智能制造概论 第7章 智能制造方案设计

第7章 智能制造方案设计《智能制造概论》1

发泡海绵智能制造方案设计2

注塑车间智能制造方案设计本章要点《智能制造概论》7.1

发泡海绵智能制造方案设计7.1.1

总体设计发泡海绵主要用作自动充气垫 、充气床 、防水包、冰包、枕头、坐垫以及TPU复合面料等。现对某公司的发泡海绵仓库进行智能化、数字化升级改造，通过专业软件与高度的自动化实现发泡海绵的仓储、管理、搬运等功能。全套智能制造系统涉及服务器、数据库、工业自动化

等多项技术，并且需要同其他第三方设备进行数据对接或

信号采集，同时要为后期整厂区数字化升级改造预留空间。为此本设计方案采用当前最为先进的RFID射频识别系统和

德国西门子自动化控制系统作为系统的核心控制元件与识

别对象，并通过SQL服务器集群保证数据的安全性，并且用于Web发布功能，可实现远程第三方访问。《智能制造概论》本设计方案使用的RFID标签材质为“铜版纸+铝蚀刻天线”，具有128Bit芯片储存区读/写功能，采用无缘工作模式，适用支持中国大陆地区UHF

920-924MHz载波频率，芯片使用寿命达10万次，数据保存≥50年。《智能制造概论》7.1.2硬件设计系统整体硬件构架是由发泡机处的“前端RFID生成部分”、熟化库堆垛机后的“入库RFID读取部分”、“自动行车部分”、位于断泡机处的“断泡机RFID读取与标签重现”及部分组成。在各个工位段防止相应的客户端与硬件设备，通过网络将各个客户端进行连接。同时数据通过服务器集群进行SQL数据库管理。整套系统是自动化、信息化、智能化、数字化的高度结合。《智能制造概论》1.前端RFID生成部分《智能制造概论》2.入库RFID读取部分发泡海绵经过熟化后通过堆垛机将长泡海绵送至入库输送带，在输送带上安装一台RFID读卡器，对即将入库的长泡海绵进行信息读取。《智能制造概论》3.行车自动化改造将仓库原有行车进行自动化升级改造：对横向行走部分增加变频拖动与同步跟随、激光测距、防脱轨组件等；对纵向提升部分进行电气改造与记长测量，并对夹具进行升级。同时系统提供远程手动行车操作与吊装区域安全保护等辅助系统。《智能制造概论》（1）横向行走部分《智能制造概论》同时通过以下几点作为行车横向行走部分的自动化升级改造的技术升级项。1)非接触式激光测距行车横向移动时为方便横梁根据库位距离定位，需要对横梁进行距离检测并将数据回传到PLC上，同时通过横梁电机实现精确定位。《智能制造概论》2）横向行走防偏摆行车横向行走时由于纵向提升机构使用钢缆柔性连接，行车在加减速的过程中受到夹具、吊装货物等重力影响而产生来回摆动现象。《智能制造概论》3）防脱轨保护行车在实际运行中若同步跟随系统出现偏差或单侧行进轮出现打滑现象时，容易出现安全事故。为此在两侧横向行走机架上各安装2只接近开关，若出现单侧倾斜现象时可停止行车继续运行，起到安全保护作用。同时为防止行车在横向移动过程中运行距离超出实际可用安全移动距离，在激光测距的同时在横向移动导轨两端安装接近开关或机械行程开关，与横向行走变频器一起起到安全连锁作用。《智能制造概论》（2）纵向提升部分原有行车提升部分为将原有的两台绕线式电机加装至四台，并利用柔性连接钢缆带动夹具获得。在实际行车改造过程中将原有电器控制绕组通断的结构改为通过PLC控制实现绕线电机启停、绕组切换等功能。《智能制造概论》《智能制造概论》4.断泡机RFID识别与标签重现（1）断泡机RFID识别当行车将长泡海绵出库后送至断泡机输送带，通过输送带侧安装的RFID读卡器读取原料的信息并于数据库进行交互后完成出库动作。《智能制造概论》（2）余料RFID标签重现《智能制造概论》7.1.3软件设计《智能制造概论》EntityFramework

