论文数字化车间数据采集和应用分析，本文是数据采集方面毕业论文的格式范文与数据采集和应用分析和数字化类毕业论文的格式范文.
【摘 要】 21 世纪制造企业的制造模式将会呈现自动化的趋势,他的主导模式也将会是敏捷制造.数字化车间实际上就是在智能制造中的一种生产组织模式,数字化车间的建设在实际生活当中就是数据流的建立过程.一般是有两种形式：一是建立和制造单元直接通信的系统.二是在周期或者事件采集车间数据的基础上而建立的检测系统,在数据采集的过程中,有人为执行或者自动执行.本文通过对生产车间需求以及制造数据类型的分析,构建数据采集的智能管理系统.保证采集到的数据全面、实时而准确与从而实现提高车间生产效果的结果.
【关键字】 数字化车间 数据采集 数字化工位 智能制造
一、总体概述
数字化车间是基于“工业4.0”的发展而建立的重要环节,而且智能制造的生产组织模型的产物就是数字化车间,数字化车间是基于信息互通以及生产设备网络互联的基础上,通过在制造信息系统中对这些信息进行利用,再加上对物理系统的深度融合,使得生产要素得到优化,生产模式的效率得到提升,实现自动化和化的过程.总的来说,数字化车间就是将车间内的资产虚拟化,车间运行用数据的流动来表示,虚拟和现实在车间内相互映射,改变传统的手工录入的方式,实现技术的创新.在数字化车间中,目前普遍采用传感器和FRID 等设备的数据采集技术,然而目前还并不能完全实现车间资产的全面数字化,还有不同设备数据采集的接口,都不断挑战着我们,本文基于这些问题,通过对是基生产过程中数据采集技术的研究,为目前数据采集工作提供新的想法.
二、通用车间级数据采集模式
在我国的相关标准中规定,将与制造操作有关的功能分为以下五层,最下层是实际的物理过程,第一层是检测和执行物理过程的功能,第二层是监控和控制物流过程中的功能,第三层是管理生产预期最终产品的工作流的功能,第四层是管理制造组织业务相关活动的功能.第零、一、二层是批控制、连续控制、离散控制,第三层是制造运行和控制,第四层是业务计划和物流管理工厂生产调度运行管理等.这个模型可以运用于任何和制造操作相关的管理数据的建模,在数据的采集过程中,一般是由第3 层向第0、1、2 层发展,在我国的国家标准中规定,车间级数据采集模式如下,第一层是制造设备,第二层是数据采集,切换软件,历史记录软件,第三层是历史数据库.车间级数据采集由两部分组成：一是建立和制造单元直接通信的系统.二是在周期或者事件采集车间数据的基础上而建立的检测系统,在数据采集的过程中,有人为执行或者自动执行.
三、生产过程数据采集
车间生产过程中的数据采集过程实际上就是人力和机器的信息交互的环节,同时也是装备运行状态分析、MES 系统控制、质量检测、ERP 系统控制等的根据.根据上述车间级数据采集模式,那么我们可以得出可追溯性数据、质量控制数据、生产与维护数据和制造管理数据组成了数字化车间的采集数据.在采集数据的过程中,一般通过功能块的概念,以保证管理设备层数据的统一性和传输到其它层数据的一致性.功能块的功能有左侧的输入数据,右侧是输出数据,这个数据可能是状态和时间戳,也有可能是结果数据.他由建模的参数、数据采集的参考值以及阔值联合进行配置.他的具体功能和数据如下：左侧输入是功能块评估和状态计算的基础,模拟和数字信号控制输入.功能信号表示的是是否允许控制块测量.系统状态信息处理功能块中的值,使得整个系统同步.参数是测量持续时间的静态值,反映的是机器基本指令的变化.阈值对功能块中的状态有很重要的影响.参考值是对可选的功能块输入,可以是动态的也可以固定不变,主要基于采集的数据类型而决定.自动指的是接收输入值、计算输出值,然后确定状态的过程.
四、数字化工位数据采集
通过智能设备的使用,数字化车间能够比人工更简便的采集大量的生产数据,但是目前由于技术条件的限制,智能化的生产还不能完全脱离人工的参与,尤其是在那些技术较难的生产中和考虑到生产成本的情况下.我们需要搞清楚的一点是,数字化车间也并不是在任何条件下只一味的追求无人车间的生产,而是要在关键处配备相应的数据采集设备,减轻人工的负担,且实现人员作业的数字化,保证车间内的工作效率和数据流的完整性.因此其中的解决办法就是建立数字化工位,特别是以机械加工为主的数字化车间.
