基于大数据平台的喷涂线信息化生产模式研究应用

文／阮子剑，贾春华，张涛·珠海格力电器股份有限公司

通过工控机+可编程序控制器（PLC）+现场仪表的控制方式实现数据快速采集、分析，实现了生产、质量、设备等方面的在线监控，准确共享，取代原有落后的数据收集方式，有效提升空调行业喷涂生产线信息化管理水平，产品质量与生产效率得到提高。

近年来，全球空调制造技术迎来了突飞猛进的发展，国内生产线信息化的应用愈发成熟，工业互联网的理念更加深入人心，原来落后的生产系统及管理方式不能满足“小批量、多切换”的生产需求。同时，在当前空调企业生产的现状下，在高效率、高质量的基础上，提升设备的信息化生产能力也是必须满足的要求。

喷涂线在我司的应用已有二十余年，前期设备状态、工艺参数的管控多采用人工进行现场检查，无法实时性的进行监控。针对目前空调外观零件生产制造过程中存在的质量异常、生产低效等问题，为了进一步提升生产效率，保障工艺质量稳定，企业首次利用大数据平台将信息化应用到喷涂线的生产模式中。

喷涂生产线信息化项目背景

生产数据管理原始、简单

目前，制约生产线质量及效率的主要问题，为生产数据管理原始、简单以及出现异常不能及时发现，主要包括以下4 点：⑴生产关键参数人工记录管理不可控；⑵数据信息反馈滞后，存在质量隐患；⑶无分析平台，数据没有上层应用；⑷零件掉落烘道未察觉导致批量质量事故。

异常频发，无法及时发现和排除

珠海格力共9 条生产线，分别来自三个生产厂家，设备维护尤为重要，异常的发生直接影响生产效率及质量，甚至发生停产停线。表1 列举近年发生的典型设备异常，导致的工艺质量问题。

表1 典型设备异常导致工艺质量问题

喷涂生产线信息化项目介绍

项目方案

⑴数据管理逻辑。实施层级差别化权限管理，各个分厂和基地的生产及工艺数据对不同需求的人员开放；生产线和车间分层管理，不同车间之间分级管理。根据不同的管理需求对数据区分开放权限和报表内容。

⑵系统逻辑构成。平台逻辑架构共划分为七层，分别为设备层、适配层、消息层、存储层、分析层、服务层和展示层；以及非业务相关的平台管理后台。根据不同区块划分，系统可实现设备参数管理，消息通知、数据分析和3D 工厂及报表展示。

⑶设备数据采集网络。设备数据采集网络布局适用于车间内部的信息传递。采集单点位置传输可采用现有成熟的无线网络。

⑷平台部署模式。平台部署模式适用于全公司设备系统，通过云化部署的方式对子/分公司设备网络进行数据连接实现数据收集监控。各个分基地之间的数据实现单独汇总并可单独管理，全公司数据在总部实现汇总管理，如图1 所示。

⑸设备数据接入点设备共监控52 个点，其中工艺参数30 个点，生产状态数据22 个点，包括的工位有：开炉、上料、热水洗、预脱脂、主脱脂、水洗1、水洗2、陶化、水洗3、水洗4、纯水洗、前处理烘道、烘干、固化、检验、喷粉、下料、燃烧机、热水炉、水电气能耗等，如图2 所示。

图2 设备数据接入点布局图

⑹喷塑设备采集方案。设备参数采集通过增加或更换，具有数据反馈功能的传感器或者仪表。设备数据通过PLC 汇总上传，反馈控制信号在PLC 端实现，信息化平台只接收和分析数据，如图3 所示。

图3 喷塑设备采集方案

⑺ 喷涂信息化生产模式变革。粗放式管理模式：1)工艺参数专人定时监控记录；2)参数异常人工排除；3)每班人工检查通道零件掉落情况；4)缺料数据人工计算。

信息化管理模式（图4）：1)工艺参数系统实时监控；2)参数异常系统自动控制并排除；3)自动感应通道零件掉落情况；4)上下料订单追踪，缺料自动追踪；5)质量数据系统分析；6)生产数据异常提前预警。

图4 喷涂线信息化管理模式

生产管理信息化应用

⑴生产效率平台管理。由大数据平台统计当月线体异常情况，包括异常次数和异常位置，产生异常时间，分析异常产生的原因，快速作出决策，如图5 所示。

图5 异常统计柱形图

同时针对不同车间，不同线体上下料，换粉换色工位等按下急停时，可准确直观的看出急停时间、位置、停线次数，提供可靠的数据，生成急停曲线，为后续的生产效率的提升提供针对性的整改措施，如图6 所示。

