專題講座資料（2021-2022年）工業(yè)半自動化數(shù)據(jù)采集終端解決方案

1、工業(yè)半自動化數(shù)據(jù)采集終端解決方案1、方案概述 20世紀(jì)90年代以來，經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢日益增加，信息技術(shù)的發(fā)展極為迅速，市場環(huán)境發(fā)生了根本性的變化。顧客驅(qū)動已成為市場的主要特征，市場競爭的要素涉及到工控時間、質(zhì)量、價格、服務(wù)和環(huán)境。而信息技術(shù)的廣泛采用，使得以顧客訂貨和市場需求為軸心的生產(chǎn)活動已可以不受時間和地域的限制，競爭的高科技含量因此大大提高了。面對激烈競爭，企業(yè)界的重要對策就是采用將制造技術(shù)與信息技術(shù)、自動化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)有機(jī)融合的新一代先進(jìn)制造技術(shù)。 在典型的ERP軟件平臺中，財(cái)務(wù)管理(包括會計(jì)核算，財(cái)務(wù)管理)、生產(chǎn)控制(包括生產(chǎn)計(jì)劃，制造)、物流管理(包括采購，庫存

2、管理，銷售)和人力資源管理等是基本功能模塊。過去的若干年來，ERP在國內(nèi)得到了較廣泛的重視，一些企業(yè)花了大量資金上ERP。但就一般情況而言，商業(yè)企業(yè)從ERP中獲得的利益比較明顯，而工業(yè)企業(yè)卻沒有那么幸運(yùn)，甚至受到不同程度的損害。這一現(xiàn)象并非我國獨(dú)有，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家也是如此。美國ARC公司調(diào)查結(jié)果顯示，53的客戶反映ERP對工廠生產(chǎn)存在負(fù)面影響。怪不得有人說：不上ERP是等死，上了ERP找找死。這里反映出在ERP實(shí)施過程中確實(shí)存在一些不可忽視的問題，其中最主要的是光有ERP并不能幫助和指導(dǎo)工廠分析其生產(chǎn)的瓶頸，改進(jìn)和控制產(chǎn)品的質(zhì)量，以及對具體的產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)行排產(chǎn)；ERP不但沒有調(diào)動工廠管理人員的積

3、極性，反而把他們降格為一種信息的收集者；ERP雖有生產(chǎn)控制模塊，但難以真正在工廠層中使用。如果不加分析和改進(jìn)這些問題，其結(jié)果則是將IT推離、而不是融入工廠的生產(chǎn)活動。工業(yè)信息化是指在工業(yè)的生產(chǎn)、管理、經(jīng)營過程中，通過信息基礎(chǔ)設(shè)施，子集成平臺上，實(shí)現(xiàn)信息的采集（傳感器及儀表儀器）、信息的傳輸（通信）、信息的處理（計(jì)算機(jī)）以及信息的綜合應(yīng)用（自動化、管理、經(jīng)營等功能）等。將信息技術(shù)用于企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、管理和銷售的全過程，以提高企業(yè)的市場應(yīng)變能力和競爭能力，這是企業(yè)信息化的主要內(nèi)容和目標(biāo)。因此，如何將ERP系統(tǒng)的生產(chǎn)管理模塊和工業(yè)信息化的深度集成是制造企業(yè)提高生產(chǎn)效率、提高生產(chǎn)過程的安全性、提高

4、產(chǎn)品質(zhì)量、提高服務(wù)質(zhì)量、縮短交貨日期、減少生產(chǎn)過程的原材料損耗最終提高企業(yè)核心競爭力的保障。2、ERP 系統(tǒng) 與現(xiàn)場自動化設(shè)備信息斷層問題我國制造業(yè)多年來采用的傳統(tǒng)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)是“由上而下”按計(jì)劃生產(chǎn)。簡單的說是從計(jì)劃層到生產(chǎn)控制層：企業(yè)根據(jù)訂單或市場等情況制定生產(chǎn)計(jì)劃->生產(chǎn)計(jì)劃到達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場-à組織生產(chǎn)-à產(chǎn)品派送。企業(yè)管理信息化建設(shè)的重點(diǎn)也大都放在計(jì)劃層，以進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)劃管理及一般事務(wù)處理。如ERP就是“位”于企業(yè)上層計(jì)劃層，用于整合企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)資源，編制生產(chǎn)計(jì)劃。在下層的生產(chǎn)控制層，企業(yè)主要采用自動化生產(chǎn)設(shè)備、自動化檢測儀器、自動化物流搬運(yùn)儲存設(shè)備等解決具體生

