制造业生产车间管控一体化系统研制报告

《制造业生产车间管控一体化系统研制报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制造业生产车间管控一体化系统研制报告（22页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、热解决信息集成管控系统研发与应用技术研究报告完毕单位：贵州新技术研究所 贵阳纵横控制技术发展有限责任公司2月目 录一概述3二立项的根据和目的4三、重要研究内容及完毕状况61.主导思想:62.系统建设原则73. 重要技术路线84. 项目实行及完毕状况17四项目运营效果及分析18五重要技术指标及经济效益完毕状况24六项目技术创新点25七、论文刊登1篇和参与完毕国军标GJB509B-编制25八、团队建设及人才培养26九项目总结与建议26一概述在国内制造业的热加工部门，目前大多采用老式的生产和管理模式，存在设备和技术产能落后、职工素质不高、生产管理不到位等问题。随着工业生产规模不断扩大和大飞机等项目的

2、启动，以及新材料、新工艺大的量使用，对工艺控制与产品质量规定日趋严格，既有的生产设备和管理模式已不能满足将来发展的需要，更不能满足国际转包生产的需求，迫切需要进行设备和产能技术的提高。工业现场监控网络自动化、公司管理信息化是计算机技术在公司应用和发展的必然趋势，用先进的控制技术对现场设备进行改造，用信息化技术实现车间的智能化管理，通过两者的结合应用提高公司的生产和管理水平，变化以往落后的生产管理模式，严格贯彻不同质量管理体系（如航标、国军标及美国宇航原则、波音原则等）的规定势在必行。本项目采用工业以太网技术和现场总线技术，结合数据库和软件设计，组建生产车间管、控一体化综合应用系统，通过工业现场

3、总线将现场的控制设备进行连接组网，组建工业现场实时监控系统，通过计算机对现场进行状态监控，实现生产工艺自动传送、控制参数自动调节、过程数据实时采集与记录、现场状态实时提示与报警等功能，解决人工设立现场参数容易出错、零件加工过程超时、数据记录精度不高等问题；各管理科室的管理终端通过工业以太网进行连接，构成生产管理网络，系统通过以太网互换技术实现从生产筹划制定、任务分派、任务下达、生产过程执行与监控、质量监测与控制、生产筹划执行状况记录等生产过程的闭环控制，解决了因管理工作量大、效率低下，管理人员对现场的状况理解不及时等带来的一系列问题，为公司的生产管理提供了更可靠、有力的手段。二立项的根据和目的

4、 热解决是通过变化材料组织使机械零件或产品获得所需性能并保证使用安全可靠的工艺过程。热解决生产成炉批量投入，持续生产，解决对象大部分是通过加工的半成品件或成品件，如果浮现质量问题，损失很大；更重要的是热解决缺陷漏检很容易发生严重的机械事故，导致更大损失。因此，热解决属于特种工艺，必须实行全面质量控制。热解决全面质量控制，是对零件在热解决前、中、后的整个过程中一切影响因素实行全面控制，涉及人、机、料、法、环等各个环节，变化过去老式的单纯靠最后检查被动把关来保证质量的观念和制度，实行以避免为主、避免与检查结合的积极控制质量保证模式，把重点转移到质量形成过程的控制上来，把热解决缺陷消灭在质量形成过程

5、中。热解决全面质量控制是一项系统工程，本项目通过专业技术、管理技术和信息科学技术的有机结合，形成满足全面质量管理规定的热解决管控一体化系统。车间管控一体化系统是以测量、控制及管理一体化，实现车间全局最优化、效益最大化为目的，用信息化的方式为管理提供手段，提高公司的信息化应用和管理水平。该系统是集计算机技术、控制技术、网络通信技术、图形显示技术及先进管理经验于一体的综合运用系统，能满足各生产厂在数字化条件下的管理规定，更好的贯彻质量控制原则。生产车间管、控一体化系统属数字化和智能化设计制造，根据中华人民共和国国民经济和社会发展第十一种五年规划纲要中指出以信息化改造制造业，推动生产设备数字化、生产

