基于“互聯網+"背景下智能制造車問生產過程實時跟蹤系統研究

摘要：“互聯網+”理念的提出，進一步推動了現代制造業信息化的發展，在中國制造2025宏觀目標的引導下，引發了一場以智能制造為核心的產業革命。文章基于“互聯網+”背景，對智能制造車間的生產過程實時跟蹤系統進行了研究。首先對“互聯網+”背景下的智能制造概念、智能制造車間工作的新特征等進行了概述;其次對基于“互聯網+”背景下的智能制造車間生產過程實時跟綜系統的需求進行了分析;再次對智能制造車間生產過程實時跟蹤系統功能模塊設計進行了分析;從次對智能制造車間制造過程進行了解讀;最后結合智能制造車間制造過程設計了系統總體運行方案，從RFID應用架構、總體物理框架設計、系統軟件架構設計3方面分別進行了闡述。

關鍵詞：互聯網+;智能制造;車間生產;實時跟蹤;系統建設

中圖分類號：TP393.072

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）08-0152-04

Research on Real-time Tracking System of IntelligentManufacturing Workshop Production Process Based on"Internet+" Background

ZHANG Hua

（School of Shaanxi Provincial Party（Shaanxi Administration College ），Xi'an Shaanxi 710061.China）

Abstract ： The concept of "lnternet +" has further promoted the development of modem manufacturing informatiza-tion.Under the guidance of the macro target of Made in China 2025.an industrial revolution centered on intelligentmanufacturing was initiated.Based on the "Internet+"hackground，this paper studies the real-time tracking systemof production process in intelligent manufacturing workshop.Firstly，the article first summarizes the concept of intel-ligent manufacturing in the context of"Internet+"and the new features of the work in the intelligent manufacturingworkshop.Secondly，the requirements of the real-time follow-up system of the intelligent manufacturing workshopproduction process based on the "Intemet+ "background were analyzed. Thirdly，the design of function module of in-telligent manufacturing workshop real-time tracking system was analyzed;the manufacturing process of the intelli-gent manufacturing workshop was interpreted.Finally，the overall operation scheme of the system is designed hasedon the manufacturing process of the intelligent manufacturing workshop，which is descrihed from the RFID applica-tion architecture.the overall physical framework design and the system software architecture design.

Key words ： Internet+;intelligent nianufacturing;workshop production;real-time tracking; system construction

0引言

制造業作為國家或地區的支柱產業和經濟主體，其發展水平的高低直接體現了該國或地區的生產力水平。經過多年發展，國家的制造業水平逐年提高[1]。根據相關部門統計，白進入21世紀以來，連續10年中國制造業增加值超過美國，中國已經正式邁入制造業大國之門，并在某些制造業生產領域如輕紡、化工等領域已經接近或達到了世界先進水平。然而，盡管我國在部分制造業加工領域中已經具備了一定的產業地位，但制造業仍然以勞動密集型產業為主，與西方發達國家技術密集型產業相比仍有一定差距，距離真正的制造業強國仍需努力。

“互聯網+”理念的出現，一方面代表著互聯網與傳統業態之間的添加與融合，是一種針對不同業態發展新計劃的出現;另一方面，“互聯網+”作為一種整體概念，代表未來我國傳統產業在發展的過程中，將會逐漸實現白身與互聯網技術的深度融合，從而完成產業升級。智能制造車間，是“互聯網+”智能生產的現代產物之一[2]。智能制造車間生產過程中，結合了現代信息技術以及傳統制造工藝的優勢。智能制造車間生產，利用物聯網、大數據、云計算、動態視覺等先進技術，實現了傳統制造業生產全壽命周期的智能化。針對智能制造車間生產過程實時跟蹤體系進行構建，是滿足當前智能制造車間生產優化、實現我國制造業轉型升級的關鍵。

