吳峻睿，謝仲銘，王立斌，葉桂良
（東莞信易電熱機械有限公司， 廣東東莞 523770）
摘要： 在注塑生產(chǎn)過程中，各個輔機和注塑機的狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)記錄都會對產(chǎn)品的質(zhì)量、成本和生產(chǎn)效率有著重要影響。提出一種智能注塑工廠系統(tǒng)應(yīng)用，能夠?qū)ψ⑺苘囬g的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集和存儲，并對這些車間詳細(xì)制造數(shù)據(jù)和過程 進(jìn)行報表化和圖表化的軟硬件解決方案。系統(tǒng)基于Linux平臺開發(fā)，容易部署，可以根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況自定義圖表界面，通過多種靈活的方法獲取生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，并將其存儲在Mongodb數(shù)據(jù)庫，結(jié)合系統(tǒng)自帶的專用計算、分析和統(tǒng)計方法，以報告和圖表直觀反映當(dāng)前或過去某段時間的生產(chǎn)狀況。實驗結(jié)果表明采用此系統(tǒng)能幫助企業(yè)生產(chǎn)部門通過反饋信息做出合理有效的決策，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞： 監(jiān)控系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)； 采集； 智能注塑工廠； 通訊協(xié)議
0 引言
以往的塑膠輔機一般都采用單機控制方式，各輔機與成型主機或車間監(jiān)控系統(tǒng)之間都是相互獨立的，沒有任何聯(lián)系，對各個輔機的狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)記錄都必須單獨分別進(jìn)行，從而限制了整個成型系統(tǒng)的智能化水平和生產(chǎn)效率的提高。隨著工業(yè)4.0 時代的到來，市場對塑膠輔機的智能化和網(wǎng)絡(luò)化的需求越來越強烈，單機控制方式已無法滿足今后市場的需求[1-2] 。如何提高塑膠輔機的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，使成型主機或車間監(jiān)控系統(tǒng)可以方便快捷實現(xiàn)對塑膠輔機的運行監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集， 這已經(jīng)成為許多輔機廠家需要解決的技術(shù)問題[3-4]。
國內(nèi)塑膠輔機行業(yè)沒有統(tǒng)一的通信接口標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，而且只有少數(shù)輔機產(chǎn)品具有通信功能，并且不同輔機產(chǎn)品的通信接口是不能相互兼容；在國外EUROMAP（歐洲塑料和橡膠工業(yè)機械制造商協(xié)會）有定義注塑機與周邊輔機的通信接口標(biāo)準(zhǔn)，但其通信協(xié)議復(fù)雜，應(yīng)用和推廣并不普遍。所以國外不同輔機廠商也還存在著通信接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的狀況。工業(yè)4.0時代塑膠輔機的發(fā)展趨勢是智能化、網(wǎng)絡(luò)化[5-6]。
本文提出的系統(tǒng)采用國際通用、簡單易懂的開放標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議，能更方便地實現(xiàn)塑膠輔機與成型機或車間監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)機通信功能，為實現(xiàn)整個成型系統(tǒng)或成型工廠的智能化提供基礎(chǔ)[7]。
1 系統(tǒng)工作原理
