劉俊達(dá)， 周保平

（晉能控股煤業(yè)挖金灣煤業(yè)公司， 山西 大同 037000）

引言

隨著機(jī)械制造技術(shù)的不斷發(fā)展，以連續(xù)、不間斷模式生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)械制造的趨勢(shì)，在連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，從物料上料、定位、檢驗(yàn)、下線均通過(guò)機(jī)械手、料道及檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。特別是制造過(guò)程檢測(cè)系統(tǒng)，是整個(gè)機(jī)械制造流程的“眼睛”，其工作的可靠性直接決定了機(jī)械制造過(guò)程的效率和安全性。但目前的自動(dòng)化生產(chǎn)流程監(jiān)控系統(tǒng)控制邏輯復(fù)雜、監(jiān)測(cè)連續(xù)性差，嚴(yán)重影響了機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)的效率和經(jīng)濟(jì)性。因此本文提出了一種新的基于多目標(biāo)監(jiān)控的機(jī)械制造自動(dòng)化系統(tǒng)，以多目標(biāo)體系監(jiān)控為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化制造過(guò)程中的全面監(jiān)測(cè)和控制，對(duì)提升機(jī)械制造過(guò)程中的多目標(biāo)監(jiān)控效率，提升監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的集成性具有十分重大的意義。

1 多目標(biāo)監(jiān)控體系需求

基于多目標(biāo)監(jiān)控的機(jī)械制造自動(dòng)化系統(tǒng)的核心需求是在確保制造連續(xù)性的基礎(chǔ)上優(yōu)化運(yùn)行方式，提高產(chǎn)品品質(zhì)，降低系統(tǒng)故障率。因此需要根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際情況來(lái)確定該監(jiān)控體系的監(jiān)控目標(biāo)，基于目前機(jī)械制造快速發(fā)展的需求，本文提出了以時(shí)間、質(zhì)量、成本、效率、服務(wù)為代表的監(jiān)控體系目標(biāo)[1]。

時(shí)間：是指系統(tǒng)要監(jiān)控制造體系內(nèi)總裝及各零部件的加工周期和效率，滿足產(chǎn)品的交期目標(biāo)；

質(zhì)量：是指系統(tǒng)對(duì)整個(gè)制造過(guò)程中成品和零部件的加工一致性、加工合格率進(jìn)行全流程監(jiān)控，確保各個(gè)零部件的生產(chǎn)滿足產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)；

成本：是指系統(tǒng)對(duì)整個(gè)制造過(guò)程中的材料、加工、物流、人工等成本進(jìn)行監(jiān)控，確保制造過(guò)程中的費(fèi)用滿足成本指標(biāo)；

效率：是指系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品制造加工過(guò)程中的效率進(jìn)行全面監(jiān)控，及時(shí)對(duì)瓶頸工序進(jìn)行報(bào)警，支持系統(tǒng)不斷進(jìn)行效率優(yōu)化，降低產(chǎn)品生產(chǎn)周期；

服務(wù)：是指系統(tǒng)要對(duì)不同層級(jí)的管理人員提供全面、簡(jiǎn)練、完整的數(shù)據(jù)信息需求，不斷提升機(jī)械制造過(guò)程的效率和經(jīng)濟(jì)性。

因此，在進(jìn)行多目標(biāo)監(jiān)控體系設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)以上5 種類別的需求，獲取機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)中的各種目標(biāo)信息，然后對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行分類解讀，轉(zhuǎn)化為不同的輸出信息，進(jìn)而滿足多目標(biāo)監(jiān)控體系監(jiān)測(cè)全面性的需求。

