CN104933533A - 一种制造产出数据实时采集成套产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制造产出数据实时采集成套产品，能自动地采集制造现场的生产数据、并能实时动态显示出来，目的是为了帮助制造业企业生产现场效率改善，提高实际生产数据收集的科学性、准确性和及时性，本发明可以准确和实时采集生产线的实际投入数、实际产出数、不良发生数、以及人工工时投入等数据，为企业生产现场数据的收集、处理和传递提供工具，可将生产流程中原本不可见的数据转变成实时的可视化的信息，生产相关部门(计划部门、采购部门、生产部门、品质部门、设备部门、物料仓库部门等)随时可以查看和掌握这些信息，以便更好地为生产现场提供服务。

Description

一种制造产出数据实时采集成套产品

技术领域

制造业企业每天都要生产自己的产品，一般先由计划部门制定生产计划、下达生产指令，制造部门再根据生产指令投入原材料、投入人工工时、生产加工完成品，并统计生产完成实际数据，例如：实际投入数量多少、实际产出数量多少、不良品数量多少、生产效率怎样、计划完成率怎样等等，这些数据都需要在生产完成后，由制造部门人员进行手工统计，然后，计划部门根据实际生产统计结果，经常还需要调整后期生产计划，本专利涉及制造业企业计划排产指令的下达、原材料的投入、完成品的产出、生产效率、计划达成率、不良发生率以及人工工时的投入等数据的收集和处理业务，实现这些数据自动收集和处理。

背景技术

市场经济牵引制造业企业的产品不断往多品种少批量方向演变，企业生产计划预测工作越来越难，计划下达后多次调整变更的情况越来越多，同时企业制造部门频繁地进行机种转换，给企业的生产管理增加了负担，加上企业内部生产信息量大、生产实际数据收集不准确、数据不及时、统计结果有问题等诸多问题的存在，大部分生产的实际数据只能根据经验进行估计或者核算，并且这些工作基本都是手工完成，既不科学又不准确，现状制造业企业内部的生产情报统计，方法一般如下：

1上班前领班人员手动记录当天生产计划，确定投入人数，以及该产品的生产指标目标等数据

2每小时领班根据实际生产结果，收集生产数据：投入数量、产出数量、不良发生数等数据

3根据收集数据，统计每小时生产实际效率、实际不良率、确定重点不良事件

4根据上述各种指标、数据填写生产投入产出效率推移图(P-CAR)

5针对重点不良事件，查找异常原因，及时采取预防措施

6每天生产结束，将实际生产数据移交生产计划部门，完成实绩汇报

现状手动人工统计数据存在的问题：

1数据量大，记录工作量大，浪费时间、记录不完全

2数据的获得途径不够标准，受人为因素影响，数据准确性不高

3要求不停地统计数据，实际上往往做不到，多数是事后补救、追记，这样取得的数据客观性不够

4不利于异常原因调查、根因分析和确定改善方向

5由于数据的利用困难，时间久了，有些手工数据的收集就变成了形式

6领班人员花了大量的时间收集统计的数据，利用较少，作用不大。

发明内容

为帮助制造业企业生产现场效率改善，提高实际生产数据收集的科学性、准确性和及时性，本发明可以准确和实时采集生产线的实际投入、实际产出等数据，为企业生产现场数据的收集和传递提供帮助，将生产流程中原本不可见的数据变成实时的有用的数据，生产相关部门(计划部门、采购部门、生产部门、品质部门、设备部门、物料仓库部门等) 随时可以查看这些数据，为方便这些部门及时掌握生产现场实际情况，进一步，还可实现自动下达生产计划指令、自动收集生产实绩、自动统计各种生产指标，根据这些数据，可以核算每个员工实际有效工时，近一步可计算员工工资，进一步可自动生成企业的原材料采购计划、原材料采购订单，进一步还可通过虚拟专网将计划直接下达给原材料供应商，进一步通过数据的收集、分析，经营者和管理者在最短的时间内发现问题并解决问题，让生产线作业效率、设备效率、产品品质得到快速的提升，从而达到提升运营绩效，降低运营成本，为经营效益提升做贡献的目的。

