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研究报告完成单位：贵州新技术研究所贵阳纵横控制技术发展有限责任公司2012年2月1目录一．概述.................................................2二．立项的依据和目标.....................................3三、主要研究内容及完成情况...............................51.主导思想:..............................................52.系统建设原则...........................................63.主要技术路线..........................................64.项目实施及完成情况...................................16四．项目运行效果及分析..................................16五．主要技术指标及经济效益完成情况......................19六．项目技术创新点......................................19七、论文发表1篇和参加完成国军标GJB509B-2008编制错误!未定义书签。八、团队建设及人才培养...................错误!未定义书签。九．项目总结与建议......................................202一．概述在我国制造业的热加工部门，目前大多采用传统的生产和管理模式，存在设备和技术产能落后、职工素质不高、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项目的启动，以及新材料、新工艺大的量使用，对工艺控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足未来发展的需要，更不能满足国际转包生产的需求，迫切需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发展的必然趋势，用先进的控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，改变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）的要求势在必行。本项目采用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控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、控制参数自动调整、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容易出错、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计划制定、任务分配、任务下达、生产过程执行与监控、质量监测与控制、生产计划3执行情况统计等生产过程的闭环控制，解决了因管理工作量大、效率低下，管理人员对现场的情况了解不及时等带来的一系列问题，为企业的生产管理提供了更可靠、有力的手段。二．立项的依据和目标热处理是通过改变材料组织使机械零件或产品获得所需性能并保证使用安全可靠的工艺过程。热处理生产成炉批量投入，连续生产，处理对象大部分是经过加工的半成品件或成品件，如果出现质量问题，损失很大；更主要的是热处理缺陷漏检很容易发生严重的机械事故，造成更大损失。因此，热处理属于特种工艺，必须实施全面质量控制。热处理全面质量控制，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控制，包括人、机、料、法、环等各个环节，改变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度，实行以预防为主、预防与检验结合的主动控制质量保证模式，把重点转移到质量形成过程的控制上来，把热处理缺陷消灭在质量形成过程中。热处理全面质量控制是一项系统工程，本项目通过专业技术、管理技术和信息科学技术的有机结合，形成满足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、控制及管理一体化，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提供手段，4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、控制技术、网络通信技术、图形显示技术及先进管理经验于一体的综合运用系统，能满足各生产厂在数字化条件下的管理要求，更好的贯彻质量控制标准。生产车间管、控一体化系统属数字化和智能化设计制造，根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》中指出以信息化改造制造业，推进生产设备数字化、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。推广集散控制、现场总线控制、敏捷制造等技术，强化生产过程的在线监测、预警和控制。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》，制造业是国民经济的主要支柱，其发展思路是：(1)提高装备设计、制造和集成能力。以促进企业技术创新为突破口，通过技术攻关，基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。本项目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发展规划纲要2006-2020）》中将智能控制与集成、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，重点开展智能控制与集成、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。该项目技术含量高、专业性强、5应用广泛（遍及冶金、石油、机械、汽车、航空航天、军工、环境工程等军工及民用领域）。该系统已成功应用于航空航天等企业，而航空航天企业因件号众多，且大量使用新材料、新工艺，其质量管理体系最为复杂及严格，故该系统在其他领域的使用将更为容易。