5、產(chǎn)（制程）的生產(chǎn)瓶頸，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的自動化控制。由于市場環(huán)境的變化和現(xiàn)代生產(chǎn)管理理念的不斷更新，一個制造型企業(yè)能否良性運(yùn)營，關(guān)鍵是使“計(jì)劃”與“生產(chǎn)”密切配合，企業(yè)和車間管理人員可以在最短的時間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的變化，做出準(zhǔn)確的判斷和快速的應(yīng)對措施，保證生產(chǎn)計(jì)劃得到合理而快速修正。雖然ERP和現(xiàn)場自動化系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系統(tǒng)的服務(wù)對象是企業(yè)管理的上層，一般對車間層的管理流程不提供直接和詳細(xì)的支持。而現(xiàn)場自動化系統(tǒng)的功能主要在于現(xiàn)場設(shè)備和工藝參數(shù)的監(jiān)控，它可以向管理人員提供現(xiàn)場檢測和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但是本身并非真正意義上的管理系統(tǒng)。所以，ERP系統(tǒng)和現(xiàn)場自動化系統(tǒng)之間出現(xiàn)了管

6、理信息方面的“斷層”，對于用戶車間層面的調(diào)度和管理要求，它們往往顯得束手無策或功能薄弱。比如面對以下車間管理的典型問題，它們就難以給出完善的解決手段： 出現(xiàn)用戶產(chǎn)品投訴的時候，能否根據(jù)產(chǎn)品號碼追溯這批產(chǎn)品的所有生產(chǎn)過程信息？能否立即查明它的：原料供應(yīng)商、操作機(jī)臺、操作人員、經(jīng)過的工序、生產(chǎn)時間日期和關(guān)鍵的工藝參數(shù)？ 同一條生產(chǎn)線需要混合組裝多種型號產(chǎn)品的時候，能否自動校驗(yàn)和操作提示以防止工人部件裝配錯誤、產(chǎn)品生產(chǎn)流程錯誤、產(chǎn)品混裝和貨品交接錯誤？ 過去12小時之內(nèi)生產(chǎn)線上出現(xiàn)最多的5種產(chǎn)品缺陷是什么？次品數(shù)量各是多少？ 目前倉庫以及前工序、中工序、后工序線上的每種產(chǎn)品數(shù)量各是多少？要分別供應(yīng)給

7、哪些供應(yīng)商？何時能夠及時交貨？ 生產(chǎn)線和加工設(shè)備有多少時間在生產(chǎn)，多少時間在停轉(zhuǎn)和空轉(zhuǎn)？影響設(shè)備生產(chǎn)潛能的最主要原因是：設(shè)備故障？調(diào)度失誤？材料供應(yīng)不及時？工人培訓(xùn)不夠？還是工藝指標(biāo)不合理？ 能否對產(chǎn)品的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)自動進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，精確區(qū)分產(chǎn)品質(zhì)量的隨機(jī)波動與異常波動，將質(zhì)量隱患消滅于萌芽之中？ 能否廢除人工報(bào)表，自動統(tǒng)計(jì)每個過程的生產(chǎn)數(shù)量、合格率和缺陷代碼？我們知道要解決以上的問題就必須實(shí)時的去記錄車間每一道工序的操作數(shù)據(jù)，將現(xiàn)場中的每一瞬間的信息的反饋到龐大ERP后臺數(shù)據(jù)庫中，讓功能強(qiáng)大的ERP分析報(bào)表進(jìn)行查詢分析，這樣無疑是讓每一個班組都要成為PC機(jī)的高手，因?yàn)橐粩嗟匿浫?。這似乎在