本套产品采用了电脑数据库管理技术、电脑网络技术、电脑嵌入系统解决方案技术、传感与数据采集技术等多方面技术，其中电脑嵌入系统解决方案是关键技术，由嵌入工业电脑(一体机)中的嵌入系统功能板来完成生产线各种数据的采集作业，生产线上的每一个作业点的作业时间、完成产品的数量、产生的不良数量等数据都实时发送给工业电脑，再由工业电脑将数据处理后发送给网络数据库，同时，工业电脑还承担该生产线的动态实时生成电子看板功能，实时更新显示生产线的动态进度数据，以生产线为基本单元，一条生产线配备一套工业电脑、嵌入系统功能板，并配备数据采集装置和铺设信息传输网络，本产品可以单机单独使用，以便降低企业投入费用，也可以多条同时使用，配置网络服务器，连接企业内部局域网，将数据实时上传至服务器数据库，实现网络实时管理生产线数据功能，以方便企业管理人员随时查看各条生产线的实时生产情报，不用亲自走到生产线上，这种方案结构简单，容易维护，方便灵活，性能稳定，可扩展性好。

近几年，市面上出现一种称为“制造执行系统”、又称为“MES系统统”的方案，这种方案非常庞大，制造企业生产各相关部门(计划室、调度室、工艺室、各库房、生产班组等)、车间生产全部设备(注塑机、冲压机、贴片机、检测机等)、以及内部邮件子系统、资料室管理、生产计划管理、工艺室管理、数控文件管理、工具库管理、工装库管理、成品/半成品库管理、材料库管理、生产过程管理、物料配送管理、基础数据维护、与其它系统集成接口模块等都规划其中，该方案以强大的软件为主，通过大量GPIB接口板与各种设备相连，获取设备数据，该方案技术架构复杂、投资昂贵、普适性较低，目前只有极少数超大型企业有投入使用，据反映，由于其繁琐的操作界面、功能的不稳定，给企业产生的实际价值并不理想。

本发明专利与“MES系统”本质区别有两点，其一是功能上“MES系统”以前端产品研发为出发点，为协调指挥各生产相关部门、管理控制各种生产设备为主要功能，本发明专利以末端的生产线为出发点，实时采集每天生产线的实际生产数据，提供生产控制工具为主要功能，其二是技术手段上“MES系统”以大量标准GPIB接口板来获取设备数据，每个GPIB只能连接一台设备，本发明专利以专用嵌入系统功能板收集各种传感器数据，一块嵌入系统功能板能同时收集多个传感器或设备的数据。

附图说明

附图l是本发明的总体构造图，主要包含三大部分，一部分是数据采集系统，完成生产线各种实时数据的采集、处理，另一部分是电脑网络服务器，服务器里安装有器数据库，保存数据采集系统发送的数据，第三部分是办公电脑，办公电脑里安装客户端软件，可以随时查看任何一条生产线的实时情报

100部分 数据采集系统安装在每条生产线上，完成生产线各种实时数据的采集、处理，一条生产线安装一套该系统，用于实时采集生产线的生产情报，例如：该生产线当日的生产计划、该线当日实际开线时间、实际生产产品、该产品投入数、实际产出数、实际发生不良数、生产线的实际节拍等数据，这些数据都可以自动采集，不须人为操作，具体见附图2详细说明，该系统可以安装在一条生产线上，单独使用，可以动态显示该生产线上的生产情报，也可以多条生产线上同时安装一套该系统，通过无线或有线连接网络服务器，实现网络远程查看生产线实时情报

200部分 网络服务器电脑上安装有专用的服务器端软件，用于创建和管理服务器数据库，接收存放来自各条生产线发送来的实时数据，电脑可以使用一般商用普通电脑，性能可以适当比办公电脑高一些，以便较好接收来自各条生产线的数据，同时较好处理来自多个办公电脑查看数据的请求，除安装有专用服务器软件外，没有其他特别要求

300部分 办公电脑采用普通个人电脑，无需另外购置，但需要安装专用客户端软件，用于读取网络服务器数据库数据，可以查询已经完成的计划任务，也可以查看各条生产线的当前的实时进度情报，还可以查看未来一周的生产计划，用于制定生产计划，可以给每天生产线制定下达一周或数周的生产任务指令，无需打印发行，仓库部门可以根据生产指令准备原材料，制造部门可以直接根据生产指令领料生产，财务部门可以根据生产实绩计算员工工资，技术部门可以根据不良情报调查不良原因，供应商可以根据生产任务指令，准时交付实现降低库存。

