基于自適應(yīng)算法的采集方式在卷包生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用

楊國(guó)欣　黃聰

摘要：文章通過(guò)介紹基于自適應(yīng)數(shù)據(jù)變化規(guī)律的采集算法，對(duì)卷煙生產(chǎn)中卷接包工段的所有關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行全面、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，通過(guò)與設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)的有機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)卷接包生產(chǎn)過(guò)程、產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備運(yùn)行狀況全面的、準(zhǔn)確的、實(shí)時(shí)的有效監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的快速反應(yīng)與敏捷制造。

關(guān)鍵詞：自適應(yīng)算法；采集方式；卷煙生產(chǎn)；卷接包工；數(shù)據(jù)采集 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP311 文章編號(hào)：1009-2374（2016）09-0043-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.020

1 概述

某卷煙廠“十二五”原地技術(shù)改造項(xiàng)目建設(shè)，打造行業(yè)先進(jìn)卷煙生產(chǎn)基地，建立更加符合自主品牌和合作品牌的柔性生產(chǎn)制造平臺(tái)，努力打造行業(yè)合作生產(chǎn)定點(diǎn)工廠。某卷煙廠卷接包搬遷改造利用現(xiàn)有卷接包機(jī)組，通過(guò)卷接包設(shè)備的改造提升，極大地提升了生產(chǎn)能力，其設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力達(dá)到400億支/年（80萬(wàn)箱/年）。而廠卷接包車間生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)（含數(shù)采）以底層數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，建立車間級(jí)的生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程及生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析、產(chǎn)品質(zhì)量的實(shí)時(shí)跟蹤與反饋，實(shí)現(xiàn)卷接包生產(chǎn)管控的數(shù)字化，建立員工生產(chǎn)操作及管理的標(biāo)準(zhǔn)流程，實(shí)現(xiàn)機(jī)臺(tái)及輔聯(lián)系統(tǒng)的生產(chǎn)協(xié)同，提升卷包生產(chǎn)的柔性和靈活性，最終實(shí)現(xiàn)卷包生產(chǎn)數(shù)字化總體目標(biāo)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 自適應(yīng)算法

自適應(yīng)（self-adaptive）是指處理和分析過(guò)程中，根據(jù)處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征自動(dòng)調(diào)整處理方法、處理順序、處理參數(shù)、邊界條件或約束條件，使其與所處理數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特征、結(jié)構(gòu)特征相適應(yīng)，以取得最佳的處理效果。自適應(yīng)算法過(guò)程是一個(gè)不斷逼近目標(biāo)的過(guò)程。它所遵循的途徑以數(shù)學(xué)模型表示，稱為自適應(yīng)算法。通常采用基于梯度的算法，其中最小均方誤差算法（即LMS算法）尤為常用。算法有很多種，它的選擇很重要，它決定處理系統(tǒng)的性能質(zhì)量和可行性。

2.2 Wonderware平臺(tái)

Wonderware Historian Server 2014是目前市場(chǎng)上安裝量最高的工業(yè)級(jí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，具有極高的數(shù)據(jù)壓縮比，能夠包含了最為全面的生產(chǎn)信息。

Wonderware Intouch 2014是Wonderware歷史上最強(qiáng)大的InTouch版本，具備許多特點(diǎn)和性能，測(cè)試表明，這些新的風(fēng)格和標(biāo)準(zhǔn)化的顏色能夠幫助用戶將狀態(tài)解讀時(shí)間縮短40%，而且還能把預(yù)判異常情況的能力提高五倍。

目前我廠新一輪技改后，大部分系統(tǒng)均采用Wonderware平臺(tái)，保障不同廠家建設(shè)的不同系統(tǒng)能做到通用及兼容，減少數(shù)據(jù)接口類別，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的接口規(guī)范。

3 應(yīng)用目標(biāo)

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模式中，僅僅將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，未對(duì)數(shù)據(jù)源的真實(shí)性及精準(zhǔn)性進(jìn)行校驗(yàn)。采用自適應(yīng)算法將對(duì)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性提供一種保險(xiǎn)機(jī)制，當(dāng)數(shù)據(jù)變化規(guī)律異常時(shí)，通過(guò)與設(shè)備其他信號(hào)的互鎖關(guān)系，對(duì)異常情況進(jìn)行分析，判斷是設(shè)備運(yùn)行異常還是數(shù)據(jù)波動(dòng)異常，如果是設(shè)備異常則判定為正常情況下的數(shù)據(jù)變化，采集頻率正常；如果是設(shè)備正常則判定為數(shù)據(jù)異常，增加采集頻率的同時(shí)，加入約束條件，將偏差允許范圍外的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，同時(shí)也將異常數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并增加標(biāo)識(shí)，對(duì)異常數(shù)據(jù)時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析數(shù)據(jù)異常頻率，警示原始數(shù)據(jù)源問(wèn)題，提請(qǐng)是否對(duì)數(shù)據(jù)源設(shè)備進(jìn)行檢查。

