卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的構(gòu)建和應(yīng)用

童宗祥

摘要：通過對卷煙生產(chǎn)企業(yè)的信息化規(guī)劃和工業(yè)4.0時(shí)代下兩化深度融合，以及建設(shè)數(shù)字化工廠目標(biāo)的描述，論述了構(gòu)建卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的必要性；根據(jù)國內(nèi)大多數(shù)卷煙企業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)狀和信息化水平，提出了數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)、思路和原則；通過運(yùn)用SOA/OPC/XML等技術(shù)，以及分層設(shè)計(jì)的思想和方法，結(jié)合數(shù)采系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容，對系統(tǒng)的功能框架、技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行了規(guī)劃和探討，并總結(jié)得出系統(tǒng)的成功建設(shè)將為打造一個(gè)數(shù)字化、信息化、智能化的優(yōu)秀工廠提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：信息化技術(shù)；數(shù)據(jù)采集；自動化控制；信息集成；SOA/OPC/XML；兩化融合

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）01-0100-03

Construction and Application of Cigarette Packer Data Acquisition and Management System

TONG Zong-xiang

（Chuzhou Cigarette Factory of China Tobacco Anhui Industrial CO.，LTD， Chuzhou 23900， China）

Abstract： Through the deep integration of informatization and industrialization under the informatization planning and Industry 4.0 of cigarette manufacturers， and the description of the goal to establish a digital factory， the necessity is discussed to create the cigarette packer data acquisition and management system. Subject to the manufacturing status quo and informationization level of most domestic cigarette manufacturers， the goals， ideas and principles are proposed for the construction of data acquisition and management system. In combination with the construction contents of the data acquisition system， the function framework and technical architecture of such system are planned and discussed with the Service-oriented Architecture（SOA）/ OLE for Process Control（OPC）/ Extensible Markup Language（XML） and the hierarchical design method. Finally， it is concluded that the successful construction of such system will provide strong technical support to build a superior factory integrated with digitalization， informatization and intelligentization.

Key words： informatization technology； data acquisition； automation control； information integration； soa/opc/xml； integration of informatization and industrialization

隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來，信息化和工業(yè)化的深度融合，中國煙草適時(shí)提出了堅(jiān)韌不拔加大科技創(chuàng)新的力度，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，卷煙企業(yè)必須通過兩化的不斷融合建設(shè)一個(gè)數(shù)字化、信息化、智能化的優(yōu)秀工廠，以提高企業(yè)競爭力。

1 建設(shè)卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的必要性

為了保證數(shù)字化、信息化、智能化優(yōu)秀工廠建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，卷煙制造企業(yè)需要做好信息化總體架構(gòu)的三層建設(shè)，即上層的ERP（Enterprise Resource Planning）系統(tǒng)建設(shè)、中間層的MES （Manufacturing Execution System）系統(tǒng)建設(shè)、底層的自動化控制系統(tǒng)建設(shè)。卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)作為制造工廠的底層核心控制系統(tǒng)是聯(lián)系底層自動化與MES系統(tǒng)的樞紐，通過其與底層自動化的全面集成，為生產(chǎn)和管理部門提供決策手段和依據(jù)，不斷增強(qiáng)企業(yè)的生產(chǎn)制造能力[1]。

建設(shè)以卷包生產(chǎn)設(shè)備為核心，實(shí)現(xiàn)對所有卷包相關(guān)工藝段全面、科學(xué)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集，達(dá)到生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化為目標(biāo)的卷包車間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對卷包車間各生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程和操作進(jìn)行全面的規(guī)范、梳理與優(yōu)化，改善車間的生產(chǎn)管理與生產(chǎn)過程即時(shí)成本控制水平，提供企業(yè)生產(chǎn)信息反饋，增強(qiáng)車間生產(chǎn)執(zhí)行能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量水平。

2 卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)、思路和原則

1）通過卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的建設(shè)，構(gòu)建一個(gè)技術(shù)架構(gòu)合理、可靈活擴(kuò)展、安全可靠的軟硬件集成平臺，將檢測、PLC（Programm Logic Controller）、數(shù)據(jù)處理（人工智能）、網(wǎng)絡(luò)、通信、安全、數(shù)據(jù)庫、信息管理等眾多技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，以滿足生產(chǎn)控制、信息管理、信息集成等多層次的企業(yè)應(yīng)用需求，打造一個(gè)“透明化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化”生產(chǎn)管控一體化信息平臺。