附图2是数据采集系统100部分的构造图，主要包含四大部分，第一部分是工业电脑(一体机)，悬挂在生产线的一端，用于处理生产线数据和显示生产线动态信息，第二部分是嵌入系统功能板，是一种专用的电脑嵌入系统解决方案，第三部分是铺设在生产线上的传输线缆，用于连接嵌入系统功能板与生生产线信息采集装置，第四部分是生产线各种信息采集装置

101部分 工业电脑(一体机)采用普通工业级一体机电脑，用作生产线生产情报的电子显示看板，要求显示面积尺寸尽量大一些，厚度尽量薄一些，方便悬挂和保证较远距离也能观看清晰，工业电脑通过扫描模式或中断模式获取嵌入系统功能板发送的数据包，对数据进行处理，包括数据的筛选、识别、分类、和指定指标的统计，这些处理好的数据，还通过网络发送给网络服务器，与此同时，工业电脑还将生产线的实时数据显示在其显示屏幕上，实现生产数据的实时动态更新

102部分 嵌入系统功能板在整个产品中起到关键的作用，绝大部分生产线的实时数据都是由该功能板采集各种信息发生装置或采集装置的状态完成的，例如，红外线传感感知物料通过一个，功能板自动采集红外线传感的SENSER信号，将信号发送给工业电脑，工业电脑完成计数一次或记时一次，又如，检查设备检测发现不良，输出特定信号，功能板自动扑捉不良信号，将信号发送给工业电脑，工业电脑完成不良计数一次，功能板与工业电脑的连接采用电脑通用接口，例如PCI口、USB口或其他口，将嵌入系统功能板连接工业电脑，这样嵌入系统功能板采集的数据包可以发送给工业电脑

103部分 生产线信息传输网络是连接嵌入系统功能板与各种信息采集装置的网络电缆，可采用各种多芯双绞线、多芯同轴电缆、或多芯扁线等，根据信息采集装置数量选择相应股数的电缆

104部分 生产线信息采集装置是收集生产线数据的各种传感器、数据读取设备、设备状态信号输出口以及手动按钮、手动开关等，这些装置发生的信号代表了生产线某个工位，某个时刻，生产某个产品的实时生产情报，这些情报反映的信号变化，都会被嵌入系统功能扑捉到。

附图3是常见生生产线信息采集装置，凡是能反映生产线生产作业状态变化并输出电信号的装置，都可以采用，这里只是列出常见的4大类型，并作简要说明

141部分 使用常见的传感器计数，其中红外线传感器有对射式和反射式，根据产品物料的形状和生产线线体的实际情况选用，一般采用对射模式，计数比较准确；电磁场传感器中典型的代表是霍尔元件，对于磁性物料的计数非常方便；另外，使用光敏感元器件和热敏感元器件计数，在某些特殊情况下也会用到

142部分 设备输出型号包括检查设备和加工设备，几乎所有的电器检查设备都会设置有信号输出口，检查结果通过和检查结果不通过输出的信号不一样，嵌入系统功能可以方便区别良品或不良品；早期的生产设备，生产设备不一定都有型号输出，此时，需要计数的话可以增加141部分方式

143部分 数据读取设备使用最多的是条码枪，现状的条码枪基本都是USB接口的，可以直接连接电脑，距离电脑比较远时，可以采用无线条码枪，也可以接入生生产线信息传输网，通过嵌入系统连接工业电脑(一体机)，数据采集器与条码枪一样，只是多数是无线RF发射式，通过配套接收装置直接接入电脑

144部分 手动按钮也经常会被使用到，在各种自动设备无法使用到的场合，或某些特殊情况，自动计数装置计数无法准确时，可以使用手动按钮。

附图4是本发明中办公电脑与网络服务器、工业电脑(一体机)和嵌入系统功能板的软件控制主要流程图，按操作顺序主要分为基础数据维护部分，子功能系统部分，收集生产线数据部分，和管理使用数据部分，生产线的大部分数据、信息指标都能自动采集、动态显示在工业电脑显示器上(用作电子看板)，以及网络办公电脑能够远程查看实时数据，都是按照本套功能软件流程进行的，本套产品在使用之前，需要建立和维护基础数据，主要有用户建立、密码设置，成品基础数据录入，以及生产之前还要输入计划排产指令，这些基础数据主要在办公室电脑前完成，可以由生产计划部门人员担当，有了这些基础数据后，生产线就可以按计划排产指令组织生产，嵌入系统功能板可以采集生产实时数据，工业电脑(一体机)可作为看板动态显示生产信息，这样共同组成制造业数据采集成套产品