采用目前國(guó)際常用的最小均方誤差（LMS）準(zhǔn)則和最小二乘（LS）準(zhǔn)則的自適應(yīng)算法，比較傳統(tǒng)的線性數(shù)據(jù)采集方式，我們獲取的數(shù)據(jù)更加真實(shí)及精確。

4 應(yīng)用情況

卷包工段設(shè)備數(shù)據(jù)自動(dòng)采集平臺(tái)是本系統(tǒng)最重要和最基本的功能。我們針對(duì)不同廠家不同型號(hào)設(shè)備的特點(diǎn)，量身定制出相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集方式及數(shù)據(jù)接口規(guī)范，使用自適應(yīng)算法，根據(jù)數(shù)據(jù)變化規(guī)律自歸集；實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地采集現(xiàn)場(chǎng)主要生產(chǎn)設(shè)備的各種生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量、消耗數(shù)據(jù)，為企業(yè)和車間各級(jí)管理提供全面實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，也是貫通卷包車間數(shù)字化信息鏈非常重要的環(huán)節(jié)。實(shí)現(xiàn)包括成型機(jī)、發(fā)射機(jī)、卷接機(jī)、包裝機(jī)、條煙輸送裝封箱一條生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)采集工作，數(shù)據(jù)主要包含生產(chǎn)數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、消耗數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等。

4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控管理

卷包生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是按卷接包生產(chǎn)的工藝流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)卷接包生產(chǎn)中多個(gè)工段的監(jiān)控與管理系統(tǒng)、P5大屏顯示系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集成，為生產(chǎn)管控人員提供這種一目了然的可視畫面，無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)即了解現(xiàn)場(chǎng)，減少生產(chǎn)管理人員重復(fù)工作量，實(shí)現(xiàn)卷接包生產(chǎn)管理的智能化和數(shù)字化，為開(kāi)創(chuàng)智慧工廠打下基礎(chǔ)。

4.2 生產(chǎn)調(diào)度管理

4.2.1 生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析。按機(jī)臺(tái)、機(jī)型、牌號(hào)、班次匯總?cè)我鈺r(shí)間段內(nèi)每個(gè)機(jī)臺(tái)主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括機(jī)臺(tái)號(hào)、總產(chǎn)量、總停機(jī)時(shí)間、總停機(jī)次數(shù)、總臺(tái)班數(shù)、剔除總量、平均廢品率，并可以按照各種指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析。按牌號(hào)、時(shí)間區(qū)間（日、周、月、年）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。統(tǒng)計(jì)分析可以采用表格、柱形圖、餅狀圖等方式生成相應(yīng)結(jié)果并可形成報(bào)表導(dǎo)出打印。

統(tǒng)計(jì)分析模塊具有以下特點(diǎn)：（1）在給定的時(shí)間區(qū)間及輪班等條件下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢；（2）可以按機(jī)臺(tái)、機(jī)型、牌號(hào)、輪班等多種條件進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)；（3）對(duì)查詢出來(lái)的數(shù)據(jù)做分類統(tǒng)計(jì)及圖形分析（以及多維數(shù)據(jù)分析），通過(guò)對(duì)比分析為用戶提供決策依據(jù)；（4）提供了動(dòng)態(tài)分類統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算功能；（5）提供了數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)過(guò)濾查詢功能。

4.2.2 過(guò)程質(zhì)量統(tǒng)計(jì)。反映產(chǎn)品質(zhì)量的各種信息分布在產(chǎn)品生產(chǎn)及流通的各個(gè)環(huán)節(jié)，分布面廣、數(shù)據(jù)量大。采用人工方式，無(wú)法確保信息的完整、真實(shí)、及時(shí)、規(guī)范。同時(shí)，由于大量質(zhì)量原始數(shù)據(jù)沒(méi)有保留和共享，使得質(zhì)量研究、標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化的工作很難真正實(shí)現(xiàn)；質(zhì)量問(wèn)題的分析和追蹤也很困難，難以進(jìn)行科學(xué)的決策。

系統(tǒng)中的工藝質(zhì)量管理主要包括質(zhì)量總覽、質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)管理以及質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析與報(bào)表查詢等功能。

