數字化車間生產現場數據采集與智能管理探究

朱建培

摘? 要：數字化車間生產是制造企業發展的必然趨勢。以現階段制造企業工作情況為依據，結合近年來企業制造車間生產現狀，明確新時代發展下制造企業提出的各項要求，分析如何設計數據采集和智能管理系統的總體構架，以此為提高企業生產車間管理水平奠定基礎。

關鍵詞：數字化;車間生產;數據采集;智能管理

中圖分類號：TP274.2? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）10-0187-02

Abstract： Digital workshop production is the inevitable trend of the development of manufacturing enterprises. Based on the working situation of the manufacturing enterprises at the present stage， combined with the current production situation of the manufacturing workshop in recent years， this paper defines the requirements put forward by the manufacturing enterprises under the development of the new era， and analyzes how to design the overall framework of the data acquisition and intelligent management system， in order to lay the foundation for improving the management level of enterprise production workshop.

Keywords： digitization; workshop production; data collection; intelligent management

在新時代下，隨著現代化技術水平的持續提高，促使制造業開始向著現代化、信息化及數字化的方向革新。構建數字化車間作為制造企業革新發展的重要舉措，不僅能實時收集車間制造期間的數據信息，而且可以對車間生產制造過程進行智能化管理。通過當前數字化車間生產情況可知，不管是數據采集還是智能管理都沒有達到預期效果，雖然從思想意識上轉變了傳統工作模式，但實際工作依舊存在缺陷。因此，下面對數字化車間生產現場數據采集與智能管理進行分析。

1 數字化車間的概述

簡單來講，數字化車間會以產品整體生命周期相關數據為依據，在計算機技術輔助下構建虛擬的工作環境，對實際生產過程實施仿真、評估及優化等操作，屬于一種新型的生產方式。將其運用到制造生產工作中，不僅能讓制造企業在虛擬環境中多次模擬產品生產過程，確保實際生產工作有序落實，而且可以保障生產產品質量安全[1]。

2 目前企業制造車間生產情況分析

在制造企業革新發展中，不管是生產應用技術還是實際管理水平都得到了提升，此時企業要想提高自身在社會發展中占據的地位，必須要增加生產車間的投資力度。隨著MES、ERP等信息管理系統的大范圍推廣，車間生產需求信息量越來越高。為了全面管控企業車間生產過程，必須要保障制造階段數控設備狀態數據可以實時采集和傳遞，并實現真正意義上的智能管理。但了解現如今制造企業運行情況可知，其主要面臨以下幾點問題：第一，沒有統一管理。現如今只有少部分機床具備通信功能，且方便員工進行數據采集，而其他很多數控設備都沒有這一功能，不僅無法與計算機系統連接，而且會影響加工生產工作的監管效率。第二，沒有統一聯網[2]。要想引導制造企業向著數字化和現代化方向發展，必須要先提高數據采集水平，確保車間應用各類設備可以在聯網的基礎上快速收集數據信息。但目前機械設備只有串口服務器采集數據的功能，不僅成本支出高，而且實際操作不靈活。第三，無法監管設備狀態。在工作狀態下，員工無法及時掌控數控機床的信息數據，如故障、加工質量等，這樣不僅無法提高設備工作效率，而且會影響產品生產質量。

3 數字化車間生產現場的數據分析及管理需求

3.1 數據分析

通過了解當前制造企業車間的工作情況可知，由于包含數據類型較多，所以選擇采集方式存在差異，且需要對它們進行分類采集與管理。一般來講，車間制造數據主要分為以下幾種：第一，靜態。這類數據通常不會產生變化，如物料信息、產品名稱及人員信息等;第二，動態。這類信息會跟隨制造過程而改變，屬于必須要及時采集的內容，如加工情況、計劃進度等;第三，中間。這類信息是指在處理其它兩種數據后獲取的數據，可以為之后的制造數據引用提供依據。

3.2 管理需求

通過了解制造企業發展目標，明確現場生產要求，智能管理系統必須要對制造過程數控設備工作情況進行全方位管控，并認真收集加工期間的數據信息，而后和企業資源計劃系統共享應用。一般來講，管理系統功能需求主要體現在以下幾點：第一，有效連接計算機平臺和車間數控設備，有助于提高制造企業車間數控設備的管理水平;第二，實時收集與數控設備有關的數據信息，如開關機、報警情況及故障信息等;第三，監管數控機床運行情況，確保車間生產工作可以高效進行;第四，統計研究與數控機床工作情況有關的數據信息，促使車間管理人員可以由此提出準確的管理決策;第五，如果數控設備提出警告，必須要通過系統研究故障所在位置、類型及次數、時間等信息，并將有價值的內容提供給管理人員，確保他們可以及時提出有效的處理措施[3]。

4 數據采集與智能管理系統的總體架構

分析數據分析及系統管理需求可知，離散制造車間的數控機床具有異構性，因此在設計數據采集系統時，要結合分布式采集集中式管理的方式進行實踐工作。這樣不僅能更好處理不同類型的數控機械，而且可以為各崗位員工提供共享信息。其中，分布式采集需要根據不同型號的數控機床提出具有針對性的采集方式，最終實現數據有效采集;而集中式管理需要從PC端和服務器入手，采集系統主要接收不同類型的機床數據，并將其儲備到數據系統中，而智能管理軟件可以在研究系統內部數據信息時，將它們呈現到PC端，促使企業管理決策擁有及時且有效的信息依據。一般來講，數字化車間生產現場數據采集與智能管理系統的架構設計主要分為三方面：