我国制造行业的车间众多，即使有5％的车间设备采用管控一体化系统也是一个相当大的数量。三、主要研究内容及完成情况1.主导思想:采用先进的思想和技术、结合完善的功能设计组建实用、可靠、方便操作的应用系统。通过计算机技术、网络技术、数据库技术、自动控制与数据通信技术的集成应用，结合生产企业的具体情况，对热处理车间现场控制设备和生产管理模式进行系统的技术改造，组建满足航标、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、满足生产实际需要的管控一体化综合应用系统。实现：从生产计划制定、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全流通管理；做到：现场控制可靠、数据采集迅速、准确；状态报警及时；曲线、数据显示直观、保存完善、查询方便；管理和生产人员能够按各自的权限，方便、快捷地使用本系统功能，调用相关模块进行所需的操作，实现生产管理的各项要求；做到信息数据的及时流通、交流与资源共享，满足质量控制体系及行业标准的要求，达到国6内领先水平。2.系统建设原则（1）.采用标准化设计原则，充分考虑建成的系统具有扩展性和互联性，既满足当前可实现的应用要求，又能适应今后系统扩展的需要。（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实用、安全、可靠、容错、稳定性和可操作性，在既能满足系统要求的前提下又能尽可能的节省经费的开支。（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用市场上先进的技术和成熟的产品。3.主要技术路线项目采取的主要步骤和技术路线由以下几个步骤组成：1.项目调研2.系统方案设计3.软、硬件设计、制作73.1项目调研按照管控一体化系统的设计原则，项目组到多个相关厂家进行了项目的实地调研，基本掌握了工业现场的生产工作情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使用要求和希望达到的预期目标，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。如下是项目调研的部分数据资料。车间管理组织结构：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8车间主任技术副主任生产副主任计划室调度室生产工艺及定额管理室零件收发室质检室设备管理室生产作业管理室库房经管室行政副主任行政办公室生产计划制定生产计划执行监控生产计划调整生产调度零件收发记录加工零件质量检验建零件台帐建零件检验台帐整体工段真空工段化学工段生产过程监控生产数据采集产量、工时统计生产工艺制定生产工艺建档生产工艺修改建设备台帐设备运行统计设备维修计划编制材料、能耗统计设备费用统计库存台帐出、入库操作库存材料采购计划库存占用资金分析生产成本核算人员工资核算职工档案管理成本分析质量分析生产能力评估设备能力评估人员管理行政计划制定行政费用统计标题:节点:编号:3组织机构及职能表面工段车间管理信息数据车间信息产品车间计划财务数据基础数据工艺档案设备信息人员信息库存信息生产数据资料军品原品军品新品民品原品民品原品主生产计划调度计划物料计划能力计划零件对照表定额表加工原始纪录质检原始纪录能耗纪录设备档案设备状态运行纪录生产统计库存台帐入库纪录出库纪录盘点信息管理人员生产人员辅助人员临时人员生产成本统计产值利润统计废品损失统计成本分析数据经济指标完成数据技术档案生产规程车间法规行政文件维修纪录能源价格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。93.2.1.现场监控层，包括：（1）通过智能精密控制装置、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控制。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；动作控制对象包括炉门、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，所有设备通过工业现场总线与系统服务器和现场操作及监控终端相连。设计满足工艺要求的现场监控软件，使系统能实时监控现场所有设备的运行情况；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大屏幕显示和现场广播语音提示。现场采集的所有数据均存入数据库服务器的硬盘阵列，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，实现控制层与管理层的数据交换。工业现场总线种类众多，各有所长与不足，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；目前用户现场所使用的设备主要配置RS-485/422通讯接口，由于这类接口具有通讯距离长，较高的可靠性和稳定性，在现有智能控制系统中应用比较广泛。从系统实用、经济的角度考虑，现场网络仍使用RS485/422工业现场总线。为提高采样速度及可靠性，采用了多网并行及多线程处理方式。根据现场不同设备所采用的通信协议种类的不同，设计了能满足多种通信协议要求10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，系统采用路由器与厂级骨干网连接，并根据用户要求提供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：包括系统服务器、车间各管理部门操作终端、电子大屏幕、车间广播系统、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产流程及质量控制过程的管理，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windowsmicsoft.NET的平台上进行开发，采用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：路由器网络交换机车间管理科室现场控制设备······中心机房工业现场打印机客户机客户机现场终端2现场终端3现场终端1第1组（真空炉、淬火炉等，共11台，控温点13个，测温点11个）第2组（箱式炉