CN101713994A - 印刷机在线生产信息管理系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种印刷机在线生产信息管理系统，包括在MES内部以太网内设置有相连接的网站服务器和上位管理浏览器终端，用于实现联机远程诊断与维护，MES内部以太网还与OPC服务器以及设备机台浏览器终端分别连接，MES内部以太网还通过OPC服务器与若干个印刷机单元的设备工业以太网连接，所述的设备工业以太网内部包括Hub、HMI、CPU及控制器，Hub对外与OPC服务器连接，Hub分别与HMI、CPU及控制器连接，控制器与印刷机设备中的PLC控制系统连接。本发明还公开了上述控制系统的在线控制与实时数据采集方法，通过以太网通讯方式，实现了B/S结构下的集实时网络监控、参数上报、生产管理与分析统计，并实现多浏览器、多用户操作。

Description

印刷机在线生产信息管理系统及其方法

技术领域

本发明属于包装印刷设备的信息化控制技术领域，涉及印刷机在线生产信息管理与设备控制系统的在线控制与实时数据采集，具体涉及一种印刷机在线生产信息管理系统，本发明还涉及该种印刷机在线生产信息管理系统的在线控制与实时数据采集方法。

背景技术

包装印刷是印刷行业最有发展潜力和最重要的分支，到2007年中国国内包装印刷产值达1420亿，占整个印刷工业的37.8％，增速达到14.2％。

现有凹版印刷主要应用于包装印刷和特种印刷，它们以墨层厚实、墨色饱和均匀、色泽鲜艳明亮、承印物范围广、综合加工能力强、设备维护保养和维修方便等优点，已成为包装印刷的主流方式。特别是随着市场经济的不断发展，食品、饮料、卷烟、医药、保健品、化妆品、洗涤用品以及服装等工业得到长足发展，产品包装对凹版印刷品的需求量越来越大，质量要求也越来越高，推动了凹版印刷技术的快速发展。

现有机组式凹版印刷机设备及其与之配套的分切、复合机等设备联机，形成了先进的生产线，这些设备和系统价格高、速度快、生产规模巨大，但是，现有市场上的大部分凹印印刷机由于技术原因，尚没有将印刷设备运行信息与印刷现场作业管理与管理者的管理与信息处理平台很好地结合在一起，从接受和记录订单到最后交货，印刷现场和管理部门之间的联络及信息传递，多以书面打印或手写资料、甚至口头传达完成，效率低、易出错，同时，印刷业务所涉及到的所有数据，如作业计划、作业状态、作业跟踪和处理结果等信息，生产管理部门均不能及时有效掌握，对产品订单和生产情况等数据缺乏数字化的分析与处理，不能实现印刷机实时状态和生产信息的自动交换，对印刷过程中有关设备和操作的实际参数和状态等没有监控和记录，对产品订单和生产情况等数据缺乏数字化的分析与处理。以上这些不足对于价格昂贵、生产规模较大的印刷设备而言，操作和管理的效率很低，无法满足生产企业对印刷设备的生产率、效率、质量和设备监控等的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种印刷机在线生产信息管理系统，针对包装印刷设备进行管控一体实时联机生产管理，实现设备控制系统与工厂信息管理系统在车间和设备一级的控制、信息与管理的全面耦合与集成，适合于凹印生产流程的联机生产信息管理控制系统。

本发明的另一目的是提供上述印刷机在线生产信息管理系统的在线控制与实时数据采集方法。

本发明所采用的技术方案是，一种印刷机在线生产信息管理系统，包括在MES内部以太网内设置有相连接的网站服务器和上位管理浏览器终端，用于实现联机远程诊断与维护，MES内部以太网还与OPC服务器、Web/数据库服务器以及设备机台浏览器终端分别连接，MES内部以太网还通过OPC服务器与若干个印刷机的设备工业以太网连接，

所述的设备工业以太网内部包括Hub、HMI、CPU及控制器，Hub对外与OPC服务器连接，Hub分别与HMI、CPU及控制器连接，控制器与印刷机设备中的PLC控制系统连接；

控制器：在其内部设置有实时和全面的过程控制节点和工作状态检测节点，设置了监控与数据的采集、缓存及其通讯传输功能；

MES内部以太网：将管理系统与设备的控制器一体化联网的工业现场局域网，使用CTP/IP实时工业以太网，能够将控制器与OPC服务器经由IP进行通信连接，同时能够由Web/数据库服务器向网内浏览器以B/S方式实现浏览服务，还通过分布式Web服务方式实现与OPC服务器的联机；

网站服务器：作为上述整个MES内部以太网的广域网的代理服务器和网关，负责整个系统与外部网络的联接，并能够以VPN方式实现外部浏览的本地化，还用于远程视频监控；

上位管理浏览器终端：上位用于生产管理的运行浏览器的计算机，用于浏览Web/数据库服务器上的相关网页；

OPC服务器：用于装载各设备的控制器OPC服务器运行，OPC服务器直接与控制器连接并负责设备实时在线数据的采集与存储的上位机，并通过Web服务的方式向Web/数据库服务器提供实时数据；

Web/数据库服务器：用于上述MES内部以太网的网站服务器，该网络中的所有机台浏览器，都通过本Web/数据库服务器以B/S方式操作自己的工作界面和查询自己的工作任务、参数、报表信息；

设备机台浏览器终端，是上述的MES内部以太网内机台前的运行浏览器的计算机。

本发明所采用的另一技术方案是，一种印刷机在线生产信息管理系统的在线控制与实时数据采集方法，该方法依靠一套印刷机在线生产信息管理系统，该系统的结构是，

包括在MES内部以太网内设置有相连接的网站服务器和上位管理浏览器终端，用于实现联机远程诊断与维护，MES内部以太网还与OPC服务器、Web/数据库服务器以及设备机台浏览器终端分别连接，MES内部以太网还通过OPC服务器与若干个印刷机的设备工业以太网连接，

所述的设备工业以太网内部包括Hub、HMI、CPU及控制器，Hub对外与OPC服务器连接，Hub分别与HMI、CPU及控制器连接，控制器与印刷机设备中的PLC控制系统连接；