4.1 数字化工位
数字化工位顾名思义,就是集触摸式作业终端、条码采集器、指令状态传感器、依赖于智能终端、RF －设备监控模块、程序传输模块、SIM 发卡器、化软件、多元化车间网络为一身的操作空间.而且化软件模块、数据采集和传感模块组成了智能终端.数字化工位,是产品生产中的基线,也是产品生产过程中的关键点,每个数字化工位的作业执行能力就决定了整个企业的生产制造执行能力.因此要想实现企业的信息化生产过程,其最后还是应该将关注重心放在对数字化工位的制造系统的提高上,这样才能使企业有可持续竞争优势的根本.数字化工位是由操作者、数控设备、智能终端和车间网络几个方面共同组成的,因此应该在这几个方面上着手进行改变,特别是在离散制造生产过程中,要体现以人为本的信息化生产过程的观念.
4.2 数字化工作站
随着科技的不断进步,未来车间联网力度的将不断加大,未来的信息也将会不断庞大,为了更好地进行生产和了解生产车间的实时运行情况,,我们需要建立数字化工作站,以便具备一个更好地决策平台,从而改善企业内部的生产效率和反应时间.基于数字化工位我们可以建立移动式数字化工作站,顾名思义其特点主要是具有移动推车、工业触摸一体机、不干胶标签打印、UPS、视频图像采集、集高速文件扫描仪、无线网络于一体、条形码识读器的特点.对外协采购、机械加工、生产物流、产品装配、毛坯铸造、质量检测等方面的应用方面有很大的作用,在网络化管理和信息技术起着决定性作用.基于上述的分析,它的作用可想而知,主要是改善了生产质量和效率,为各岗位的工程师们提供了网络化信息获取和及时处理数据的平台.他的应用模式包括顺序工作模式、并行工作模式、响应型工作模式.主要应用在采购物资进厂检验、产品质量过程控制、产品交付等方面.
4.3 基于数据采集的制造信息服务
基于数据采集的制造信息服务主要是在数字化工位和数字化工作站方面的同时使用,然后通过车间计算机网络等各个网络实现信息和数据的流通,完善企业的制造信息服务.数字化工位和工作站对制造信息服务的方面主要体现在对MES 的支持和柔性化等方面.
4.4 应用探讨
直到2015 年底,某企业在数字化车间内对33 台数控设备实现了网络化工作,主要包括设备状态监控、加工程序在线传输、状态数据自动采集等方面.并实现了建设一个多元化的分布式车间制造执行网络.整个系统中的计算机网络、数字化工位网络、设备网络是工作的核心,在车间内覆盖了多个不同类型的工位,比如机加、转序、质检等,并完成了多套智能终端的设计和安装部署.完成了多个设备的质量管理和应用,满足了客户要求.企业针对其制造过程特点,在企业内部,他们为了更好地产品质量,在自主设计和研发方面做了很多工作,并增加了在生产过程中使用到的各个工艺的数字化装备.并针对于制造信息服务终端和数控集成的特点,了多种结构形式的生产现场计算机设备,工位能够通过各种方式来实现对数据的采集,比如说二维码识读、触摸屏幕、IP 网络电话等.这样数字化移动设备使得不仅能够准确地为技术人员提供产品流动和工序质量信息,还能把在生产过程中出现的问题能够快速的回流至生产数据库,迅速的采取止损措施,使得更加广范地支持了生产过程关键环节的信息处理,有利于提高生产质量和效率,缩短生产周期,实现了对产品的优化.
五、制造过程数据采集和智能管理系统设计
5.1 系统架构设计
在上述的数据采集进行分析后,我们知道了数据类型分析与分类,那么构建制造过程数据采集技术架构显得尤为重要.系统架构主要由车间层、数据处理层、管理服务层三个要素构成.车间层指的是对数据制造过程实现采集与传输的地方,而且其采集数据的主要方式有传感设备、RFID 设备、加工设备等.数据处理层是对数据实现整合与集成,对数据根据其用它和特点进行储存,最后实现数据和信息的共享,过程包括关联运算、统一建模、标准化封装.管理服务层指的是根据生产过程中的需要,数据层会调用数据库里面的数据,然后对其进行数据分析,为生产提供决策上的支持.
5.2 车间异构数据采集方案硬件设计
随着技术的发展,在企业内的生产中难免会出现一些问题,比如说在企业生产中的车间层制造过程异构数据采集问题,为了更好地解决这些问题,结合上述我们的一些分析,可以通过优化一些技术来得到解决,比如说采用自动识别技术、传感器技术、加工设备联网技术等方法来采集数据.然后再通过企业内部的工业以太网将采集到的数据传输到企业数据库中.以下是对这些数据采集技术的一些分析.①自动识别技术,像RFID 技术、条形码技术等,RFID 和条形码技术这些技术都属于自动识别技术,他主要是用于对采集到的信息的标识,比如说、人员信息、零件加工信息、采集物料及物料状态信息等的标识.②传感器技术,传感器技术是通过对企业内生产车间的制造过程环境进行检测,然后将数据通过工业以太网与数据服务器相接,将采集到的数据上传到数据库,有利于对产品质量的监控,对于及时解决产品环境问题有重要作用.在检测过程中,主要是对温度、湿度、电磁等信息进行监控.③加工设备联网技术,在实际的生产过程中,加工设备可细分为以下几类：数控机床、其他设备.数控机床的接口存在几种形式,分别是无通讯接口、串行口、网口.对无通讯接口的数控机床运行数据采集,采用数据采集器与机床PLC 模块相连接,通过数据采集器采集PLC 信号实现机床数据采集.
