数字化车间生产现场数据采集与智能管理探究

朱建培

摘  要：数字化车间生产是制造企业发展的必然趋势。以现阶段制造企业工作情况为依据，结合近年来企业制造车间生产现状，明确新时代发展下制造企业提出的各项要求，分析如何设计数据采集和智能管理系统的总体构架，以此为提高企业生产车间管理水平奠定基础。

关键词：数字化;车间生产;数据采集;智能管理

中图分类号：TP274.2        文献标志码：A         文章编号：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

在新时代下，随着现代化技术水平的持续提高，促使制造业开始向着现代化、信息化及数字化的方向革新。构建数字化车间作为制造企业革新发展的重要举措，不仅能实时收集车间制造期间的数据信息，而且可以对车间生产制造过程进行智能化管理。通过当前数字化车间生产情况可知，不管是数据采集还是智能管理都没有达到预期效果，虽然从思想意识上转变了传统工作模式，但实际工作依旧存在缺陷。因此，下面对数字化车间生产现场数据采集与智能管理进行分析。

1 数字化车间的概述

简单来讲，数字化车间会以产品整体生命周期相关数据为依据，在计算机技术辅助下构建虚拟的工作环境，对实际生产过程实施仿真、评估及优化等操作，属于一种新型的生产方式。将其运用到制造生产工作中，不仅能让制造企业在虚拟环境中多次模拟产品生产过程，确保实际生产工作有序落实，而且可以保障生产产品质量安全[1]。

2 目前企业制造车间生产情况分析

在制造企業革新发展中，不管是生产应用技术还是实际管理水平都得到了提升，此时企业要想提高自身在社会发展中占据的地位，必须要增加生产车间的投资力度。随着MES、ERP等信息管理系统的大范围推广，车间生产需求信息量越来越高。为了全面管控企业车间生产过程，必须要保障制造阶段数控设备状态数据可以实时采集和传递，并实现真正意义上的智能管理。但了解现如今制造企业运行情况可知，其主要面临以下几点问题：第一，没有统一管理。现如今只有少部分机床具备通信功能，且方便员工进行数据采集，而其他很多数控设备都没有这一功能，不仅无法与计算机系统连接，而且会影响加工生产工作的监管效率。第二，没有统一联网[2]。要想引导制造企业向着数字化和现代化方向发展，必须要先提高数据采集水平，确保车间应用各类设备可以在联网的基础上快速收集数据信息。但目前机械设备只有串口服务器采集数据的功能，不仅成本支出高，而且实际操作不灵活。第三，无法监管设备状态。在工作状态下，员工无法及时掌控数控机床的信息数据，如故障、加工质量等，这样不仅无法提高设备工作效率，而且会影响产品生产质量。

3 数字化车间生产现场的数据分析及管理需求

3.1 数据分析

通过了解当前制造企业车间的工作情况可知，由于包含数据类型较多，所以选择采集方式存在差异，且需要对它们进行分类采集与管理。一般来讲，车间制造数据主要分为以下几种：第一，静态。这类数据通常不会产生变化，如物料信息、产品名称及人员信息等;第二，动态。这类信息会跟随制造过程而改变，属于必须要及时采集的内容，如加工情况、计划进度等;第三，中间。这类信息是指在处理其它两种数据后获取的数据，可以为之后的制造数据引用提供依据。

3.2 管理需求

通过了解制造企业发展目标，明确现场生产要求，智能管理系统必须要对制造过程数控设备工作情况进行全方位管控，并认真收集加工期间的数据信息，而后和企业资源计划系统共享应用。一般来讲，管理系统功能需求主要体现在以下几点：第一，有效连接计算机平台和车间数控设备，有助于提高制造企业车间数控设备的管理水平;第二，实时收集与数控设备有关的数据信息，如开关机、报警情况及故障信息等;第三，监管数控机床运行情况，确保车间生产工作可以高效进行;第四，统计研究与数控机床工作情况有关的数据信息，促使车间管理人员可以由此提出准确的管理决策;第五，如果数控设备提出警告，必须要通过系统研究故障所在位置、类型及次数、时间等信息，并将有价值的内容提供给管理人员，确保他们可以及时提出有效的处理措施[3]。

4 数据采集与智能管理系统的总体架构

分析数据分析及系统管理需求可知，离散制造车间的数控机床具有异构性，因此在设计数据采集系统时，要结合分布式采集集中式管理的方式进行实践工作。这样不仅能更好处理不同类型的数控机械，而且可以为各岗位员工提供共享信息。其中，分布式采集需要根据不同型号的数控机床提出具有针对性的采集方式，最终实现数据有效采集;而集中式管理需要从PC端和服务器入手，采集系统主要接收不同类型的机床数据，并将其储备到数据系统中，而智能管理软件可以在研究系统内部数据信息时，将它们呈现到PC端，促使企业管理决策拥有及时且有效的信息依据。一般来讲，数字化车间生产现场数据采集与智能管理系统的架构设计主要分为三方面：