Core（简称EF）工作原理：在开发时定义好数据实体后，EF会监控实体，反射出实体的名称和类型，对应数据库的勾结，自动生成到数

据库中，并会快照出一份数据库结构保存当前版本。

当实体发生变化时，EF会对比数据库中的快照版本，与本地的实体结构进行比较，生成更新数据库的脚本，以保证数据库结构与代码实体的一致性。《智能制造概论》1.后台管理（1）初始化当系统部署完成后，默认会生成一个管理员账号和默认密码，会有所有的权限。打开Web浏览器，地址跳转到后台地址后，用管理员账号和默认密码登录系统。（2）员工管理员工录入：登录系统后，在菜单员工管理后，可以对工厂所有员工进行员工录入，输入员工姓名、登录用户名、密码、年龄等，录入完成后点击保存，通过WebApi将员工信息保存到数据

库中；员工查询：当员工录入完成以后，可以在员工查询界面，根据查询条件，如员工姓名、性别等对员工进行筛选查询，默认将执行全部的分页查询；员工编辑：当需要修改员工信息时，在员工查询界面，选中需要修改的员工，点击编辑，进入编辑界面，修改好员工的信息后点击保存，通过WebApi将员工信息保存到数据库中；《智能制造概论》（3）角色管理角色管理示意《智能制造概论》（4）仓库设置仓库录入：登录系统后选择仓库设置菜单，进入仓库录入界面，录入仓库名称、地点等，点击保存，调用

WebApi将仓库录入保存到数据库中；仓库查询：进入仓库查询菜单，进入仓库查询界面，根据仓库名称，查询相应的仓库，默认获取所有仓库的分页；仓库编辑：在仓库查询界面，选择需要修改的仓库，点击编辑，进入仓库编辑界面，修改仓库相应信息，调用

WebApi将仓库录入保存到数据库中；库存查询：在仓库查询界面，点击库存查询，获取所有仓库中所有库位号，并获取库位中每一层的所有产品。《智能制造概论》（5）库位设置库位录入：点击库位设置，进入库位录入界面，列出录入好的仓库，选择库位所在的仓库，输入库位号，输入层数，点击保存，调用WebApi保存到数据库中；库位查询：点击库位设置，进入库位查询，根据所在仓库、仓库号等；模糊查询：显示出仓库名称，库位号，层数等数据，默认查询出所有仓库的所有库位的分页；库位编辑：在库位查询，选择所需编辑的库位，修改库位号，层数等信息，调用WebApi保存到数据库中；《智能制造概论》（6）产品管理产品管理示意《智能制造概论》2.开发与部署本系统后台语言采用.NET

C#开发，开发工具采用VisualStudio2019，语言框架为.NetCore，3.1版本。.NetCore是微软.Net的跨平台框架，是微软全力打造推广的最新开发平台，是.NetFramework平台的优化版本并且开源，不仅能够跨平台部署，而且性能优秀，其Web框架Acore比目前流行的所有语言的web框架性能都要强很多。《智能制造概论》系统分为后台管理端和车间操作系统端。后台管理端采用的技术方案为

corewebapi+vue2.0的web端方案，车间操作端采用

core

webapi+WPF的客户端技术方案。服务器WindowServer2012R2及以上版本外网访问需要一个静态IP，或者部署云服务器服务器数据库SqlServer2012R2及以上版本端CPUIntel

