離散型車(chē)間的人機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與管理

1、離散型車(chē)間的人機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與管理張亮星王少華杜嘉瑋摘要：針對(duì)離散型車(chē)間兩大實(shí)體對(duì)象人、設(shè)備的管理問(wèn)題，基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集技術(shù)和精 益生產(chǎn)管理理念，分析了設(shè)備監(jiān)控與管理的流程，制定了設(shè)備信息采集流程結(jié) 構(gòu)框圖以及人員狀態(tài)查詢(xún)與管理結(jié)構(gòu)框圖，設(shè)計(jì)了包含人員管理和設(shè)備管理兩 個(gè)模塊的，集動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理與控制功能一體的實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)了設(shè)備和人員的統(tǒng)一管理，利于管理者掌握監(jiān)控整個(gè)業(yè)務(wù)流程，提高了工 作的協(xié)調(diào)能力，減少車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)的浪費(fèi)和等待，從而達(dá)到對(duì)離散車(chē)間牛產(chǎn)過(guò)程中 人、機(jī)的有效管理。關(guān)鍵詞：離散型車(chē)間;數(shù)據(jù)采集;設(shè)備管理;人員管理;射頻識(shí)別；收稿日期：2017. 7. 25基金：中

2、央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助(2010zt03)real time data acquisition and management of man and machine on discrete workshopabstract：aiming at the problem of two major entities, people and equipment management of discrete workshop, based on real time data acquisition and lean production management concept, the flow

3、of equipment monitoring and management is analysed in this paper. the block diagram of the equipment infonnqtion collection and pcrsonncl status querying managcment arc developed, this paper designs a computer real time management system which includes two modules:personnel management and equipment

4、management, whose function is to collect, process and control dynamic data. the system realizes the unified management of the equipment emd the personnel, and it is beneficial for managers to administer the whole business process, improves the coordination ability of the work, reduce the waste and t

5、he waiting on the workshop.keyword：discrete workshop; data acquisition; equipment man3gcment; personncl management; rfid;received： 2017. 7. 25在我國(guó)制造業(yè)行業(yè)車(chē)間牛產(chǎn)過(guò)程中，信息化的開(kāi)展存在以下四方面問(wèn)題：（1） 信息孤島化明顯。企業(yè)在信息化建設(shè)過(guò)程中，往往忽視頂層設(shè)計(jì)使得信息系統(tǒng)缺 乏集成性和自動(dòng)性；（2）生產(chǎn)過(guò)程不可視。無(wú)法實(shí)時(shí)掌握車(chē)間人員、設(shè)備等的動(dòng) 態(tài)變化；（3）采集數(shù)據(jù)方式傳統(tǒng)。主要以手工統(tǒng)計(jì)錄入為主，數(shù)據(jù)可靠性低且耗 費(fèi)時(shí)間；（4）車(chē)間設(shè)備數(shù)

6、據(jù)傳輸接口，通訊技術(shù)不統(tǒng)一。無(wú)法實(shí)現(xiàn)車(chē)間基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 的實(shí)時(shí)釆集，造成人員信息、設(shè)備狀態(tài)等信息不能實(shí)時(shí)共享。國(guó)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者關(guān)于 機(jī)床的數(shù)據(jù)采集研究主要集在數(shù)據(jù)采集的方法及接口設(shè)備問(wèn)題的研究上in。本 文結(jié)合精益生產(chǎn)理念以消除車(chē)間生產(chǎn)的浪費(fèi)為目標(biāo)，在建立了設(shè)備信息采集流 程圖人員信息采集流程的基礎(chǔ)上，采用了基于rfid的數(shù)據(jù)采集方案的思路和具 體實(shí)施流程，通過(guò)構(gòu)建車(chē)間網(wǎng)絡(luò)支撐體系結(jié)構(gòu)完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，完成了系 統(tǒng)車(chē)間人員、設(shè)備跟蹤與管理功能模塊的設(shè)計(jì)，最后基于microsoft visual studio 2010平臺(tái)開(kāi)發(fā)了面向生產(chǎn)過(guò)程的人員、設(shè)備實(shí)吋跟蹤與管理系統(tǒng)，為車(chē) 間管理人員提供了全面、實(shí)時(shí)

