制造业生产车间管控一体化系统研制报告.docx

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1、制造业生产车间管控一体化系统研制报告 热处理信息集成管控系统研发与应用 技术探讨报告 完成单位：贵州新技术探讨所 贵阳纵横限制技术开展有限责任公司 2021年2月 目 录 一概述 3 二立项的依据和目标 4 三、主要探讨内容及完成状况 6 1.主导思想: 6 2.系统建设原那么 7 3. 主要技术路途 8 4. 工程实施及完成状况 17 四工程运行效果及分析 18 五主要技术指标及经济效益完成状况 24 六工程技术创新点 25 七、论文发表1篇和参与完成国军标GJB509B-2021编制 25 八、团队建设及人才培育 26 九工程总结与建议 26 一概述 在我国制造业的热加工部门，目前大多采纳

2、传统的生产和管理模式，存在设备和技术产能落后、职工素养不高、生产管理不到位等问题。随着工业生产规模不断扩大和大飞机等工程的启动，以及新材料、新工艺大的量运用，对工艺限制与产品质量要求日趋严格，现有的生产设备和管理模式已不能满意将来开展的须要，更不能满意国际转包生产的需求，迫切须要进行设备和产能技术的提升。工业现场监控网络自动化、企业管理信息化是计算机技术在企业应用和开展的必定趋势，用先进的限制技术对现场设备进行改造，用信息化技术实现车间的智能化管理，通过二者的结合应用提高企业的生产和管理水平，变更以往落后的生产管理模式，严格贯彻不同质量管理体系如航标、国军标及美国宇航标准、波音标准等的要求势在

3、必行。 本工程采纳工业以太网技术和现场总线技术，结合数据库和软件设计，组建生产车间管、控一体化综合应用系统，通过工业现场总线将现场的限制设备进行连接组网，组建工业现场实时监控系统，通过计算机对现场进行状态监控，实现生产工艺自动传送、限制参数自动调整、过程数据实时采集与记录、现场状态实时提示与报警等功能，解决人工设置现场参数简单出错、零件加工过程超时、数据记录精度不高等问题；各管理科室的管理终端通过工业以太网进行连接，组成生产管理网络，系统通过以太网交换技术实现从生产方案制定、任务安排、任务下达、生产过程执行与监控、质量监测与限制、生产方案执行状况统计等生产过程的闭环限制，解决了因管理工作量大、

4、效率低下，管理人员对现场的状况了解不刚好等带来的一系列问题，为企业的生产管理供应了更牢靠、有力的手段。 二立项的依据和目标 热处理是通过变更材料组织使机械零件或产品获得所需性能并保证运用平安牢靠的工艺过程。热处理生产成炉批量投入，连续生产，处理对象大局部是经过加工的半成品件或成品件，假如出现质量问题，损失很大；更主要的是热处理缺陷漏检很简单发生严峻的机械事故，造成更大损失。因此，热处理属于特种工艺，必需实施全面质量限制。 热处理全面质量限制，是对零件在热处理前、中、后的整个过程中一切影响因素实施全面限制，包括人、机、料、法、环等各个环节，变更过去传统的单纯靠最终检验被动把关来保证质量的观念和制

5、度，实行以预防为主、预防与检验结合的主动限制质量保证模式，把重点转移到质量形成过程的限制上来，把热处理缺陷歼灭在质量形成过程中。热处理全面质量限制是一项系统工程，本工程通过专业技术、管理技术和信息科学技术的有机结合，形成满意全面质量管理要求的热处理管控一体化系统。车间管控一体化系统是以测量、限制及管理一体化，实现车间全局最优化、效益最大化为目的，用信息化的方式为管理供应手段，提高企业的信息化应用和管理水平。该系统是集计算机技术、限制技术、网络通信技术、图形显示技术及先进管理阅历于一体的综合运用系统，能满意各生产厂在数字化条件下的管理要求，更好的贯彻质量限制标准。生产车间管、控一体化系统属数字化

6、和智能化设计制造，依据?中华人民共和国国民经济和社会开展第十一个五年规划纲要?中指出以信息化改造制造业，推动生产设备数字化、生产过程智能化和企业管理信息化，促进制造业研发设计、生产制造、物流库存和市场营销变革。提高机电装备信息化水平，实现精准、高效生产。推广集散限制、现场总线限制、灵敏制造等技术，强化生产过程的在线监测、预警和限制。 ?国家中长期科学和技术开展规划纲要2006-2021?，制造业是国民经济的主要支柱，其开展思路是：（1）提高装备设计、制造和集成实力。以促进企业技术创新为突破口，通过技术攻关，根本实现高档数控机床、工作母机、重大成套技术装备、关键材料与关键零部件的自主设计制造。本

