CN108415381A - 一种用于机加工车间的分布式远程监控***及监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于机加工车间的分布式远程监控***及监控方法，该监测***与待监测设备进行连接通讯，其包括：运行状态实时监测模块、生产数据实时采集模块、数据分析模块、设备预警控制模块以及远程访问与控制模块。本发明可实现对车间不同区域设备的整体监控，监控车间设备的运行状态，在关键问题发生时及时报警，通知相关人员解决问题；实时采集设备运行参数进行动态数据分析，实现设备预警机制，在问题发生初期消除故障；监控设备消耗点，及时调动资源进行设备的维护与改进，最终实现设备模型化管理、全局化管控。
Description
技术领域
本发明属于***监控领域，具体涉及一种用于机加工车间的分布式远程监控***及监控方法。
背景技术
随着制造企业生产规模的扩大，车间设备现代化水平的不断提升及科学管理技术的发展，传统的设备管理模式暴露出其不足及弊端，例如纸质化办公的时效性、真实性无法保障；设备维护保养的周期性及有效性得不到科学的计划以及设备分散监控所存在的盲目性等。对于汽车制造企业来说，从原材料入厂锻压到机加工生产零部件及最终的装配整个全过程，如何快速、高效、低耗、优质的完成产品生产制造是企业在竞争中成功的关键。目前机加车间采用离散的生产模式，生产品种多、任务重、非标设备多，造成设备集成管理程度低，随着机型品种的变更，生产计划和调度的频繁变化，造成车间产品周期加长，问题跟踪和质量管理变得更加复杂。
目前制造企业的设备监控未形成完全的信息化管理，部分设备有增加独立的电气模块监控设备运行过程，但监控功能简单不深入，不能保留历史记录。设备管理基本处于分散的管控，未从车间制造的全过程分析关联设备性能，对于设备相关的人员、***没有进行组织管理。具体存在的问题基本如下：
(1)可视化程度低：单独设备旁边配置HMI通过组态显示设备状态，不能直观的看到整个车间的运行情况，发现影响生产的当前因素；
(2)操作人工化：设备的基础信息、故障记录、维修记录通过手动纸质化记录，准确性、时效性较差，增加了人员的重复工作量；
(3)监控覆盖率低：车间生产设备种类及品牌众多，例如数控车床、车削中心、焊接机、清洗机、机器人等，不同的设备硬件条件与通信方式不同，造成目前的监控平台与设备接口困难；
(4)集成网络化程度低：设备分散程度高，无法集中管理，没有合理高效的设备联网方案解决离散控制的问题；
(5)设备分析能力不足：无法追溯车间设备历史的状态以及各设备的生产利用率状况，没有可靠数据的支撑来制定改善和提高设备利用率的解决方案；
(6)可利用性低：手动记录的设备故障记录、维修记录，整理繁琐不利于数据分析，可用性较低。因此对于设备关键的OEE指数、故障记录、故障率分析不能有效反馈。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种用于机加工车间的分布式远程监控***及监控方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于机加工车间的分布式远程监控***，该监测***与待监测设备进行连接通讯，其包括：
运行状态实时监测模块，用于对设备的运行状态进行监测，并将设备状态实时发送给监控终端；
生产数据实时采集模块，用于采集设备各状态变化发生的时间与次数，在每个加工周期结束时采集设备当前循环的运行时间构成以及设备的完工情况，并记录设备的换型、刀具更换、质量检测时间信息，形成设备维护历史记录；
数据分析模块，用于对于设备运行采集的运行状态数据、生产数据进行多种数据分析，并形成统计分析报表；
设备预警控制模块，用于根据维护的设备监测控制点，对设备进行预警控制；
远程访问与控制模块，用于在车间内网中远程访问监控***，查看设备实时状态，并可同时对多台设备进行控制操作。
本发明公开一种用于机加车间设备的分布式远程监控***，***可实现对车间不同区域设备的整体监控。***可实现：运行状态的实时监测、生产数据实时采集、数据分析、设备预警控制以及远程访问与控制。
在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：
作为优选的方案，设备的运行状态包括：手动运行、自动运行、旁路、堵料、待料、停机、报警、空循环中的一种或多种。