6、过程智能化和公司管理信息化，增进制造业研发设计、生产制造、物流库存和市场营销变革。提高机电装备信息化水平，实现精确、高效生产。推广集散控制、现场总线控制、敏捷制造等技术，强化生产过程的在线监测、预警和控制。 国家中长期科学和技术发展规划纲要（-），制造业是国民经济的重要支柱，其发展思路是：(1)提高装备设计、制造和集成能力。以增进公司技术创新为突破口，通过技术攻关，基本实现高档数控机床、工作母机、重大成套技术装备、核心材料与核心零部件的自主设计制造。本项目是核心技术集成的自主设计系统，属于数字化和智能化设计制造优先主题。贵州省中长期科学和技术发展规划纲要-）中将智能控制与集成、数字化制造、列为

7、重大专项，“ 加强制造业信息化有关技术的集成推广应用，重点开展智能控制与集成、数字化制造、模块化和网络化设计制造等技术的攻关”。目的市场：热解决管、控一体化系统波及电力、电子、计算机、人工智能、通讯、机电等诸多领域。该项目技术含量高、专业性强、应用广泛（遍及冶金、石油、机械、汽车、航空航天、军工、环境工程等军工及民用领域）。该系统已成功应用于航空航天等公司，而航空航天公司因件号众多，且大量使用新材料、新工艺，其质量管理体系最为复杂及严格，故该系统在其她领域的使用将更为容易。国内制造行业的车间众多，虽然有5的车间设备采用管控一体化系统也是一种相称大的数量。三、重要研究内容及完毕状况1.主导思想:

8、采用先进的思想和技术、结合完善的功能设计组建实用、可靠、以便操作的应用系统。通过计算机技术、网络技术、数据库技术、自动控制与数据通信技术的集成应用，结合生产公司的具体状况，对热解决车间现场控制设备和生产管理模式进行系统的技术改造，组建满足航标、国军标等不同质量管理体系规定的、集工业现场监控与生产管理为一体、满足生产实际需要的管控一体化综合应用系统。实现：从生产筹划制定、零件进入、加工过程监控、质量检查、生产记录到零件发出的生产过程全流通管理；做到：现场控制可靠、数据采集迅速、精确；状态报警及时；曲线、数据显示直观、保存完善、查询以便；管理和生产人员可以按各自的权限，以便、快捷地使用本系统功能，

9、调用有关模块进行所需的操作，实现生产管理的各项规定；做到信息数据的及时流通、交流与资源共享，满足质量控制体系及行业原则的规定，达到国内领先水平。2.系统建设原则（1）.采用原则化设计原则，充足考虑建成的系统具有扩展性和互联性，既满足目前可实现的应用规定，又能适应此后系统扩展的需要。（2）. 遵循国内、国际和有关的行业原则，设计时充足考虑系统的实用、安全、可靠、容错、稳定性和可操作性，在既能满足系统规定的前提下又能尽量的节省经费的开支。（3）. 系统设计尽量谋求最优的性能/价格比。在经费许可的条件下尽量采用市场上先进的技术和成熟的产品。3. 重要技术路线项目采用的重要环节和技术路线由如下几种环节

10、构成：1.项目调研2.系统方案设计 3.软、硬件设计、制作4.现场改造与网络建设5.系统联调与试运营6.系统完善与验收3.1 项目调研按照管控一体化系统的设计原则，项目组到多种有关厂家进行了项目的实地调研，基本掌握了工业现场的生产工作状况和生产管理的工作流程以及数据解决的流向。听取了顾客对该系统所提出的使用规定和但愿达到的预期目的，收集了有关的数据、表格及解决方式，经整顿后获得了设计该系统所需的第一手资料。如下是项目调研的部分数据资料。车间管理组织构造：车间管理信息数据3.2 系统总体方案设计本系统重要分为三层构造：现场监控层、通讯网络层和生产管理层。3.2.1.现场监控层，涉及：（1）通过智

11、能精密控制装置、I/O模块、传感器、变送器、PLC等完毕对多种参数及动作的测量与控制。重要测控参数有：温度、氮势、碳势、氧势、真空度、电流、电压、压力、气体流量、工作时间等；动作控制对象涉及炉门、炉盖、搅拌电机、台车、多种泵、阀等。（2）现场操作及监控终端，涉及：工控机、读卡器、条码扫描仪等，所有设备通过工业现场总线与系统服务器和现场操作及监控终端相连。设计满足工艺规定的现场监控软件，使系统能实时监控现场合有设备的运营状况；显示有关数据和运营趋势曲线，并具有状态报警功能，报警的同步进行LED大屏幕显示和现场广播语音提示。现场采集的所有数据均存入数据库服务器的硬盘阵列，以便于其她管理模块分析和调

