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制造业数据采集技术解析

2012/6/1    来源:e-works    作者:e-works王聪      
关键字:数据采集技术  制造业数据采集  数据采集  采集应用实例  
制造业是我国国民经济的支柱产业,也是推动工业化的原动力,现代制造业已经并且正在深刻地改变着人们的生产方式、生活方式甚至社会文化。全球经济一体化的趋势愈演愈烈,国际竞争不断加剧,制造业的发展必须不断提高在质量保障、品种多样化、快速设计制造、快速检测响应以及快速重组等方面的要求。于是,“以信息化带动工业化,以工业化促进信息化”被提到了前所未有的高度、深度和广度。

一、数据采集技术概述

    1.1 数据采集的作用与意义

    制造业是我国国民经济的支柱产业,也是推动工业化的原动力,现代制造业已经并且正在深刻地改变着人们的生产方式、生活方式甚至社会文化。全球经济一体化的趋势愈演愈烈,国际竞争不断加剧,制造业的发展必须不断提高在质量保障、品种多样化、快速设计制造、快速检测响应以及快速重组等方面的要求。于是,“以信息化带动工业化,以工业化促进信息化”被提到了前所未有的高度、深度和广度。

    众所周知,制造业的信息化主要包括设计数字化、生产数字化、装备数字化、管理数字化、企业数字化等。信息化的大趋势使世界各国争先恐后的把先进技术和信息化引进到传统工业和制造业。1990 年,美国 AMR(Advanced Manufacturing Research)所提出的制造行业的ERP(Enterprise Resources Planning,企业资源规划)/MES(Manufacturing Execution  System,制造执行系统)/PCS(Process Control System,过程控制系统)三层结构,已经成功地在许多行业得到了应用,并被越来越多的企业所认可。

    美国 AMR 研究公司对MES 的定义表述为:MES 是一个常驻工厂层的信息系统,介于企业领导层的计划系统与生产过程的直接工业控制系统之间,它以当前视角向操作人员、管理人员提供生产过程的全部资源(人、设备、材料、工具和客户要求)的数据和信息,其着重点是将信息技术运用于改善制造过程。

    而作为MES中低层的数据采集功能,可以实现对生产现场各种数据的收集、整理工作,是进行物料跟踪、生产计划、产品历史记录维护以及其它生产管理的基础。它可以为企业中其他例如ERP等管理信息系统提供实时数据。另一方面,MES也要从其它管理系统中获取相关的数据以保证MES自身正常运行。因此要满足MES快速、实时的要求,作为各种功能模块运行基础的数据就显得十分重要。一个迅速而可靠的数据采集系统是整个MES能够正常稳定工作的有力保证。 

    1.2 制造企业面临的数据采集现状

    作为车间底层的数据采集系统,在企业实际生产过程中却存在着许多困难,尤其是在离散企业中由于自动化程度较低,往往存在着以下特点:

    生产过程不可视:主要体现在不能实时了解生产现场中在制品、人员、设备、物料等制造资源和加工任务状态的动态变化。

    生产过程复杂性:由于产品结构和加工工艺的复杂性,造成生产过程中各制造过程的关联性强,生产环境复杂多变(临时插单、材料短缺等) 。

    制造过程信息集成度低:制造过程中的各种信息不能有效进行集成,导致产能不能得到充分利用。

    信息不能有效与上层管理系统进行集成:这种隔断造成生产过程不透明,生产进度、在制品状况、设备利用状况等关键数据不能到达管理层,增加了过程管理和生产决策的复杂性。

    制造过程信息的真实性差:现场数据信息过多依赖人机交互界面通过人工录入,增加了出错的机率。

    制造过程信息的实时性低:作业任务随市场需求的频繁调整变化,不利于制造过程信息的实时采集,再加上制造过程信息交互的速度和效率低下,造成企业对市场变化的响应速度慢。

    企业设计层和管理层到车间层特别是车间设备层的信息采集困难,一方面车间设备层的重要信息难于采集和上传,无法达到对生产过程的监控。另一方面上层系统难以深入到车间和设备层,从而影响管理信息系统的准确运行,使动态信息成为脱离实际的无源之水难于及时下达,从而使整个企业信息化难以产生更大的效益。