7、工程是关键技术集成的自主设计系统，属于数字化和智能化设计制造优先主题。 ?贵州省中长期科学和技术开展规划纲要2006-2021?中将智能限制与集成、数字化制造、列为重大专项，“ 加强制造业信息化相关技术的集成推广应用，重点开展智能限制与集成、数字化制造、模块化和网络化设计制造等技术的攻关。目标市场：热处理管、控一体化系统涉及电力、电子、计算机、人工智能、通讯、机电等诸多领域。该工程技术含量高、专业性强、应用广泛普及冶金、石油、机械、汽车、航空航天、军工、环境工程等军工及民用领域。该系统已胜利应用于航空航天等企业，而航空航天企业因件号众多，且大量运用新材料、新工艺，其质量管理体系最为困难及严格，

8、故该系统在其他领域的运用将更为简单。我国制造行业的车间众多，即使有5的车间设备采纳管控一体化系统也是一个相当大的数量。 三、主要探讨内容及完成状况 1.主导思想: 采纳先进的思想和技术、结合完善的功能设计组建好用、牢靠、便利操作的应用系统。 通过计算机技术、网络技术、数据库技术、自动限制与数据通信技术的集成应用，结合生产企业的详细状况，对热处理车间现场限制设备和生产管理模式进行系统的技术改造，组建满意航标、国军标等不同质量管理体系要求的、集工业现场监控与生产管理为一体、满意生产实际须要的管控一体化综合应用系统。实现：从生产方案制定、零件进入、加工过程监控、质量检查、生产统计到零件发出的生产过程

9、全流通管理；做到：现场限制牢靠、数据采集快速、精确；状态报警刚好；曲线、数据显示直观、保存完善、查询便利；管理和生产人员能够按各自的权限，便利、快捷地运用本系统功能，调用相关模块进行所需的操作，实现生产管理的各项要求；做到信息数据的刚好流通、沟通与资源共享，满意质量限制体系及行业标准的要求，到达国内领先水平。 2.系统建设原那么 1. 采纳标准化设计原那么，充分考虑建成的系统具有扩展性和互联性，既满意当前可实现的应用要求，又能适应今后系统扩展的须要。 2. 遵循国内、国际和相关的行业标准，设计时充分考虑系统的好用、平安、牢靠、容错、稳定性和可操作性，在既能满意系统要求的前提下又能尽可能的节约经

10、费的开支。3. 系统设计尽可能寻求最优的性能/价格比。在经费许可的条件下尽量采纳市场上先进的技术和成熟的产品。 3. 主要技术路途 工程实行的主要步骤和技术路途由以下几个步骤组成： 1.工程调研 2.系统方案设计 3.软、硬件设计、制作 4.现场改造与网络建设 5.系统联调与试运行 6.系统完善与验收 3.1 工程调研 根据管控一体化系统的设计原那么，工程组到多个相关厂家进行了工程的实地调研，根本驾驭了工业现场的生产工作状况和生产管理的工作流程以及数据处理的流向。听取了用户对该系统所提出的运用要求和希望到达的预期目标，收集了相关的数据、表格及处理方式，经整理后取得了设计该系统所需的第一手资料。

11、如下是工程调研的局部数据资料。车间管理组织结构： 车间管理信息数据 3.2 系统总体方案设计 本系统主要分为三层结构：现场监控层、通讯网络层和生产管理层。 3.2.1.现场监控层，包括：1通过智能精密限制装置、I/O模块、传感器、变送器、PLC等完成对各种参数及动作的测量与限制。主要测控参数有：温度、氮势、碳势、氧势、真空度、电流、电压、压力、气体流量、工作时间等；动作限制对象包括炉门、炉盖、搅拌电机、台车、各种泵、阀等。2现场操作及监控终端，包括：工控机、读卡器、条码扫描仪等，全部设备通过工业现场总线与系统效劳器和现场操作及监控终端相连。设计满意工艺要求的现场监控软件，使系统能实时监控现场全