1概述

1.1智能制造

在21世紀社會生產力的提升過程中，技術的進步發展，推動了科技模式的嬗變，促進了社會以人為本的又一次創新。創新2.0使信息技術與形態轉變得以新生，也為社會注入了新的生命力。首次將互聯網企業推向國際市場的是國家總理李克強同志提出的“互聯網+”行動計劃。準確來說，是計劃與其他傳統行業相融合所產生的新發展形態就是“互聯網+”[3]。而智能制造就是“互聯網+”與制造業的相結合，即工業4.0，稱之為“中國制造2025”。

工業4.0為全球產業發展帶來了新的變革，在未來很長時間內，中國的制造業將跟隨智能制造前進的步伐一直前進，既實現了智能轉型，又加強穩固了化工業的基礎和綠色制造產業的創新，離智能制造的終極目標更近一步。智能制造涉及了大數據，物聯網及云計算等關鍵性技術，中國的制造業要做到以這些技術為支撐還要走較長的一段路[4]。

1.2智能制造車間工作

該車間在實現了產品全生命周期的智能化，實現自我收集，自行儲存制造信息以及自我分析的特征前提下，是在智能制造與物聯網技術，自動化技術及其他先進網絡技術相融合充分發揮其技術的優勢下所完成的[5]。由此看來，傳統的生產運營已經不能滿足智能制造的要求了，需在傳統制造的基礎上引入新的特性，主要有以下5個方面體現。

1.2.1設備的智能化與互聯

為給予智能制造更扎實的物理基礎，可采用物聯網技術，將現代智能制造車間中所涉及的各類型設備進行數據終端連接，從而將智能制造車間中的各種類型的終端設備進行網絡橋接，實現不同制造設備之間的智能感知與互聯。

1.2.2數據的實時性

為了不降低生產效率，且企業的運營層能準確安排后續的生產，須保證車間生產的自動化，使各類產品在生產過程中的生產信息實時獲取，現場數據得以保持并展示出來。作為自動化現場的智能車間，必須保證分布于各車間內智能設備的正常使用。如任一生產線員工的工作信息不能實時獲取傳遞展示，則大幅度的影響生產效率和工作安排。

1.2.3生產運營的集成化

生產運營的集成不僅使運營模塊便于維護，還實現了不同的異構平臺運營系統的可移植性。該集成主要包括生產中各業務流程的集成，后臺運營系統關系數據與前端設備實時數據的集成。

1.2.4網絡化的協同制造

智能制造結合了先進的網絡技術，使分布在各地生產車間得以實現實時信息互聯互通，協同完成生產任務，使生產過程的運營更加敏捷化[6]。故網絡化功能需智能車間生產運營的支持。

1.2.5數據的分析與反饋

為實現生產的閉環控制，提供智能決策的數據支持，所分布在車間的智能設備必須保證生產能夠順利進行，付諸系統PC獲得生產數據的同時，還需要能夠按照不同工作邏輯對各項生產數據進行實時分析，通過實時分析及時獲取并處理系統運營過程中的問題，將處理結果及時進行搜集并反饋。

2智能制造車間生產過程實時跟綜系統需求分析

2.1生產過程分析

產品的生產過程，一般都是從原材料或半成品開始，而制造企業大部分是離散型制造，就智能制造車間而言，便于后續生產運營和實施跟蹤生產過程，需在傳統制造基礎上加入自動化，感知化等技術[7]。本文對智能車間的生產過程實施實時運營，首先對該車間生產過程進行分析，根據實時制造過程進行跟蹤和模塊化處理。圖1為車間的制造過程。

2.2執行系統需求分析

因車間制造過程中產生的數據繁多且復雜，基于智能制造執行系統對生產過程的實時運營，該系統對制造車間進行設計，從而更有效的采集和關鍵生產數據。為提高企業效益和企業生產效率，且便于上層運營人員能實時監測生產數據及現場狀況來指導生產[8]。智能制造執行系統對生產數據的實時性和準確性有了更高的要求。根據其自動化，網絡化，智能化特點，系統應具備以下需求：