    上述特点反映了制造车间迫切需要对制造过程进行信息化的数据采集管理,从而建立一个完整高效的离散制造车间数据采集及其分析处理系统是实现离散车间信息化的基础。数据采集及其分析处理系统的主要功能就是将车间的各种离散数据完整实时的采集到车间数据库中,并进行初步的分析处理,将车间生产的信息实时准确的反馈到车间的管理层,加强管理人员对车间生产现场的监控和管理,并为企业管理人员制定生产计划提供依据。

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行业特点与采集方式介绍

    2.1 离散行业采集特点

    离散制造业涉及产业非常广泛,包括汽车、机床、计算机、日用电子消费品等。就中国目前情况而言,在大中型的离散制造企业中,管理信息化和设计信息化已经得到了一定的应用并取得了较好的效益,但对于大部分离散制造企业,生产系统的数据采集是一个薄弱环节,车间生产的信息很难准确及时地反馈到企业的管理层,极大地影响了企业决策的及时性和科学性。与流程制造业相比,离散制造车间管理过程要复杂得多:生产计划难以预测,产品工艺流程差异大,设备自动化水平较低,现场单据多,作业繁琐,不易掌控等。

    由于企业生产产品种类不同,各企业所关心的数据类型也不尽相同。然而,作为离散型制造企业特别是机械制造企业往往具有其自身的特点,一般的离散制造企业车间生产过程中的数据通常包括了物料、加工设备、工装、加工过程、质量等等,涉及了制造执行中的各个环节,就典型离散制造企业而言,下列数据信息往往是保证生产过程稳定顺利的关键:

    离散制造企业的生产一般建立在BOM表上,生产设备的布置有可能不是按产品而是按照工艺进行布置的。例如,离散制造车间往往要按车、铣、刨、磨、钳等工艺过程,或者按照典型工艺过程来安排机床的位置。因为每个产品具体的工艺都可能不一样,而且可以进行同一种加工工艺的机床有多台,因此,离散制造业需要对所加工的物料进行调度,并且往往中间品需要进行搬运。离散制造企业的原材料主要是固体,产品也为固体形状,因此,存储多为室内仓库或室外露天仓库,其数据采集对象可分为以下几种:

    (1)实时数据采集层:提供多种数据采集方式,支持条形码、PDA、RFID等多种数据采集方式,可以实时快速的采集车间生产过程产生的各种数据。

    (2)业务功能层:业务功能层是车间制造执行系统的核心,该层包含了车间制造管理系统的业务管理功能模块。车间制造管理的功能和业务流程都在这里实现,包括车间物料管理,车间生产过程数据的分析处理,生产进度统计与预测,在线质量管理,生产过程的可视化监控,综合查询与分析等。

    (3)数据层:车间的数据存储层,数据采集层所采集数据的汇集地,主要由当前主流的管理数据库系统组成。

    (4)系统集成框架:通过系统集成接口能有效地实现与企业其他信息系统,如生产计划系统,人力资源管理系统,工装管理系统,产品工艺设计系统,产品项目管理系统等的集成,并且能够根据实际的需要有效地集成第三方的应用构件和软件服务。

 