依靠上述的印刷机在线生产信息管理系统，通过以太网通讯方式，与机组式印刷机PLC控制系统、远程上位监控与管理计算机和生产现场的机台终端计算机连接，实现了B/S结构下的集实时网络监控、上位活件生产管理与分析统计，下位机台任务管理与参数上报、质量检验，并实现多浏览器、多用户操作，具体包括以下步骤：

A、管理人员使用上位系统中的上位管理浏览器终端，依次通过MES内部以太网、OPC服务器与联机的设备工业以太网连接，步骤包括：

A1、对印刷机设备的动态进行实时远程监控和工作参数记录；

A2、对印刷机设备的生产工单进行生成、下达和管理；

A3、基于机器运行数据、工单数据和机台上报数据，进行历史信息查看和信息回溯；

A4、对印刷机及配套设备的操作权限实行限制与数据管理；

B、在操作机台浏览器终端，现场操作人员的工作步骤包括：

B1、通过浏览器界面进行下达作业的浏览与开工管理；

B2、进行卷生产信息上报、工单完成与交接班上报和质量检验上报；

B3、进行操作机台与班组相关分析统计、报表输出。

本发明的印刷机在线生产信息管理系统，彻底改变了现有包装印刷生产设备的高效率与人工管理的低效率之间的矛盾，将印刷设备运行信息与印刷现场作业管理与管理者的管理与信息处理平台很好地结合在一起，实现了设备的自动控制与信息管理的无缝集成，实现了印刷机设备一级的生产管理信息化升级，从根本上提高了设备的管理和监控水平，大大提高了设备的使用效率和企业的效益。

附图说明

图1是现有凹版印刷机生产线工艺流程示意图；

图2是本发明印刷机在线生产信息管理系统的单通道系统联机原理图；

图3是本发明印刷机在线生产信息管理系统的多通道系统结构原理图；

图4是本发明印刷机在线生产信息管理系统的系统软件架构与功能组件示意图；

图5是本发明方法的基于班组工单实体模型实施例的数据库实体关系模型图；

图6本发明方法的基于班组工单实体模型实施例的部分库表及数据框图。

图中，1.机组式凹版印刷机，2.控制器，3.现场PC机，4.上位PC机，5.人机界面，6.MES内部以太网，7.网站服务器，8.上位管理浏览器终端，9.OPC服务器，10.Web/数据库服务器，11.设备机台浏览器终端，12.设备工业以太网，13.Hub，14.HMI，15.CPU。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1，为现有凹版印刷机生产线工艺流程示意图，其工艺流程为：

1)、材料一次处理，完成一次分切、真空镀膜(镀铝)；

2)、凹版印刷；

3)、二次处理，完成涂布复合，二次分切。

现有技术的生产过程中，上述的生产流程中的每个环节之间均是通过手工传票进行信息的传递和沟通，操作和管理的效率很低，无法满足生产企业对印刷设备的生产率、效率、质量和设备监控等的要求。

一、本发明的印刷机在线生产信息管理系统，包括系统硬件结构和系统功能集成两个方面，具体如下：

如图2，为本发明的生产信息管理控制系统一种实施例的单通道联机结构示意图，该实施例以机组式凹版印刷机为例(也可以适用于复合机、分切机等)，机组式凹版印刷机1通过线缆与控制器2连接，控制器2通过工业以太网通讯方式与现场PC机3和上位PC机4连接，控制器2通过现场通信的方式与人机界面5连接。

如图3，为本发明的生产信息管理控制系统另一实施例的系统功能结构原理图，包括在MES内部以太网6内设置有相连接的网站服务器7和上位管理浏览器终端8，可实现联机远程诊断与维护，MES内部以太网6还与OPC服务器9、Web/数据库服务器10以及设备II和设备I等的设备机台浏览器终端11分别连接，MES内部以太网6还通过OPC服务器9分别与印刷机单元设备II和设备I各自的设备工业以太网12连接，每个设备工业以太网12内部包括Hub13、HMI14、CPU15及控制器2，Hub13对外与OPC服务器9连接，Hub13分别与HMI14、CPU15及控制器2连接，控制器2与印刷机中的PLC控制系统连接，PLC控制系统包括了各种控制装置及数据采集装置，即可实现全程的实时控制及数据采集功能。

MES内部以太网6：能够将管理系统与各设备的控制器一体化联网的工业现场局域网，使用CTP/IP实时工业以太网，它能够将上述各类设备的控制器与OPC服务器经由IP进行通信连接，同时能够由Web服务器向网内浏览器以B/S方式实现浏览服务，另外，系统中还可以通过分布式Web服务方式实现与OPC服务器9的联机。

网站服务器7：作为上述整个MES内部以太网6的广域网的代理服务器和网关，负责整个系统与外部网络的联接，并能够VPN方式实现外部浏览的本地化，主要是用于远程视频监控以及远程诊断。VPN的英文全称是“Virtual Private Network”，翻译过来就是“虚拟专用网络”。顾名思义，虚拟专用网络可以把它理解成是虚拟出来的企业内部专线。

上位管理浏览器终端8：上位用于生产管理的运行浏览器的计算机，用于浏览Web/数据库服务器10上的相关网页。

OPC服务器9：用于装载各设备的控制器OPC服务器运行，OPC服务器9是直接与各设备的控制器2连接并负责设备实时在线数据的采集与存储的上位机，并通过Web服务的方式向Web/数据库服务器10提供实时数据。对于前述的单通道联机系统，也可同时作为Web服务器使用。

Web/数据库服务器10：是上述MES内部以太网6的网站服务器，MES内部以太网6中的所有机台浏览器，都可以通过本Web服务器以B/S方式操作自己的工作界面和查询自己的工作任务、参数、报表等信息。

设备机台浏览器终端11，是上述的MES内部以太网6内机台前的运行浏览器的计算机。

本发明的机组式凹版印刷机在线生产信息管理系统，通过采用图2所示的单通道系统部件连接示意图以及如图3所示的多通道系统功能与结构原理图，能够通过以太网通讯方式直接连接机组式凹版或柔板印刷机PLC控制系统、远程上位监控与管理终端计算机和生产现场的机台终端计算机，实现了B/S结构下的集实时网络监控、上位活件生产管理与分析统计等功能，下位机台任务管理与参数上报、质量检验等功能，并实现多浏览器、多用户操作。