以卷接包數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與分析、現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集與分析、生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量狀況監(jiān)控與報(bào)警、質(zhì)量自檢記錄與分析、質(zhì)量問(wèn)題追蹤與分析、歷史質(zhì)量狀況匯總分析、趨勢(shì)對(duì)比分析等功能，使相關(guān)工藝管理人員能實(shí)時(shí)地了解現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能得到快速協(xié)調(diào)和處理，保障產(chǎn)品質(zhì)量。

4.2.3 設(shè)備統(tǒng)計(jì)分析。設(shè)備統(tǒng)計(jì)分析是利用數(shù)據(jù)采集平臺(tái)所獲取的設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行記錄的分析，建立設(shè)備故障報(bào)警機(jī)制，并區(qū)分故障報(bào)警類別，通過(guò)與P5大屏顯示系統(tǒng)連接，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間故障原因，減少問(wèn)題反饋時(shí)間，提高技術(shù)人員響應(yīng)速度；不斷完善設(shè)備部件維護(hù)與保養(yǎng)的項(xiàng)目和周期，逐步建立一套良好的設(shè)備預(yù)防維修機(jī)制，提請(qǐng)進(jìn)行有針對(duì)性的計(jì)劃維修；通過(guò)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控的加強(qiáng)，逐步推行預(yù)知維修管理；提高設(shè)備有效作業(yè)率和產(chǎn)品質(zhì)量，有效實(shí)現(xiàn)全面的設(shè)備管理，提升設(shè)備的運(yùn)行效率和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的保證能力。

4.2.4 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。整理和規(guī)范系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立良好的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，是數(shù)采系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括企業(yè)統(tǒng)一的通用基礎(chǔ)代碼，如品牌、設(shè)備編碼、班次、班組、用戶等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等，需要與企業(yè)MES、ERP統(tǒng)一集成，對(duì)卷包數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)管理。

4.2.5 訪問(wèn)權(quán)限管理。按功能模塊和操作權(quán)限劃分多層級(jí)多職能管理角色，通過(guò)權(quán)限管理系統(tǒng)，建立不同權(quán)限的角色和用戶。系統(tǒng)將提供所有角色或用戶信息列表、所有的功能界面列表、每個(gè)功能界面上所有的資源操作類型列表，只要對(duì)角色或用戶權(quán)限范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)信息及操作權(quán)限進(jìn)行打勾選擇即可，配置靈活。

系統(tǒng)對(duì)登錄用戶的密碼以加密形式保存，對(duì)多次（比如三次）嘗試登錄失敗的用戶進(jìn)行封鎖，并將IP、MAC地址等信息記入系統(tǒng)日志。

4.2.6 系統(tǒng)日志管理。日志管理模塊記錄所有登錄人員訪問(wèn)系統(tǒng)的操作痕跡，按日期形成系統(tǒng)日志，記錄的關(guān)鍵信息有系統(tǒng)登錄信息、關(guān)鍵操作信息、系統(tǒng)更新信息、刪除及修改信息，系統(tǒng)提供日志查詢功能，能對(duì)操作日志進(jìn)行分用戶、分時(shí)間段、分功能操作類型的查詢，支持對(duì)重大安全事件（如數(shù)據(jù)修改）的追蹤和回溯，以便管理員可以對(duì)惡意破壞數(shù)據(jù)過(guò)程進(jìn)行審計(jì)。

5 結(jié)語(yǔ)

卷接包車間生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)（含數(shù)采）是支撐上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，是聯(lián)系卷包底層自動(dòng)化與MES系統(tǒng)的樞紐，是某卷煙廠“十二五”技術(shù)改造項(xiàng)目建設(shè)的重要內(nèi)容。系統(tǒng)應(yīng)用自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)及信息手段，對(duì)卷煙生產(chǎn)中卷接包工段所有關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行全面、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，通過(guò)與設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)的有機(jī)集成實(shí)現(xiàn)對(duì)卷包生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化快速收集，對(duì)實(shí)時(shí)事件及時(shí)處理，使企業(yè)更輕松地進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理及生產(chǎn)管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、生產(chǎn)過(guò)程、產(chǎn)品工藝管理、質(zhì)量追溯以及后續(xù)的庫(kù)存追蹤的有效管理，有效解決卷煙生產(chǎn)在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理的難題，保證生產(chǎn)全過(guò)程的調(diào)度協(xié)調(diào)管理，改善車間的生產(chǎn)數(shù)字化管理水平，實(shí)現(xiàn)智慧工廠的快速反應(yīng)與敏捷制造。

參考文獻(xiàn)

[1] 李英偉.改進(jìn)的變化步長(zhǎng)LMS自適應(yīng)算法研究[D].昆明理工大學(xué)，2011.

[2] 景茹.現(xiàn)代化的卷包數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述[A].中國(guó)煙草學(xué)2010年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].2010.

（責(zé)任編輯：蔣建華）