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    2.2 流程行业采集特点

    流程工业包括了石化、冶金、电力、轻工、制药、环保等在国民经济中占主导地位的行业。由于全球性激烈的商业竞争,人们对在制造业中占据着举足轻重地位的流程工业企业在产品的质量、成本、交货期等方面提出越来越高的要求。对此,企业不断向以综合自动化为基础的管理模式转变,而生产过程的数据采集是流程工业自动化中各种应用的重要基础,其数据采集过程对企业生产运行成本核算、物料跟踪、质量管理、生产调度等业务过程的顺利实施具有重要的意义。相较于离散行业,流程行业的数据采集涉及复杂的物理、化学变化,需要24小时不间断的采集,对精度和稳定度都有较高的要求。同时,流程工业的生产存在许多不确定性。往往会导致计划、调度与控制优化系统相脱节,不能有效地协调生产。流程行业数据产生于连续的生产过程及辅助过程,其中,自动采集数据占有很大的比重,生产过程的各种物理变化通过现场传感器将物理状态信息转化为电信号,再经过测量仪表一系列的信号处理过程,成为计算机可自动处理的数字信号。

    由于流程企业对复杂生产过程的实时控制要求高,流程工业中普遍使用DCS、PLC实现直接计算机控制。DCS和PLC通常具有自己的数据存储集,如各控制系统厂商的DCS、PLC都具有自己的实时数据存储文件。下面主要论述如何实现从DCS、PLC中采集实时数据。

    直接采集数据:直接数据采集方式是指从现场DCS中采集实时生产数据,此时,位于管理网络的数采计算机一般放在远离现场的信息管理部门或办公区域内,配置购买的或自主开发的数采程序(或称数据接口),通过相连的计算机网络直接从现场DCS中采集数据。目前,几乎所有的国内外厂商推出的DCS都提供了一种或多种的标准数据接口,如ODBC(开放式数据库互连)、DDE(动态数据交换)、OLE(对象链接与嵌入)等,使用标准的SQL语言或在高级语言(Delphi、VB等)中进行简单的编程就可以将所需要的实时数据采集上来。这种方式的优点是通用性强、实时性好、易于实现,但也存在安全性差,灵活性差的缺陷。

   间接数据采集:间接数据采集是指数据采集计算机并不直接与现场DCS通信,而是在DCS之上放置一台计算机(一般称为上位机),上位机通过DCS提供的接口(软件接口或硬件接口)从DCS中采集实时数据,现场之外的数采计算机与上位机通信,取得所需要的数据。上位机通过网卡挂在DCS的控制网络上,与现场DCS的数据接口可以分为硬件接口和软件接口两种情况。硬件接口是指通过专门的硬件实现系统连接和数据采集,一般是在DCS中提供一块专用卡件,通过适当的网络参数设置(IP地址、路由器地址等),使之成为DCS网络中的一个节点,通过特定的端口便可以对DCS的数据库进行访问和修改。软件接口是指通过在上位机中运行DCS提供的专用软件来实现与DCS的数据通信,系统提供的数采方式基本以DDE、OLE、ODBC等为主。

    在以制药、食品为代表的流程行业当中,则多以传感器为基础的传感器网络对生产环节进行24小时的监控,对包括温度、压强在内的物理量进行实时数据采集对比。在通过数据采集卡的远端传输后,可迅速的将数据信息反馈至上位机。

    上位机对所采集上来的数据一般有两种处理方式,一是将数据以特定的格式(数据库、电子表格或文本文件等)放在本地硬盘上,由远程的数采计算机定时将数据取走,另一种方式是上位机定时将采集到的数据“主动”发送到数采计算机或其他指定的位置。这种间接的数据采集方式具有安全性高、灵活性好和接口统一的优点。

 

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    2.3 采集模式介绍

    2.3.1 传感器

    传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。在生产车间中一般存在许多的传感节点,24小时监控着整个生产过程,当发现异常时可迅速反馈至上位机,可以算得上是数据采集的感官接受系统,属于数据采集的底层环节。  