1、先进的控制器：

本发明的控制器2选用贝加莱或西门子的高端无轴传动控制器，在其内部设置了与本发明的生产信息管理控制系统匹配的实时和全面的过程控制节点和工作状态检测节点，设置了监控与数据的采集、缓存及其通讯传输功能，为整个系统的工作提供了基础性的条件。

2、OPC联机

OPC是OLE for process control的缩写，意思是把OLE用于工业控制领域，它是OPC基金会将Microsoft的OLE/COM技术引入到过程控制领域，制定的一套标准OLE/COM接口协议，以便有效的在应用和过程控制设备之间读写数据。

本发明的印刷机在线生产信息管理系统的软件开发使用，基于以太网/OPC架构的通讯技术开发PLC与OPC Server之间的通讯，以及OPC Server与数据库之间的通讯。使用了OPC基金会的OPC.DA标准接口，开发了与贝加莱、西门子控制系统的OPC服务器的联机通讯功能，实现了对设备控制系统内部各类变量组及其变量的实时读写功能，并能够实现对不同控制器和多台设备的实时联机。

3、基于工业以太网的生产现场通讯网络系统

使用工业以太网建立了控制器2、OPC服务器9、Web/数据库服务器10及其机台浏览终端的系统联机。

4、基于B/S结构、.NET平台、SQL Server等技术的系统集成

开发使用.NET平台、VS开发工具与C#，并使用SQL Server数据库，这两个平台是现有业界领先的中型管理系统开发平台，系统采用B/S结构，使用ASP.NET、AJAX和ADO.NET等基础框架。

5、基于层次与组件化的架构体系

使用软件工程的设置方法，以平台化的设置要求，在充分进行设备使用企业生产管理流程需求分析的基础上，形成了如图4所示的基于对象、组件、接口和层次结构的低耦合平台框架，以期能为各种型号的凹印机相应联机管理系统的开发提供基础平台。能够形成基于框架灵活扩展的管控一体系统功能，本架构中的主要框架机制包括有：

1)、在系统框架中，底层数据通道使用适配器和组件来完成与上层方法(业务逻辑)对象间的连接，由抽象接口DALInterface和Factory构成的对SQL或Oracle之类数据库存取通道和与各设备的控制器之间的基于OPC或RS485串口之类的实时联机数据采控通道。

2)、在方法(业务逻辑)层中，对凹印机控制流程中MES管控功能架构有对象级的领域模型，包括业务实体模型、事件模型和策略模型，并向数据层提出了驱动接口和O/R映射模型。同时对用户界面(UI)层实现了数据集(DLL)和Web服务类型的框架，以便实现分布环境下的应用。

3)、在UI层，使用基于MVC(Model-View-Controller，即模型视图控制器)模式和B/S结构的服务器UI，其中View对象包括自己开发的Web控件和用户自定义控件(工单列表、负载图表、排产控件、进程控件、分析结果控件、基于Ajax的远程动态实时监控动画组件等)如及其ASP.NET已经提供的如数据绑定控件等常用Web控件。Controller则使用System.Web.UI.Page继承类完成，另外MVC中的模型就是由方法(业务逻辑)层中的实体模型和数据模型。

6、基于业务领域实体模型的数据实体映射模型，如班组工单业务模型及其E-R映射模型(如图5所示的一个实施例)和数据库表实现形态(如图6所示的另一个实施例)，而数据表中各种专业支撑数据如下所述。

如图5所示，在系统主要的实体数据表系列中，与方法(业务逻辑)中的班组工单实体相映射的班组工单表为核心，建立了与包括凹印机工单表、员工信息表、凹印色组生产记录表、卷生产记录表核心关联的的基于主外键的一对一或多对一等的关联表群，主要关联表还包括有如定单、凹印总体工艺单表、凹印色组工艺单表、凹印色组粘度表和凹印工单检验记录表等关键作业与生产管理数据系统。另一方面，系统还建立有完整的针对OPC通道的在线实时采集和控制的机器运行记录参数的各类数据表。

如图6所示，系统主要的实体数据表包括：定单、凹印机工单表、员工信息表、班组工单生产记录表、凹印总体工艺单表、凹印色组工艺单表、凹印色组生产记录表、卷生产记录表、凹印色组粘度表和凹印工单检验记录表。定单表作为凹印机工单表、凹印总体工艺单表、凹印色组工艺单表和凹印色组粘度表的父表，除凹印机工单表外的其它表都以定单号为主键来建立表间关联关系，而凹印机工单表以工单号为主键、定单号为外键来确立与定单表间的关联关系。凹印机工单表作为卷生产记录与班组工单生产记录表的父表，表间通过工单号与定单号共同来确定表间的关联关系。班组工单生产记录表作为员工信息表与凹印色组生产记录表的父表，与员工信息表之间通过班组号来确定表间关联关系，与凹印色且生产记录表通过工单号、机台号和色组号来确定表间关联关系。卷生产记录作为凹印工单检验记录表的父表，通过工单号、班次和卷号来确定表间关联关系。

二、本发明的印刷机在线生产信息管理系统的在线控制与实时数据采集方法

本发明的印刷机在线生产信息管理系统，以凹印机为例，基于对包装印刷行业的生产工艺和设备功能需要，在应用上划分成了系统管理子系统、定单管理与工单排产子系统、上报数据查看与分析统计子系统、实时动态监控模子系统、历史数据管理与回溯子系统、联机远程诊断与维护子系统等，并在实现功能的层级与机制上，由上述5中所述的支撑系统实现各自的控制，并实现对于不同设备、参数、通讯接口和数据库的连接。

(一)上位系统中的上位管理浏览器终端8，作为远程监控服务器，供生产管理人员使用，其主要的步骤包括：

1、对凹印机及配套设备的动态实时远程监控和工作参数记录。

实现需求：工厂的实际工作中，对凹印机和其他设备的监控与工作参数记录只能是现场监控与记录，工作效率低，生产管理人员不能及时有效地掌握凹印机的工作状态和记录实时工作参数，为解决印刷行业存在的这些现实问题，使工作管理人员能够实时掌握凹印机和其他设备的动态实时信息，就需要实现对凹印机和其他联机设备的动态实时远程监控和工作参数记录，提高工作效率。