7、的人員、設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備和人員統(tǒng)一化管理。1離散型車(chē)間的人機(jī)數(shù)據(jù)分類(lèi)車(chē)間信息分類(lèi):靜態(tài)基礎(chǔ)信息和動(dòng)態(tài)過(guò)程信息也。在考慮車(chē)間的人、設(shè)備采集數(shù) 據(jù)的種類(lèi)吋從動(dòng)態(tài)信息、靜態(tài)信息出發(fā)。主要采集信息如圖1所示。人員的工號(hào)、 姓名、工種、所屬車(chē)間及產(chǎn)線(xiàn)、班次為采集的人員靜態(tài)信息;工作狀態(tài)、等待狀 態(tài)、休息狀態(tài)、缺勤狀態(tài)為狀態(tài)信息。其中人員工作狀態(tài)信息又包括當(dāng)前操作設(shè) 備、所在工位、已工作時(shí)間和作業(yè)完成情況等;人員等待信息狀態(tài)包括預(yù)計(jì)等待 時(shí)間、等待開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間等;人員休息狀態(tài)信息包括休息開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間; 人員缺勤狀態(tài)信息包括缺勤原因等。狀態(tài)信息姓名工種1:作狀態(tài) 等待狀態(tài) 休息狀態(tài) 缺勤狀態(tài)設(shè)備

8、編弓設(shè)備名稱(chēng)設(shè)備型號(hào)所屬車(chē)間加匸能力負(fù)責(zé)人匸作狀態(tài) 等待狀態(tài) 故障狀態(tài) 維修狀態(tài)圖1信息采集分類(lèi)下載原圖同理，設(shè)備信息包括基本信息和狀態(tài)信息?；拘畔ㄔO(shè)備編號(hào)、設(shè)備名稱(chēng)和 設(shè)備坐標(biāo)位置等;設(shè)備的狀態(tài)分為工作狀態(tài)、等待狀態(tài)、故障狀態(tài)和維修狀態(tài)。其中設(shè)備工作狀態(tài)信息包括正在加工物料的名稱(chēng)編號(hào)、加工數(shù)量、預(yù)計(jì)完成加工 時(shí)間、實(shí)際開(kāi)始和結(jié)束加工時(shí)間、當(dāng)前加工計(jì)劃、操作人員以及機(jī)床工作時(shí)的參 數(shù)信息:主軸轉(zhuǎn)速、主軸負(fù)載、進(jìn)給速度和機(jī)床溫度等;設(shè)備等待狀態(tài)信息包括預(yù) 計(jì)等待時(shí)間、等待開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間等;設(shè)備故障狀態(tài)信息包括故障時(shí)間和原因 等，設(shè)備維修狀態(tài)信息包括維修人員、預(yù)計(jì)維修時(shí)間、維修進(jìn)度、開(kāi)始和

9、結(jié)束維 修的時(shí)間等。2數(shù)據(jù)采集方案2.1人、設(shè)備實(shí)時(shí)釆集方案設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的主要手段有三種:人工采集、自動(dòng)識(shí)別、采集終端采集。為貼近 實(shí)際車(chē)間的數(shù)據(jù)采集的情況，筆者采用以上三種方式rfid技術(shù)、人工采集和設(shè) 備終端自動(dòng)采集綜合的方法對(duì)人、設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。設(shè)備信息的具體采集流程如圖2所示。在車(chē)間開(kāi)始運(yùn)作前，將車(chē)間所有物料進(jìn)行 唯一標(biāo)識(shí)，并與預(yù)先錄入物料基木信息和工藝流程信息的電子標(biāo)簽綁定。車(chē)間員 工佩戴預(yù)先寫(xiě)入員工基本信息的rftd標(biāo)簽卡;車(chē)間所有設(shè)備配備帶有設(shè)備基本 信息的rfid標(biāo)簽的設(shè)備卡，并將設(shè)備卡發(fā)放給相應(yīng)的操作人員；同時(shí)在車(chē)間各 設(shè)備工序安裝rf1d讀寫(xiě)器。通過(guò)人工錄入機(jī)床當(dāng)