12、部设备的运行状况；显示相关数据和运行趋势曲线，并具有状态报警功能，报警的同时进行LED大屏幕显示和现场播送语音提示。现场采集的全部数据均存入数据库效劳器的硬盘阵列，以便于其他管理模块分析和调用。3.2.2.通讯网络层：利用工业现场总线及工业以太网，实现限制层与管理层的数据交换。工业现场总线种类众多，各有所长与缺乏，应用范围也不同，因现场仪表种类繁杂，数量较多，既有国内各仪表厂生产，也有产自日本、美国、欧洲不同厂家，一个中型的车间采样点平均在300个以上；目前用户现场所运用的设备主要配置RS-485/422通讯接口，由于这类接口具有通讯距离长，较高的牢靠性和稳定性，在现有智能限制系统中应用比拟广

13、泛。从系统好用、经济的角度考虑，现场网络仍运用RS485/422工业现场总线。为提高采样速度及牢靠性，采纳了多网并行及多线程处理方式。依据现场不同设备所采纳的通信协议种类的不同，设计了能满意多种通信协议要求的数据通信软件包，供现场监控程序调用。为了便于与厂级骨干网进行数据通信与数据共享，系统采纳路由器与厂级骨干网连接，并依据用户要求供应所需的数据访问接口，供上级部门进行访问。3.2.3.生产管理层：包括系统效劳器、车间各管理部门操作终端、电子大屏幕、车间播送系统、闭路监控系统及相关功能软件模块等。各科室终端通过工业以太网和网络交换机进行连接，依靠管理软件的运行，实现零件从进入到发出车间的整个生

14、产流程及质量限制过程的管理，完成数据从现场采集到生产管理报表自动生成的全流通。软件在windows micsoft.NET的平台上进行开发，采纳C/S和B/S两种方式设计，其中包括生产管理所需的各个功能模块。如下是系统网络图： 3.3 软件设计 软件设计包括：现场监控软件、通信软件和生产管理软件三局部 依据本生产车间的工作性质和特点，软件模块分上层管理、底层管理和数据综合查询三个局部，各局部分别有各自的子系统。详见如下是模块框图： 软件在windows micsoft.NET的平台上进行开发，详细程序模块采纳visal basic 2021，Java，C#编程语言进行编写，分如下四局部： 3.

15、3.1.现场监控模块：遵循航标、国军标等对热处理的要求，结合生产的运用须要，设计现场监控软件，实时监控现场的运行状况；依据工艺要求调整限制参数。监控终端显示现场的相关数据和运行趋势曲线，并具有状态报警功能；LED大屏幕显示报警信息和播送语音系统进行语音提示。采纳多线程并发处理方式，系统运行时同时进行多路通讯、多路数据采集、大幅度提高数据采集的速度。采样数据干脆进入数据库保存，削减数据转存的中间环节。3.3.2.现场数据采集、通讯模块：依据不同设备所采纳的通信协议种类的不同，设计能满意多种通信协议要求的数据通信软件包，供现场监控程序调用。3.3.3.生产管理软件模块：其中包括:方案管理模块、工艺

16、管理模块、零件加工流程管理模块、质量管理模块、生产统计模块、权限管理模块和数据综合查询等模块。涵盖了生产车间从生产方案的制定、零件进车间后的台帐建立、任务安排、现场加工、流程记录、质检和零件发出的周转全过程管理，包含了产量、工时、本钱的统计和计算，生产报表的自动生成。程序采纳C/S和B/S两种方式设计，其中全部管理、监控模块采纳C/S方式设计，主要考虑是各模块由于功能的不同而在不同部门的终端独立运行，可以减轻效劳器的负担。数据综合查询模块采纳B/S方式设计，当本系统与厂级骨干网链接以后，上级管理部门可按权限通过网页访问的方式查询和访问本车间的生产数据，了解运行状况。 全部数据存入数据库效劳器的

17、硬盘阵列，以便于其他程序模块共享、分析和调用。 软件平台： 操作系统：windows sever 2003效劳器；windows XP3现场终端、科室电脑 设计平台：windows micsoft.NET 设计语言:visal basic 2021，Java，C# 数据库：Oracle 10G 3.4 现场改造与网络建设 3.4.1.对热处理工业现场的限制设备进行技术改造 主要包括：用我公司生产的智能精密温度限制装置更换原有落后陈旧的限制柜。考虑到工业现场需具有多参数限制、多回路调整、多路数据采集的特点，限制装置采纳模块化设计，其控温精度高控湿精度1，显示精度最高0.1级；限制对象广泛，可以是