工艺参数：工单号、工作状态、机器线速度、放料工作轴、放料直径、收料工作轴、收料直径、收料A轴长度、收料B轴长度、印刷卷数、印刷总长度、印刷压力、机组温度等。

具体步骤是：

(1)安装OPC服务器9与虚拟PLC软件，设置OPC服务器9，并将OPC服务器9连接到控制器2的连接变量上。

(2)按照OPC标准接口3.0编写OPC客户端(可以是本机客户端或Web服务客户端)数据读写程序，实现OPC客户端与OPC服务器的异步通讯，使OPC客户端异步读取OPC服务器中的实时数据；在OPC客户端中设置数据接口，并由此提供OPC客户端采集到的实时数据。

(3)在项目中加载OPC客户端程序集，实例化接口函数，取出获得的实时数据。

(4)把获得的实时数据采取两种方式输出，

一是通过AJXA技术将实时数据动态显示出来；

二是将实时数据以设定的时间周期存入Web/数据库服务器10中。

(5)将Web/数据库服务器10中的机器数据进行处理和逻辑判断后，以历史数据的形式表示出来，来反映整个凹印联机设备的历史运行状况。

数据支撑：机器实时数据来自印刷机开始工作的真实数据，是以一定的周期采集显示在屏幕上，在读取实时数据的同时，还将实时数据以一定的周期，根据生产工单的工单号与数据库的机器实时周期采集记录表中工单号相对应，记录在数据表中。

2、对凹印机及配套设备的生产工单的敏捷生成、下达和管理。

实现需求：现有印刷现场与管理者的信息平台没有很好地结合在一起，印刷现场和管理部门之间的联络多以书面打印或手写资料，甚至口头传达完成，效率低，易出错。针对当前存在的这些问题，实现生产工单的生成、下达和管理的信息化是非常必要的。

工艺参数：产品结构、投料系数、原料规格、印刷米数、生产批号、工艺参数档案号、印刷材料、印刷速度、版辊周长、装版方向、材料规格、胶轮规格、放卷张力、收卷张力、版号、油墨与型号、油墨粘度、干燥温度、压力、甲苯、醋酸乙酯、丁酮、异丙醇、材质结构、原料要求、成品要求、车速、一放张力、二放张力、烘道张力、复合收卷张力、胶水名称、胶水配比、热化温度、熟化温度、干燥温度、贴合温度、预热温度、刮刀压力、压胶压力、贴合压力、压辊压力等。

该步骤主要负责工单的生成，通过活件的录入、修改与下达和浏览，确保工单的准确性、合理性。该功能模块包括活件的录入、活件的修改与下达和活件的浏览三个部分，具体步骤如下：

(1)通过活件录入控件及界面，将一个新的活件生成一个新的工单，确定工单的初始状态，并存储在数据库中，录入的过程中同时进行必要信息的验证，确保工单信息的准确性与合理性。其中包括了两种敏捷、快速的方法(产品名称和物料号)生成工单。

(2)在活件的修改与下达控件及界面，对已经生成的工单进行相关信息修改与下达，修改信息的过程中同时也要对需要修改的信息进行必要的验证，以保证信息的准确度。活件的修改具有应用针对性，不是对所有已经存在的活件都可以进行修改，只能针对未下达的工单。下达的工单改变其原来的状态，确立一个新的状态，在印刷现场即可依据新的工单状态获取需要生产的工单。

(3)通过活件的浏览控件及界面，可以查询所有不同状态下的工单，以便进行工单的管理与分配。管理人员根据不同的需求可通过多种查询方式(如产品名称、物料号、机台号、完工日期和工单状态)来实现。

数据支撑：数据的作业单信息主要存储在定单表、凹印机工单表、凹印总体工艺单和凹印色组工艺单四个表中，它们之间的关系是以定单号与工单号为关键字段来连接的，这样可以将一个作业单的所有信息建立起关联。

3、基于机器运行数据、工单数据和机台上报数据，进行信息浏览、统计分析、信息回溯。

实现需求：现有技术中，完成的工单信息都以书面纸张形式或通过相关的办公软件记录备案，需要对已经完成的历史工单的工单基本信息、机台人员上报的信息与机器运行数据信息进行回溯时，还需要经过整理，很不方便。当需要获取某一工单的生产信息及生产该工单的班组信息时，设置基于机器运行数据、工单数据和机台上报数据的信息浏览、统计分析、信息回溯等功能，可以方便管理人员快速地掌握历史工单的信息。

相关参数：班组工单生产日期、班次、机台号、工单号、班组号、机修统计、机修确认、工单产量合计、放卷张力、引出张力、牵引张力、收卷张力、版辊规格、装版方向、印刷速度、环境温度、设备情况、原料清线、原料清线操作人、半成品清线、半成品清线操作人、油墨清线、油墨清线操作人、溶剂清线、溶剂清线操作人、设备清线、设备清线操作人、版辊清、版辊清线操作人、量杯交接、量杯交接操作人、秒表交接、秒表交接操作人、工艺单清线、工艺单清线操作人、工单状态、事故次数、事故原因等。

该步骤主要负责历史信息的查询，方便管理人员随时可以查询历史工单的相关信息，包括历史信息查看和信息回溯两个部分，具体步骤如下：

(1)在历史信息查看时，管理人员可根据实际情况通过多种方式实现查询，可查询的信息包括所有与某一工单相关的信息，例如工单的基本信息、生产该工单的班组信息、生产工单的卷的记录信息和印刷机的色组信息等。这些信息来自不同的数据表，通过工单号、色组号、班组号、卷号、生产日期相互关联便可获取。

(2)若生产的一个工单在工单检验中发现其中某一个卷出现问题，管理人员可在信息回溯界面中，通过输入工单号和卷号便可查询到生产该卷的相关信息，包括生产该卷的班组信息、卷记录信息和生产该卷的机器线速度曲线图等，实现了信息的信息回溯，进而可根据这些信息分析出问题的症结所在。

数据支撑：该部分的数据来源于数据库服务器中几个不同存储数据表。包括工单基本信息表、系统管理的员工信息表、总体工艺单表、色组生产记录表、色组粘度表、卷生产记录表、班组工单生产记录表和机器实时周期采集数据表。这些表间依据工单号、班组号、卷号、班次和色组号这个几个关键字段建立表间的关联关系。

