一種簡易的生產效率監控系統

李元勛 徐果 張露

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545000

智能制造是當今制造企業轉型升級的終極目標，實現智能制造后可以有效降低制造人力成本，提高生產運行效率，有效保證產品質量的一致性。近年來，各行各業的制造企業都在逼迫自己進行轉型升級，除了應消費需求做的產品升級以外，也都在同步開展生產制造的轉型升級，很多老舊的生產線被淘汰或者進行改造升級，進一步提高生產制造能力。產線和設備的自動化升級只是生產硬件上的提升，生產運行管理模式的改進也是必不可少的。自動化升級總體規劃如圖1 所示。

圖1 自動化升級總體規劃

從自動化升級的總體規劃來看，大致分為硬件升級和軟件升級，硬件升級主要在于生產裝備、現場傳感器、檢測裝置等；而軟件升級包括控制軟件、通訊網絡、智能系統、數據采集系統等。迫于成本的考慮，目前很多企業還停留在自動化裝備升級階段，數字化升級需要大量的數據采集設備和復雜的數字化系統，也因此很多小企業遲遲未推進數字化升級。從實際的生產制造過程來看，制造過程中生產運行效率監控作為數字化升級的重要組成部分，也是最基礎最需要的生產運行數字化管理工具很多企業所重視。下面就介紹一種簡易的低成本的生產運行效率監控系統，可以在短時間內以低成本的投入開發一套簡易、實用、易維護的生產運行效率監控系統，系統搭建大致步驟如圖2 所示。

圖2 系統搭建步驟

1 軟件安裝

此處搭建的是一個簡易的生產運行效率監控系統，使用的軟件都是簡單的數據開發軟件，采用phpstudy 軟件替代常規的SQL數據庫軟件，它靈活方便，還具備網頁訪問設置和遠程查看功能；其次安裝Visual Studio Code 作為整個系統開發編程工具，具備VC 和C++開發環境；最后安裝node軟件，用于開發數據讀取程序，此處數據采集從AB 控制系統讀取，故還需安裝RSLinx軟件（若從其他控制系統采集數據可根據實際系統安裝響應的軟件），軟件圖標如圖3所示。

圖3 所需安裝軟件圖標

安裝完phpstudy 軟件后打開軟件，啟動Apache 和MySQL，在“數據庫工具”處可打開數據庫，phpstudy 軟件界面如圖4 所示。

圖4 phpstudy 軟件界面

2 建立數據變量清單

此處以汽車制造廠的涂裝車間為例來介紹簡易生產運行效率監控系統的搭建過程。此案例中涂裝車間的生產線輸送控制系統采用AB（羅克韋爾）控制系統。涂裝車間的產線工藝如圖5 所示：

圖5 涂裝車間生產工藝布局圖

從產線工藝來看，要想對整個生產運行效率進行監控，可以采集每個工藝段的運行節拍數據、各工藝段之間設定的合理緩沖數量、每個工藝段進出口實時的過車數據，以及進出口的空滿位時間，只需要監控這些數據就可以從中判斷出每個工藝段的生產運行效率，從而實現對運行效率的監控。數據變量表如表1 所示。

表1 系統所需的數據變量表

根據數據變量表內容編寫變量清單，變量清單文件以TXT 文件格式記錄，如圖6所示。

圖6 變量清單文件

3 通訊搭建及數據讀取

確定好所需要采集的數據清單后，要從AB 控制系統讀取數據，需要開發居于OPC通訊協議讀取數據的小程序軟件“RSLinx_OPC_HTTP”（此程序是根據實際需要開發的，不同系統讀取需要開發不同的程序軟件。）。同時將“變量清單”里的變量增加到各工藝段輸送線控制程序里，并根據需要完成變量邏輯程序編寫。最后通過啟動“node”軟件從各工藝段控制程序里把變量清單里的變量數據讀取到變量清單的TXT 文件中。變量數據實時讀取畫面如圖7 所示。

圖7 數據實時讀取畫面

4 網頁開發

完成以上數據變量采集后，需要開發監控訪問網頁，便于生產管理者實時監控查詢與分析。

4.1 數據庫設置

在phpstudy 軟件界面里打開MySQL 數據庫，在數據庫中建立基礎數據模塊，主要模塊有basic_tag（基礎變量）、plc_data（PLC數據）、plc_data_history（歷史數據）、plc_data_real（實時數據）等，數據庫中數據模塊顯示如圖8 所示。

圖8 數據模塊顯示圖

4.2 網頁后臺程序開發

數據庫中建立完數據模塊后需要定義每一個模塊的顯示內容，其中basic_tag（基礎變量）模塊中的內容最為重要，直接決定了網頁顯示的內容，且作為后期快速擴展網頁的基礎，后期新增網頁只需要在basic_tag 中新增網頁對應的內容即可自動生成新的網頁畫面。basic_tag 模塊顯示內容（紅色框內）如圖9 所示。

圖9 basic_tag 模塊內容

定義了每一個模塊的顯示內容后開始開發網頁，使用Visual Studio Code 開發網頁，網頁程序里編寫網頁顯示的內容、格式、訪問地址，以及一些判斷邏輯。本案例中，為了使生產運行管理者可以快速判斷每個工藝段的運行效率，各工藝段的過線臺量按小時為單位進行數據凍結，并設定每個工藝段正常生產時的單小時過線臺量和各緩沖段的合理緩存數量，單小時過線臺量低于設定臺量10%時自動顯示紅色，低于5%時顯示黃色，大于等于設定臺量時說明產量達標，生產效率較高，自動顯示綠色。網頁開發界面如圖10 所示。

圖10 網頁開發界面

5 系統啟用

網頁開發完成后，網頁里顯示的內容可以通過數據的實時采集實現實時更新，生產管理人員實時查看生產運行效率監控系統，通過分析每個工藝段每小時產量的達標情況和緩沖區的緩沖數量，以及各工藝段進出口的空滿停線時間就可以判斷各工藝段的運行效率，同時可以在對應不達標的各小時記錄數據后面填寫不達標的原因，便于生產管理者實時跟蹤管理，及時發現影響效率的問題并解決。生產運行效率監控系統網頁界面如圖11 所示。

圖11 生產運行效率監控網頁界面

生產運行效率監控系統開發完成后，由于系統服務器的網絡為生產網絡，僅生產網絡范圍內的電腦可訪問，為了實現辦公網絡任意訪問，需要IT 開通網絡共享權限，權限開通后工廠所有辦公網絡均可訪問，便于生產車間或者公司各生產相關部分人員隨時訪問生產運行數據，了解生產運行情況。

至此，一種簡易的生產運行效率監控系統即開發完成，開發過程的很多工作普通IT人員即可完成，大部分數據采集傳感器均為現場已有，無需額外增加投入便可完成低成本簡易的生產運行效率監控系統的開發，簡單實用，便于維護。

6 結束語

響應國家智能制造2025 的號召，各制造企業開啟生產制造轉型之路，無論是自動化、數字化還是網絡化，到最終的智能化，每個階段的轉型都需要投入大量的轉型升級成本。對于一些小企業來說高成本的投入是不可取的，但轉型升級又是勢在必行，故轉型過程中如何使成本最小化是他們重點考慮的。于是類似本文介紹的簡易生產運行效率監控系統既可以實現生產數據監控，又不用投入太多開發成本，這樣的精益轉型升級思路值得借鑒。