12、用。3.2.2.通讯网络层：运用工业现场总线及工业以太网，实现控制层与管理层的数据互换。工业现场总线种类众多，各有所长与局限性，应用范畴也不同，因现场仪表种类繁杂，数量较多，既有国内各仪表厂生产，也有产自日本、美国、欧洲不同厂家，一种中型的车间采样点平均在300个以上；目前顾客现场合使用的设备重要配备RS-485/422通讯接口，由于此类接口具有通讯距离长，较高的可靠性和稳定性，在既有智能控制系统中应用比较广泛。从系统实用、经济的角度考虑，现场网络仍使用RS485/422工业现场总线。为提高采样速度及可靠性，采用了多网并行及多线程解决方式。根据现场不同设备所采用的通信合同种类的不同，设计了能满

13、足多种通信合同规定的数据通信软件包，供现场监控程序调用。为了便于与厂级骨干网进行数据通信与数据共享，系统采用路由器与厂级骨干网连接，并根据顾客规定提供所需的数据访问接口，供上级部门进行访问。3.2.3.生产管理层：涉及系统服务器、车间各管理部门操作终端、电子大屏幕、车间广播系统、闭路监控系统及有关功能软件模块等。各科室终端通过工业以太网和网络互换机进行连接，依托管理软件的运营，实现零件从进入到发出车间的整个生产流程及质量控制过程的管理，完毕数据从现场采集到生产管理报表自动生成的全流通。软件在windows micsoft.NET的平台上进行开发，采用C/S和B/S两种方式设计，其中涉及生产管理

14、所需的各个功能模块。如下是系统网络图：3.3 软件设计软件设计涉及：现场监控软件、通信软件和生产管理软件三部分根据本生产车间的工作性质和特点，软件模块分上层管理、底层管理和数据综合查询三个部分，各部分分别有各自的子系统。详见如下是模块框图：软件在windows micsoft.NET的平台上进行开发，具体程序模块采用visal basic ，Java，C#编程语言进行编写，分如下四部分：3.3.1.现场监控模块：遵循航标、国军标等对热解决的规定，结合生产的使用需要，设计现场监控软件，实时监控现场的运营状况；根据工艺规定调节控制参数。监控终端显示现场的有关数据和运营趋势曲线，并具有状态报警功能；

15、LED大屏幕显示报警信息和广播语音系统进行语音提示。采用多线程并发解决方式，系统运营时同步进行多路通讯、多路数据采集、大幅度提高数据采集的速度。采样数据直接进入数据库保存，减少数据转存的中间环节。3.3.2.现场数据采集、通讯模块：根据不同设备所采用的通信合同种类的不同，设计能满足多种通信合同规定的数据通信软件包，供现场监控程序调用。3.3.3.生产管理软件模块：其中涉及:筹划管理模块、工艺管理模块、零件加工流程管理模块、质量管理模块、生产记录模块、权限管理模块和数据综合查询等模块。涵盖了生产车间从生产筹划的制定、零件进车间后的台帐建立、任务分派、现场加工、流程记录、质检和零件发出的周转全过程

16、管理，涉及了产量、工时、成本的记录和计算，生产报表的自动生成。程序采用C/S和B/S两种方式设计，其中所有管理、监控模块采用C/S方式设计，重要考虑是各模块由于功能的不同而在不同部门的终端独立运营，可以减轻服务器的承当。数据综合查询模块采用B/S方式设计，当本系统与厂级骨干网链接后来，上级管理部门可按权限通过网页访问的方式查询和访问本车间的生产数据，理解运营状况。 3.3.4所有数据存入数据库服务器的硬盘阵列，以便于其她程序模块共享、分析和调用。软件平台： 操作系统：windows sever （服务器）；windows XP3（现场终端、科室电脑）设计平台：windows micsoft.N

17、ET设计语言:visal basic ，Java，C#数据库：Oracle 10G3.4 现场改造与网络建设3.4.1.对热解决工业现场的控制设备进行技术改造重要涉及：用我公司生产的智能精密温度控制装置更换原有落后陈旧的控制柜。考虑到工业现场需具有多参数控制、多回路调节、多路数据采集的特点，控制装置采用模块化设计，其控温精度高（控湿精度1，显示精度最高0.1级）；控制对象广泛，可以是阻性也可以是感性负载，可以是单温区也可以是多温区；合用于扩散炉、烧结炉、单晶炉、隧道窑、盐炉、真空炉等机械工业的多种热解决炉及其他控温对象；采用专为热解决行业设计的无超调专家PID算法，具有PID自整定功能，多种传