4.1 車間層

其中包含了串口機床、普通機床及采集器等內容，主要用于采集、識別和監管數控機床數據。這一層屬于架構體系的最底端，是整體系統運行的基礎內容。數控機床作為數字化車間生產現場的基礎設備，大部分離散制造車間都要采集如下數據：第一，機床的開關機;第二，機床運行狀態;第二，零件加工情況[4]。

4.2 數據傳輸與儲存層

其中包含數據庫服務器和Web Socket服務器，主要用于傳遞、儲備及研究采集數據。這一層會接收車間層的設備信息，為車間層和管理層的信息傳遞提供平臺，不僅能處理兩層信息交流難題，而且可以保障系統運行效率。在處理數據時，按照功能劃分可以分為兩大模塊，其一為數據采集服務模塊，其二為數據庫服務模塊。通過連接前者和車間層，并結合工業以太網為制造車間構建通信網絡平臺，將Mod bus協議看作后者與車間層傳遞數據的有效依據。并將采集數據在有效處理后儲備到數據系統中，有助于向管理層提供有效依據。

4.3 管理層

其中包含了可視化顯示、智能監控及科學統計報表等功能。上層管理系統可以運用Web Socket服務器接收車間層提供的采集數據，促使軟件前端和數據庫服務器實現信息交互。同時，處理后的數據可以按照用戶需求及時呈現到屏幕上，促使管理人員可以在數據引導下提出有效決策。同時，數據處理層服務器軟件與車間硬件層會在工業以太網的引導下傳遞所需數據，且只需在服務器中安裝管理層客戶端軟件，此時客戶不僅能遠程操控、訪問網絡平臺，而且可以獲取及時數據。需要注意的是，車間制造過程的數據儲存必須要具備嚴密性，因此在構建系統架構時，只有企業內部人員在車間局域網中按照規定要求進行訪問，才能獲取所需內容。這樣不僅可以保障數據的安全性，而且可以及時掌控數控機床的工作情況。

5 智能管理系統網絡架構設計

了解當前數字化車間生產情況可知，每臺數控機床都會在網絡布線中設計RJ45網口。針對現如今不同類型的機床設備，可以選擇的信息采集方式有：第一，基于電氣電路信號;第二，基于串口宏指令;第三，基于DNC網口，最終將在交換機的引導下傳遞到數據服務器層。

數據管理服務器作為整體系統運行的關鍵內容，不僅能與機床、采集器等進行實時交互，而且可以進行數據處理、儲存等工作。其中，數據服務器和車間設備在傳遞信息時會基于Mod bus協議進行操作。

而客服端軟件需要向數據庫服務器提出請求，只有這樣才能實時管控數控設備工作情況，并查閱不同階段的數據信息，同時也能對企業系統、機床設備及員工等進行信息管控，修改、刪除或調查機床基本數據。這一軟件需要基于Web Socket服務器提供的網絡技術進行工作，在獲取車間層提供實時數據后，將其傳遞到數據庫服務器中，最終實現真正意義上的實時監管。除此之外，智能管理系統也具備Internet網絡管理服務，制造企業管理人員可以根據用戶名和密碼進入系統內部，這樣不僅能及時了解數控機床設備運行情況，而且可以隨時發現潛藏安全問題。

網絡技術水平持續提高，有關軟件系統架構模式越來越多，如客戶機/服務端（C/S）和瀏覽器/服務器（B/S）這兩種結構在現如今市場中的應用非常多，不僅各有優勢，而且應用價值極高。所以在設計數字化車間生產現場智能管理系統時，會從開發維護、硬件投資及企業未來發展等多個角度入手進行研究，最終發現B/S系統開發更具有優勢，不僅能實現運用瀏覽器進行遠程監控，而且可以實時呈現處理后的數據信息，確保企業管理人員可以提出準確且完善的發展決策[5]。

6 結束語

綜上所述，面對制造企業車間生產現場涌現出的各類問題，通過構建數據采集與智能管理系統架構，不僅能突破傳統管理模式的制約，而且可以提高實際生產加工水平。因此，在新時代下，企業行業必須要加大對數字化車間生產工作的探索力度，注重結合以往工作經驗，科學引用現代化技術理念，只有這樣才能提出更加適宜的技術架構，并由此促進我國制造業發展步伐。

參考文獻：

[1]亢亞敏，秦新冰，汪九佳.面向智能制造的航空發動機數字化生產線建設研究[J].智能制造，2017（7）：44-46.

[2]何璽，何波.數字化車間建設研究與實踐[J].智能制造，2019（5）：54-57.

[3]隋少春，牟文平，龔清洪，等.數字化車間及航空智能制造實踐[J].航空制造技術，2017，60（7）：46-50.

[4]王誠意.基于WinCC與OPC技術的車間數字化管理與控制系統設計[J].輕工機械，2019，37（6）：99-104.

[5]張維，楊洋洋，王亮.面向數字化車間的工裝配送方法研究[J].航空制造技術，2017，60（7）：34-40.