10、前狀態(tài)信息、串口服務(wù)器轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)直接上傳錄入、opc客戶(hù)端轉(zhuǎn)存機(jī)床當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的三種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的 實(shí)吋采集。設(shè)備操作人員需掃描設(shè)備卡在應(yīng)用終端輸入設(shè)備狀態(tài)信息。設(shè)珞狀態(tài)數(shù)據(jù) 采年*i串口數(shù)控機(jī)床以女網(wǎng)接口故 控機(jī)床*按照工藝生產(chǎn) nc代碼dnc網(wǎng)卡晉通機(jī)沐根據(jù)采集指令 as嵌宏程序opc客戶(hù)端+向數(shù)控機(jī)床傳 盪nc代碼機(jī) 床 當(dāng) 前 運(yùn) 行mb加匸過(guò)悝迺到 寵描令*采蟲(chóng)機(jī)床當(dāng)曲 運(yùn)行信息i甲口服務(wù)器息人匸采除圖2設(shè)備信息釆集流程下載原圖 員工上下班打卡以釆集員工出勤信息。根據(jù)rfid標(biāo)簽信息登錄系統(tǒng)來(lái)記錄員工 的工作狀態(tài)、等待狀態(tài)、休息狀態(tài)和任務(wù)結(jié)束的信息采集。若員工需要請(qǐng)假，由 請(qǐng)假員工

11、掃描員工卡，在應(yīng)用終端更新請(qǐng)假時(shí)間段內(nèi)的員工狀態(tài)信息。人員信息 采集過(guò)程如圖3所示。圖3人員信息采集流程下載原圖2.2系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)支撐體系結(jié)構(gòu) 根據(jù)人、設(shè)備實(shí)時(shí)的采集方案，設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，統(tǒng)一化車(chē)間生 產(chǎn)數(shù)據(jù)，如圖4所示。系統(tǒng)底層是放置于車(chē)間的各數(shù)據(jù)采集器，其作用是獲得牛 產(chǎn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備將采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成tcp/tp格式，再通過(guò)車(chē) 間局域網(wǎng)傳送到車(chē)間系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)和使用，車(chē)間管理人員通過(guò)車(chē) 間客戶(hù)端進(jìn)行人員和設(shè)備信息的實(shí)時(shí)跟蹤與管理。應(yīng)用層利用xml和web services技術(shù)來(lái)轉(zhuǎn)換異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，即erp數(shù)據(jù)庫(kù)和車(chē)間監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)之 間的數(shù)據(jù)交換，這樣

12、企業(yè)管理人員能夠通過(guò)erp系統(tǒng)客戶(hù)端快捷地查詢(xún)到實(shí)時(shí) 生產(chǎn)信息。企業(yè)局域網(wǎng)起始工序工序亠工序丁庁"a丄 rrjr工序圖4網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲误w系下載原圖2. 3人、設(shè)備實(shí)時(shí)跟蹤與管理流程設(shè)計(jì)的人、設(shè)備實(shí)時(shí)跟蹤與管理系統(tǒng)分別在于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故 障狀態(tài)、維修情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的追蹤和監(jiān)控;對(duì)人員狀態(tài)，是否超負(fù)荷和空閑進(jìn)行 實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及超負(fù)荷工作后的原因查明再采取具體的方法措施加以解決。目的主要是讓車(chē)間管理人員能夠?qū)崟r(shí)獲取車(chē)間生產(chǎn)工程中人員、設(shè)備的各方面信息。 具體流程，如圖5、圖6所示。圖6人員狀態(tài)查詢(xún)與管理流程下載原圖3數(shù)據(jù)采集的詳細(xì)流程設(shè)計(jì)以microsoft visual st