图6 停线报表

⑵物料耗用分析。对不同的生产物料耗用每天进行数据维护，根据工艺标准算出定额耗用率，例如喷粉设备使用的粉末，对每天粉末的领用及废粉进行称重，记录粉末耗用量，算出粉末利用率，通过柱状图进行直观分析预测，如图7 所示。

图7 物料耗用分析柱状图

⑶产出报表。电子看板可实时看到当天各车间的总产出数量、产出面积，根据生产计划算出计划完成率，实现生产计划拉动式管理，如图8 所示。

图8 产出报表图

工艺质量管理信息化应用

⑴烘道实时监控。采用炉外激光长距离检测装置，光线通过炉体侧板的位置开透光孔，红外光束从小孔通过，无工件掉落或小工位掉落时，未挡到光束，不发出报警信号；当有大工件掉落，且其高度挡到光束时，接收器无信号，则发出报警，表明有工件掉落。每条轨道下方配两束激光光束检测，光束以轨道为中心，向左右各偏离一定距离，宽度与风槽同宽，用于检测的个别工件正好直立在风槽边上，如图9 所示。

图9 激光检测布局图

⑵检验统计与质量管理。后台手工在系统录入检验日期、零件编码、零件名称、生产总数、早晚班次，不同零件出现质量问题的数量，计算每天生产零件的合格率，自动生成合格率图表、关键缺陷图表、合计缺陷图。针对不同零件出现的缺陷以及典型问题进行数据分析，制定改善对策，如图10 所示。

图10 质量管理柱状图

⑶工艺实时监控。自主设计开发喷涂线信息化界面，主画面显示设备的整个工艺流程，实现从产品上件到下件的整线工艺参数全流程监控，包括当日停线时长、当日急停次数、压缩空气用量、自来水用量、工业电、天然气等实时生产关键数据，如图11所示。

图11 喷涂线信息化主界面

喷涂线共13 个工艺流程，主要对前处理（预脱脂、主脱脂、水洗一、水洗二、陶化、水洗三、水洗四、纯水洗、烘干）各工序的温度、压力、流量、PH 值、水位、纯水电导率等工艺参数，以及喷粉后工序（固化）、温度等关键参数进行实时监控是否达标。实时数据通过折线图进行分类对比分析，可以直观看出各个时间段工艺参数的波动情况，如图12 所示。

图12 工艺参数动态图

设备管理信息化应用

⑴设备维保管理。针对每条喷涂线配套设备，设置维保计划（专业点检、计划检修），确定维保周期，明确工作内容，划分责任人，到期自动提醒至终端手机APP，维保完成后报系统关闭即可，后台可自主增加修改或维保计划，根据生产安排可灵活进行调整，确保每台设备在合理的维保计划，设备进行维护后，会在系统进行相应记录，可实时进行查看。

⑵设备异常管理。中央监控系统可读取PLC 监测到的设备运行状态、模拟采样数据等信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示整个车间的运行情况。系统有自动报警的功能，并能记录故障时间、原因等信息，一旦发现故障报警信息，系统即显示明显报警画面，向PLC 发出相应动作指令，保存并记忆故障发生的时间、方位和原因等原始数据。

⑶设备能耗管理。可实时在线监测各生产线当月每天的自来水（m3）、工业电（kW·h）、液化气（m3）、压缩空气（m3）等重点能源的耗用情况，自动生成能耗报表柱状图，直观的展现各车间不同能源（自来水、压缩空气、液化气）耗用情况，对能耗管理具有直接参考意义，如图13 所示。

图13 能耗曲线图

喷涂行业信息化发展前景与展望

随着科学技术的不断发展，以及智能制造的发展趋势，空调制造愈来愈离不开信息化，我们的管理不能还是20 年前的抄抄写写。未来喷涂生产线可通过信息化、数字化的手段，将硬件设备设施、网络技术、大数据，紧密地融合联系在一起，实现喷涂线联网。将生产工艺参数、设备维护数据及生产数据网络端共享，消除人为不可控因素，出现异常报警和制动，判断工艺参数的符合性并提前对线体进行整修，减少设备异常导致的额外停线。对生产增效、工艺质量、成本管理、设备维护而言具有重要的意义。

在工业互联网、智能制造这个大背景下，我们不仅要有掌握信息化的手段工具，更要培养信息化的人才，不断提升员工技能，发挥企业应有优势，提升企业核心竞争力，为社会创造更大的价值。

结束语

本文详细介绍了一种基于大数据平台的喷涂生产线数据采集的设计与实现,用于实现生产信息化, 内容包括项目背景、设计方案、生产、效率、工艺质量设备等信息化应用。系统运用工控机+可编程序控制器（PLC）+现场仪表的控制方式，同时实现本地控制、远程控制、远程手动控制三种控制方式，具有极强的实用性及可操作性。目前该系统已经被应用在实际生产中，系统运行情况良好，成为企业信息化建设重要组成部分。