    传感器在采集数据的过程中主要特性是其输入与输出的关系。其静态特性反映了传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入和输出关系,这意味着当输入为常量,或变化极慢时,这一关系就称为静态特性。我们总是希望传感器的输入与输出成唯一的对照关系,最好是线性关系。一般情况下,输入与输出不会符合所要求的线性关系,同时由于存在这迟滞、蠕变等因素的影响,使输入输出关系的唯一性也不能实现。因此我们不能忽视工厂中的外界影响。其影响程度取决于传感器本身,可通过传感器本身的改善加以抑制,有时也可以加对外界条件加以限制。

    2.3.2 条码技术

    条码技术是实现POS系统、EDI、电子商务、供应链管理的技术基础,是物流管理现代化的重要技术手段。条码技术包括条码的编码技术、条码标识符号的设计、快速识别技术和计算机管理技术,它是实现计算机管理和电子数据交换不可少的前端采集技术。

    二维条码是用某种特定的几何图案按一定规律在平面分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的,在代码编制上巧妙的运用计算机内部逻辑基础的“0”“1”概念,使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息,通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。二维条码具有条码技术的一些共性:每个码制有其特定的字符集,每个字符占有一定的宽度,具有一定的校验功能等。同时还对不同行的信息具有自动识别功能与处理图形旋转变化等特定。

    2.3.3 RFID技术

    RFID(Radio Frequency Identification,射频识别)技术是一种非接触式的自动识别技术,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关的数据信息。利用射频方式进行非接触双向通信,达到识别目的并交换数据。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。

    在工作时,RFID读写器通过天线发送出一定频率的脉冲信号,当RFID标签进入磁场时,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag,无源标签或被动标签),或者主动发送某一频率的信号(Active Tag,有源标签或主动标签);阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理;主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性,针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号控制执行机构动作。

    RFID领域应用最为广泛的一个标准是EPC标准,它将RFID系统分成了四个层次,包括物理层、中间层、网络层和应用层。

    物理层是整个系统的物理环境构造,包括标签、天线、读写器、传感器、仪器仪表等硬件设备。

    中间层是信息采集的中间件和应用程序接口,负责对读卡器所采集到的标签中的信息进行简单的预处理,然后将信息传送到网络层或应用层的数据接口。

    网络层是系统内部以及系统间的数据联系纽带,各种信息在其上交互传递。

    应用层则是EPC后端软件及企业应用系统。在明晰的系统层次上,EPC标准还统一了数据的报文格式,并规范了输出传输流程。这样,RFID系统的部署就会变的严谨有序。

    2.3.4 数据采集方式对比小结

    企业在选择数据采集的方式上,需要考虑的因素有很多。在生产加工企业,针对底层的生产车间各个关键节点上,对电机的转速、拖动效率等实时监控,组织传感器网络向上层传递数据信息,反馈控制整个生产过程。在离散流水线企业,可利用条码技术和RFID读取流水线的产品信息,配合电子看板等在车间实时显示加工状况,结合ERP、MES等信息化系统,对生产中的产品进行分拣和瑕疵品的剔除。在条码和RFID的选择上,针对产品粗放型企业,可以以条码技术为主导进行产品的管理与仓储。针对工序复杂的制造企业,可采用RFID结合其他信息化系统,对企业生产流程达到全方位的管理。

    2.3.5 其他采集辅助工具

    受限与生产环节的复杂性与环境的苛刻,在除了RFID、条码和传感器的采集模式之外,还包含着利用人机交互的形式直接读取数据、利用现场设备如PLC和仪器仪表直接采集数据的模式。在高温高压高辐射的生产环节中,企业亦可以使用打镭射数字标号,然后手工抄取记录的形式监控产品的生产状况。

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采集应用实例说明

    3.1 汽车行业零部件生产  关键词:RFID  行业特点:离散

    RFID作为新型的数据采集方式,已受到各方面越来越多的重视,特别是在底层数据采集方面发挥了巨大的作用。将RFID技术应用在离散制造数据采集系统设计中,可提升生产过程管理与控制水平,有效地跟踪、管理和控制生产所需的包括物料、设备、人员在内的所有工厂资源;与上层管理系统结合,可合理地调度、管理这些资源,提高制造竞争力,改善生产组织、缩短生产周期、减少在制品数量,提高产品的质量和降低人力资源消耗。