18、阻性也可以是感性负载，可以是单温区也可以是多温区；适用于扩散炉、烧结炉、单晶炉、隧道窑、盐炉、真空炉等机械工业的各种热处理炉及其它控温对象；采纳专为热处理行业设计的无超调专家PID算法，具有PID自整定功能，各种传感器自由输入，运用便利；实现无超调、无欠调、快速升温柔抑制扰动；报警及爱护功能完善，平安牢靠、故障率极低、修理便利。增加智能采集模块、流量、压力传感器、变送器、动作采集模块、PLC等，以实现电、气能耗及碳势、氧势、氮势、真空度、流量、压力采集；热处理过程自动限制等。增加能实现与工业现场总线连接的数据通讯接口，并通过现场总线与监控终端相连，组成工业现场监控网络。所需连接的现场设备不但包

19、括控温仪，还包括记录仪、碳势、氮势限制仪表、真空计等。系统配备便携式高精度多通道炉温匀称性测量装置，以便实现和执行HB5354及GJB509B中有关仪表系统定期校验；有效加热区定期检测等标准。便携式高精度多通道炉温匀称性测量装置为自行研发,其测量精度优于0.1%，现场动画显示炉内温场各点差值,自动获得均温区，并打印校验报告及均温区示意图，校验结果可通过网络传递至效劳器，作为设备管理的原始依据。大幅减轻工作量，节约校验时间。3.4.2. 现场监控网络和生产管理网络布线与安装 由于现场设备数量众多，监控点数据采样量大，单个串行网不能满意现场数据快速采样和处理的要求，因此本系统实行多串口分网处理的方

20、式，对现场的设备按通讯接口种类、放置的位置和运用的工段进行分类组网连接；效劳器采纳多线程并发处理，可以最大限度地提高采集速度，缩短数据处理的时间，充分发挥系统的效能。效劳器与现场一台指定的工控终端互为备用的容错方式运行，该台终端安装有相应的数据采集装置。一般状况下由应用效劳器与现场设备进行数据通信，当应用效劳器出现故障或进行检修时，指定的工控终端可代替效劳器进行现场数据通信和数据存储，效劳器正常以后指定的工控终端把临时存储的数据传送到效劳器进行永久保存，系统复原原来的正常运行，不会因设备的故障影响系统的正常运行。这样可削减经费开支的同时保证系统的不间断运行。3.5 系统调试与试运行 在现场施工

21、与软件设计完成后对现场系统软、硬件进行联调，调试结束后投入试运行。3.6 系统完善与验收 系统投入试运行后，依据用户运用的状况和提出的看法和建议进行调整与完善，使之能最大限度的满意实际生产的须要，力争到达：高效、好用、牢靠、操作便利的目的，全部问题解决后进行评审和验收。4. 工程实施及完成状况 2007年5月2021年4月 先后在北京长空机械厂503厂、西安庆安集团114厂、陕西航空电气有限责任公司115厂、解放军5713修理厂、航空618所、贵州航天精工536厂、贵州新艺机械厂170厂、沈阳黎明航空发动机集团410厂热表分厂、精铸分厂胜利推广，在此期间依据各厂生产管理模式差异及各厂的合理化建

22、议，对系统进行了不断完善，使之成为能适应不同类型生产厂家及不同生产管理模式的通用系统。 2021年4 月 用户方组织本企业相关部门针对该系统的功能、运行状况和运用者反应的看法召开了工程评审会，对该工程所取的成果赐予充分的确定，评审结论见评审看法。 四工程运行效果及分析 本系统在航空航天系统的几个生产厂运行状况证明：系统设计是合理的，运行是牢靠的，操作、维护便利，用户反映良好。所取得的效果主要表达在以下几个方面： 1. 系统的投入运行，改善了现场设备运行的管理与监控方式，注意了生产过程中间环节的质量限制，变更过去单纯靠最终检验把关来保证质量的观点和做法。现场状态显示直观，曲线、数据、参数一目了然

23、，便于掌控现场的状况。 2. 数据记录的精度高、精确、真实、牢靠。原始记录曲线、数据保存标准，完整，查询便利，对于产品的质量跟踪与事故分析供应了牢靠的依据。当出现产品质量问题时，生产管理模块和现场监控模块可干脆调用和共享，对生产现场数据进行分析，通过分析结果找出问题所在，并依据分析结果对生产工艺、限制参数、管理模式和工作的方法进行调整，防止质量事故的再次发生。3. 工艺参数和现场限制参数自动调用，并提示现场人员进行核实与确认，然后自动传送，削减了人为操作可能出现的错误，降低了废品率。4. 不同零件、相同工艺的同炉加工功能，节约能耗。5. 生产车间采纳信息化管理，生产数据精确、牢靠、标准，汇总统