本系統(tǒng)通過對所有注塑機的聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)對注塑機數(shù)據(jù)采集，制造流信息數(shù)據(jù)搜集，組建信息大數(shù)據(jù)庫，再結(jié)合客戶需求對這些大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以最直觀的形式展現(xiàn)出客戶需求（定制個性化報表），為企業(yè)管理層提供決策依據(jù)。系統(tǒng)綜合訂單管理模塊，實現(xiàn)計劃單與機臺、模具相關(guān)聯(lián)，可以根據(jù)各機臺工作生產(chǎn)情況以及機臺、模具維修保養(yǎng)時間合理安排訂單任務(wù)，從生產(chǎn)計劃直通機臺生產(chǎn)任務(wù)。系統(tǒng)還結(jié)合設(shè)備與模具維護(hù)保養(yǎng)功能，可根據(jù)設(shè)備與模具的工作時長或合模數(shù)，來自定義維護(hù)保養(yǎng)計劃，并且設(shè)置信息通知，根據(jù)時間或者完成情況對信息實現(xiàn)傳遞，從而完善車間的生產(chǎn)管理。最終為注塑機工廠提供先進(jìn)的一體式的解決方案。智能工廠系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 1所示。
圖1 智能工廠系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
1.1 基于網(wǎng)絡(luò)的集成控制技術(shù)
針對注塑裝備種類繁多，數(shù)據(jù)接口、格式標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一導(dǎo)致的數(shù)據(jù)采集難、網(wǎng)絡(luò)化功能差、信息化水平低的問題，系統(tǒng)開展輔機、機械手等注塑輔機與注塑機之間數(shù)據(jù)實時通訊的研究。最終通過采用標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，基于通用開放式協(xié)議，將輔機設(shè)備的監(jiān)控功能全部都集成到注塑機的操作面板中，實現(xiàn)了對注塑機和輔機的集中監(jiān)控功能。該技術(shù)不同于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程對輔機的開機/關(guān)機或溫度控制等簡易操作，而是對輔機控制器內(nèi)所有參數(shù)的數(shù)據(jù)采集和操作設(shè)定，可以遠(yuǎn)程實現(xiàn)輔機本身的全部控制功能。與傳統(tǒng)注塑機和輔機單獨而零散的控制方式相 比，集成控制技術(shù)的注塑控制系統(tǒng)使整個注塑作業(yè)流程更加高效及智能化，實現(xiàn)少人化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本[8-9] 。
1.2 注塑生產(chǎn)大數(shù)據(jù)平臺
在塑料機械行業(yè)中，存在大量有知識的數(shù)據(jù)無法采集、分析和提煉與有知識和經(jīng)驗工人缺乏的矛盾，快速增長的人力成本和注塑裝備智能化水平低下的突出矛盾。本項目將通過設(shè)備數(shù)據(jù)采集，結(jié)合企業(yè)信息系統(tǒng)，實現(xiàn)銷售、設(shè)計、生產(chǎn)、物流等智能化的服務(wù)系統(tǒng)，構(gòu)建注塑成型智能云服務(wù)平臺和大數(shù)據(jù)平臺，提供大數(shù)據(jù)云服務(wù)[10-12]。
1.3 成形過程動態(tài)感知與工藝智能管控技術(shù)
采用降維、特征提取、回歸分析等技術(shù)對注塑多源數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使注塑成型裝備、加工工況和產(chǎn)品質(zhì)量可以深度感知，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建工藝優(yōu)化的推理與決策模型，實現(xiàn)高效、高精、穩(wěn)定生產(chǎn)。
2 軟件功能模塊設(shè)計
根據(jù)注塑行業(yè)特點以及為了滿足注塑工廠管理要求，系統(tǒng)主要劃分為設(shè)備監(jiān)控、生產(chǎn)過程管理、異常停機管理、設(shè)備模具管理、自動報表、系統(tǒng)設(shè)置6大軟件功能模塊。