    在汽车行业中,由于完全依据订单进行生产,并且几乎没有两辆完全一样的订购汽车,因此自动化的材料跟踪是顺利生产的前提条件。对于每道生产工序,必须要对汽车进行明确的识别,以避免诸如错误安装了空调、调漆颜色不对等问题。在装配流水线上应用RFID技术以尽可能大量地生产用户定制的汽车,是基于用户提出的要求式样而生产的,用户可以从上万种内部和外部选项中选定自己所需要的颜色、引擎型号等,这样汽车装配流水线上就得装配上百种样式的汽车。在装配流水线上配有RFID系统,使用可重复使用的电子标签,该标签上可带有详细的汽车所需的所有信息,在每个工作点都有RFID读写器,这样可以保证汽车在各个流水线位置处能毫不出错的完成装配任务。利用现代化的识别技术,可以实现一种产品的多种变形或是最小批量为1的不同产品的生产。

    采集方式对比分析:

    若采用条码技术,工作人员需采取手动方式扫描车身VIN码和零部件条码进行车辆跟踪和装配信息采集,整个采集过程耗时相对较大。当遭遇条码损坏、沾染污渍无法识别时,员工需手工输入车辆VIN码或零部件码,出错率高、耗时长,难以加快生产节拍。生产现场可视化程度有待提高,需要为工人提供实时准确的装配指导,杜绝漏装错装现象的发生,对生产线车辆的装配情况也需要实时监控。物料消耗信息反馈不及时,难以实现生产物料的实时拉动,导致生产物料库存过多,影响资金流动。缺少对员工和其装配零部件的关联管理,导致在追溯因人工操作导致的质量问题时难以将责任落实到人。

    利用RFID系统的好处在于:1.将RFID技术融入生产车间的装配工位之中,利用RFID标签标识零部件进行数据采集,时刻掌握生产线物料消耗信息,无延迟拉动供应物流。进一步满足供货模式的需求,消除MES系统和LES系统之间的信息和管理断层;对重要部件进行安装记录,为质量追溯系统提供翔实可靠的数据支持。2.将RFID技术现场可视化系统相结合,对生产中的车辆进行监控,实时了解生产线情况和车辆装配进度,并可以向装配工人提供实时准确的装配指导。3.将RFID技术与车间人员管理系统和质量追溯系统相结合,除了实现人员管理的功能,还可以对装配操作进行记录,实现装配责任落实到人,消除MES系统(车间人员管理)和质量追溯系统之间的信息和管理断层。

    相关案例:《汽车制造企业RFID生产线管理系统成功应用案例》

    http://articles.e-works.net.cn/autoid/article82837.htm   

 

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    3.2 物流运输  关键词:条码技术  行业特点:离散

    条形码技术能够快速准确的采集数据,是目前自动识别技术中最成熟,应用最广泛的技术。条码符号制作容易,扫描操作简单,信息采集速度快,设备结构简单,成本低,与计算机、网络通信等一起构成了现代商业自动化的基础,在制造业物流系统中有着广泛的运用。

    在物料编码的过程中使用条码技术能够自动识别的条形码来表示物料编码及其他紧密属性信息,统一的物料编码解决了一种物料多种包装而分辨不清的情况。利用条码技术结合MES建立仓库管理系统,使采购、仓库、质检、配送、生产、财务等各部门都能够查询到当前物料情况。在配送过程中,系统可以根据BOM计算得到生产任务需要的物料和数量,并安排配送。在此基础上,物料的消耗可以被准确的控制。最后利用条码技术建立实时的关键件信息采集系统,方便快捷的对数据信息进行备份。

    采集方式对比分析:

    若采用人工录入,则有数据录入不即时的危险,因为传统人工收集整理、核实、打开计算机界面都需要时间,这些时间对信息录入产生了滞后性。并且在抄录环节存在着处理不当而导致录入错误的可能,增加了工作量和处理时间。

    由于RFID没有条码技术成熟,其识读设备和标签价格高昂。同时,一般产品信息中无需加载太大信息,使用条码便可完成对于后台数据库的支持。

    相关案例:《在ERP系统中融入条码技术提升物资管理水平》

    http://articles.e-works.net.cn/erp/article93993.htm

 

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    3.3 零件加工  关键词:数控机床  行业特点:离散

    目前,以用户为导向(Everything for Customer)的服务理念逐渐成为制造企业的发展目标,一方面,企业管理层需要根据制造过程的实时情况来合理分配制造资源,以对市场需求的变化做出快速响应;另一方面,客户需要对订单进行实时跟踪和查询,使其能够根据产品的生产情况及时对决策进行调整。在以用户需求为核心的制造模式下,多品种小批量甚至单件的生产方式致使新产品开发频繁,而产品结构复杂性和品种的多样性加大了制造工艺和流程的复杂性,这就对车间制造系统的运行和管理提出了更高的要求,需要对车间制造过程的可视性方面和车间制造系统的实时性方面进行提升。

    现代制造模式以生产效率、产品质量、生产成本等作为衡量企业制造能力和水平的主要标志,然而由于企业规模扩大、技术改造深入和市场竞争加快,造成具有多源异构性、形式多样性、复杂多变性等特征的车间制造过程信息急剧膨胀,再加上传统的企业管理系统无法精细控制到流程复杂、信息纷乱的车间制造过程(特别是包括了设备和人员的车间设备层),使得企业管理层难以准确掌握生产现场的实时情况。现代制造企业的管理信息系统都是建立在自身的复杂性之上,而制造车间作为最重要的信息源头,存在着大量的无序、冗余、残缺、异构信息,要想克服他们之间存在的信息交互的鸿沟,这就对车间制造过程信息的采集和集成提出了更高的要求,需要对车间制造过程的集成性和企业信息系统的交互性方面进行提升。

    数控机床作为一种加工精度高、自动化程度好的加工设备,在目前的制造业中得到了越来越广泛的应用,因此离散车间制造设备运行参数采集系统主要采集的就是数控车间数

    控机床的运行参数,相关的数据主要有:

    ①机床开停状态:运行、停机、空闲、报警等;

    ②机床上零件的加工状态信息:当前加工零件的程序名称、程序启动时间、程序停止时间、当前刀具号、刀具轨迹、工件实际加工时间、当前零件的加工完成量等;

    ③机床的运行状态:主轴转速、主轴负载、进给速度、机床温度等。

    数控机床运行参数采集系统分为三个层次:车间底层、数据层和管理应用层。车间底层指直接参与加工生产的机床端,数据层指车间服务器端对数据的存储和管理层面,而管理应用层指上层管理者对车间的监控和生产的统计分析层面。

    目前的数控机床按通信接口的不同可分为无通信接口、串行口和以太网口三种,不同的通信接口决定了数控机床可以有不同的运行参数采集方法。

    对于无通信接口的数控机床,由于其落后性,适用的采集方法很少,目前较常用的是利用PLC信号点方法进行采集。

    具有串行口的数控机床较先进一些,数据采集方法也较多,目前常用的是镶嵌用户宏指令的方法。宏指令的方法通过纯软件来实现数控机床运行参数的采集,不需要进行硬件方面的设计改造,仅仅需要建立机床与服务器之间的连接。这种方法简单可行,可以实现绝大多数具有串行口的机床的数据采集,但是采集到的数据较为有限。

    具有以太网口的数控机床是目前使用广泛的数控机床,由于其强大的功能使得数据采集方法也更加多样化。这种机床相当于电脑,通过安装PCI/ISA适配器及标准Ethemet卡就可以实现网络通讯。一般使用基于机床开发商提供的接口进行软件二次开发的方法,这种方法可以采集到的数据种类很多,几乎可以得到任何需要的信息。