24、计刚好、生产报表清晰，提高了生产效率。6. 系统采纳权限管理，防止越权操作，对责任事故便于认定。通过系统的运用也提高了在岗人员的素养。7. 上级部门生产管理人员通过网络查看车间生产数据，刚好驾驭生产进度和状况，对指导生产很有帮助。如下是局部显示界面 现场监控画面： 运行状态具体显示画面 从运用效果分析，本系统能够满意制造业热处理生产车间的生产管理与现场状态监控的要求，对于种类不同的生产企业只要做相应的调整和改动就可满意用户的运用需求，因此，本系统可以在制造业不同的生产车间进行推广运用。 五主要技术指标及经济效益完成状况 主要技术指标 1. 数据记录辨别率 0.1/mm（航标最高要求1.1/mm

25、） 2现场控温精度 1（航标最高要求1） 3. 温度梯度 2 4节约能耗 10% 5降低废品率 12% 6每日现场数据采集信息量 约10Mb/日 六工程技术创新点 热处理管控一体化综合应用系统，目前在国内鲜有胜利的案例，其主要缘由是开发者缺乏对现场运行状况及生产管理流程的深化了解，没有搞清晰上面的管理层与下面的现场数据怎样进行接口和数据综合处理。本工程对这些问题进行了深化的探讨和探讨、开发与实践，并胜利地在相关企业得到推广和运用，也是计算机集成制造系统CIMS在我国制造业热处理生产过程中的胜利先例。 我们认为该工程有以下几个创新点： 1.采纳两级网络架构，通过网络交换技术实现工业现场总线限制系

26、统与工业以太网管理系统的结合。实现零件从进入到发出车间的整个生产过程的管理，包括方案调度、设备管理、库存管理、质量管理、本钱核算、人事管理、生产工艺管理及现场过程限制和状态提示；完成数据从现场采集到生产管理报表自动生成的全流通。 2.采纳困难多回路的闭环优化限制技术，实现对现场不同种类设备多种参数温度、氮势、碳势、氧势、真空度、电量、流量、压力、运行时间等及各种动作的测量与限制。 3.系统设计中严格贯彻全面质量限制的方针，遵守热加工行业质量管理体系，除满意航标、国军标等质量限制体系要求外，还满意波音、GE、美国宇航标准等较高国际标准的要求。系统设计充分考虑影响产品质量的人、机、料、法、环等各种

27、因素，已上升到一个较高的层次。 九工程总结与建议 该工程经过数年的探讨、研发与实践，经过不断完善已渐渐成熟，先后在航空、航天系统的多家生产厂进行了推广运用。 该系统运行稳定，效果良好，实现了生产设备数据自动采集、过程自动限制和状态提示；把生产管理与现场监控结合为一体，进行生产协调和质量限制，对车间管理供应客观依据，更好地贯彻质量限制标准，大大提高了企业的信息化应用和管理水平。受到用户及驻厂军代表的一至好评。我们认为该系统在生产车间投入运行后可到达以下的目的： 将车间的生产管理与现场监控融为一体，使企业内部的管理和生产人员能够按各自的权限便利快捷地进行生产管理、信息沟通和资源共享，刚好驾驭生产现

28、场的状况，指导生产，给企业管理带来便利和高效。 群体协同工作，快速、全方位的信息采集与沟通，为企业的管理和决策供应科学的依据。 管理标准化，信息流通电子化，防止人工填写表单带来的问题，杜绝人为因素的影响，为企业实施全面质量限制供应有力手段，使企业的信息化应用到达一个新的水平，在猛烈的市场竞争中恒久立于不败之地。 关于进一步加强工程技术完善和技术推广应用的建议 本项研发技术成果经过近几年来的推广应用和示范，取得了显著的成效。应用范围广泛、推广价值大，但同时也在生产应用的实践中发觉存在诸多不完善的地方。比方：. 不同企业有不同的管理模式和要求，须要对功能模块进行补充与完善。. 系统与厂级骨干网连接后信息数据编码与数据格式的统一。. 数据访问与信息共享的协调处理。. 多种工业现场总线运用效果比拟等，都须要不断地解决与完善，以及系统在以后运用过程中出现的问题都是须要刚好解决。 建议进一步赐予必要的研发费用的支持，探讨和解决完善有关环节技术后，总结提高和加大推广应用。