8、現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)很艱難，即時要實(shí)現(xiàn)這個無疑是給予企業(yè)帶來了巨大的人工錄入成本，這不但不能提高生產(chǎn)效率，反而是降低了企業(yè)的生產(chǎn)力。半自動化數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)就是使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接可以同時為生產(chǎn)部門、質(zhì)檢部門、工藝部門、物流部門、財(cái)務(wù)部門等提供車間管理信息服務(wù)，將現(xiàn)場自動化系統(tǒng)的信息同ERP生產(chǎn)管理模塊信息緊密的交互著，系統(tǒng)通過強(qiáng)調(diào)制造過程的整體優(yōu)化來幫助企業(yè)實(shí)施完整的閉環(huán)生產(chǎn)，協(xié)助企業(yè)建立一體化和實(shí)時化的ERP 信息體系。3、半自動化數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)介紹3. 1 半自動化數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)與ERP 系統(tǒng)無縫鏈接半自動化數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖：ERP系統(tǒng)自動化生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)/手工

9、作坊半自動化數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口客戶訂單生產(chǎn)訂單生產(chǎn)排程工序計(jì)劃控制參數(shù)操作指令任務(wù)狀態(tài)過程參數(shù)顯示操作員接受指令數(shù)據(jù)采集更新ERP系統(tǒng) 半自動化數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)的核心功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、對生產(chǎn)指令 和工序任務(wù)單的接受和傳遞、產(chǎn)品的跟蹤記錄管理、現(xiàn)場監(jiān)控等，并通過數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)將現(xiàn)場信息實(shí)時的反饋到ERP系統(tǒng)中。半自動化數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖：數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)生產(chǎn)車間采購管理倉庫管理銷售管理財(cái)務(wù)管理過程監(jiān)控管理產(chǎn)品跟蹤記錄現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集質(zhì)量管理設(shè)備管理生產(chǎn)文檔車間作業(yè)計(jì)劃工序計(jì)劃3. 2 半自動化數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 采用每道工序或者關(guān)鍵工序旁配置半自動化數(shù)據(jù)采集終端，每個數(shù)據(jù)采集終

10、端都配置好相應(yīng)的工序和工作中心，當(dāng)ERP系統(tǒng)中的生產(chǎn)任務(wù)下達(dá)后生成每道工序的指令單，即同時生成每個數(shù)據(jù)采集終端的任務(wù)計(jì)劃單。在數(shù)據(jù)采集終端中可以顯示對應(yīng)工序的每天的工作進(jìn)度安排（每個生產(chǎn)訂單的開工時間和預(yù)計(jì)完工時間、生產(chǎn)數(shù)量等信息），每個生產(chǎn)人員都有張員工卡，通過傳感器、掃描槍、數(shù)字鍵盤等輸入設(shè)備輸入員工卡后進(jìn)行開機(jī)操作，表示已經(jīng)開始操作機(jī)臺了。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集終端上的任務(wù)單，開始進(jìn)行工序工作。同時數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備會把該信息發(fā)回到ERP系統(tǒng)中，系統(tǒng)就會知道該生產(chǎn)任務(wù)已經(jīng)到達(dá)該道工序上，并在終端設(shè)備中顯示計(jì)劃生產(chǎn)數(shù)量，然后生產(chǎn)完成后，生產(chǎn)人員只需要直接錄入實(shí)際生產(chǎn)完成的數(shù)量（通過傳感器、掃描槍、數(shù)字

11、鍵盤等輸入設(shè)備），按回車后自動記錄并轉(zhuǎn)達(dá)到下一道工序指令單中，下一道工序的工作人員，根據(jù)終端設(shè)備顯示的任務(wù)接受中點(diǎn)擊接受上一道工序單過來的工作任務(wù)，并確定接受的貨品數(shù)量，點(diǎn)擊核準(zhǔn)后開始該道工序的運(yùn)作，同時數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備又會把該信息發(fā)回到ERP系統(tǒng)中，然后生產(chǎn)完成后，生產(chǎn)人員只需要直接錄入實(shí)際生產(chǎn)完成的數(shù)量，按回車后自動記錄并轉(zhuǎn)達(dá)到下一道工序指令單中。如此循環(huán)，直至該貨品所有工序路線完成，直到完工入庫，每個操作員工可以直接在數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備中進(jìn)行下班操作，表示今天的工作任務(wù)已經(jīng)完成。 具體實(shí)現(xiàn)如下：在生產(chǎn)任務(wù)單中自動生成該貨品生產(chǎn)指令（條形碼）在生產(chǎn)任務(wù)單下達(dá)后自動生成每道工序的工序指令生產(chǎn)任