13、udio 2010為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，c#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統(tǒng)界面 microsoft sql server 2008 r2數(shù)據(jù)庫(kù)支撐后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、ado. net數(shù)據(jù)接口技術(shù)和gdi+圖 形設(shè)備接口等技術(shù)建立了界面友好的人員設(shè)備實(shí)吋跟蹤與管理系統(tǒng)。系統(tǒng)包括設(shè) 備監(jiān)控管理模塊、人員監(jiān)控管理模塊。3.1設(shè)備監(jiān)控管理模塊設(shè)備監(jiān)控管理模塊主要包括:設(shè)備信息管理子模塊、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控子模塊、 設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析子模塊、設(shè)備負(fù)荷計(jì)劃與產(chǎn)能平衡分析子模塊。各模塊的運(yùn) 行界面如圖7所示。(1) 設(shè)備信息管理子模塊設(shè)備基本數(shù)據(jù)管理，是指對(duì)設(shè)備的編號(hào)、名稱(chēng)和當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)等信息的集中管理, 為設(shè)備監(jiān)控其他模塊的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。

14、設(shè)備信兒査詢(xún)i 殳備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控f-個(gè)工僅曰訃;knil»oirwtoiiftz 1)600作11許3打昇0 00作1e什仲,啊j-wmj <w)設(shè)備負(fù)荷計(jì)劃與產(chǎn)匪平衡分析圖7設(shè)備監(jiān)控管理模塊運(yùn)行界面下載原圖(2) 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控子模塊 設(shè)備監(jiān)控界面采用模擬信號(hào)燈的方式，不同顏色代表設(shè)備不同運(yùn)行狀態(tài)，清晰、 直觀(guān)地顯示了該企業(yè)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，使設(shè)備管理人員對(duì)設(shè)備的使用 情況可以進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。若設(shè)備處于空閑狀態(tài)，設(shè)備管理人員需立即向生產(chǎn)管理 部門(mén)報(bào)告，由車(chē)間調(diào)度人員查明原因，并對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以此提高 設(shè)備的利用率;若設(shè)備處于預(yù)警和故障狀態(tài)，設(shè)備管理人員需立即向

15、維修部門(mén)報(bào) 告，由維修人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)或維修，盡快恢復(fù)設(shè)備功能，為車(chē)間的牛 產(chǎn)提供良好的技術(shù)裝備。此外，設(shè)備管理人員可點(diǎn)擊相應(yīng)的設(shè)備控件，在界面右 側(cè)查看該設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)信息。(3) 設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析子模塊設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，是指通過(guò)采集設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、空閑時(shí)間、故障時(shí)間、維修 時(shí)間的數(shù)據(jù)信息，并由程序自動(dòng)計(jì)算出反映評(píng)價(jià)設(shè)備管理工作水平的重要指標(biāo)， 有助于車(chē)間管理人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備管理問(wèn)題。此外，車(chē)間管理人員還可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān) 控設(shè)備處于運(yùn)行、空閑、故障和返修四種狀態(tài)相對(duì)的時(shí)間比例圖，對(duì)運(yùn)行時(shí)間比 例較低的設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)視，查明原因，及吋采取措施保證設(shè)備良好的工作狀 態(tài)，充分利用其產(chǎn)能。(4)