2.1 模具管理
（1）模具識別管理：客戶經(jīng)常會出現(xiàn)換模后才發(fā)現(xiàn)模具錯誤問題，希望后期有模具自動識別功能來避免該問題，目前業(yè)內(nèi)可以應(yīng)用比較廣泛的有RFID無線射頻技術(shù)跟二維碼掃碼功能，通過每個模具上設(shè)置二維碼或者識別芯片做到單獨模具單獨唯一性，通過機臺側(cè)設(shè)備識 別該信息，再與平臺側(cè)生產(chǎn)任務(wù)單中綁定的模具信息進(jìn)行檢驗，檢驗不一致則系統(tǒng)報警，從而實現(xiàn)對該生產(chǎn)任務(wù)單模具的使用是否正確管理。
（2）模具基礎(chǔ)信息管理：模具信息包括模具編號、名稱、重量，當(dāng)前合模數(shù)、單模產(chǎn)量等信息。
（3）模具保養(yǎng)計劃的設(shè)定：模具保養(yǎng)在設(shè)備管理中屬于常規(guī)性工作，可對每臺機器和模具設(shè)置保養(yǎng)項目和保養(yǎng)周期。
（4）模具維護(hù)保養(yǎng)記錄：根據(jù)制定的保養(yǎng)計劃完成保養(yǎng)后，需在系統(tǒng)上記錄維護(hù)保養(yǎng)完成情況，包括保養(yǎng)完成日期、保養(yǎng)日志等。
（5）模具維修記錄：搭建設(shè)備、模具歷次維修記錄、維修時間、維修方案、維修人信息等的綜合信息平臺，為企業(yè)提供歷史維護(hù)信息的查詢庫。
2.2 報表分析
（1）警報分析：每月各類警報出現(xiàn)次數(shù)的匯總統(tǒng)計表；所選時間段內(nèi)各類警報出現(xiàn)次數(shù)的柱形圖。
（2）機器利用率：以每月或每天作為常規(guī)統(tǒng)計周期統(tǒng)計機器每月利用率；以某一特定時間段作為統(tǒng)計周期 統(tǒng)計機器利用率。
（3）質(zhì)量報表：以產(chǎn)品作為統(tǒng)計基礎(chǔ)，匯總每個月各類報廢原因的報廢數(shù)量與總量；每個產(chǎn)品每月發(fā)生的質(zhì)量報廢率統(tǒng)計；每臺機器每月發(fā)生的質(zhì)量報廢率統(tǒng)計。
2.3 系統(tǒng)設(shè)置
系統(tǒng)設(shè)置包括設(shè)備管理、機器登記、用戶管理、系統(tǒng)日志、代碼維護(hù)、郵件配置等。
2.4 設(shè)備監(jiān)控
設(shè)備監(jiān)控包括設(shè)備數(shù)據(jù)采集、設(shè)備集中實時監(jiān)控、設(shè)備參數(shù)修改、機器警報、每模數(shù)據(jù)監(jiān)測等。如圖2~3
圖2 智能工廠系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控1
圖3 智能工廠系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控2
2.5 生產(chǎn)過程管理
生產(chǎn)過程管理包括投料管理、生產(chǎn)計劃單、機臺任務(wù)單、電子看板、現(xiàn)場實時反饋一體機等。如圖4所示。
2.6 異常停機管理
設(shè)備停機自動記錄、停機原因填寫。
3 系統(tǒng)架構(gòu)
本系統(tǒng)使用B/S 結(jié)構(gòu)，所有客戶端均無需安裝其他軟件即可實現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問與使用。因此無論在國內(nèi)還是國外，本地還是外地，可使用手機、平板、PC機等打開瀏覽器輸入網(wǎng)址，就能進(jìn)入Shini智能工廠系統(tǒng)查看各注塑工廠的運行情況。
系統(tǒng)使用大型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行后臺數(shù)據(jù)存儲，并進(jìn)行每天備份工作，以使數(shù)據(jù)的安全性得到充分保證，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用Microsoft SQL Server 2000或2005系統(tǒng)使用嚴(yán)格的權(quán)限控制來保證操作人員只能進(jìn)行自己工作范圍內(nèi)的相關(guān)操作。