12、務(wù)單通過數(shù)據(jù)采集終端掃接受工序任務(wù)，進(jìn)行工序加工，完工后將數(shù)量錄入系統(tǒng)上一道工序錄入完工后，自動轉(zhuǎn)到下一道工序，通過工序接受單核實(shí)后，開始該工序的生產(chǎn)加工，完工后將數(shù)量錄入系統(tǒng)工序2工序1工序計(jì)劃單安裝數(shù)字鍵盤完工入庫自動生成入庫單每一道工序錄入數(shù)量后自動轉(zhuǎn)到下一道工序進(jìn)行匯總。工序N系統(tǒng)特點(diǎn)： 1、結(jié)合后臺的ERP 系統(tǒng) 的生產(chǎn)排程功能，將每次生產(chǎn)任務(wù)單下達(dá)后把工序計(jì)劃發(fā)布到不同的數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備，告訴設(shè)備實(shí)時的工作任務(wù)。 2、數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備，將通過傳感器、掃描槍、數(shù)字鍵盤等輸入設(shè)備，將現(xiàn)場采集到的信息反饋回到ERP系統(tǒng)，供其他部門人員信息共享，能使其他部門人員實(shí)時的知道生產(chǎn)車間的作業(yè)進(jìn)度

13、情況。 3、每個生產(chǎn)操作人員都有張員工卡，可以通過掃描槍、數(shù)字鍵盤等輸入設(shè)備，進(jìn)行登錄和退出終端設(shè)備，進(jìn)行上下機(jī)操作。通過數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備顯示每天的工作計(jì)劃安排。系統(tǒng)也會顯示每道工序的派工人員，供車間核實(shí)。 4、數(shù)據(jù)采集終端輸入數(shù)據(jù)與后于系統(tǒng)計(jì)劃安排的生產(chǎn)數(shù)量不符合時，系統(tǒng)會給予預(yù)警，并通過系統(tǒng)消息告訴生管人員。 5、能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的信息的實(shí)時交互，大大減少了人工單據(jù)錄入的時間。 6、提高了生產(chǎn)車間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，避免應(yīng)人工錄入帶來的數(shù)據(jù)的誤差。3. 3 半自動化數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備布置網(wǎng)線 網(wǎng)線 網(wǎng)線 網(wǎng)線網(wǎng)線 網(wǎng)線 網(wǎng)線 網(wǎng)線工序1工序2工序3工序4工序N數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備數(shù)

14、據(jù)采集終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備生管主控臺ERP服務(wù)器Ø 在車間的每道工序或者關(guān)鍵工序都配置臺半自動化數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備，數(shù)據(jù)終端設(shè)備與機(jī)臺之間通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行鏈接。Ø 每臺半自動化數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備之間采用網(wǎng)絡(luò)線（有線、無線）等形式進(jìn)行對接。Ø 每臺半自動化數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)備參數(shù)和工序參數(shù)設(shè)置、每天的工作任務(wù)安排都由生管主控臺那邊統(tǒng)計(jì)設(shè)置和控制。Ø 半自動化數(shù)據(jù)采集終端又通過互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)同后臺的ERP服務(wù)器進(jìn)行信息的交換。3. 4 半自動化數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備硬件特點(diǎn) 1、CPU處理器：隨著數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集終端大多采用16位或