2）卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)處于數(shù)字化工廠的生產(chǎn)過程數(shù)字化建設(shè)階段，據(jù)此可以依照以下思路建設(shè)，向上做好與企業(yè)MES、ERP等信息系統(tǒng)對接，為上層MES提供過程數(shù)據(jù)支持；向下做好與制絲中控、物流倉儲、動力能源等系統(tǒng)的銜接，接收并執(zhí)行上層信息系統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度指令，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程透明化，實(shí)現(xiàn)卷包生產(chǎn)管控協(xié)同，確保卷煙生產(chǎn)過程的有序和可控，形成企業(yè)信息從生產(chǎn)經(jīng)營管理至自動控制的全面集成與共享。

3）卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的建設(shè)要結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，根據(jù)企業(yè)信息化現(xiàn)狀和水平，堅(jiān)持以下六個(gè)方面的原則：實(shí)時(shí)性原則、準(zhǔn)確性原則、安全性原則、完整性原則、可擴(kuò)展性原則、可操作性原則，要真正將這六個(gè)原則貫穿在系統(tǒng)建設(shè)的整個(gè)過程中，保證卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)投入使用后的可控、可管、可用。

3 卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的構(gòu)建和功能探討

1）卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容

卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的建設(shè)以卷接包設(shè)備為主，充分運(yùn)用OPC（OLE for Process Control）數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、MQ（Message Queue）中間件技術(shù)、SCADA組態(tài)軟件技術(shù)將卷包車間有關(guān)產(chǎn)量、質(zhì)量、消耗、物流以及設(shè)備本身的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、分析、查詢[2]，實(shí)現(xiàn)對卷包車間的機(jī)臺生產(chǎn)現(xiàn)場、機(jī)臺過程監(jiān)控、機(jī)臺指令接收、生產(chǎn)異常報(bào)警、生產(chǎn)過程管理、生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控以及卷包車間的過程監(jiān)視信息、事件記錄信息、趨勢記錄信息等的管理，為MES系統(tǒng)建設(shè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和支撐。

2）基于上述的卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容、目標(biāo)和思路，我們建議將數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)（功能框架和技術(shù)架構(gòu)）規(guī)劃如下：

① 以卷包設(shè)備數(shù)據(jù)采集為中心，堅(jiān)持多層設(shè)計(jì)，上下關(guān)聯(lián)，信息聯(lián)動，無縫集成的思想來構(gòu)建系統(tǒng)的總體功能框架圖（圖1）。

圖1 數(shù)采系統(tǒng)功能框架圖

② 為了保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、可擴(kuò)展和集成性，卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)可采用SOA（Service-oriented Architecture，面向服務(wù)體系的架構(gòu)）和以XML 技術(shù)（Extensible Markup Language，可擴(kuò)展標(biāo)記語言）為核心的.NET平臺來構(gòu)建系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化、層次化、流程化開發(fā)，結(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn)，將整個(gè)系統(tǒng)分為設(shè)備采集接口層、業(yè)務(wù)處理與數(shù)據(jù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)表現(xiàn)層和信息集成層、底層為設(shè)備自動化層[3]，技術(shù)架構(gòu)圖（圖2）如下：

圖2 數(shù)采系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

3）根據(jù)卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)總體架構(gòu)，將整個(gè)系統(tǒng)的具體功能規(guī)劃如下：

① 數(shù)據(jù)采集和存儲處理功能：通過對卷包車間生產(chǎn)設(shè)備和輔助設(shè)備的狀態(tài)和運(yùn)行情況的集成聯(lián)網(wǎng)和信息采集，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全部數(shù)據(jù)的采集，包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)以及歸檔后歷史數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的有效無損存儲和在線分析處理。

② 生產(chǎn)過程監(jiān)控管理功能：在統(tǒng)一的監(jiān)控應(yīng)用平臺上實(shí)現(xiàn)對卷包生產(chǎn)各區(qū)域的圖形監(jiān)控、任務(wù)趨勢、設(shè)備運(yùn)行、工藝狀況、異常報(bào)警。以直觀的形式，向管理人員提供車間的流程監(jiān)視畫面、報(bào)警監(jiān)視畫面、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)畫面等信息，使管理人員能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、全面的了解和掌握現(xiàn)場的情況[4]。