采用上述优选的方案，对设备的各种运行状态进行监测。
作为优选的方案，设备监测控制点包括：故障监测预警点、质量检测预警点及刀具更换预警点。
采用上述优选的方案，保证设备生产的零件质量过关，减少零件返工过程。
一种监控方法，利用用于机加工车间的分布式远程监控***进行监控，具体包括以下步骤：
1)运行状态实时监测模块对设备的运行状态进行监控；
2)生产数据实时采集模块对设备的运行数据进行采集；
3)数据分析模块对采集的设备运行数据进行分析；
4)设备预警控制模块对设备进行预警控制；
5)远程访问与控制模块对设备进行远程控制。
利用本发明提出的监控方法可以有效实现机加工车间内设备的监控。
作为优选的方案，在步骤1)中：运行状态实时监测模块进行车间整体监控；
车间整体监控实时监控所有区域的在线设备数量、报警设备数量、区域上线产量、下线产量、累计产量中的一种或多种，监控***与设备进行实时通讯，当设备通讯中断或者发生故障报警时，监控***提供消息提醒机制，将问题触发到***公告区，发送相关人员，维修人员获得消息后确认收到，监控***更新问题进展状态。
采用上述优选的方案，运行状态实时监测模块灵活配置，方便区域与设备维护。
作为优选的方案，在步骤1)中：运行状态实时监测模块进行区域详细监控；
区域详细监控按照设备状态发生的优先级，显示设备当前最高级别状态，同时详细展示设备所有监控状态的当前状态以及设备当班次累计发生的待料、堵料、超时、故障次数与时间。
采用上述优选的方案，运行状态实时监测模块灵活配置，方便区域与设备维护。
作为优选的方案，步骤2)具体为：
设备结束一个周期循环时，设备控制器通知生产数据实时采集模块加工结束，可以读取相关数据进行存储；
监控***获得指定位置信息，并保存加工的过程信息、设备运行信息以及使用的刀具信息；
过程信息包括：产品编号、加工机型、操作者编号、加工是否合格信息；
设备运行信息包括：设备的自动循环时间、堵料时间、待料时间；
刀具信息包括：刀具编号、刀具库位、刀具类型、累计使用次数。
采用上述优选的方案，进行实时的多种数据采集。
作为优选的方案，步骤3)具体为：数据分析模块以图形化方式从产量、效率、质量方面动态分析设备性能；
利用折线图反映每小时设备实际产出与计划产出的对比，分析设备发生故障的风险点；利用柱状图统计设备的合格产量与不合格产量，分析设备生产效率；
绘制设备OEE参数动态变化趋势，当OEE呈现明显下降或者连续下降时，进行设备检查与维护；
利用饼状图统计设备故障发生分布情况，对频繁发生的故障给出相应的指导建议。
采用上述优选的方案，进行有效的数据分析。
作为优选的方案，在步骤4)中：设备预警控制模块对每台设备设置故障监测预警点、质量检测预警点以及刀具更换预警点；
设备预警控制模块对故障监测预警点进行监控，当设备将要到达故障预警点时，提示进行故障检修；
设备预警控制模块对质量检测预警点进行监控，当设备加工时间超过设定值或者累计完成数量超过设定值时，监控***控制设备不能工作，提示进行质量检测；
设备预警控制模块对刀具更换预警点进行监控，当数控车床的刀具工作时间超过设定值或者累计完成数量超过设定值时，提示进行换刀操作。
采用上述优选的方案，保证设备生产的零件质量，减少零件返工。
作为优选的方案，在步骤5)中：远程访问与控制模块通过对访问用户进行身份验证，让不同权限用户访问相应的的资源，从而对设备进行相应权限的远程控制。
采用上述优选的方案，保证***的安全性，防止不同区域人员进行控制误操作。
附图说明
图1为本发明实施例提供的用于机加工车间的分布式远程监控***的框架图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
为了达到本发明的目的，一种用于机加工车间的分布式远程监控***及监控方法的其中一些实施例中，
一种用于机加工车间的分布式远程监控***，该监测***与待监测设备进行连接通讯，其包括：
运行状态实时监测模块，用于对设备的运行状态进行监测，并将设备状态实时发送给监控终端，便于管理者了解生产情况；
生产数据实时采集模块，用于采集设备各状态变化发生的时间与次数，在每个加工周期结束时采集设备当前循环的运行时间构成以及设备的完工情况，并记录设备的换型、刀具更换、质量检测时间信息，形成设备维护历史记录，为企业维修人员提供设备保养依据；
数据分析模块，用于对于设备运行采集的运行状态数据、生产数据进行多种数据分析，并形成统计分析报表，从效率、质量、利用率方面反映出设备能力与加工能力；