15、是更好的32位CPU（中央微處理器）。CPU的位數(shù)、主頻等指標(biāo)的提高，使得數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)采集處理能力、處理速度要求越來越高。使用戶的現(xiàn)場工作效率得到改善。 2、手持終端內(nèi)存：目前大多數(shù)產(chǎn)品采用FLASH-ROM+ RAM型內(nèi)存。操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、字庫文件等重要的文件存儲在FLASH-ROM里面，即使長期的不供電也能夠保持。采集的數(shù)據(jù)存儲在RAM里面，依靠電池、后備電池保持?jǐn)?shù)據(jù)。由于RAM的讀寫速度較快，使得操作的速度能夠得到保證。手持終端內(nèi)存容量的大小，決定了一次能處理的數(shù)據(jù)容量。 3、功耗：包括條碼掃描設(shè)備的功耗、顯示屏的功耗、CPU的功耗等及部分。由電池支持工作。 4、輸入設(shè)備：包括條

16、碼掃描輸入、鍵盤輸入兩種方式。 5、顯示輸出：目前的數(shù)據(jù)采集器大都具備大屏液晶顯示屏。能夠顯示中英文、圖形等各種用戶信息。同時在顯示精度、屏幕的工業(yè)性能上面都有較嚴(yán)格的要求。 6、與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通訊能力：作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的延伸，手持終端采集的數(shù)據(jù)及處理結(jié)果要與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)交換信息。 7、外圍設(shè)備驅(qū)動能力： 利用數(shù)據(jù)采集器的串口、紅外口，可以聯(lián)接各種標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)備，或者通過串-并轉(zhuǎn)換可以連結(jié)各種并口設(shè)備。包括：串并口打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等，實(shí)現(xiàn)電腦的各種功能 4. 半自動化數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備開發(fā)方案4.1設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓樸圖4.2數(shù)據(jù)發(fā)送接收流程圖4.3 流程明細(xì)說明（1）上位機(jī)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以同一臺電腦

17、也可以上位機(jī)多臺連接一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，上位機(jī)電腦與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器電腦必須保持隨時開機(jī)的狀態(tài)。（2）下位機(jī)通過RS232、RS485、網(wǎng)線與上位機(jī)進(jìn)行連接通信。（3）下位機(jī)一開機(jī)則進(jìn)入歡迎界面、顯示公司的標(biāo)志并提供輸入操作員工號功能。（4）操作員通過下位機(jī)輸入或通過外接設(shè)備掃描操作員的工號，輸入完按確認(rèn)，下位機(jī)將發(fā)送操作員工號信息到上位機(jī)。（5）上位機(jī)接收到工號信息則發(fā)送信息給下位機(jī)表示接收成功，上位機(jī)根據(jù)操作員工號到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器取該員工今天要進(jìn)行生產(chǎn)的工序及未完成的工序。（6）上位機(jī)取到該員工的數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)發(fā)送到下位機(jī)。（7）下位機(jī)接收完數(shù)據(jù)后將顯示該員工的要生產(chǎn)的工序的相關(guān)內(nèi)容。由員工選擇某一

18、工序進(jìn)行生產(chǎn)。（8）員工生產(chǎn)完成或生產(chǎn)部分產(chǎn)品要提交給其它工序人員生產(chǎn)時將在下位機(jī)里輸入數(shù)量（或通過其它外接設(shè)備掃描生產(chǎn)數(shù)量），輸入完數(shù)據(jù)后按確認(rèn)，下位機(jī)將該員工生產(chǎn)的工序及生產(chǎn)數(shù)量發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)如果返回接收成功后，下位機(jī)將刷新該工序的生產(chǎn)數(shù)量。（9）上位機(jī)接收到下位機(jī)發(fā)送的生產(chǎn)情況數(shù)據(jù)后將解析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)解析完則將生產(chǎn)數(shù)據(jù)拋回?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器以便下一道工序生產(chǎn)用或統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)情況使用。4.4下位機(jī)說明（1）：下位機(jī)開機(jī)界面（2）：下位機(jī)生產(chǎn)界面 下面界面中只有實(shí)作數(shù)量位置可以輸入，其它地方是從上位機(jī)取得的數(shù)據(jù)。（3）：按鍵說明 09鍵：數(shù)字按鍵 REF鍵：重新從上位機(jī)取數(shù)鍵 箭頭向上鍵：取上一條工序數(shù)據(jù) 箭頭向下鍵：取下一條工序數(shù)據(jù) ENT鍵：確認(rèn)鍵 （輸入工號