18、感器自由输入，使用以便；实现无超调、无欠调、迅速升温和克制扰动；报警及保护功能完善，安全可靠、故障率极低、维修以便。增长智能采集模块、流量、压力传感器、变送器、动作采集模块、PLC等，以实现电、气能耗及碳势、氧势、氮势、真空度、流量、压力采集；热解决过程自动控制等。增长能实现与工业现场总线连接的数据通讯接口，并通过现场总线与监控终端相连，构成工业现场监控网络。所需连接的现场设备不仅涉及控温仪，还涉及记录仪、碳势、氮势控制仪表、真空计等。系统配备便携式高精度多通道炉温均匀性测量装置，以便实现和执行HB5354及GJB509B中有关仪表系统定期校验；有效加热区定期检测等原则。便携式高精度多通道炉温

19、均匀性测量装置为自行研发,其测量精度优于0.1%，现场动画显示炉内温场各点差值,自动获取均温区，并打印校验报告及均温区示意图，校验成果可通过网络传递至服务器，作为设备管理的原始根据。大幅减轻工作量，节省校验时间。3.4.2. 现场监控网络和生产管理网络布线与安装由于现场设备数量众多，监控点数据采样量大，单个串行网不能满足现场数据迅速采样和解决的规定，因此本系统采用多串口分网解决的方式，对现场的设备按通讯接口种类、放置的位置和使用的工段进行分类组网连接；服务器采用多线程并发解决，可以最大限度地提高采集速度，缩短数据解决的时间，充足发挥系统的效能。服务器与现场一台指定的工控终端互为备用的容错方式运

20、营，该台终端安装有相应的数据采集装置。一般状况下由应用服务器与现场设备进行数据通信，当应用服务器浮现故障或进行检修时，指定的工控终端可替代服务器进行现场数据通信和数据存储，服务器正常后来指定的工控终端把临时存储的数据传送到服务器进行永久保存，系统恢复本来的正常运营，不会因设备的故障影响系统的正常运营。这样可减少经费开支的同步保证系统的不间断运营。3.5 系统调试与试运营在现场施工与软件设计完毕后对现场系统软、硬件进行联调，调试结束后投入试运营。3.6 系统完善与验收系统投入试运营后，根据顾客使用的状况和提出的意见和建议进行调节与完善，使之能最大限度的满足实际生产的需要，力求达到：高效、实用、可

21、靠、操作以便的目的，所有问题解决后进行评审和验收。4. 项目实行及完毕状况 5月4月 先后在北京长空机械厂（503厂）、西安庆安集团有限公司（114厂）、陕西航空电气有限责任公司（115厂）、解放军5713修理厂、航空618所、贵州航天精工有限公司（536厂）、贵州新艺机械厂（170厂）、沈阳黎明航空发动机（集团）有限公司（410厂）热表分厂、精铸分厂成功推广，在此期间根据各厂生产管理模式差别及各厂的合理化建议，对系统进行了不断完善，使之成为能适应不同类型生产厂家及不同生产管理模式的通用系统。 4 月 顾客方组织本公司有关部门针对该系统的功能、运营状况和使用者反馈的意见召开了项目评审会，对该项

22、目所取的成果予以充足的肯定，评审结论见评审意见。四项目运营效果及分析本系统在航空航天系统的几种生产厂运营状况证明：系统设计是合理的，运营是可靠的，操作、维护以便，顾客反映良好。所获得的效果重要体目前如下几种方面：1. 系统的投入运营，改善了现场设备运营的管理与监控方式，注重了生产过程中间环节的质量控制，变化过去单纯靠最后检查把关来保证质量的观点和做法。现场状态显示直观，曲线、数据、参数一目了然，便于掌控现场的状况。2. 数据记录的精度高、精确、真实、可靠。原始记录曲线、数据保存规范，完整，查询以便，对于产品的质量跟踪与事故分析提供了可靠的根据。当浮现产品质量问题时，生产管理模块和现场监控模块可

