李樹盛

技術(shù)應(yīng)用

面向黃金首飾織鏈廠的生產(chǎn)管理系統(tǒng)

李樹盛

（深圳賽動智造科技有限公司，廣東 深圳 518087）

某黃金首飾織鏈廠的生產(chǎn)設(shè)備型號多樣，且缺少通信接口，無法實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備實(shí)時監(jiān)控。為此，提出面向黃金首飾織鏈廠的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。通過采集生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，掃描訂單、操作員、生產(chǎn)設(shè)備的編碼，綁定生產(chǎn)設(shè)備與訂單、操作員的生產(chǎn)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控；通過生產(chǎn)管理平臺軟件計(jì)算生產(chǎn)訂單進(jìn)度，動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃和資源配置，協(xié)助工作人員進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。該系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，運(yùn)行穩(wěn)定，且操作員由原來的46人減少到27人，訂單實(shí)際完成時間與生產(chǎn)計(jì)劃時間準(zhǔn)確率達(dá)97%以上。

黃金首飾織鏈廠；數(shù)據(jù)采集；生產(chǎn)管理系統(tǒng)；生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控

0 引言

某黃金首飾織鏈廠的生產(chǎn)設(shè)備主要包括織鏈機(jī)、熔金機(jī)、沖剪機(jī)、錘鏈機(jī)、拋光機(jī)、打磨機(jī)、鑄造機(jī)和電鍍機(jī)等。這些設(shè)備的功能、機(jī)械機(jī)構(gòu)、控制方式、控制器型號各不相同；即使是同一類設(shè)備，由于供應(yīng)商和出廠時間不同，控制方式也不盡相同。目前，該廠大部分設(shè)備現(xiàn)場獨(dú)立操作控制，無法與外部數(shù)據(jù)通信。為配合該廠智能化生產(chǎn)需求，通過采集生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，聯(lián)網(wǎng)完成生產(chǎn)設(shè)備集成，為實(shí)現(xiàn)“珠寶行業(yè)智能數(shù)字工廠”奠定基礎(chǔ)。

針對該廠生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一套面向黃金首飾織鏈廠的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，并根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備機(jī)構(gòu)特點(diǎn)和訂單管理情況，提出基于運(yùn)行參數(shù)與產(chǎn)品關(guān)系的生產(chǎn)管理平臺軟件，確保監(jiān)控數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

面向黃金首飾織鏈廠的生產(chǎn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求如下：

1）通過PLC采集現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；

2）生產(chǎn)設(shè)備與PLC通過繼電器、互感器等電氣元件隔離，如有特殊數(shù)據(jù)獲取需新增傳感器；

3）生產(chǎn)設(shè)備自身不具有相關(guān)信號數(shù)據(jù)時，采用外加旋鈕人為觸發(fā)，如故障/維修或訂單完成等；

4）訂單信息通過掃碼槍輸入控制器；

5）現(xiàn)場就地人機(jī)交互設(shè)備，新增信號燈顯示和工位顯示屏；

6）生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和訂單加工進(jìn)度信息可通過現(xiàn)場大屏幕或遠(yuǎn)程PC終端用戶操作界面查看；

7）允許通過移動智能手機(jī)/平板查看生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，但考慮到網(wǎng)絡(luò)安全，不建議使用APP或WeChat等方式；

8）生產(chǎn)管理平臺軟件與數(shù)據(jù)采集PLC/外加控制器通過TCP/IP方式通信，以循環(huán)掃描方式，與每臺數(shù)據(jù)采集PLC/外加控制器通信，并記錄、顯示和分析生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；

9）生產(chǎn)管理平臺軟件與工廠訂單系統(tǒng)對接，獲取訂單信息。

面向黃金首飾織鏈廠的生產(chǎn)管理系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分。其中，硬件主要由數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備和顯示操作設(shè)備組成，系統(tǒng)框架如圖1所示[1-3]。

圖1 面向黃金首飾織鏈廠的生產(chǎn)管理系統(tǒng)框架圖

1.1 數(shù)據(jù)采集

某黃金首飾織鏈廠的主要生產(chǎn)設(shè)備有織鏈機(jī)及其他生產(chǎn)設(shè)備。生產(chǎn)管理系統(tǒng)需采集織鏈機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)訂單信息；其他生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)?？楁湙C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括通電、運(yùn)行/待機(jī)、斷鏈報警、缺料報警、轉(zhuǎn)速、設(shè)備報警6種數(shù)據(jù)，類型為數(shù)字量輸入數(shù)據(jù)；其他生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括通電、運(yùn)行/待機(jī)、報警3種數(shù)據(jù)。所有生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過PLC采集，以TCP/IP通信方式上傳至應(yīng)用程序服務(wù)器，進(jìn)行分析處理。

