威海煙草物流設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐紹倫

山東威海煙草有限公司 山東 威海 264300

引言

機(jī)械設(shè)備作為生產(chǎn)加工型企業(yè)在生產(chǎn)過程中的物質(zhì)基礎(chǔ)，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞對(duì)企業(yè)來說尤為重要。對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)方法的研究是整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)管理的主要內(nèi)容，在對(duì)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)可以最大限度地降低設(shè)備故障率，避免因設(shè)備停工造成的損失。因此，對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)對(duì)提高制造系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性具有重要意義。

2019年12月，中國煙草專賣局下發(fā)了《智慧物流建設(shè)指導(dǎo)意見》，山東省局（公司）物流處指示，各單位“要圍繞智慧物流建設(shè)，在智能調(diào)度、智能倉儲(chǔ)、智能分揀、智能配載、智能運(yùn)輸（配送）、智慧物流園區(qū)、智能物流設(shè)備管理等方面加強(qiáng)研究攻關(guān)。”本文依據(jù)調(diào)研情況，充分借鑒惠州、畢節(jié)等先進(jìn)地市的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)歸納出智慧設(shè)備管理需要遵循的幾條基本原理，以此指導(dǎo)研究方案的制定。

1 理論概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)原理

2008年11月，IBM公司董事長彭明盛在外國關(guān)系理事會(huì)上提出所謂“智慧的地球”（Smarter Planet），目的是把新一代IT技術(shù)應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，把傳感器嵌入到電網(wǎng)和鐵路等市場(chǎng)領(lǐng)域，開拓了物聯(lián)網(wǎng)的使用范圍。

2009年8月，我國總理溫家寶視察江蘇省無錫市的太湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)時(shí)提出了“感知中國”的概念，所以無錫市建立了第一個(gè)“感知中國”研究中心，中國在當(dāng)年的政府工作報(bào)告中還寫到了將物聯(lián)網(wǎng)放入到國家的五大新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，這樣就可以在國內(nèi)外都得到極高的關(guān)注度。

物聯(lián)網(wǎng)即萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)，即通過射頻識(shí)別（RFID）、智能傳感器等設(shè)備，將原有的單機(jī)運(yùn)行的各類設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的聯(lián)通整合，使得任何兩個(gè)物品之間、物品和互聯(lián)網(wǎng)之間通過相互連接，進(jìn)行通信或者說進(jìn)行信息的交互，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品智能化的識(shí)別、定位等一系列目的的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?？梢哉f物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是當(dāng)今電子、通信、計(jì)算機(jī)、IT行業(yè)技術(shù)的大融合。

1.2 數(shù)字孿生原理

數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體設(shè)備的全生命周期過程。

在本課題中，利用3D建模技術(shù)將整體分揀線的運(yùn)行情況映射到電腦端顯示出來，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的分揀設(shè)備與電腦系統(tǒng)中3D模型的同步，即將分揀設(shè)備的運(yùn)行情況在3D模型中實(shí)時(shí)展現(xiàn)，使設(shè)備管理人員可以通過電腦直觀地查看分揀線各個(gè)核心設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和預(yù)警信息。當(dāng)某個(gè)部件發(fā)生故障時(shí)，在電腦端3D模型的對(duì)應(yīng)位置上進(jìn)行報(bào)警提醒，設(shè)備維修人員可以通過查看詳細(xì)信息獲取故障的具體情況，方便維修人員迅速處理。同時(shí)配置設(shè)備的調(diào)試功能，設(shè)備維修人員可通過電腦客戶端對(duì)整套分揀設(shè)備的任意節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模擬調(diào)試，方便驗(yàn)證故障處理結(jié)果。