    相关案例:《基于LabVIEW的机床数据采集系统设计》

    http://articles.e-works.net.cn/control_system/article96446.htm

 

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    3.4 石化行业  关键词:DCS &PLC  行业特点:流程

    石油化工是我国的支柱产业之一,在国民经济和社会发展中起着其他工业不可替代的作用。石油化学工业是一个典型的流程工业系统,以石油和天然气为主要原料,经过复杂的物理和化学变化过程,生产出燃料、润滑油、石蜡等产品。

    石化行业是高度自动化、连续化生产的行业, 因此各装置自动化程度都非常高,基本都基于DCS集散型控制系统采集数据,上位机主机采用工业PC机,根据需要可以配备打印机和大屏幕监视器。数据库服务器及WEB服务器,根据系统需要还可以配置专门的采集站、操作员站、管理员站将采集、操作和管理分离开来。上位机系统软件安装的主要是监控软件,它的功能是通过通信网络实现上位机与下位机的数据传输,以及将下位机实时采集的数据进行各种处理,包括存入数据库、进行流图显示、历史趋势图和棒形图还有数据表的显示及各种要求的报表打印输出,用户还可以查看实时数据、历史数据、下发控制操作命令、查看及查询报警信息。通常上位机系统中含有系统管理员站、操作员站和工程师站多种方式,某些要求比较高的系统采用双网络系统、冗余系统和双机备用系统。下位机系统之远方终端RTU和现场测控智能装置,也可以是专用的RTU、智能仪表和智能控制器以及PLC等。系统可采用多种模式建立,如PC+PLC、PC+单片机、PC+RTU以及混合模式等。下位机系统包含了先进而复杂的通讯技术、数据处理技术,有多种不同的性能指标和标准。

    相关案例:《MES系统在石化企业的应用》

    http://articles.e-works.net.cn/mes/article94321.htm

 

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    3.5 煮糖行业  关键词:传感器  行业特点:流程

    煮糖是一个典型流程制造过程,由于在煮糖的过程中物料的纯度和浓度不断的变化,煮糖的工艺条件如糖液温度、真空度、蒸汽压力等不断的波动,而这些恰恰是煮汤质量的好坏关键,这些生产过程中的数据信息需要严格的监控,信息的采集便是控制的第一步。

    制糖的主要任务是在煮糖罐内把糖浆浓缩到一定的过程饱和度,析出符合要求的蔗糖晶体并将晶体养大,煮成良好的糖膏。其关键操作就是在煮糖的过程中控制好母液的过饱和度。在煮炼过程中,真空度、蒸汽压力、入料浓度和温度是影响饱和度的四个过程。因此煮糖过程中必须严格对这四个指标进行采集。采集模式主要应用温度传感器、压力传感器、信号调节模块、数据采集卡和PC机构成。其中传感器是测试和控制的首要环节,其主要完成的是针对煮糖过程各因素(包括温度、真空度)的采集任务,调理模块除了输入采集信息外,还可以输入和输出各种控制信号。数据采集卡完成传感器的数据采集与处理,PC机上的人机界面构建了用户与机器的对话平台,显示各种过程量的实时信息。

    相关案例:《自动控制煮糖系统的研制》

    http://articles.e-works.net.cn/control_system/article96493.htm

    在制造企业构建信息化的过程中,首先要解决的就是来自于生产现场的大量的数据采集的问题,只有将这些生产和管理过程中的产生大量底层数据完整、及时的采集到数据中心,才能实现对生产设备,工作人员,加工过程,生产计划,产品质量等的有效管理和监控。可见,完整、实时的数据采集系统是企业生产信息化实施的关键。在信息化时代,实时、高效的掌控了数据信息,便将产品的生产过程牢牢的掌控了在自己手中。