2 多目標(biāo)監(jiān)控要素關(guān)聯(lián)性分析

由于自動(dòng)化機(jī)械制造過(guò)程中的數(shù)據(jù)信息量十分巨大，若為每一個(gè)層級(jí)提供不同的信息需求時(shí)都單獨(dú)從監(jiān)測(cè)終端獲取數(shù)據(jù)信息，那么不僅對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和信號(hào)傳輸系統(tǒng)帶來(lái)巨大的壓力，而且還會(huì)嚴(yán)重拖慢系統(tǒng)的運(yùn)算速度，降低系統(tǒng)快速反應(yīng)的能力，因此本文在構(gòu)建多目標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，提出了多目標(biāo)監(jiān)控要素關(guān)聯(lián)性的概念，也就是一個(gè)監(jiān)控信息可以從多個(gè)目標(biāo)內(nèi)獲取或者與其他信息關(guān)聯(lián)，在實(shí)際生產(chǎn)中系統(tǒng)能夠從不同的目標(biāo)處獲取所需要的信息，這樣就可以做到系統(tǒng)直接調(diào)用最近的數(shù)據(jù)，不需要再發(fā)出需求指令要求監(jiān)控單元重新提供，不僅能有效提高數(shù)據(jù)運(yùn)算速度，而且能夠降低系統(tǒng)工作時(shí)的能量消耗，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性。

以機(jī)械切削自動(dòng)化加工為例，其多目標(biāo)監(jiān)控要素關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖1 所示[2]。系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)底層生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)，然后利用多目標(biāo)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，由各階層獲取所需要的信息，通過(guò)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械自動(dòng)化制造過(guò)程的全面監(jiān)控，達(dá)到提高監(jiān)控效率、降低系統(tǒng)故障率的目的。

3 多目標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)機(jī)械制造自動(dòng)化需求和數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，本文提出的基于多目標(biāo)監(jiān)控的機(jī)械制造自動(dòng)化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示[3]。

圖1 多目標(biāo)數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2 可知，該系統(tǒng)主要包括了物理層、支撐層、業(yè)務(wù)層、功能層和目標(biāo)層5 個(gè)部分，其中目標(biāo)層用于設(shè)定監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行目標(biāo)，是整個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的核心，為建立其他層級(jí)提供基礎(chǔ)的目標(biāo)需求。功能層主要用于獲取監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，為不同層級(jí)的監(jiān)控人員提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，確保對(duì)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和調(diào)整。業(yè)務(wù)層采用了組件化和模塊化技術(shù)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)通信接口和控制協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)功能層指令的執(zhí)行和反饋。支撐層主要是各類型的通信網(wǎng)絡(luò)和接口，用于保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)信息傳遞的精確性和效率，系統(tǒng)采用了標(biāo)準(zhǔn)化接口，便于后續(xù)的拓展和升級(jí)。物理層主要是指設(shè)置在各類機(jī)械設(shè)備上的監(jiān)控單元，用于對(duì)整個(gè)自動(dòng)化制造體系內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)信息通過(guò)支撐層進(jìn)行傳遞，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控[4]。

該系統(tǒng)目前已經(jīng)應(yīng)用在多種類型的機(jī)械自動(dòng)化加工監(jiān)控系統(tǒng)中，以齒輪自動(dòng)化生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)為例，該自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)⒅圃爝^(guò)程中的不合格率由3.4%降低到目前的0.27%，降幅達(dá)到了92%，整個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的人員由45 人降低到31 人，減少了31%，整個(gè)產(chǎn)品制造過(guò)程中的成本由43 元/件，降低到38.8元/件，成本降幅達(dá)到了9.7%，顯著提升了機(jī)械加工企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性和效率。

圖2 機(jī)械制造自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

1）基于多目標(biāo)監(jiān)控的機(jī)械制造自動(dòng)化系統(tǒng)的目標(biāo)是時(shí)間、質(zhì)量、成本、效率、服務(wù)的全面優(yōu)化；

2）多目標(biāo)監(jiān)控要素關(guān)聯(lián)性，就是一個(gè)監(jiān)控信息可以從多個(gè)目標(biāo)內(nèi)進(jìn)行獲取或者與其他信息關(guān)聯(lián)，可以做到系統(tǒng)直接調(diào)用最近的數(shù)據(jù)，能有效提高數(shù)據(jù)運(yùn)算速度，降低能量消耗。

3）基于多目標(biāo)監(jiān)控的機(jī)械制造自動(dòng)化系統(tǒng)包括物理層、支撐層、業(yè)務(wù)層、功能層和目標(biāo)層五部分。

4）該自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)⒅圃爝^(guò)程中的不合格率降低92%，將制造成本降低9.7%，將生產(chǎn)人員數(shù)量降低30%，為實(shí)現(xiàn)無(wú)人化智能制造奠定了基礎(chǔ)。