1.3 灰色預(yù)測(cè)模型原理

引入Petri網(wǎng)對(duì)煙草配送中心物流系統(tǒng)進(jìn)行建模分析，并通過仿真驗(yàn)證所建模型的可行性與可靠性?；诨疑Ｐ蛠韺?shí)現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)測(cè)以及基于故障樹規(guī)則匹配與專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障診斷的智能化。以預(yù)測(cè)為驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)變物流設(shè)備事后維保模式為物流設(shè)備拉動(dòng)式維保模式。在課題軟硬件實(shí)施完善后，從物流設(shè)備全生命周期管理的角度，優(yōu)化物流設(shè)備管理流程，制定物流設(shè)備拉動(dòng)式維保管理標(biāo)準(zhǔn)和SOP，進(jìn)一步加強(qiáng)物流設(shè)備管理，提升物流設(shè)備使用效率、降低維保費(fèi)用、延長物流設(shè)備役齡[1]。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 信息要素采集技術(shù)

2.1.1 基于設(shè)備PLC技術(shù)的信息要素采集。PLC（Programmable Logic Controller）是一種處于倉儲(chǔ)分揀設(shè)備內(nèi)、具有微處理器的用于自動(dòng)化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器，可以將控制指令隨時(shí)載入內(nèi)存進(jìn)行儲(chǔ)存與執(zhí)行。通過開放現(xiàn)有倉儲(chǔ)設(shè)備操作系統(tǒng)與分揀設(shè)備操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)端口，將PLC記錄的設(shè)備作業(yè)數(shù)據(jù)（如電機(jī)、電機(jī)轉(zhuǎn)軸、繼電器、氣缸的運(yùn)行時(shí)間和動(dòng)作次數(shù)等）直接抽取至分揀設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)卷煙物流設(shè)備健康數(shù)據(jù)信息、易損件耗材運(yùn)行狀態(tài)及使用頻次數(shù)據(jù)的獲取。

2.1.2 基于物理傳感器技術(shù)的信息要素采集。通過物聯(lián)網(wǎng)、電流采集終端等傳感器的信息采集終端實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行，采集設(shè)備健康數(shù)據(jù)信息、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境信息數(shù)據(jù)、分揀線的電流電壓數(shù)據(jù)、易損件耗材運(yùn)行狀態(tài)及使用頻次數(shù)據(jù)。

在分揀裝置的控制過程中，需要用到以下主要的硬件：傳感器，電磁閥，傳送帶與電機(jī)，可編程控制器等主要硬件。其中傳感器和電磁閥的選擇尤為重要，本次設(shè)計(jì)中需要在設(shè)備內(nèi)外部核心位置加裝傳感器，對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程中的環(huán)境和用電能耗進(jìn)行監(jiān)控。一是環(huán)境檢測(cè)：通過在分揀工房安裝多個(gè)溫、濕度傳感器，對(duì)分揀工房的溫濕度進(jìn)行全方位的感知，并且該數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輔助其他檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析。二是用電檢測(cè)：通過在配電柜中安裝電壓、電流傳感器，收集分揀線用電的電壓變化、電流變化的數(shù)據(jù)信息，分析是否存在電壓不穩(wěn)、過載等現(xiàn)象，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)分揀工房用電線路、配電室進(jìn)行檢測(cè)。

2.1.3 基于二維碼技術(shù)的信息要素采集。根據(jù)管理需求，在系統(tǒng)中對(duì)設(shè)備系統(tǒng)、單機(jī)設(shè)備及部件生成唯一對(duì)應(yīng)二維碼，利用企業(yè)微信等移動(dòng)平臺(tái)掃描二維碼實(shí)現(xiàn)物流設(shè)備的日常維保、故障檢修等痕跡化信息的錄入。

2.1.4 人工信息錄入的信息要素采集。在系統(tǒng)中設(shè)置物流設(shè)備知識(shí)共享平臺(tái)，維保人員通過PC端或企業(yè)微信移動(dòng)端錄入設(shè)備運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)形成設(shè)備運(yùn)維知識(shí)共享平臺(tái)，輔助維保人員提升自主維保能力。同時(shí)，可彌補(bǔ)信息要素采集漏項(xiàng)，并可用于物流設(shè)備基礎(chǔ)檔案數(shù)據(jù)、設(shè)備維保知識(shí)等資料的維護(hù)[2]。