4.1 车间层

其中包含了串口机床、普通机床及采集器等内容，主要用于采集、识别和监管数控机床数据。这一层属于架构体系的最底端，是整体系统运行的基础内容。数控机床作为数字化车间生产现场的基础设备，大部分离散制造车间都要采集如下数据：第一，机床的开关机;第二，机床运行状态;第二，零件加工情况[4]。

4.2 数据传输与储存层

其中包含数据库服务器和Web Socket服务器，主要用于传递、储备及研究采集数据。这一层会接收车间层的设备信息，为车间层和管理层的信息传递提供平台，不仅能处理两层信息交流难题，而且可以保障系统运行效率。在处理数据时，按照功能划分可以分为两大模块，其一为数据采集服务模块，其二为数据库服务模块。通过连接前者和车间层，并结合工业以太网为制造车间构建通信网络平台，将Mod bus协议看作后者与车间层传递数据的有效依据。并将采集数据在有效处理后储备到数据系统中，有助于向管理层提供有效依据。

4.3 管理层

其中包含了可视化显示、智能监控及科学统计报表等功能。上层管理系统可以运用Web Socket服务器接收车间层提供的采集数据，促使软件前端和数据库服务器实现信息交互。同时，处理后的数据可以按照用户需求及时呈现到屏幕上，促使管理人员可以在数据引导下提出有效决策。同时，数据处理层服务器软件与车间硬件层会在工业以太网的引导下传递所需数据，且只需在服务器中安装管理层客户端软件，此时客户不仅能远程操控、访问网络平台，而且可以获取及时数据。需要注意的是，车间制造过程的数据储存必须要具备严密性，因此在构建系统架构时，只有企业内部人员在车间局域网中按照规定要求进行访问，才能获取所需内容。这样不仅可以保障数据的安全性，而且可以及时掌控数控机床的工作情况。

5 智能管理系统网络架构设计

了解当前数字化车间生产情况可知，每台数控机床都会在网络布线中设计RJ45网口。针对现如今不同类型的机床设备，可以选择的信息采集方式有：第一，基于电气电路信号;第二，基于串口宏指令;第三，基于DNC网口，最终将在交换机的引导下传递到数据服务器层。

数据管理服务器作为整体系统运行的关键内容，不仅能与机床、采集器等进行实时交互，而且可以进行数据处理、储存等工作。其中，数据服务器和车间设备在传递信息時会基于Mod bus协议进行操作。

而客服端软件需要向数据库服务器提出请求，只有这样才能实时管控数控设备工作情况，并查阅不同阶段的数据信息，同时也能对企业系统、机床设备及员工等进行信息管控，修改、删除或调查机床基本数据。这一软件需要基于Web Socket服务器提供的网络技术进行工作，在获取车间层提供实时数据后，将其传递到数据库服务器中，最终实现真正意义上的实时监管。除此之外，智能管理系统也具备Internet网络管理服务，制造企业管理人员可以根据用户名和密码进入系统内部，这样不仅能及时了解数控机床设备运行情况，而且可以随时发现潜藏安全问题。

网络技术水平持续提高，有关软件系统架构模式越来越多，如客户机/服务端（C/S）和浏览器/服务器（B/S）这两种结构在现如今市场中的应用非常多，不仅各有优势，而且应用价值极高。所以在设计数字化车间生产现场智能管理系统时，会从开发维护、硬件投资及企业未来发展等多个角度入手进行研究，最终发现B/S系统开发更具有优势，不仅能实现运用浏览器进行远程监控，而且可以实时呈现处理后的数据信息，确保企业管理人员可以提出准确且完善的发展决策[5]。

6 结束语

综上所述，面对制造企业车间生产现场涌现出的各类问题，通过构建数据采集与智能管理系统架构，不仅能突破传统管理模式的制约，而且可以提高实际生产加工水平。因此，在新时代下，企业行业必须要加大对数字化车间生产工作的探索力度，注重结合以往工作经验，科学引用现代化技术理念，只有这样才能提出更加适宜的技术架构，并由此促进我国制造业发展步伐。

参考文献：

[1]亢亚敏，秦新冰，汪九佳.面向智能制造的航空发动机数字化生产线建设研究[J].智能制造，2017（7）：44-46.

[2]何玺，何波.数字化车间建设研究与实践[J].智能制造，2019（5）：54-57.

[3]隋少春，牟文平，龚清洪，等.数字化车间及航空智能制造实践[J].航空制造技术，2017，60（7）：46-50.

[4]王诚意.基于WinCC与OPC技术的车间数字化管理与控制系统设计[J].轻工机械，2019，37（6）：99-104.

[5]张维，杨洋洋，王亮.面向数字化车间的工装配送方法研究[J].航空制造技术，2017，60（7）：34-40.