織鏈機(jī)生產(chǎn)訂單信息的采集設(shè)備主要包括掃碼槍、工位按鈕、工位顯示屏等。織鏈機(jī)生產(chǎn)訂單信息采集的作業(yè)流程為：掃碼槍掃描的條碼數(shù)據(jù)通過CAN工業(yè)現(xiàn)場總線傳輸給控制器；控制器通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳遞給應(yīng)用程序服務(wù)器；應(yīng)用程序服務(wù)器將處理后的數(shù)據(jù)信息返回現(xiàn)場設(shè)備工位顯示屏。

1.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理設(shè)備主要有應(yīng)用程序服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和備份數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（中間數(shù)據(jù)庫）。生產(chǎn)管理系統(tǒng)與工廠訂單系統(tǒng)通過中間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，與PLC通過有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。生產(chǎn)管理平臺軟件部署在應(yīng)用程序服務(wù)器上，應(yīng)用程序服務(wù)器采用SOA服務(wù)接口的模式，維護(hù)方便、擴(kuò)展靈活。

1.3 顯示操作

通過顯示終端和操作站可以監(jiān)測生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和訂單加工進(jìn)度信息，能實(shí)時掌握生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)、訂單生產(chǎn)進(jìn)度、報表統(tǒng)計(jì)等信息，提升生產(chǎn)管理的可視化、及時化、便利化。

2 軟件設(shè)計(jì)

生產(chǎn)管理平臺軟件的開發(fā)工具為Visual Studio 2017，數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQLServer 2012，可在Windows + .NET Framework 4.5平臺運(yùn)行[4]。面向黃金首飾織鏈廠的生產(chǎn)管理平臺軟件主要包括設(shè)備監(jiān)控、生產(chǎn)看板、報表統(tǒng)計(jì)、訂單管理和機(jī)臺保養(yǎng)等功能[5-7]，如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)管理平臺軟件功能圖

2.1 設(shè)備監(jiān)控

1）監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)，包括啟動、停止、設(shè)備報警、斷鏈報警、缺料報警、關(guān)機(jī)、運(yùn)行時間、上次停機(jī)時間、上次恢復(fù)時間、運(yùn)行速度等[8]；

2）監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)條件查詢、圖表顯示、數(shù)據(jù)匯總分析顯示等功能；

3）可快速識別生產(chǎn)設(shè)備的問題，如圖3所示；

4）可追溯性好，生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)時記錄監(jiān)控數(shù)據(jù)，方便歸檔和追溯。

圖3 設(shè)備歷史運(yùn)行狀態(tài)統(tǒng)計(jì)圖

2.2 生產(chǎn)看板

生產(chǎn)管理平臺軟件可對訂單生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（如報表、統(tǒng)計(jì)信息），查看生產(chǎn)狀況，如圖4所示。

1）隨時查看生產(chǎn)進(jìn)度、耗時情況、停機(jī)情況、延遲情況、預(yù)計(jì)完成時間等；

2）各種視圖清晰顯示生產(chǎn)狀況；

3）快速查看生產(chǎn)過程與系統(tǒng)運(yùn)行情況；

4）顯示以車間為單位的訂單分布圖，以品種為單位的分布度等。

圖4 訂單進(jìn)度顯示表

2.3 統(tǒng)計(jì)報表

統(tǒng)計(jì)報表提供生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)、報表等功能，包括生產(chǎn)信息表、訂單分類報表、月報表、周報表、日報表等。

2.4 訂單統(tǒng)計(jì)算法

根據(jù)織鏈機(jī)設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)[9]，采用以下步驟獲得訂單統(tǒng)計(jì)算法：

1）訂單產(chǎn)品總環(huán)數(shù)= 訂單總重量/訂單單環(huán)重量；

2）織鏈機(jī)每轉(zhuǎn)一圈生產(chǎn)一個單環(huán)（可能存在其他比例關(guān)系，織鏈廠提供換算公式）；

3）訂單預(yù)計(jì)耗時= 訂單產(chǎn)品總環(huán)數(shù)/織鏈機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；

4）訂單計(jì)劃完成時間 = 訂單開始時間+（訂單總重量/訂單單環(huán)重量）/織鏈機(jī)轉(zhuǎn)速，即當(dāng)前時間+訂單預(yù)計(jì)耗時；

生產(chǎn)管理人員通過生產(chǎn)管理平臺打印生產(chǎn)訂單后，把生產(chǎn)訂單和金線發(fā)放給織鏈機(jī)操作員；操作員通過掃碼槍掃描生產(chǎn)訂單、操作員、生產(chǎn)設(shè)備的編碼，綁定生產(chǎn)設(shè)備與操作員及生產(chǎn)訂單的生產(chǎn)關(guān)系；啟動織鏈機(jī)生產(chǎn)。根據(jù)訂單大小可以分為以下3種情況：