23、直接调用和共享，对生产现场数据进行分析，通过度析成果找出问题所在，并根据分析成果对生产工艺、控制参数、管理模式和工作的措施进行调节，避免质量事故的再次发生。3. 工艺参数和现场控制参数自动调用，并提示现场人员进行核算与确认，然后自动传送，减少了人为操作也许浮现的错误，减少了废品率。4. 不同零件、相似工艺的同炉加工功能，节省能耗。5. 生产车间采用信息化管理，生产数据精确、可靠、规范，汇总记录及时、生产报表清晰，提高了生产效率。6. 系统采用权限管理，避免越权操作，对责任事故便于认定。通过系统的使用也提高了在岗人员的素质。7. 上级部门生产管理人员通过网络查看车间生产数据，及时掌握生产进度和状

24、况，对指引生产很有协助。如下是部分显示界面现场监控画面：运营状态具体显示画面从使用效果分析，本系统可以满足制造业热解决生产车间的生产管理与现场状态监控的规定，对于种类不同的生产公司只要做相应的调节和改动就可满足顾客的使用需求，因此，本系统可以在制造业不同的生产车间进行推广使用。五重要技术指标及经济效益完毕状况 重要技术指标1. 数据记录辨别率 0.1/mm(航标最高规定1.1/mm)2现场控温精度 1(航标最高规定1)3. 温度梯度 24节省能耗 10%5减少废品率 12%6每日现场数据采集信息量 约10Mb/日六项目技术创新点热解决管控一体化综合应用系统，目前在国内鲜有成功的案例，其重要因素

25、是开发者缺少对现场运营状况及生产管理流程的进一步理解，没有弄清晰上面的管理层与下面的现场数据如何进行接口和数据综合解决。本项目对这些问题进行了进一步的探讨和研究、开发与实践，并成功地在有关公司得到推广和使用，也是计算机集成制造系统（CIMS）在国内制造业热解决生产过程中的成功先例。 我们觉得该项目有如下几种创新点：1.采用两级网络架构，通过网络互换技术实现工业现场总线控制系统与工业以太网管理系统的结合。实现零件从进入到发出车间的整个生产过程的管理，涉及筹划调度、设备管理、库存管理、质量管理、成本核算、人事管理、生产工艺管理及现场过程控制和状态提示；完毕数据从现场采集到生产管理报表自动生成的全流

26、通。 2.采用复杂多回路的闭环优化控制技术，实现对现场不同种类设备多种参数（温度、氮势、碳势、氧势、真空度、电量、流量、压力、运营时间等）及多种动作的测量与控制。 3.系统设计中严格贯彻全面质量控制的方针，遵守热加工行业质量管理体系，除满足航标、国军标等质量控制体系规定外，还满足波音、GE、美国宇航原则等较高国际原则的规定。系统设计充足考虑影响产品质量的人、机、料、法、环等多种因素，已上升到一种较高的层次。九项目总结与建议该项目通过数年的探讨、研发与实践，通过不断完善已逐渐成熟，先后在航空、航天系统的多家生产厂进行了推广使用。该系统运营稳定，效果良好，实现了生产设备数据自动采集、过程自动控制和

27、状态提示；把生产管理与现场监控结合为一体，进行生产协调和质量控制，对车间管理提供客观根据，更好地贯彻质量控制原则，大大提高了公司的信息化应用和管理水平。受到顾客及驻厂军代表的一至好评。我们觉得该系统在生产车间投入运营后可达到如下的目的： 将车间的生产管理与现场监控融为一体，使公司内部的管理和生产人员可以按各自的权限以便快捷地进行生产管理、信息交流和资源共享，及时掌握生产现场的状况，指引生产，给公司管理带来以便和高效。 群体协同工作，迅速、全方位的信息采集与交流，为公司的管理和决策提供科学的根据。 管理规范化，信息流通电子化，避免人工填写表单带来的问题，杜绝人为因素的影响，为公司实行全面质量控制

28、提供有力手段，使公司的信息化应用达到一种新的水平，在剧烈的市场竞争中永远立于不败之地。 有关进一步加强项目技术完善和技术推广应用的建议本项研发技术成果通过近几年来的推广应用和示范，获得了明显的成效。应用范畴广泛、推广价值大，但同步也在生产应用的实践中发现存在诸多不完善的地方。例如：. 不同公司有不同的管理模式和规定，需要对功能模块进行补充与完善。. 系统与厂级骨干网连接后信息数据编码与数据格式的统一。. 数据访问与信息共享的协调解决。. 多种工业现场总线使用效果比较等，都需要不断地解决与完善，以及系统在后来使用过程中浮现的问题都是需要及时解决。建议进一步予以必要的研发费用的支持，研究和解决完善有关环节技术后，总结提高和加大推广应用。