1）系統通過企業運營層以及業務部門的相關數據獲取某一時間段的生產任務詳情，包括本次生產計劃工作擬定生產產品的型號、訂單號、所需物料數據、工作完成計劃等。

2）系統需獲取現場實時數據，依據數據情況進行實時調度，并按照訂單制定生產計劃并下發任務。

3）系統實時記錄了解生產進度，記錄產品的生產信息以及庫存中物料使用情況，比如加工時間、加工工序、參與加工人員和物料剩余量等。

4）智能制造車間除在產品生產環節能夠為企業提供數據及技術支持外，還需要在產品、原料的權壽命周期對產品的歷史數據、后續服務等進行跟蹤，便于對生產原料和產品進行質量問題的追溯。

5）智能制造車間生產系統需要具備一定的可視化功能，能夠輔助生產、運營人員從系統展示數據中隨時監測車間的作業情況，從而及時為車間工作人員、企業運營層提供支持以及數據展示。

3智能制造車間生產過程實時跟綜系統設計

3.1功能模塊架構

根據企業對生產制造車間實時動態的運營需求，運營系統主要劃分了5大功能性板塊：系統運營（Systein Management）、資源運營（Resource Manage-ment）、計劃運營（Project management）、調度運營（Scheduling management）和生產過程運營（Produc-tion Process Management）[9]。首先整合在生產過程中采集的數據，其次再對其進行剖析處理、儲存方式、信息透明化等開發應用，如圖2所示。

3.1.1系統運營（System Management）

系統運營增加了企業內部數據信息的保密性和安全性。針對制造車間人員配置給予其相應的角色和權限，不同的角色只被允許在相應的權限范圍內，針對人員所使用的權限高低與之加載相對應的web頁面和菜單。

3.1.2資源運營（Resource Management）

資源運營便利了系統中各模塊的資源共享，將不同功能的模塊有機的聯系在一起，促使訊息的傳遞更為便利[10]。主要針對標簽、讀寫器、物料、人員和工裝的維護運營，保證整個系統能夠良好運轉。

1）標簽運營（Label Management）。標簽運營是按同1種格式對標簽進行初始化設置，對其中留存的信息進行處理。主要方式是設置讀寫器的讀寫密匙和訪問權限。

2）讀寫器（ Reader and writer）。讀寫器與加工設備相綁定，便于車間生產人員獲取加工設備的相關信息。讀寫器的運營重點是要加強對讀寫器IP地址的維護.

3）物料運營（Material Management）。物料運營便于車間生產人員對工件進行標識，主要針對物料的名稱、規格、型號等屬性進行集中運營，并賦予每一個工件唯一的物料編號，最后將物料的數據信息采用統一的格式進行分類整合儲存。

4）人員運營（Personnel Management）。人員運營是指對生產車間員工的基本資料進行維護，例如：員工姓名、員工電話、員工家庭住址等。

5）工裝運營（Tooling management）。在企業制造車間生產過程中對加工設備、工裝夾具、工藝信息等資源的維護是工裝運營的主要工作內容，例如：設備運營者、設備的編號、設備名稱、刀量夾具信息等。

3.1.3計劃運營（Project management）

零件計劃和制造工序計劃是計劃運營的主要組成部分。計劃運營專員要先對企業的生產能力進行分析，其次根據分析結果編制并下發針對生產計劃的相關供需安排。最后，在保證生產訂單質量為前提的情況下，可結合實際生產現狀，人工調整生產作業參照的甘特圖，調換加工任務順序。

3.1.4調度運營（Scheduling management）

任務調度、設備調度是調度運營的根本屬性，在本系統設計中基于“互聯網+”模式的智能制造車間中，系統能夠通過調度運營功能自動取讀生產過程中產生的相關信息，自動生成零件開工、竣工的實時信息，即時上傳到數據庫服務器。方便調度專員利用甘特圖查看零件生產數據，并結合改進的雙層編碼的調度遺傳算法做出正確的生產調度。跟隨零件加工實際情況，進一步提升車間工作效率和設備利用率。