4 系統(tǒng)優(yōu)點
面對注塑裝備產(chǎn)業(yè)對注塑機的需求，希望提升注塑裝備的信息全面感知和可靠傳輸，構(gòu)建自感知、自診斷、自決策、自學(xué)習(xí)的智能制造系統(tǒng)，打造產(chǎn)品鏈、價值鏈、供應(yīng)鏈協(xié)同的智能化的服務(wù)系統(tǒng)，從而提升注塑裝備及系統(tǒng)的整體智能化水平，具體系統(tǒng)優(yōu)點概括如表1所示。
序號 項目 改善方向 實現(xiàn)結(jié)果
1
設(shè)備監(jiān)控 實現(xiàn)注塑機運行狀態(tài)的遠(yuǎn)程化、集中化、實 時化監(jiān)控，并提供遠(yuǎn)程故障協(xié)助診斷功能。 可 查 看 實 時 機 器 狀 態(tài)，看板管理，提升 機器利用率。
2
設(shè)備/模具 保養(yǎng)管理 實現(xiàn)設(shè)備模具基礎(chǔ)信息和維修保養(yǎng)記錄管 理，并提供維護(hù)保養(yǎng)的自動提醒功能，可按 工作時長或模具和模數(shù)使設(shè)備和模具得到合 理保養(yǎng)，最終延長設(shè)備模具的使用壽命。 預(yù)防設(shè)備模具非正常 狀態(tài)下作業(yè)，提高設(shè) 備模具使用壽命。
3
生產(chǎn)管理 加強生產(chǎn)任務(wù)及過程的跟蹤和管理，有利于 合理排產(chǎn)和調(diào)整生產(chǎn)資源，提高生產(chǎn)效率。 可查看實時生產(chǎn)進(jìn)度 狀態(tài)，追溯產(chǎn)品生產(chǎn) 信息，提升生產(chǎn)效率。
4
異常停機管理 實現(xiàn)生產(chǎn)過程中異常停機的記錄與點檢，有 利于督促相關(guān)人員及時分析和解決問題，減 少異常發(fā)生頻次和縮短異常中斷時間。 自動捉取停機時間， 分析異常信息，為下 次解決提升效率，減 少次品產(chǎn)品。
5
自動報表 提供計劃完成率、機器利用率、廢品率、 OEE等關(guān)鍵指標(biāo)的統(tǒng)計報表，減少人工統(tǒng)計 工作量，并為管理者決策提供可靠依據(jù)。 可根據(jù)甲方算法實時 生成報表，減少50 ～ 70%的統(tǒng)計工作，節(jié) 省人工。
6
系統(tǒng)互聯(lián) MES系統(tǒng)可與ERP、SCM、PLM等企業(yè)管理 系統(tǒng)進(jìn)行有效對接，并且可與機械人 （手）、 集中供料等自動化設(shè)備通信，協(xié)同服 務(wù)于企業(yè) 不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù) 互聯(lián)，減少企業(yè)系統(tǒng) 間繁瑣操作。
7 輔助設(shè)備通訊 系統(tǒng)可連接信易輔機設(shè)備，實現(xiàn)在注塑機上 操控 便于操作，減少開關(guān) 機時間
8
多個品牌注塑 機互聯(lián) 信易作為國內(nèi)知名的輔機供應(yīng)商，與國內(nèi)外 多家注塑機廠家合作，如海天，博創(chuàng)，震 雄，東華等合作，可以把多家注塑機進(jìn)行通 訊整合。
實現(xiàn)多家設(shè)備的五聯(lián) 互通
5 結(jié)束語
駐足塑料成型行業(yè)，制造業(yè)的信息鏈將會整合，從客戶訂單流到終端產(chǎn)品出貨，所有的數(shù)據(jù)都通過深度人工智能、先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自動化和精細(xì)化管理。數(shù)據(jù)是實現(xiàn)這樣夢想的一個開始，而本文提出的智能工廠解決方案使產(chǎn)品都可以互聯(lián)互通，打造智能制造基礎(chǔ)。同時，通過實驗驗證在項目開發(fā)過程中建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和主持的路演，有效地促進(jìn)我國橡塑工廠的智能化、無人化的升級，為實現(xiàn)注塑成型智能無人化制造工廠提供基礎(chǔ)條件；項目完成后，可為注塑廠降低最多80%工人，有效緩解勞動力問題。
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