设备预警控制模块，用于根据维护的设备监测控制点，对设备进行预警控制；
远程访问与控制模块，用于在车间内网中远程访问监控***，查看设备实时状态，并可同时对多台设备进行控制操作，包括运行模式的选择、速率修调的选择、急停、机床锁定等常规操作，便于在线管理设备，提高效率。针对车间生产的复杂性及环境影响，远程控制授予用户权限才能进行操作，避免产生不安全的操作。
进一步，***与设备采用标准的数据接口，采用TCP/IP通讯，应用成熟的的OPC通讯平台KepServer，可以兼容多种型号的PLC控制***，保证数据采集准确性。设备的运行状态包括：手动运行、自动运行、旁路、堵料、待料、停机、报警、空循环中的一种或多种。
进一步，设备监测控制点包括：故障监测预警点、质量检测预警点及刀具更换预警点。
质量检测预警点可以对全部设备或关键设备进行设置，当设备加工时间超过设定值或者累计完成数量超过时，监控***控制设备不能工作，提示进行质量检测，检测完成后需要触发操作通知***解除报警，从而减少零件返工过程；对数控车床进行刀具更换预警点的监测，避免车床发生刀具磨损生产废件的预警。
本发明介绍了一种用于机加车间设备的分布式远程监控***，该监控***可实现对车间不同区域设备的整体监控。***控制层与设备之间的连通采用网口连接，运用虚拟机技术分布式监控不同的设备群，保证单台服务器与设备之间交互不会过重，最大效率提高设备监控的稳定性与安全性。控制层与设备控制器PLC之间的信号逻辑交互通过OPC接口方式实现，保证数据交换的统一性与开放性以及采集数据的准确性。监控终端采用B/S架构开发易于部署与web访问，与控制层通过集成网络化的socket通讯实时将各区域服务器监控到的设备状态变化递交终端解析，将socket命令转换成直观的状态显示或者说明。***可实现：运行状态的实时监测、生产数据实时采集、数据分析、设备预警控制以及远程访问与控制。
在运行本发明的***进行监控前，需要搭建用于机加工车间的分布式远程监控***框架，如图1所示，用于机加工车间的分布式远程监控***简称“PMC”。
PMC***与车间设备定义统一的数据接口，便于与设备的对接调试及后期的设备升级。接口内容包括通讯信息、设备运行状态信息、当前加工信息、设备计数信息，运行参数信息及报警信息。对于数控机床需要定义刀具信息，包括：刀具编号、刀具寿命，使用次数统计，换刀警告等。
表1 本监控***与设备接口表
本监控***根据IP地址及通讯端口与局域网内的任何一台设备进行一对多的通讯，能够同时连接多台设备进行并发通讯。通过不同区域的采集服务把采集的数据统一通过企业局域网输送至通讯服务器上。实现将现场采集的设备状态、产量、运行参数、生产任务、操作人员等数据通过通讯服务器进行解析、汇总、统计、计算将处理结果发送监控终端集成显示出来。服务器端运行KepServer软件实现信息层与控制层之间的数据交换。在KepServer建立各种驱动，与相应型号PLC建立连接。考虑***应用既有Windows操作***的平台，又有Linux操作***的平台，PMC Server满足跨平台，易移植，模块化设计良好的功能，为上层应用提供一套通用的通讯服务API接口，屏蔽底层平台的差异、操作***的差异，上层应用软件只需要调用通讯API即可获得相应的通讯服务，而无需关注平台。同时为了解决与设备进行大批量数据通讯时，可能由于网络状态的不稳定，造成网络阻塞、延时等问题采用流量控制开辟数据缓冲池，使阻塞的数据不至于被新接收的数据刷新而丢失。
搭建完成监控***后，本发明提供一种监控方法，其利用用于机加工车间的分布式远程监控***进行监控，具体包括以下步骤：
1)运行状态实时监测模块对设备的运行状态进行监控；
2)生产数据实时采集模块对设备的运行数据进行采集；
3)数据分析模块对采集的设备运行数据进行分析；
4)设备预警控制模块对设备进行预警控制；
5)远程访问与控制模块对设备进行远程控制。
利用本发明提出的监控方法可以有效实现机加工车间内设备的监控。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在步骤1)中：运行状态实时监测模块进行车间整体监控；