4、对凹印机及配套设备的操作权限限制与数据管理。

实现需求：在实际登录系统中，公司不同的人员登录界面不同，就像不同的人员进入公司不同的岗位。下位机台员工，只能进入下位机界面，而且不同的人员拥有的权限不同，就像公司有不同等级，不同等级权力不同。这样才能更好的对用户进行管理。

具体步骤是：

(1)根据实际需要，系统有两种不同界面，一个是上位机界面，一个是下位机界面，将用户分成两种类型与之对应。用户登录时，查看Web/数据库服务器10中该用户的类型并与设置类型对比，用户登录与自己的类型相符的界面。

(2)根据实际系统运行过程，将所有员工的操作权限从弱到强依次分成没有任何权限、浏览、查询、添加、修改、删除共6种级别，拥有更高级别权限的人员同时拥有比它低级的权限。比如拥有添加权限的同时拥有浏览与查询权限。每个员工在执行系统相关操作时，查看数据库中该用户自己的类型并与设置类型对比，按照自己拥有的权限登录。

数据支撑：员工数据是实际中员工的一些基本信息，角色类型分为：经理、管理人员、凹印机操作员和质检员，它们各自的权限也不相同。相应的权限等级分为：没有任何权限、浏览权限、修改权限、查询权限、添加权限和删除权限。

(二)作为操作机台终端计算机，现场操作人员的工作步骤包括：

1、通过浏览器界面进行下达作业的浏览与开工管理

实现需求：上位服务器机台下达的工单，就是要求下位机台终端计算机按照下达的工单要求来印刷，因此下位机台终端计算机必须具备查看下达作业的浏览和开工管理功能，才能保证印刷现场和管理机构信息交互。

工艺参数：产品结构、投料系数、原料规格、印刷米数、生产批号、工艺参数档案号、印刷材料、印刷速度、版辊周长、装版方向、材料规格、胶轮规格、放卷张力、收卷张力、版号、油墨与型号、油墨粘度、干燥温度、压力、甲苯、醋酸乙酯、丁酮、异丙醇、复合产品名称、产品规格、材质结构、原料要求、成品要求、车速、一放张力、二放张力、烘道张力、复合收卷张力、胶水名称、胶水配比、热化温度、熟化温度、干燥温度、贴合温度、预热温度、刮刀压力、压胶压力、贴合压力、压辊压力、外观质量、物理机械性能、接头胶带要求、接头个数要求、复合注意事项等。

包括下达作业的浏览和开工管理部分，具体步骤如下：

(1)已下达的工单实际上是改变了工单的工单状态，下位机台浏览的工单就是以已经改变了的工单状态为条件读取的。这样就可获取某一工单的相关信息，机台操作人员以这些信息作为参考，便可控制印刷机工作。

(2)开工管理就是机台浏览器终端给上位Web/数据库服务器10一个开工信号，上位Web/数据库服务器10便可对印刷机各个设备进行动态实时远程监控，同时也向Web/数据库服务器10中记录机器实时周期采集数据。

数据支撑：该功能模块的数据是由上位服务器端数据库中工单表、总体工艺单表和色组工艺单表支撑的，如果在开工时候，同时还要向上位服务器端的数据库中的机器实时周期采集数据表记录数据，这几个表之间是通过工单号来关联的，而且是一对一的关系。

2、进行卷生产信息上报、工单完成上报、交接班上报和质量检验上报

实现需求：在现实的车间工单作业管理中，上述工作是操作人员手工填写表格完成。在实际工作中，手工填写的方法，效率低下，容易出错，且不易管理，导致工作量统计的困难。

在印刷过程中，车间操作人员根据印刷工艺单进行生产作业。当完成每一个工单作业以后，需要对工单信息进行记录，做为备份以及员工业绩的考核的依据。其中，卷生产信息是工单信息中记录的主要信息。它将操作人员完成的每一卷信息逐一详细记录。在生产过程中，经常会出现交接班，交接班上报是将同一工单下，不同班组工作的卷数分别记录，做为工作量的考核。质量检验上报是操作人员对于所有完成的卷进行质量检验，然后将检验结果做记录。最后，操作人员确认工单完成后，将工单上报，结束该工单作业。

工艺参数：班组工单生产日期、班次、机台号、工单号、班组号、卷数、交接班分卷与否、分卷交班长度、分卷接班长度、更换辊版、更换胶轮、打样重量、打样次数、在线废膜、料头、退库数量、废料确认、机修统计、机修确认、工单产量合计、放卷张力、引出张力、牵引张力、收卷张力、版辊规格、装版方向、印刷速度、环境温度、设备情况、原料清线、原料清线操作人、半成品清线、半成品清线操作人、油墨清线、油墨清线操作人、溶剂清线、溶剂清线操作人、设备清线、设备清线操作人、版辊清、版辊清线操作人、量杯交接、量杯交接操作人、秒表交接、秒表交接操作人、工艺单清线、工艺单清线操作人、工单状态、事故次数、事故原因、卷生产日期、卷号、来料重量、来料米数、印刷重量、印刷米数、色差、套色不准、上墨不良、版雾、墨点、糊版、刀丝、起丝、堵版、版坏、胶轮印、质量描述及处理结果、原料厂家、原料批号、色组号、卷号、粘度等。

包括卷生产信息上报、工单完成上报与交接班上报和质量检验上报三个单元，这三个单元的实际功能就是将生产某一工单的卷信息、班组信息、工单检验信息记录在上位服务器的数据库中，以方便管理人员进行数据的管理和信息查询。具体步骤如下：

(1)凹印机在工作的过程中是以印刷卷来完成的，每完成一个卷就要对印刷该卷的卷信息(如卷生产日期、来料重量、来料米数、印刷重量、印刷米数、色差、套色不准、上墨不良、版雾、墨点、糊版、刀丝、起丝等)和印刷卷的八个色组粘度进行上报，上报的数据由负责印刷该卷的操作人员录入。

