detail，Android application development environment based on Java language to write software interface；The opc protocol is used in the PC software management system to communicate with the PLC.The hardware configuration and software development are planned to form a frame structure of the system.It will monitor production line and recording production data.

traceability；material track；android；production monitoring

TP278

A

1672-545X（2016）08-0077-03

2016-05-23

賈儒（1989-），男，遼寧人，研究生，研究方向：工業(yè)工程。