16、設(shè)備負(fù)荷計(jì)劃與產(chǎn)能平衡分析子模塊設(shè)備負(fù)荷計(jì)劃與產(chǎn)能平衡分析，是指將車(chē)間作業(yè)計(jì)劃任務(wù)量以設(shè)備為單位進(jìn)行 分配，通過(guò)分配任務(wù)量與設(shè)備自身牛產(chǎn)能力的比較，分析車(chē)間計(jì)劃制定的合理 性。設(shè)備負(fù)荷計(jì)劃量是計(jì)劃加工數(shù)量與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)吋間的乘積，設(shè)備生產(chǎn)能力 是設(shè)備的實(shí)際作業(yè)時(shí)間。當(dāng)生產(chǎn)能力不足時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取措施，如増加設(shè)備數(shù) 量、增加作業(yè)班組或調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃；當(dāng)生產(chǎn)能力過(guò)剩時(shí)，應(yīng)及時(shí)找到原因，采取 相應(yīng)的措施，以維持生產(chǎn)的適當(dāng)作業(yè)率。3.2人員監(jiān)控管理模塊車(chē)間人員監(jiān)管模塊內(nèi)容包括人員信息、工吋統(tǒng)計(jì)與分析、人員狀態(tài)跟蹤、人員技 術(shù)熟練度評(píng)價(jià)、人員負(fù)荷計(jì)劃與產(chǎn)能平衡分析。各模塊的運(yùn)行界而如圖8所示。人員信息查詢(xún)員

17、工時(shí)多 wir :*um.人貞人員狀態(tài)跟蹤圖8人員監(jiān)控管理模塊運(yùn)行界面下載原圖(1) 人員信息管理子模塊 人員信息管理主要針對(duì)人員的編號(hào)、姓名、工種、所屬車(chē)間編號(hào)等信息進(jìn)行管理, 為人員監(jiān)控管理模塊的運(yùn)行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。(2) 工時(shí)統(tǒng)計(jì)與分析子模塊該模塊通過(guò)由采集終端上傳的獲得的人員的每天的工作、等待、休息和缺勤的具 體時(shí)間，計(jì)算出上述四種時(shí)間的相對(duì)比例，并繪制出人員狀態(tài)時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖;通過(guò) 由采集終端上傳的人員每天作業(yè)時(shí)間中包含的主體作業(yè)、輔助作業(yè)、修正作業(yè)的 具體時(shí)間，計(jì)算出上述三種時(shí)間的相對(duì)比例，并繪制出人員工作時(shí)間明細(xì)統(tǒng)計(jì) 圖。通過(guò)對(duì)人員工時(shí)相關(guān)指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有助于人力資源管理部門(mén)及時(shí)

18、發(fā)現(xiàn)任 務(wù)分配和生產(chǎn)流程制定的不合理。(3) 人員狀態(tài)跟蹤子模塊人員狀態(tài)跟蹤，是指車(chē)間人力資源管理部門(mén)對(duì)人員工作、等待、休息和缺勤狀態(tài) 的實(shí)時(shí)跟蹤。車(chē)間人力資源管理部門(mén)打開(kāi)人員狀態(tài)跟蹤模塊，查看所有車(chē)間人員 的工作狀態(tài)，對(duì)處于等待狀態(tài)的人員的調(diào)整其任務(wù)分工，對(duì)處于缺勤狀態(tài)的員 工了解原因并采取相應(yīng)處罰措施，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)間工作人員的有效管理。此外, 該模塊還動(dòng)態(tài)繪制人員狀態(tài)統(tǒng)計(jì)圖，清晰地顯示出人員處于各狀態(tài)的相對(duì)比例， 有助于管理部門(mén)及時(shí)發(fā)現(xiàn)人員管理和問(wèn)題。(4) 人員技術(shù)熟練度評(píng)價(jià)子模塊人員技術(shù)熟練度評(píng)價(jià)，是指通過(guò)人員作業(yè)時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間的比較，對(duì)人員 技術(shù)操作熟練程度進(jìn)行等級(jí)劃分。車(chē)間人力資源管理部門(mén)通過(guò)了解車(chē)間工作人員 的技術(shù)熟練度和操作正確率，對(duì)技術(shù)熟練度低于b級(jí)或操作正確率低于80%的人 員進(jìn)行培訓(xùn)，以此來(lái)提高生產(chǎn)的效率和質(zhì)