(2)工单完成与班组交接班上报的信息中包括工单信息、在线记录信息和色组工艺信息。上报的状态包括三种形式：异常中断上报、未完成上报和工单完成上报。

异常中断上报：这种状态的上报是由于机器的故障引起工作中断，这种状态下的上报信息中不仅需要记录上述的三种信息外而且必须上报故障次数、故障原因以及维修情况等信息。

未完成上报：这种状态的上报是出于班组的交接班时还没有将一个工单完成的情况。

工单完成上报：这种状态的上报是由完成某个工单的最后工作的班组人员负责上报。

以上三种上报状态下上报的信息，记录在上位的Web/数据库服务器10中的班组工单信息记录表中。

(3)工单质量检验上报单元，负责检验某一工单下的某一个卷或部分卷的信息，是一种抽样检查。对某一个卷信息进行上报时，如果需要检验，可跳转到该功能界面，由质检员负责上报，上报的信息(如机台号、工单号、卷号、班次、检验日期、检验员、印刷班组号、卷首外观、卷首色差、卷中外观、卷中色差、卷末外观、卷末色差、检验前长度、检验前重量、检验后重量、刀丝、堵版、版雾、套色等)，记录在上位Web/数据库服务器10中的工单检验信息记录表中。

数据支撑：该功能模块的数据一部分来源于上位服务器数据库中工单表、总体工艺单表和色组工艺单表，其中部分数据由于工作环境的影响，机器实际工作中做了实际的调整；另外一部分数据包括班组信息、卷信息和工单检验信息，这些数据来源于印刷机生产工单的过程中产生的真实数据。上报以后将这些信息记录在上位机服务器数据库中的色组信息记录表、色组粘度记录表、班组工单信息记录表、卷信息记录表和工单检验信息记录表等，通过工单号、卷号、班组号和班次将上报的信息关联起来。

3、进行操作机台与班组相关分析统计、报表输出

实现需求：在任何一个管理系统中，统计分析也是重中之重，是管理系统中不可或缺的部分。印刷企业管理部门需要对工单的信息、机台的工作量、班组的工作情况等信息进行必要分析统计，明确企业的某段时间的任务信息，分析企业的业绩以及对工作人员进行考核评价。这些功能大都是人工分析，整理，不仅浪费大量的时间，而且效率低，易出错。针对存在的这些问题，在管理系统中设置了统计分析、报表输出的功能，操作方便，效率高。

工艺参数：工单号、产品名称、客户名称、印刷米数、印刷材料、生产批号、工艺参数档案号、班组号、班次、班组生产日期、卷在线废膜、料头、计划产量、材料规格、来料重量、来料米数、印刷重量、月事故次数、月在线废膜、月总料头、月产量、损失工时、实际产量、退库数量、年在线废膜、年总料头、年产量、年事故次数、年产量等。

该步骤包括工单信息统计、机台生产信息统计、机台生产统计和班组生产统计四个单元。统计的信息通过报表(普通报表和水晶报表)来表现出来，同时对报表可实现输出打印功能。统计的信息与报表相对应，报表与设置的数据集对应，数据集与查询条件相关的数据库的存储过程对应，执行时从数据库中的多个表中提取数据，从而实现了这个过程。具体的步骤如下：

(1)工单信息统计实现了对数据库中所有的工单通过多种方式(如客户名称、印刷材料等)查询统计。通过选择按照生产客户统计方式，从下拉框中选择具体客户名称，可输出该客户对应的所有工单信息报表；选择按照印刷材料统计方式，从下拉框中选择具体印刷材料名称，可输出以该材料生产的所有工单信息报表，并可实现对报表进行输出和打印。

(2)在操作机台生产信息统计时，给定一个时间输入段，管理人员可输入具体某天或是某一时间段，查看某天或某一时间段的机台生产信息，包括工单生产信息和班组生产信息，以及相应的卷生产信息。

(3)操作机台生产统计单元包括机台日报表、机台月报表和机台年报表三个部分。在机台日报表项中，可实现对具体某天或者一个时间段内班组和工单生产信息统计的报表输出和打印。如只输入开始时间值，则显示输出所输入天的生产信息报表，输入开始时间和结束时间，则显示输入该时间段内生产信息报表；在机台月报表项中，选择一具体的月份信息，可实现对该月机台生产信息的统计报表显示输出，报表内包括该月的机台绩效信息，月内每天的产量信息，以及产量信息的统计图；在机台年报表项中，选择一具体的年份信息，可实现对该年机台生产信息的统计报表显示输出，报表内包括该年的机台绩效信息，年内每月产量信息，以及对产量信息的统计图。

(4)班组生产统计可以实现对某天或者一个时间段内，具体班组生产情况的信息统计的报表输出和打印。如只输入开始时间值，则显示输出所输入天的班组生产信息报表，输入开始时间和结束时间，则显示输入该时间段内班组生产信息报表。

数据支撑：统计分析的数据来源于上位服务器端数据库中所有表，根据企业的需求提取需要统计的数据信息。统计的数据表之间通过工单号、印刷材料、客户名称、日期等关键字段来关联。

本发明的印刷机在线生产信息管理系统，针对高中档、高价值的包装印刷设备(含凹印和柔印)，使用MES理念，在对其控制系统和检测系统的的信息化升级的基础上，集先进控制器、工业以太网、B/S结构、.NET平台、SQL Server、C#、OPC连接、广域网远程视频等技术为一体。基于对象、组件、接口和层次结构，将在包含现场生产作业管理、设备实时监控、机台操作管理、数据分析与回溯、印品质量控制、业绩管理、MIS接口和远程维护等功能等方面，开发出包括基于OPC的多机通讯接口服务器组件、数据驱动层、系统管理模块、定单管理与工单排产模块、上报数据查看与分析统计模块、实时动态监控模块、历史数据管理与回溯模块、联机远程诊断与维护模块等，并实现对于不同设备、参数和生产的控制(业务逻辑)的模式抽象层，使系统具有通用开发平台的特征，能为各种型号的柔凹印设备及配套设备的相应联机管理系统开发提供基础平台。系统面实现了可用性、易管理性、可靠性、可伸缩性、安全性、第三方MIS接口等目标。达到了提高包装印刷设备使用者的的生产率、产品质量、设备可靠性、企业信息连通性并最终提高企业总效益，具体实现了以下方面有益效果：

第一、提高包装印刷设备的自动化和信息化水平，提高设备及其生产企业的市场竞争力。以高速机组式凹印和柔印系列产品(包括机组式塑料和纸张凹印机、机组式柔版印刷机、复合机、分切机等)为主要对象，开发与之进行单机和多机联接的具有生产管理、实时监控、分析统计、MIS接口和远程维护等功能的软件，并架构相应的可重复使用的开发平台，以期达到提升装备制造企业在包装印刷装备市场上的竞争力。