5.3 系统软件功能模块设计
系统结构在主流上分为两种形式,一种是C/S 架构,另一种是B/S 架构,而且他们在系统软件的开发中具有不同的优点和缺点,我们要根据不同的实际情况选择合适的架构.如果考虑到开发和维护成本的因素,应该采用B/S 架构.那么整个系统的核心就是系统的软件设计,软件开发的重要性不可忽视,他对整个系统的稳定性、实时性、可扩展性、运行效率都起着决定性的作用.因此企业要根据自身的实际需求,设计合适的系统软件功能模块.①系统配置,设备配置和设备管理是系统配置的两个方面,当企业的生产车间有一个新设备时,设备配置中就需要在系统中录入他的相关信息,类似备的类型、名称、厂家等信息,当减少这个设备时,相应的信息也需要清除掉.还需要在设备管理中对每台机床的IP 地址、通讯端口进行相应的设置.②管理,管理有两种方式制造资源管理、生产计划.制造资源管理主要是查询制造资源的信息.生产计划跟踪和查询其中的生产计划.③视图,电子看板、零件加工显示、电子看板都是视图模块的主要内容.他们能对不同编号机床的一些信息进行显示,比如说数量、序号、零件名称、程序名称等信息.④报表统计,统计图表、效能对比、统计图表是报表统计模块的主要内容.主要是对信息的统计和分析生成的报告,对比不同的信息,比如说机床的不同日期、不同班次的效果图.⑤质量监控,质量检测和故障报警是质量监控的主要内容.通过对产品的质量监控,可以实现对产品的的实时监控,还可以查询到产品合格率、完成率等信息.而故障报警可以显示机床的名称和报警的次数等信息,实时掌握到机床的运行状况.
六、数据库设计
在软件系统设计中,数据库设计也是非常重要的一环,他是系统稳定运行,满足各种系统要求的重要保证,因此要十分重视.目前Windows 是计算机的主要操作系统,他是在Windows 的基础上进行开发的关系型数据库,我们要根据实际情况选择合适的操作系统,实现对数据的采集、存储、处理、分析,从而确定数据库.
七、序列化技术的应用
序列化技术是一种用来处理对象流的机制,对象流指的就是将我们的对象的内容进行流化,简单地说就是将我们的对象变为一种二进制的数据,相当于一个对象的转化的过程,重新构造一个相同的对象.将对象对象流后可以使的数据更好地运用于网络之间的数据传输,并可以便捷的存储在数据库、文件等系统里.本次研究的是利用TCP/IP 通信的Android 客户端和RFID 中间件都使用序列化机制.我们首先做的是将我们所得的信息封装作为一个对象,然后将其进行存储,使他们存储在数组中,然后就是将对象序列化,对象将会变成二进制的数据流,最后将其进行后续的传输存储等.另一种反序列化则与其相反,它是将原来的二进制数据流变为对象原来的数据结构.
八、JSON 技术的应用
Web 端中间件、Ja Script 脚本和服务器端Web 应用是在软件中服务器获得RFID 过程中的重要步骤.对于不同的数据环境,因此在数据交换中,要采用一种中立的数据形式来进行一种信息的交换,即是一种新的文本形式.下面是对不同的数据语言进行分析.JSON 使用的是一种独特的编写方式,是一种完全独立的语言的文本格式,而且容易阅读和编写,也十分便于机器的识别和生成,是一种轻量级的编程语言模型数据交换格式.同时他是Ja Script 的一个子集,和XML 文件相比他不需要标签进行标示,在一定程度上简化了数据的数据量,并且很容易被浏览器接受.
九、生产监控管理
在生产过程中要时刻监控着生产过程和设备运转情况,从多个方向上对生产过程进行监控,实现对车间内的警报信息管理,类似设备故障、人员缺勤、质量等的报警信息.在监控过程中及时发现问题,并对问题及时进行反馈,结合数据数字化的传输和采集,提高监控的效率和质量,并通过条形码等对物流进行跟踪和管理.
结语: 随着科技的不断发展,未来车间的自动化会与来越成熟,安全系数也会越来越高.目前企业车间生产过程中还是存在很多问题,我们要不断发现问题,不断优化技术.通过构建完备的数据采集和智能管理系统架构,采用多种采集技术,采用数字化工位,数字化站点,构建完善的系统化构架,为各岗位的工程师们提供了网络化信息获取和及时处理数据的平台.并不断优化对生产的管控系统,实现数字化和智能化的生产.
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