 

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主要采集方式市场动态观察

   受惠于物联网技术的迅猛发展,数据采集市场近年异常火爆,其中各个行业、各家厂商之间的竞争亦可谓风起云涌、硝烟弥漫。纵观传感器市场群星璀璨:2011年全球传感器市场总销售额超过600亿美元,在这3000多家传感器厂商中,美国、德国、日本依旧是传感器市场的领跑者,而东欧、亚太区和加拿大则成为了传感器市场增长最快的地区。就世界范围而言,传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场,占第二位的是过程控制市场。

   反观条码技术经过几十年的完善发展,其市场已呈饱和之势,以欧美为代表的斑马、霍尼韦尔、Symbol在市场份额上有着绝对优势;德国、亚太地区的许多新兴厂商经过近几年的发展完善也已是欣欣向荣;本土厂商则各自占山为王,力争成为某一行业主导,总体上龙蛇混杂,良莠不齐。

   最后放眼RFID市场,作为一项新技术,其具有巨大的发展空间。易观国际研究表明,2011年中国RFID市场规模达到65.31亿元,国家信息产业部亦预测未来5-10年中RFID将达到3000亿美元产值。在轻量级设备供应如芯片、标签卡等产品上,国内包括复旦微电子、华虹电子等新锐已经初露锋芒,和NXP、TI等国际厂商一起分割这这块领土。而由于RFID不可避免的与ERP系统、仓库管理系统等信息交互系统交叉,因此在中间件的软件开发、系统集成这块仍由IBM、SAP、Oracle为主的国外厂商牢牢把控。目前,政府项目依旧主导着整个国内RFID市场,相信在短期内这种状态仍将持续。

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小结

    在制造业发展的今天,企业往往被生产过程中如繁星般庞大的数据量淹没,在生产制造过程中,数据采集确如纲举目张、载舟之水,与产品的全生命过程休戚相关:

    得益于即时数据,我们确保了机器设备的正常运转,降低生产成本;在受惠于采集后的数据分析,我们缩短新产品从研发到上市的时间,提升生产制造能力;在数据信息的全方位支持下,我们能很好的完成生产产品的检验,次品的溯源,在销售领域延伸人性化的服务。数据采集作为生产制造的基石,经过多年的发展,在保持和强化了基本功能和应用的基础上,采集手段和应用方式更加成熟,生产制造过程中的采集能力逐渐提升,上层信息管理功能不断扩展......

    然而,企业针对数据采集的实施也需要按需而行。制造企业构建数据采集系统之前,务必认识到数据采集是为企业生产服务的,脱离实际生产本身采集而来的数据对生产本身毫无用处,庞大的冗余信息在处理的时候还可能占用大量人力、物力,导致生产效率低下。因此,企业首先要正确认识自己的设备自动化水平,了解企业的信息化系统状况与自己的核心需求,在此基础上将数据采集融入MES中,与企业的整体信息化部署相合拍,只有这样才能实现对生产设备、工作人员、加工过程、生产计划、产品质量等的有效管理和监控。由此可见,完整、实时的数据采集系统与企业的管理和信息化系统的实施是相辅相成的。

    因此在对企业数据采集系统的实施过程上,假如一个企业的数据采集系统还处于初步实施阶段的话,e-works建议企业以自身为对象,将生产过程中的“人、机、料、法、环”环节进行综合分析,先将生产的基本进度信息、物料信息和质量信息做到采集准确、胸中有数,然后再根据产品生产的需求逐步深化,层层递进。在数据采集的实施过程中,数据采集系统必须跟管理信息化合拍,采集的过程必须与MES相配合,在对业务的理解基础上选择适合自己的数据采集模式。

    总而言之,在数据采集的选择上应该按照自己的需求灵活的选择,在不同的管理信息化阶段选择适合自己的数据采集方式。

责任编辑:赵蔓
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