车间整体监控实时监控所有区域的在线设备数量、报警设备数量、区域上线产量、下线产量、累计产量中的一种或多种，监控***与设备进行实时通讯，当设备通讯中断或者发生故障报警时，监控***提供消息提醒机制，将问题触发到***公告区，发送相关人员，维修人员获得消息后确认收到，监控***更新问题进展状态。
采用上述优选的方案，运行状态实时监测模块灵活配置，方便区域与设备维护。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在步骤1)中：运行状态实时监测模块进行区域详细监控；
区域详细监控按照设备状态发生的优先级，显示设备当前最高级别状态，同时详细展示设备所有监控状态的当前状态以及设备当班次累计发生的待料、堵料、超时、故障次数与时间。
采用上述优选的方案，运行状态实时监测模块灵活配置，方便区域与设备维护。同时对设备发生的故障报警与报警解除实时的滚动显示。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，步骤2)具体为：
设备结束一个周期循环时，设备控制器通知生产数据实时采集模块加工结束，可以读取相关数据进行存储；
监控***获得指定位置信息，并保存加工的过程信息、设备运行信息以及使用的刀具信息；
过程信息包括：产品编号、加工机型、操作者编号、加工是否合格信息；
设备运行信息包括：设备的自动循环时间、堵料时间、待料时间；
刀具信息包括：刀具编号、刀具库位、刀具类型、累计使用次数。
采用上述优选的方案，进行实时的多种数据采集。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，步骤3)具体为：数据分析模块以图形化方式从产量、效率、质量方面动态分析设备性能；
利用折线图反映每小时设备实际产出与计划产出的对比，分析设备发生故障的风险点；利用柱状图统计设备的合格产量与不合格产量，分析设备生产效率；
绘制设备OEE参数动态变化趋势，当OEE呈现明显下降或者连续下降时，进行设备检查与维护；
利用饼状图统计设备故障发生分布情况，对频繁发生的故障给出相应的指导建议。
采用上述优选的方案，***控制层进行数据的实时采集，终端层获得上行数据，进行有效的数据分析。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在步骤4)中：设备预警控制模块对每台设备设置故障监测预警点、质量检测预警点以及刀具更换预警点；
设备预警控制模块对故障监测预警点进行监控，当设备将要到达故障预警点时，提示进行故障检修；
设备预警控制模块对质量检测预警点进行监控，当设备加工时间超过设定值或者累计完成数量超过设定值时，监控***控制设备不能工作，提示进行质量检测；
设备预警控制模块对刀具更换预警点进行监控，当数控车床的刀具工作时间超过设定值或者累计完成数量超过设定值时，提示进行换刀操作。
采用上述优选的方案，保证设备生产的零件质量，减少零件返工。所有的预警机制通过三个步骤实现，首先在低于警戒点一定范围内***触发设备警告，***将待检测信息发送公告区域显示以及短信通知指定人员，相关人员可立即进行设备检测与操作，选择继续工作或者完成设备检测更换，之后通知***反馈结果，***根据反馈决定是否重新计数；在到达警戒点时，***控制设备停止动作，进行报警提示；操作者对设备检测完成后触发确认按钮，***解除报警。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在步骤5)中：远程访问与控制模块通过对访问用户进行身份验证，让不同权限用户访问相应的的资源，从而对设备进行相应权限的远程控制。
采用上述优选的方案，保证***的安全性，防止不同区域人员进行控制误操作。***前端开放区域管理人员可以对设备运行模式进行选择以及紧急情况下锁定机床设备。
本发明提出的一种用于机加工车间的分布式远程监控***及监控方法在关键问题发生时及时报警，通知相关人员解决问题；实时采集设备运行参数进行动态数据分析，实现设备预警机制，在问题发生初期消除故障；监控设备消耗点，及时调动资源进行设备的维护与改进，最终实现设备模型化管理、全局化管控，保证设备监控***响应无延时，采集的无差错，指导明确。
对于本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于机加工车间的分布式远程监控***，其特征在于，该监测***与待监测设备进行连接通讯，其包括：