2.2 設(shè)備故障診斷預(yù)測(cè)技術(shù)

選取設(shè)備總工作時(shí)長、自上次維保后設(shè)備工作時(shí)長、設(shè)備電壓、電流以及設(shè)備的轉(zhuǎn)速五個(gè)指標(biāo)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定量計(jì)算，同時(shí)在此基礎(chǔ)上考慮環(huán)境及設(shè)備關(guān)鍵部件溫濕度進(jìn)行定性分析。

在確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)之后，使用設(shè)備電壓、設(shè)備電流以及設(shè)備的轉(zhuǎn)速三個(gè)變量指標(biāo)來建立基于灰色理論的故障預(yù)測(cè)模型，對(duì)指標(biāo)產(chǎn)生的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)大數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)預(yù)測(cè)，不斷更新灰色預(yù)測(cè)模型，利用指標(biāo)權(quán)重系數(shù)和預(yù)測(cè)值，采用可拓聚類分析模型對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到設(shè)備故障預(yù)測(cè)等級(jí)共分為良好、一般、風(fēng)險(xiǎn)三種運(yùn)行狀態(tài)。

通過對(duì)設(shè)備故障預(yù)測(cè)等級(jí)的界定可進(jìn)一步提升設(shè)備管理專業(yè)化、精細(xì)化水平：如建立對(duì)設(shè)備的拉動(dòng)式維保管理模式，合理設(shè)置備品備件品規(guī)數(shù)量，建立智能化的“應(yīng)急—分析總結(jié)—預(yù)防維護(hù)”的設(shè)備良性使用規(guī)范[3]。

3 改進(jìn)策略

3.1 繼續(xù)拓展系統(tǒng)功能

在自動(dòng)分揀系統(tǒng)中通常需要控制系統(tǒng)來控制元器件，分類裝置來對(duì)快遞包裹進(jìn)行分類，輸送裝置對(duì)快遞進(jìn)行傳輸，以及在分揀口將它們分開整理?？刂葡到y(tǒng)具體需要識(shí)別系統(tǒng)發(fā)出的分揀信號(hào)，接受并進(jìn)行處理，在接收到分揀信號(hào)后，根據(jù)收到的信號(hào)使用分類裝置將包裹根據(jù)不同地區(qū)不同包裝進(jìn)行分類，然后根據(jù)這些包裹自身攜帶的物流信息在經(jīng)過掃描判斷后就會(huì)被分去分揀道口中。

目前分揀設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)已基本能滿足日常設(shè)備管理工作的需要，但是針對(duì)試點(diǎn)工作中研發(fā)的“分揀設(shè)備3D展示系統(tǒng)”，還可以繼續(xù)研究進(jìn)行設(shè)備單機(jī)的數(shù)字模型展示，進(jìn)而集成單機(jī)設(shè)備的3D拆分展示資料、視頻動(dòng)畫維修手冊(cè)、微部件數(shù)據(jù)分析等功能，進(jìn)一步降低設(shè)備維修人員技術(shù)門檻，促進(jìn)設(shè)備知識(shí)學(xué)習(xí)交流，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理智慧化。

3.2 優(yōu)化故障預(yù)測(cè)結(jié)果

鑒于目前設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)采集量不足以支撐灰色預(yù)測(cè)模型的精確診斷，考慮在省內(nèi)其他地市進(jìn)行系統(tǒng)推廣應(yīng)用后，對(duì)比獲取同質(zhì)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。研究在灰色預(yù)測(cè)模型中加入同型號(hào)設(shè)備在相似環(huán)境下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性[4]。