第二、提高设备使用者(即包装印刷企业)的信息化管理水平和设备使用率，整个系统针对凹印设备涉及的具体管理需求，并以此为基础实现了以下的流程管理：

1)、针对上位车间管理者，实现了凹印机的订单管理、工单作业排产管理、工艺参数管理、设备运行参数管理、实时运行监控管理、分析统计管理、质量回溯管理、班组绩效管理，

2)、针对车间机台现场作业管理与控制面板实现了工单下达与运行管理、工件运行与完工管理、班组交接管理、质量检测及其管理等，

3)、针对系统管理实现了系统安全管理、数据安全管理、与生产企业的其他信息系统(如MIS、CRM、ERP)的接口等。

综上所述，本发明的印刷机在线生产信息管理系统，提高了设备使用企业的生产效率和设备使用率，增强对质量的控制、监测和回溯的水平，并能够成为提升企业信息化管理和生产自动化的关键衔接环节。

Claims (10)

1.一种印刷机在线生产信息管理系统，其特征在于，包括在MES内部以太网(6)内设置有相连接的网站服务器(7)和上位管理浏览器终端(8)，用于实现联机远程诊断与维护，MES内部以太网(6)还与OPC服务器(9)、Web/数据库服务器(10)以及设备机台浏览器终端(11)分别连接，MES内部以太网(6)还通过OPC服务器(9)与若干个印刷机的设备工业以太网(12)连接，

所述的设备工业以太网(12)内部包括Hub(13)、HMI(14)、CPU(15)及控制器(2)，Hub(13)对外与OPC服务器(9)连接，Hub(13)分别与HMI(14)、CPU(15)及控制器(2)连接，控制器(2)与印刷机设备中的PLC控制系统连接；

控制器(2)：在其内部设置有实时和全面的过程控制节点和工作状态检测节点，设置了监控与数据的采集、缓存及其通讯传输功能；

MES内部以太网(6)：将管理系统与印刷机设备的控制器(2)一体化联网的工业现场局域网，使用CTP/IP实时工业以太网，能够将控制器(2)与OPC服务器(9)经由IP进行通信连接，同时能够由Web/数据库服务器(10)向网内浏览器以B/S方式实现浏览服务，还通过分布式Web服务方式实现与OPC服务器(9)的联机；

网站服务器(7)：作为上述整个MES内部以太网(6)的广域网的代理服务器和网关，负责整个系统与外部网络的联接，并能够以VPN方式实现外部浏览的本地化，还用于远程视频监控；

上位管理浏览器终端(8)：上位用于生产管理的运行浏览器的计算机，用于浏览Web/数据库服务器(10)上的相关网页；

OPC服务器(9)：用于装载各设备的控制器OPC服务器运行，OPC服务器(9)直接与控制器(2)连接并负责设备实时在线数据的采集与存储的上位机，并通过Web服务的方式向Web/数据库服务器(10)提供实时数据；

Web/数据库服务器(10)：用于上述MES内部以太网(6)的网站服务器，该网络中的所有机台浏览器，都通过本Web/数据库服务器(10)以B/S方式操作自己的工作界面和查询自己的工作任务、参数、报表信息；

设备机台浏览器终端(11)，是上述的MES内部以太网(6)内机台前的运行浏览器的计算机。

2.根据权利要求1所述的印刷机在线生产信息管理系统，其特征在于，所述的控制器(2)选用贝加莱或西门子的高端无轴传动控制器。

3.一种印刷机在线生产信息管理系统的在线控制与实时数据采集方法，其特征在于，该方法依靠一套印刷机在线生产信息管理系统，该系统的结构是，

包括在MES内部以太网(6)内设置有相连接的网站服务器(7)和上位管理浏览器终端(8)，用于实现联机远程诊断与维护，MES内部以太网(6)还与OPC服务器(9)、Web/数据库服务器(10)以及设备机台浏览器终端(11)分别连接，MES内部以太网(6)还通过OPC服务器(9)与若干个印刷机设备的设备工业以太网(12)连接，

所述的设备工业以太网(12)内部包括Hub(13)、HMI(14)、CPU(15)及控制器(2)，Hub(13)对外与OPC服务器(9)连接，Hub(13)分别与HMI(14)、CPU(15)及控制器(2)连接，控制器(2)与印刷机设备中的PLC控制系统连接；

依靠上述的印刷机在线生产信息管理系统，通过以太网通讯方式，与机组式印刷机PLC控制系统、远程上位监控与管理计算机和生产现场的机台终端计算机连接，实现了B/S结构下的集实时网络监控、上位活件生产管理与分析统计，下位机台任务管理与参数上报、质量检验，并实现多浏览器、多用户操作，具体包括以下步骤：

A、管理人员使用上位系统中的上位管理浏览器终端(8)，依次通过MES内部以太网(6)、OPC服务器(9)与联机的设备工业以太网(12)连接，步骤包括：

A1、对印刷机设备的动态进行实时远程监控和工作参数记录；

A2、对印刷机设备的生产工单进行生成、下达和管理；

A3、基于机器运行数据、工单数据和机台上报数据，进行历史信息查看和信息回溯；

A4、对印刷机及配套设备的操作权限实行限制与数据管理；

B、在操作机台浏览器终端，现场操作人员的工作步骤包括：

B1、通过浏览器界面进行下达作业的浏览与开工管理；

B2、进行卷生产信息上报、工单完成与交接班上报和质量检验上报；

B3、进行操作机台与班组相关分析统计、报表输出。

4.根据权利要求3所述的在线控制与实时数据采集方法，其特征在于：所述的步骤A1中，对印刷机设备的动态进行实时远程监控和工作参数记录，具体步骤是：

1)安装OPC服务器(9)与虚拟PLC软件，设置OPC服务器(9)，并将OPC服务器(9)连接到控制器(2)的连接变量上；

2)按照OPC标准接口3.0编写OPC客户端数据读写程序，实现OPC客户端与OPC服务器(9)的异步通讯，使OPC客户端异步读取OPC服务器(9)中的实时数据；在OPC客户端中设置数据接口，并由此提供OPC客户端采集到的实时数据；