Xeon

E5645或以上内存32G或以上硬盘6Tb企业级机械硬盘+256Gb

SSD客户端电脑Win10企业版或专业版服务器端和客户端部署技术规格表《智能制造概论》7.1.4功能及流程根据客户反馈需求与工程师实地考察后，整套海绵仓储管理系统大致可分为：员工登录、前端RFID写入、产品入库、产品出库、余料入库、产品移库、特殊物料移库、库存盘点等功能。同时系统涉及与切泡机、断泡机、熟化库等进行数据对接。1.员工登录当后台设置好员工信息和权限后，进入客户端登录界面，输入登录用户名和密码，进入操作端系统，操作段系统的权限如同后台端一致，每个客户端界面菜单和页面按钮设置好的权限，在用户登录后，根据用户信息获取用户的角色和权限进行比较，权限不足则隐藏。《智能制造概论》2.前端RFID写入产品入库1）RFID感应->2）产品入库->3）完成入库。产品出库1）选择出库产品->2）默认自动产品出库路径规划->3）产品出库。《智能制造概论》5.断泡机余料入库1）断泡机RFID识别->2）断泡机切割余量回传->3）新RFID生成->4）余料入库。产品移库对已入库的产品，可通移库界面将库内的长泡海绵或短泡海绵通过行车进行搬运排放。每次搬运完成后客户端将新的库存信息发到服务器进行更新。特殊物料移库1）特殊物料出库->2）特殊物料移库。《智能制造概论》8.库存盘点利用下图所示的手持式RFID设备，扫描周围设备获取周围所有的RFID，扫描出来的RFID都是生产流水线号，然后查询出库存库位的所有产品的生产流水线号，两边仓位数据根据生产流水号的数量做比较。《智能制造概论》7.2

注塑车间智能制造方案设计7.2.1概述依据某企业的自动化和信息化发展规划与目标，本期（第一年）以注塑车间为示范点，持续、稳步推进智能制造项目，完成基础平台、计划调度、人员绩效、节拍监控、事件管理、数据分析、目视管理和指挥中心等功能。《智能制造概论》该智能制造项目的主要需求：生产计划电子化排程和进度跟踪；缩短异常响应时间，减少过程异常发生频次，提高生产效率；减少产量、工时等数据录入、分析、核算时间，节约人力成本。《智能制造概论》《智能制造概论》7.2.2系统架构1.物联网架构《智能制造概论》2.数据采集架构①无线采集方案架构《智能制造概论》②有线采集方案架构《智能制造概论》3.车间网络方案注塑车间网络布置图《智能制造概论》4.物联数据终端及显示功能下图所示为物联数据终端，该物联数据终端，是一款拥有15”彩色液晶面板的平板电脑，可满足严苛环境下的多种需求。简洁流畅的外形，机身轻薄且坚固，基于无风扇设计，该终端在各种严苛工业应用环境中运行更稳定。《智能制造概论》该终端的系统管理权限设置如下：【功能权限】自主定义，灵活配置系统设置类：计划预警设置、操作权限设置、……；功能设置类：超量锁机设置、调试加工设置、报工合格设置、……。【人员权限】权限分明、定岗定人操作工可以通过数据终端进行考勤刷卡、工单执行、事件查询并报告；系统设定不同岗位的人员拥有不同的操作权限，系统会自动根据预先设定对终端的每一次操作做出判断并处置，自动锁定违规或超限的操作；根据不同的操作权限，可完成生产任务完工情况输入、上报、修正。《智能制造概论》7.2.3实现功能方案自检派发工单投料启动工单启动加工员工刷卡生产加工生产报工员工刷卡按单入库管理看板触发首检巡检生产监控设备状态作业时间生产数量不良数量质量分析节拍采集异常反应《智能制造概论》1.计划与调度《智能制造概论》信息流架构如图所示。《智能制造概论》系统终端上生产进度界面展示《智能制造概论》2.人员绩效目标：监控员工在岗状态，工时、工价查询和维护，自动统计班组和个人生产数量，系统自动核算班组和个人计件工资。人员绩效框架图《智能制造概论》（1）工时管理自动统计员工加工时间，在系统里面可以查询指定人员在指定工序的加工时间。《智能制造概论》（2）产量统计自动统计员工监控数、报工数、合格数、不合格数。工价维护将每道工序的工价录入到系统内，作为计件工资核算的依据，可支持在线维护。个人绩效核算自动采集员工每天加工的合格品数量及报废品数量，然后系统自动计算出该员工的计件工资。班组绩效核算产线形式刷班组长卡，绩效分别统计在班组下所有人员的最后绩效总和。《智能制造概论》3.节拍管理目标：通过实时采集的生产周期（节拍），可以实时管理注塑机单个产品的成形周期，与系统标准工时对照，更加真实反馈产品周期，并为设备性能，模具异常提供数据支撑，设备预测性维护等作用，降低管理成本。《智能制造概论》4.事件管理所谓事件管理就是注塑车间监控功能内触发异常事件以及需要进行提前预警的事件，给出报警、提示、上报、看板显示，并记录设备、时间、处理人，班次等信息并对事件进行跟踪。《智能制造概论》（1）事件主要类别和项目序号类别主要异常项目1生产进度异常生产指令异常；生产计划进度异常，影响总装；2设备异常故障停机;设备参数超出控制值3质量异常未及时做三检；SPC异常；不良上报4模具提醒备模换模一、二级提醒；《智能制造概论》（2）分级快速响应机制如图所示，支持定义逐级上报流程，将报警信息上报给中高层领导，该机制提高了事件响应时间，减少因不及时处理导致生产停工等现象的发生，保障了生产计划和进度的按时完成，提高设备利用率和计划达成率。《智能制造概论》（3）异常事件统计报表系统平台对异常事件自动进行分类统计，并形成不同维度的管理报表，便于管理人员进行异常事件根源分析和PDCA改进，提高响应速度，降低异常事件发生频次，提高生产运作效率。《智能制造概论》5.数据综合分析目标：将现场实时采集的生产数据，根据不同部门的需求进行主题分析，便于实时准 确的把握生产动向，即时进行分析改善，并支持客户二次开发。实现方式：采用J2EE技术实现、发布在WebLogic服务上的系统接口系统来集成、整合、管理行业内基于Java、Dotnet平台的业务子系统。系统接口通过插件方式将

