制丝线质量监控系统设计

沈阳理工大学自动化与电气工程学院　时　艺　张艳珠



制丝线质量监控系统设计

沈阳理工大学自动化与电气工程学院时艺张艳珠

【摘要】制丝生产线的生产过程质量监控对于烟草公司提高产品的质量管理水平具有重要意义。针对某烟草企业制丝生产线的生产特点和质量管理存在的问题和需求，建立了制丝线质量监控系统体系架构，对生产数据进行独立采集和存储，并采用控制图和西格玛水平分析对工序过程进行监控，保证了产品的质量及生产过程的稳定性。

【关键词】制丝生产线；数据采集；生产过程；质量监控

0　引言

近年来，烟草行业正在不断地改造与更新企业信息化系统，推进信息技术与企业的发展战略、生产经营和管理决策相融合，充分发挥信息化的推动、支持和引领作用，切实用信息化提高卷烟生产管理水平[1]。

目前，某烟草公司制丝生产车间的数据采集主要依靠制丝集控系统，从制丝生产设备的PLC中直接进行数据采集，但是容易因为数据采集链路堵塞而造成数据丢失，从而影响生产车间的数据采集。并且在原有的质量管理模式下，生产车间对生产过程没有进行有效的监控，不能及时了解生产过程是否稳定，生产质量是否出现问题[2]。

针对上述问题，本文运用计算机信息技术研究并设计了制丝线质量监控系统。该系统对生产设备PLC数据进行独立采集、维护，避免了因为制丝集控系统的数据采集丢失而造成制丝质量指标无法进行数字化、透明化的控制管理[3]，并通过控制图技术和西格玛水平分析提高产品质量控制及分析能力，使计划、生产、调度、质量控制更加科学、准确[4]。

1　质量监控系统架构设计

制丝线质量监控系统以制丝车间生产设备的PLC数据采集和数据的统计分析为主线，在数据采集模型配置的基础上，依据制丝生产车间的特点，充分考虑现有的和规划中的企业信息系统，按照信息生命周期的规律，形成统一的制丝线数据采集方案，实现各应用系统之间的信息集成，并通过对数据的统计分析，最终实现系统的顺利运行[5]。

整个系统的架构主要分为四个层次：

1)数据采集层：负责采集现场PLC、温度、湿度仪等设备的生产过程数据，并将采集到的数据经由SCADA的数据采集器传送到实时数据库中进行存储。考虑到现场设备的异构性，系统采用支持广泛通信协议标准的HMI/SCADA软件KEPWARE来实现数据的采集。

2)数据存储层：实现生产过程数据的存储并提供实时查询支持，包括关系型数据库和历史实时数据库两部分，关系型数据库采用Microsoft 公司SQL Server数据库，历史实时数据库采用GE公司iHistorian数据库。

3)应用服务层：实现数据采集与质量监控系统提供的功能模块的业务逻辑，包括数据采集、质量控制、生产过程监控等，实现系统的各项功能。

4)人机交互层：应用多媒体编程技术，以多种形式呈现信息并提供人性化的操作界面，对于操作过程比较复杂的客户端采用胖客端应用；对于生产统计分析等主要以浏览查询为主的应用要求采用丰富的信息表现形式。

2　质量监控系统功能设计

制丝线质量监控系统主要包括生产数据采集模块和生产质量监控模块，可以实现对制丝线生产数据的独立采集及存储，并通过对批内质量的管理监控产品质量，以及对批间质量的管理监控生产过程。

2.1数据采集模块

数据采集过程是直接通过设备PLC进行数据采集，采用KEPWARE数据采集平台将数据保存到实时数据库IH中，并按照数据采集规则及实际业务需求，通过采集器将数据转储到关系数据库中，便于对数据进行持久存储及数据检索[5]。