3.3 深度挖掘數(shù)據(jù)應(yīng)用

在卷煙物流設(shè)備信息管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用過程中，通過物聯(lián)網(wǎng)采集的設(shè)備信息要素?cái)?shù)據(jù)形成了設(shè)備運(yùn)行的大數(shù)據(jù)資料，下一步將繼續(xù)深化對(duì)該類數(shù)據(jù)的應(yīng)用，加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的監(jiān)控、分析，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)提升卷煙物流設(shè)備管理。在卷煙物流設(shè)備信息管理系統(tǒng)中將車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)上傳，及時(shí)更新，這將在極大程度上解決公路上空車率的問題。同時(shí)，在其他運(yùn)輸方式中，反向物流也應(yīng)是被重視的方面之一，數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)更新不僅有利于企業(yè)內(nèi)部物流基礎(chǔ)設(shè)備充分應(yīng)用，若在市場(chǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，將對(duì)行業(yè)內(nèi)部的技術(shù)優(yōu)化、路徑優(yōu)化有著更深的意義與影響[5]。

3.4 適應(yīng)5G數(shù)據(jù)處理環(huán)境

5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展無疑將再次帶動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也必將在物流行業(yè)帶動(dòng)一次新的革命——數(shù)據(jù)化物流的發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)具有高速的信息流轉(zhuǎn)速度、極低的數(shù)據(jù)延遲與極大的數(shù)據(jù)容量，這不斷提醒著即將進(jìn)入5G時(shí)代的物流行業(yè)，必須充分利用大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)集并不斷提高對(duì)數(shù)據(jù)的極速處理與匹配的能力，同時(shí)更大程度地發(fā)揮大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的及時(shí)性、安全性與高效性，才能保證我國在物流運(yùn)輸行業(yè)的領(lǐng)先地位。

而5G正在預(yù)備期間，若物流運(yùn)輸行業(yè)的數(shù)據(jù)處理待5G正式普及后才開始適應(yīng)其環(huán)境與要求，將會(huì)造成短時(shí)間行業(yè)內(nèi)的數(shù)據(jù)處理緩慢、數(shù)據(jù)更新延遲的情形，因此，提前開始適應(yīng)5G數(shù)據(jù)處理環(huán)境是當(dāng)前物流運(yùn)輸行業(yè)所應(yīng)開始著手的工作之一。5G背景意味著更大規(guī)模的數(shù)據(jù)亟待處理，而當(dāng)前國內(nèi)物流運(yùn)輸行業(yè)對(duì)TB級(jí)數(shù)據(jù)的處理已經(jīng)做到駕輕就熟的水平，大部分物流運(yùn)輸企業(yè)有能力處理PB級(jí)別的數(shù)據(jù)，但EB級(jí)的數(shù)據(jù)仍然只有極少部分的企業(yè)掌握其處理技術(shù)。而5G背景下的數(shù)據(jù)要求至少是EB級(jí)處理能力，這對(duì)于運(yùn)輸行業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)倉庫已經(jīng)不能滿足數(shù)據(jù)處理要求了，因而應(yīng)該更加深入對(duì)數(shù)據(jù)分析流程的探討與數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的建設(shè)[6]。

4 結(jié)束語

機(jī)械設(shè)備是制造加工型企業(yè)的核心生產(chǎn)資料，其運(yùn)行狀態(tài)的安全性與穩(wěn)定性對(duì)整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)來說至關(guān)重要。本文在分析機(jī)械設(shè)備特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往對(duì)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)方法的研究，選擇可拓學(xué)理論中的相關(guān)知識(shí)對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)。基于可拓理論的機(jī)械設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)是企業(yè)做到預(yù)防性維修以及降低設(shè)備故障率的重要手段。相比較以往的設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，本文所提出的評(píng)價(jià)模型從機(jī)械設(shè)備自身的特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合機(jī)械設(shè)備的主客觀影響因素，更能接近機(jī)械設(shè)備真實(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。此外，結(jié)合此評(píng)價(jià)模型的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管理系統(tǒng)可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制。