各业务子系统集成、整合至综合业务平台中。价值：全方位的数据分析，为工厂设备维护，计划变更，产入产出提供即时的参考，便于实时准确的把握生产现状，了解生产研发中的盲点，科学调配资源，高效便捷的从事简约型生产开发方式，从而步入生产、管理智能化，提升对当前，未来的 发展前景的把握。《智能制造概论》6.目视化管理（1）看板配置根据现场布局情况，建议注塑车间电子看板配置如表所示。电子看板位置主要作用数量推荐尺寸车间前部轮播生产信息及异常信息155寸车间后部轮播生产信息及异常信息155寸备模区提醒备模换模146寸《智能制造概论》生产信息看板展示内容:生产进度和异常事件。备模区看板展示内容系统根据当前工单实际生产进度以及产品的生产标准节拍，计算当前工单剩余完成时间，按照设定的备模及换模准备提醒时限进行电子化看板提醒。手机平台展示可通过手机实时查看车间现场生产、设备、人员等状态，判断并做进一步处理。《智能制造概论》7.指挥中心根据生产管控和视频监控的特点，结合实际应用需求，生产指挥系统设计由制造物联系统、视频监控系统和综合管理系统三个部分组成。《智能制造概论》（1）现场视频监控-现场视频监控实现内容序号监控项目监

控 内容1设备定时巡检设定巡检时间频次；1）多视频连动巡检区域；2）时间范围内未巡检报警，短信发送；2设备异常处理1）故障区域聚焦监控；2）维修处理在线观察；3）远程技术支持维护；35S远程管理1）过道堵塞监控；2）生产区监控；3）物流车摆放监控；4仓储物流监控1）车间