一种简易的生产效率监控系统

李元勋 徐果 张露

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545000

智能制造是当今制造企业转型升级的终极目标，实现智能制造后可以有效降低制造人力成本，提高生产运行效率，有效保证产品质量的一致性。近年来，各行各业的制造企业都在逼迫自己进行转型升级，除了应消费需求做的产品升级以外，也都在同步开展生产制造的转型升级，很多老旧的生产线被淘汰或者进行改造升级，进一步提高生产制造能力。产线和设备的自动化升级只是生产硬件上的提升，生产运行管理模式的改进也是必不可少的。自动化升级总体规划如图1 所示。

图1 自动化升级总体规划

从自动化升级的总体规划来看，大致分为硬件升级和软件升级，硬件升级主要在于生产装备、现场传感器、检测装置等；而软件升级包括控制软件、通讯网络、智能系统、数据采集系统等。迫于成本的考虑，目前很多企业还停留在自动化装备升级阶段，数字化升级需要大量的数据采集设备和复杂的数字化系统，也因此很多小企业迟迟未推进数字化升级。从实际的生产制造过程来看，制造过程中生产运行效率监控作为数字化升级的重要组成部分，也是最基础最需要的生产运行数字化管理工具很多企业所重视。下面就介绍一种简易的低成本的生产运行效率监控系统，可以在短时间内以低成本的投入开发一套简易、实用、易维护的生产运行效率监控系统，系统搭建大致步骤如图2 所示。

图2 系统搭建步骤

1 软件安装

此处搭建的是一个简易的生产运行效率监控系统，使用的软件都是简单的数据开发软件，采用phpstudy 软件替代常规的SQL数据库软件，它灵活方便，还具备网页访问设置和远程查看功能；其次安装Visual Studio Code 作为整个系统开发编程工具，具备VC 和C++开发环境；最后安装node软件，用于开发数据读取程序，此处数据采集从AB 控制系统读取，故还需安装RSLinx软件（若从其他控制系统采集数据可根据实际系统安装响应的软件），软件图标如图3所示。

图3 所需安装软件图标

安装完phpstudy 软件后打开软件，启动Apache 和MySQL，在“数据库工具”处可打开数据库，phpstudy 软件界面如图4 所示。

图4 phpstudy 软件界面

2 建立数据变量清单

此处以汽车制造厂的涂装车间为例来介绍简易生产运行效率监控系统的搭建过程。此案例中涂装车间的生产线输送控制系统采用AB（罗克韦尔）控制系统。涂装车间的产线工艺如图5 所示：

图5 涂装车间生产工艺布局图

从产线工艺来看，要想对整个生产运行效率进行监控，可以采集每个工艺段的运行节拍数据、各工艺段之间设定的合理缓冲数量、每个工艺段进出口实时的过车数据，以及进出口的空满位时间，只需要监控这些数据就可以从中判断出每个工艺段的生产运行效率，从而实现对运行效率的监控。数据变量表如表1 所示。

表1 系统所需的数据变量表

根据数据变量表内容编写变量清单，变量清单文件以TXT 文件格式记录，如图6所示。

图6 变量清单文件

3 通讯搭建及数据读取

确定好所需要采集的数据清单后，要从AB 控制系统读取数据，需要开发居于OPC通讯协议读取数据的小程序软件“RSLinx_OPC_HTTP”（此程序是根据实际需要开发的，不同系统读取需要开发不同的程序软件。）。同时将“变量清单”里的变量增加到各工艺段输送线控制程序里，并根据需要完成变量逻辑程序编写。最后通过启动“node”软件从各工艺段控制程序里把变量清单里的变量数据读取到变量清单的TXT 文件中。变量数据实时读取画面如图7 所示。

图7 数据实时读取画面

4 网页开发

完成以上数据变量采集后，需要开发监控访问网页，便于生产管理者实时监控查询与分析。

4.1 数据库设置

在phpstudy 软件界面里打开MySQL 数据库，在数据库中建立基础数据模块，主要模块有basic_tag（基础变量）、plc_data（PLC数据）、plc_data_history（历史数据）、plc_data_real（实时数据）等，数据库中数据模块显示如图8 所示。

图8 数据模块显示图

4.2 网页后台程序开发

数据库中建立完数据模块后需要定义每一个模块的显示内容，其中basic_tag（基础变量）模块中的内容最为重要，直接决定了网页显示的内容，且作为后期快速扩展网页的基础，后期新增网页只需要在basic_tag 中新增网页对应的内容即可自动生成新的网页画面。basic_tag 模块显示内容（红色框内）如图9 所示。

图9 basic_tag 模块内容

定义了每一个模块的显示内容后开始开发网页，使用Visual Studio Code 开发网页，网页程序里编写网页显示的内容、格式、访问地址，以及一些判断逻辑。本案例中，为了使生产运行管理者可以快速判断每个工艺段的运行效率，各工艺段的过线台量按小时为单位进行数据冻结，并设定每个工艺段正常生产时的单小时过线台量和各缓冲段的合理缓存数量，单小时过线台量低于设定台量10%时自动显示红色，低于5%时显示黄色，大于等于设定台量时说明产量达标，生产效率较高，自动显示绿色。网页开发界面如图10 所示。

图10 网页开发界面

5 系统启用

网页开发完成后，网页里显示的内容可以通过数据的实时采集实现实时更新，生产管理人员实时查看生产运行效率监控系统，通过分析每个工艺段每小时产量的达标情况和缓冲区的缓冲数量，以及各工艺段进出口的空满停线时间就可以判断各工艺段的运行效率，同时可以在对应不达标的各小时记录数据后面填写不达标的原因，便于生产管理者实时跟踪管理，及时发现影响效率的问题并解决。生产运行效率监控系统网页界面如图11 所示。

图11 生产运行效率监控网页界面

生产运行效率监控系统开发完成后，由于系统服务器的网络为生产网络，仅生产网络范围内的电脑可访问，为了实现办公网络任意访问，需要IT 开通网络共享权限，权限开通后工厂所有办公网络均可访问，便于生产车间或者公司各生产相关部分人员随时访问生产运行数据，了解生产运行情况。

至此，一种简易的生产运行效率监控系统即开发完成，开发过程的很多工作普通IT人员即可完成，大部分数据采集传感器均为现场已有，无需额外增加投入便可完成低成本简易的生产运行效率监控系统的开发，简单实用，便于维护。

6 结束语

响应国家智能制造2025 的号召，各制造企业开启生产制造转型之路，无论是自动化、数字化还是网络化，到最终的智能化，每个阶段的转型都需要投入大量的转型升级成本。对于一些小企业来说高成本的投入是不可取的，但转型升级又是势在必行，故转型过程中如何使成本最小化是他们重点考虑的。于是类似本文介绍的简易生产运行效率监控系统既可以实现生产数据监控，又不用投入太多开发成本，这样的精益转型升级思路值得借鉴。