③ 在線數(shù)據(jù)處理分析功能：以圖形和數(shù)據(jù)網(wǎng)格、報(bào)表等多種形式，對生產(chǎn)進(jìn)度、設(shè)備效率、工序能力、過程質(zhì)量、物料消耗等過程信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的統(tǒng)計(jì)、匯總、歸納、分析和處理。

④ 在線業(yè)務(wù)調(diào)度功能：車間操作人員根據(jù)雙向信息傳遞內(nèi)容和生產(chǎn)現(xiàn)狀，及時(shí)將各類調(diào)度指令下發(fā)給設(shè)備操作人員。

⑤ 現(xiàn)場管理信息化功能：通過系統(tǒng)提供的信息采集和錄入手段，將復(fù)雜繁瑣的現(xiàn)場管理信息收集；并借助相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)手段，實(shí)現(xiàn)車間現(xiàn)場管理由定性向定量的轉(zhuǎn)變；規(guī)范現(xiàn)場人員行為、加快了異常事件的反饋處理速度。

⑥ 生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成功能：通過與企業(yè)MES系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、制絲集控和物流管控系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)整體信息化框架內(nèi)的信息共享和協(xié)同應(yīng)用[5]。

4 建設(shè)卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值

卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的成功構(gòu)建解決了卷煙廠決策層、管理層、執(zhí)行層以及操作層等多層次的生產(chǎn)、管理信息流、業(yè)務(wù)工作流的有效銜接，保證了上層管理對車間生產(chǎn)一線現(xiàn)場制造執(zhí)行的有效管控，努力實(shí)現(xiàn)了卷包車間四個(gè)中心和一個(gè)平臺的構(gòu)建。

4.1 搭建卷包生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心

通過數(shù)據(jù)采集功能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、消耗、故障、質(zhì)量等數(shù)據(jù)的有效收集和存儲，構(gòu)建了一個(gè)涵蓋卷包生產(chǎn)過程設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)行為數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)過程在線指揮、分析和歷史追溯提供數(shù)據(jù)支撐的卷包生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心。

4.2 搭建卷包集中監(jiān)控調(diào)度中心

通過執(zhí)行MES系統(tǒng)計(jì)劃工單，完成對機(jī)臺生產(chǎn)工單執(zhí)行過程中的所有相關(guān)業(yè)務(wù)的監(jiān)控、調(diào)度處理，對生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備等過程信息進(jìn)行全方位的展現(xiàn)和在線分析，將各種卷包現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、異常情況反饋到管理層，破解“生產(chǎn)現(xiàn)場黑箱作業(yè)”現(xiàn)象，確保生產(chǎn)過程的有序和可控。

4.3 搭建卷包生產(chǎn)設(shè)備保障中心

通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用，加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)維管理，對貫穿整個(gè)設(shè)備運(yùn)行周期中的業(yè)務(wù)活動進(jìn)行規(guī)范管理，建立運(yùn)維管理模型；實(shí)時(shí)采集設(shè)備中的各種參數(shù)，并進(jìn)行匯總、分析等處理工作；通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)參數(shù)報(bào)警提示，同時(shí)存儲報(bào)警信息記錄，用于設(shè)備故障分析等使用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備保障中心的功能。

4.4 搭建卷包生產(chǎn)質(zhì)量保障中心：通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的在線質(zhì)量分析功能、質(zhì)量缺陷查詢功能、自檢互檢功能實(shí)現(xiàn)主要工藝參數(shù)數(shù)據(jù)的采集和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量報(bào)警功能，為卷包生產(chǎn)質(zhì)量提供技術(shù)保障。

4.5 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化的卷接包應(yīng)用接口和集成平臺

通過卷包數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè)，為MES系統(tǒng)實(shí)施提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。數(shù)采系統(tǒng)將采用主流和標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)范，實(shí)現(xiàn)卷包車間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與MES、制絲集控、物流管控等相關(guān)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)集成，建立一個(gè)統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)集成應(yīng)用平臺，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間信息流轉(zhuǎn)、資源共享、業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)的目標(biāo)，消除“信息孤島”的出現(xiàn)。

5 結(jié)束語

卷包數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的成功建設(shè)，將進(jìn)一步提升企業(yè)信息化水平，為打造一個(gè)數(shù)字化、信息化、智能化的優(yōu)秀工廠提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)向“智能制造”的真正跨越。

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