运行状态实时监测模块，用于对设备的运行状态进行监测，并将设备状态实时发送给监控终端；
生产数据实时采集模块，用于采集设备各状态变化发生的时间与次数，在每个加工周期结束时采集设备当前循环的运行时间构成以及设备的完工情况，并记录设备的换型、刀具更换、质量检测时间信息，形成设备维护历史记录；
数据分析模块，用于对于设备运行采集的运行状态数据、生产数据进行多种数据分析，并形成统计分析报表；
设备预警控制模块，用于根据维护的设备监测控制点，对设备进行预警控制；
远程访问与控制模块，用于在车间内网中远程访问监控***，查看设备实时状态，并可同时对多台设备进行控制操作。
2.根据权利要求1所述的用于机加工车间的分布式远程监控***，其特征在于，所述设备的运行状态包括：手动运行、自动运行、旁路、堵料、待料、停机、报警、空循环中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的用于机加工车间的分布式远程监控***，其特征在于，所述设备监测控制点包括：故障监测预警点、质量检测预警点及刀具更换预警点。
4.一种监控方法，其特征在于，利用如权利要求1-3任一项所述的用于机加工车间的分布式远程监控***进行监控，具体包括以下步骤：
1)运行状态实时监测模块对设备的运行状态进行监控；
2)生产数据实时采集模块对设备的运行数据进行采集；
3)数据分析模块对采集的设备运行数据进行分析；
4)设备预警控制模块对设备进行预警控制；
5)远程访问与控制模块对设备进行远程控制。
5.根据如权利要求4所述的监控方法，其特征在于，在所述步骤1)中：所述运行状态实时监测模块进行车间整体监控；
车间整体监控实时监控所有区域的在线设备数量、报警设备数量、区域上线产量、下线产量、累计产量中的一种或多种，所述监控***与设备进行实时通讯，当设备通讯中断或者发生故障报警时，所述监控***提供消息提醒机制，将问题触发到***公告区，发送相关人员，维修人员获得消息后确认收到，所述监控***更新问题进展状态。
6.根据如权利要求4所述的监控方法，其特征在于，在所述步骤1)中：所述运行状态实时监测模块进行区域详细监控；
区域详细监控按照设备状态发生的优先级，显示设备当前最高级别状态，同时详细展示设备所有监控状态的当前状态以及设备当班次累计发生的待料、堵料、超时、故障次数与时间。
7.根据如权利要求4所述的监控方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：
设备结束一个周期循环时，设备控制器通知所述生产数据实时采集模块加工结束，可以读取相关数据进行存储；
所述监控***获得指定位置信息，并保存加工的过程信息、设备运行信息以及使用的刀具信息；
所述过程信息包括：产品编号、加工机型、操作者编号、加工是否合格信息；
所述设备运行信息包括：设备的自动循环时间、堵料时间、待料时间；
所述刀具信息包括：刀具编号、刀具库位、刀具类型、累计使用次数。
8.根据如权利要求4所述的监控方法，其特征在于，所述步骤3)具体为：所述数据分析模块以图形化方式从产量、效率、质量方面动态分析设备性能；
利用折线图反映每小时设备实际产出与计划产出的对比，分析设备发生故障的风险点；利用柱状图统计设备的合格产量与不合格产量，分析设备生产效率；
绘制设备OEE参数动态变化趋势，当OEE呈现明显下降或者连续下降时，进行设备检查与维护；
利用饼状图统计设备故障发生分布情况，对频繁发生的故障给出相应的指导建议。
9.根据如权利要求4所述的监控方法，其特征在于，在所述步骤4)中：所述设备预警控制模块对每台设备设置故障监测预警点、质量检测预警点以及刀具更换预警点；
所述设备预警控制模块对故障监测预警点进行监控，当设备将要到达故障预警点时，提示进行故障检修；
所述设备预警控制模块对质量检测预警点进行监控，当设备加工时间超过设定值或者累计完成数量超过设定值时，所述监控***控制设备不能工作，提示进行质量检测；
所述设备预警控制模块对刀具更换预警点进行监控，当数控车床的刀具工作时间超过设定值或者累计完成数量超过设定值时，提示进行换刀操作。
10.根据如权利要求4所述的监控方法，其特征在于，在所述步骤5)中：所述远程访问与控制模块通过对访问用户进行身份验证，让不同权限用户访问相应的的资源，从而对设备进行相应权限的远程控制。
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