3)加载OPC客户端程序集，实例化接口函数，取出获得的实时数据；

4)把获得的实时数据采取两种方式输出，

第一种、通过AJXA技术将实时数据动态显示出来；

第二种、将实时数据以设定的时间周期存入Web/数据库服务器(10)中；

5)将Web/数据库服务器(10)中的实时数据进行处理和逻辑判断后，以历史数据的形式表示出来，用于反映整个印刷机联机设备的历史运行状况。

5.根据权利要求3所述的在线控制与实时数据采集方法，其特征在于：所述的步骤A2中，工单的生成、下达和管理，包括活件的录入、活件的修改与下达和活件的浏览三个部分，具体步骤是：

1)通过活件录入控件及界面，将一个新的活件生成一个新的工单，确定工单的初始状态，并存储在上位Web/数据库服务器(10)中，录入的过程中同时进行必要信息的验证；

2)在活件的修改与下达控件及界面，对已经生成的工单进行相关信息修改与下达，修改信息的过程中同时也要对需要修改的信息进行必要的验证；下达的工单改变其原来的状态后，即确立一个新的状态，在印刷现场即可依据新的工单状态获取需要生产的工单；

3)通过活件的浏览控件及界面，查询所有不同状态下的工单，进行工单的管理与分配，管理人员根据不同的需求通过产品名称、物料号、机台号、完工日期或工单状态的多种方式，得到查询结果。

6.根据权利要求3所述的在线控制与实时数据采集方法，其特征在于：所述的步骤A3中，包括历史信息查看和信息回溯两个部分，具体步骤是：

1)当进行历史信息查看时，管理人员根据实际情况通过多种方式实现查询，可查询的信息包括所有与某一工单相关的信息，这些信息来自不同的数据表，通过工单号、色组号、班组号、卷号、生产日期相互关联便可获取；

2)当生产的一个工单在工单检验中发现其中某一个卷出现问题时，管理人员可在信息回溯界面中，通过输入工单号和卷号查询到生产该卷的相关信息，实现信息回溯。

7.根据权利要求3所述的在线控制与实时数据采集方法，其特征在于：所述的步骤A4中，对印刷机及配套设备的操作权限实行限制与数据管理，具体步骤是：

1)系统设置有两种不同界面，一个是上位机界面，一个是下位机界面，将用户分成两种类型与之对应，用户登录时，查看Web/数据库服务器(10)中用户自己的类型并与设置类型对比后，用户登录与自己的类型相符的界面；

2)将所有员工的操作权限从弱到强依次分成没有任何权限、浏览、查询、添加、修改、删除共6种级别，拥有更高级别权限的人员同时拥有比它低级的权限，每个用户在执行系统相关操作时，查看数据库中该用户自己的类型并与设置类型对比，按照自己拥有的权限登录。

8.根据权利要求3所述的在线控制与实时数据采集方法，其特征在于：所述的步骤B1中，下达作业的浏览和开工管理，具体步骤是：

1)已下达的工单实际上是改变后工单的工单状态，下位的机台浏览器终端显示的工单就是以已经改变了的工单状态为条件读取的，即可获取某一工单的相关信息，以这些信息作为参考，控制印刷机各个设备操作；

2)开工管理就是机台浏览器终端给上位Web/数据库服务器(10)一个开工信号，上位Web/数据库服务器(10)便可对印刷机各个设备进行动态实时远程监控，同时也向Web/数据库服务器(10)中记录机器实时周期采集数据。

9.根据权利要求3所述的在线控制与实时数据采集方法，其特征在于：所述的步骤B2中，包括卷生产信息上报、工单完成与交接班上报和质量检验上报，具体步骤是：

1)印刷机在工作的过程中是以印刷卷来完成的，每完成一个卷对印刷该卷需要的卷信息进行上报，上报的数据由负责印刷该卷的操作人员录入；

2)工单完成与班组交接班上报的信息中包括工单信息、在线记录信息和色组工艺信息，上报的状态包括三种形式：异常中断上报、未完成上报和工单完成上报，

异常中断上报：这种状态的上报是由于机器的故障引起工作中断，这种状态下的上报信息中不仅需要记录上述的三种信息外，而且必须上报故障次数、故障原因以及维修情况信息，

未完成上报：这种状态的上报是出于班组的交接班时还没有将一个工单完成的情况，

工单完成上报：这种状态的上报是由完成某个工单的最后工作的班组人员负责上报，

以上三种上报状态下上报的信息，记录在上位的Web/数据库服务器(10)中的班组工单信息记录表中；

3)工单质量检验上报，负责检验某一工单下的某一个卷或部分卷的信息，对某一个卷信息进行上报时，如果需要检验，由质检员负责上报，上报的信息，记录在上位Web/数据库服务器(10)中的工单检验信息记录表中。

10.根据权利要求3所述的在线控制与实时数据采集方法，其特征在于：所述的步骤B3中，相关分析统计、报表包括工单信息统计、机台生产信息统计、机台生产统计和班组生产统计，统计的信息通过报表显示出来，统计的信息与报表相对应，报表与设置的数据集对应，数据集与查询条件相关的Web/数据库服务器(10)的存储过程对应，执行时从Web/数据库服务器(10)中的多个表中提取数据，具体步骤是：

1)工单信息统计是对Web/数据库服务器(10)中所有的工单通过多种方式的查询统计，并实现对报表进行输出和打印显示；

2)在机台生产信息统计时，给定一个时间输入段，管理人员输入具体某天或是某一时间段，即可查看某天或某一时间段的机台生产信息，包括工单生产信息和班组生产信息，以及相应的卷生产信息；

3)机台生产统计包括机台日报表、机台月报表和机台年报表三个部分，在机台日报表项中，如输入具体某天或是某一时间段，则对具体某天或者一个时间段内班组和工单生产信息统计的报表输出和打印；如只输入开始时间值，则显示输出所输入天的生产信息报表；如输入开始时间和结束时间，则显示输入该时间段内生产信息报表；

在机台月报表项中，选择一具体的月份信息，则对该月机台生产信息的统计报表显示输出；

在机台年报表项中，选择一具体的年份信息，则对该年机台生产信息的统计报表显示输出；

4)班组生产统计是对某天或者一个时间段内，具体班组生产情况的信息统计的报表输出和打印，如只输入开始时间值，则显示输出所输入天的班组生产信息报表；如输入开始时间和结束时间，则显示输入该时间段内班组生产信息报表。

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