3.1.5生產過程運營（Production Process Management）

當設備故障排查結束后，服務器將傳輸給各加工部門所需生產工藝等相關信息。在零件加工階段，人員及車間生產流水線中的所有設備均需要事先與系統閱讀器進行橋接，當系統閱讀器在檢索到附近存在加工零件時，能夠及時的為生產歷史數據提供基礎信息，與此同時，加工人員和加工設備的信息也將被上傳到數據庫中。當車間生產工作完成匯總后再進一步整體向上層進行信息反饋，最后通過對比實際完工數量和計劃完工數量得到零件完成率。

在進行質檢時，相關工作人員首先需收集零件電子標簽信息，并到數據庫對其進行查詢處理，然后再實時記錄質檢人員、質檢房間、質檢結果等數據的質量檢測信息。將質量檢測信息上傳到數據庫中，質檢員要對于質檢不合格的零件，給予相應的處理意見及措施，并將零件移交給相關部門。運營者可以通過透明化的web頁面，獲取工序生產進度、零件生產進度、零件合格率等實時信息，直觀的獲取車間生產現場狀況，合理的安排生產。

3.2系統整體框架

以企業需求為目的，以車間生產流程為憑據，完善系統設計的整體方案。利用射頻識別技術來對數據進行采集，應用RFID的架構形式，最后以互聯網和網絡共享作為連接手段，來對整個生產過程的軟件架構和物理框架進行具體設計。總體系統架構如圖3所示。

4結語

綜上所述，文章對基于“互聯網+”背景下的智能制造車間生產過程實時跟蹤與運營體系進行了構建。所構建的實時跟蹤與運營系統，是基于傳統制造車間生產加工工藝以及智能制造車間的系統需求基礎上的新型智能制造車間生產過程實時跟蹤與運營系統。“互聯網+”的核心詞匯是“互聯網”。“互聯網+”相關理念的提出，大大提升了中國傳統制造業與現代信息技術的結合廣度與深度，對于實現制造業轉型升級，完成向制造業強國轉變的目標具有極強的現實價值。文章所構建的智能制造車間過程實時跟蹤與運營體系，是“互聯網+制造業”理念下的代表型產物，能夠為中國制造業發展提供實際的生產指導。

參考文獻

[1]安仲舉.智能機械設計制造自動化特點與發展趨勢研究[J].中國設備工程，2020（6）：25-27.

[2]姜淇銘，李韶文，何月漫.智能制造中機電一體化技術的應用[J].南方農機，2017（3）：98.

[3]伍鵬.機械設計制造及其自動化的設計原則及發展趨勢[J].農家參謀，2017（15）：149.

[4]段繼承.淺析在機械設計制造中綠色理念的應用[J].世界有色金屬，2015（11）：105-106.

[5]特約記者.打破信息孤島數據字典促進智能制造互聯互通——訪機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所副總工王春喜博士[J].中國儀器儀表，2017（5）：22-23.

[6]曹欣欣.標準，智能制造的助推器——訪機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所所長歐陽勁松[J].中國標準化，2019（19）：24-25.

[7]王理.機械設計制造與自動化的發展展望[J].南方農機，2018（14）：34.

[8]郭琳.機械設計制造及自動化研究——基于信息技術背景下[J].黑龍江科學，2020（02）：68-69.

[9]呂從強.淺析機械設計制造及其自動化的特點與優勢及發展趨勢[J].內燃機與配件，2020（01）：214-215.

[10]許毅.機械設計制造及自動化的未來發展[J].科技創新導報，2018（32）：65+70.收稿日期：2020-04-03作者簡介：張華（1968-），男，甘肅莊浪人，大學本科，講師，研究方向：信息技術與標準化管理。