1）一個生產(chǎn)訂單由一臺織鏈機(jī)生產(chǎn)：只需統(tǒng)計(jì)一臺織鏈機(jī)的生產(chǎn)進(jìn)度，即可了解訂單的生產(chǎn)進(jìn)度；

2）一個生產(chǎn)訂單由多臺織鏈機(jī)生產(chǎn)：把多臺織鏈機(jī)的生產(chǎn)進(jìn)度相加，計(jì)算訂單的總生產(chǎn)進(jìn)度，以最后一臺織鏈機(jī)完成時間為實(shí)際訂單完成時間；

3）多個生產(chǎn)訂單由一臺織鏈機(jī)生產(chǎn)：根據(jù)生產(chǎn)訂單排序依次生產(chǎn)，每個訂單單獨(dú)統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)進(jìn)度，以最后一個訂單完成的時間作為實(shí)際訂單完成時間。

2.5 織鏈機(jī)設(shè)備報警（斷鏈，缺料）

由于金線貴重，訂單生產(chǎn)時，操作員根據(jù)訂單需求領(lǐng)取適量金線。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，若訂單沒完成，織鏈機(jī)感應(yīng)器檢測到金線已經(jīng)用完，會發(fā)出缺料報警信號；若檢測到斷鏈會發(fā)出斷鏈報警信號，同時暫停設(shè)備。缺料、斷鏈報警信號上傳到生產(chǎn)管理平臺，生產(chǎn)管理平臺提示操作員到現(xiàn)場進(jìn)行接鏈、補(bǔ)料等處理。生產(chǎn)管理平臺軟件自動統(tǒng)計(jì)每個設(shè)備的報警信號及異常時間[10]。

2.6 設(shè)備保養(yǎng)提示

生產(chǎn)管理人員在生產(chǎn)管理平臺軟件上設(shè)置設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，通過點(diǎn)亮需要保養(yǎng)的織鏈機(jī)單燈按鈕標(biāo)簽，定時提醒工作人員進(jìn)行設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，并記錄相關(guān)保養(yǎng)信息。

3 實(shí)際運(yùn)行情況

2020年8月，某黃金織鏈廠試用本文提出的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該廠有織鏈機(jī)、熔金機(jī)、沖剪機(jī)、錘鏈機(jī)、拋光機(jī)、打磨機(jī)和電鍍機(jī)等共150臺，其中織鏈機(jī)96臺。采用本系統(tǒng)后，操作員由原來的46人減少到27人，訂單實(shí)際完成時間與生產(chǎn)計(jì)劃時間準(zhǔn)確率達(dá)97%以上。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，取得良好效果，可在其他織鏈廠推行。

4 結(jié)語

某黃金首飾織鏈廠生產(chǎn)設(shè)備經(jīng)升級改造后，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)設(shè)備智能化管理、訂單生產(chǎn)在線跟蹤和實(shí)時管理；智能化的監(jiān)控平臺有助于管理者根據(jù)設(shè)備的實(shí)時狀態(tài)進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃和資源配置，協(xié)助工作人員進(jìn)行設(shè)備維護(hù)工作，提升設(shè)備使用效率和響應(yīng)速度。

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Production Management System for Gold Jewelry Chain Weaving Factory

LI Shusheng

(Shenzhen Cellauto Technology Co., Ltd. Shenzhen 518087, China)

A gold jewelry chain weaving factory has various types of production equipment and lacks communication interface, so it is impossible to monitor the production equipment in the factory. Therefore, a production management system for gold jewelry chain weaving factory is proposed. Through the operation status data collection of production equipment, scan the codes of orders, operators and equipment, bind the production relationship between production equipment and orders and operators, and realize the real-time monitoring of production equipment; Calculate the production order progress through the production management platform software, dynamically adjust the production plan and resource allocation, and assist the staff in equipment maintenance. After practical application, the system runs stably, the number of operators is reduced from 46 to 27, and the accuracy of the actual order completion time and the production plan time is more than 97%.

gold jewelry chain weaving factory; data acquisition; production management system; production equipment monitoring

李樹盛.面向黃金首飾織鏈廠的生產(chǎn)管理系統(tǒng)[J].自動化與信息工程,2022,43(3):44-48.

LI Shusheng. Production management system for gold jewelry chain weaving factory[J]. Automation & Informa- tion Engineering, 2022,43(3):44-48.

TP315

A

1674-2605(2022)03-0008-05

10.3969/j.issn.1674-2605.2022.03.008

李樹盛，男，1980年生，本科，助理工程師，主要研究方向：自動化系統(tǒng)集成和智能化設(shè)備。E-mail:2399058@qq.com