数据采集部分主要功能包括配置数据采集模型、确认数据采集点、分析采集点功能、配置采集点标签地址、制定数据采集规则、搭建与配置数据库、建立数据采集预警机制。

2.2质量监控模块

质量监控模块以生产过程质量信息汇总为核心，以生产过程数据采集为基础，遵照ISO9000质量管理体系的要求，通过科学的方法，建立快速、高效、全过程的质量反馈、质量分析、质量跟踪机制，有效地保证产品质量。质量监控模块分为批内质量管理和批间质量管理。

2.2.1批内质量管理

批内分析模块就是对每个批次内的生产原始数据进行处理，并对水分仪数据进行分析。

1)批内数据处理

在一个批次从开始到结束的过程中，系统按照质量采集模块的流程对生产数据按照15s的采集间隔进行采集，所有的采集数据即为批内的原始数据。对于批内原始数据中的无效数据需要进行处理：将工序料头和料尾的无效数据进行剔除；将停机断料期间的无效数据进行剔除。处理之后的数据即为批内的有效数据[6]。

2)水分仪数据分析

在烟草制丝生产过程中，产品水分检测是相当重要的一个工艺项目，烟丝的含水率对于产品质量具有重要影响。通过水分仪对烟丝含水率进行检测，并对生产批次内的烟丝含水量平均值和标准差进行计算，绘制出相应的水分仪判定控制图，通过相应的判定准则确定生产过程是否稳定，生产质量是否符合要求。

2.2.2批间分析模块

批间分析模块就是对多个批次的生产数据进行分析，计算生产

过程的合格率是否符合要求，判断过程是否满足生产质量要求。

1)批间数据分析

批间数据包括：工序物料重量；单位时间加香、加料、掺配、蒸汽喷射比例；加香比例、加料比例、梗丝膨胀丝掺配精度；质量特性连续检测数据；物料流量波动；物料贮存时间；烟丝物理特性检测结果；停机断料、设备故障信息。将批间数据绘制成单值-移动极差控制图和均值-标准偏差控制图，并对SPC控制图进行分析，判断生产过程是否稳定[7]。

2)西格玛水平分析

西格玛水平是反应生产线整体质量稳定性水平的指标。对于不同的项目其生产线权重、项目权重、子项项目、子项权重也不同。通过对各子项批间合格率进行加权计算可得到项目的合格率，将各项目的合格率进行加权计算可得到生产过程的合格率。由过程合格率可计算得到过程的西格玛水平。需要对制叶丝、制梗丝、制膨胀丝及掺配和加香工序进行西格玛水平分析，根据过程的西格玛水平可以得到各项目的合格率，从而判断出生产线的整体质量是否符合要求。

3　结束语

在实际生产中，对制丝生产线进行质量监控具有重要意义。本文通过对生产现状进行分析，提出了新的数据采集方案，能够将采集的质量数据通过SPC控制图分析和西格玛水平分析，实现对批内质量和批间质量的管理，实现对产品质量及生产过程的有效监控，保证了生产的稳定进行和产品的质量。随着系统的正常运行，实践证明，该系统能够满足企业的生产及管理需求，并且今后将会在其它生产线中进行应用。

参考文献

[1]杨恒.MES系统数据采集模块的设计与实现[D].西安:西安电子科技大学,2011.

[2]范敏毅.基于SPC的制丝生产过程质量控制的研究[D].武汉:武汉理工大学,2014.

[3]徐彪,朱健铭,蒋朝阳,等.通用型工业级数据采集和监控系统设计[J].计算机测量与控制,2014,22(10):3192-3198.

[4]吴婷婷.基于卷烟厂MES数据采集监控系统设计与研究[D].南京:南京理工大学,2012.

[5]柳卿.基于MES的现场数据收集模型的研究与应用[J].电信网技术,2012,12(12):47-52.

[6]高文彬.提高MES系统在烟草加工企业中的应用水平[J].轻工科技,2014,12(193):60-89.

[7]费一正,汪惠芬,刘婷婷,等.基于SPC的车间制造质量管理系统研究[J].制造业自动化,2011,10:43-46.