201部分 进入系统建立用户是基础数据维护模块的一部分，本产品使用之前，系统管理员或生产计划部门需要为使用者建立账号，创建用户名、设置用户级别、设置用户密码，不同级别的用户，进入系统后的权限不一样，管理员级别可以修改、新建基础数据、可以输入和修改计划排产指令，可以查看生产线的实时信息，可以查看过去已经完成的生产实绩，普通用户级不能修改和增加基础数据、不能输入和修改计划排产指令，只能查看生产线实时信息，还能查看过去已经完成的生产实绩

202部分 成品基础数据录入是为了方便生产计划部门安排生产计划，不同的成品适合不同的生产线，不同的成品其标准工时不一样，还要安排合适的人数等，这些数据是生产部门实际生产时的标准，例如，计算作业效率就要使用标准工时(或标准台数)，有了这些数据，就可以自动完成一些指标的计算，成品基础数据录入主要字段有：产品型号、产品名称、客户名、标准台数、标准人数、适合产线号、以及制品编号等

203部分 计划排产指令录入是针对某一条生产线，安排当日或安排一周的生产任务，采购部门可以根据生产指令通知供应商准时送货，仓库部门可以根据排产指令提前准备物料，生产部门则按照排产指令组织生产，计划排产指令录入字段主要有：计划指令编号、生产计划产品编号、计划安排数量、计划生产日期、计划开始时间、计划安排产线号、计划安排作业人数等

204部分 生产线登录进入系统是每条生产线开线前要操作的事项，要求按生产线编号分别登录进入系统，登录后生产线可以开始使用该系统，收集的数据都被记录在该生产线的名义之下，由于有多条生产线，每一条生产线都可以看成是一个子功能系统，同201类似，进入系统前需要输入用户名和密码，如果是新用户，需要重新创建账户，然后才能登录进入

205部分 进入系统、检查网络连接，如果网络连接失败，系统不能正常工作，需要检查网络连接，每个子系统必须与网络服务器连接后才能正常工作，单机模式时，可以将工业电脑设置为网络服务器电脑，进行必要的网络设置后，无需连接网络也可正常工作

206 部分 网络检查通过后，检查当日是否有录入计划排产指令，如果有指令，则启动工业电脑的生产线看板管理系统，系统可以自动采集生产线实时生产数据；如果无计划排产指令，在用户级别权限允许时，可以进入计划登陆界面，临时输入计划排产指令，也可联络计划部门由计划部门在网络电脑上输入计划排产指令

207部分 等待接收嵌入系统发送数据，生产线看板管理系统启动后，系统进入等待接收嵌入系统数据状态，此时，生产线各种信息采集装置采集到的数据，都会被嵌入系统功能板收集到，嵌入系统功能板将数据整理打包后，定期发送给工业电脑

208部分 采集生产线生产数据由嵌入系统功能板扫描本生产线全部已经安装的传感器、以及信息采集装置完成，主要采集如下数据：开线时间、即正在生产的产品开始投入的时间，产品投入工位的实际投入数、每投入一个计数一次，产品产出工位实际产出数、每产出一个计数一次，检测工位检测不良品发生、每发生一个不良计数一次，作业工位实际作业开始时间，作业工位实际作业结束时间，通过特定工位的产品条码信息及其通过时间等等，这些数据都会实时上传到工业电脑

209部分 实时统计数据由工业电脑完成，工业电脑得到嵌入系统功能板发送的实时数据后，先对数据进行分包筛选、然后进行统计计数处理，并输出生产管理经常使用的评价指标，例如：计划达成率、计划进度、实际效率、不良率、实际标准台数等

210部分 服务器数据库接收实时数据，上述209部分和208部分数据的最新信息，都会及时发送到网络服务器数据库中，这样，办公室任意一台电脑，只要连接了企业局域网络，就能看到最新的实时生产线数据

211部分 动态显示数据是每条生产线当前时刻的最新生产情报，主要显示如下信息：1.生产日报数据主要有，生产开始时刻、计划进度、已投入数、在制数、缺陷数、实际产出数、计划达成率、实际生产节拍、实际标准台数、缺陷率、实际效率等，2.生产各时间段数据，生产时间段、已投入数、计划进度、实际产出、缺陷数、实际效率等，3.计划排产表，计划开始时刻、计划单号、计划数量、产品型号、作业人数等，由于信息比较多，一般一个屏幕很难显示完全，可以考虑2个或多个屏幕显示，既可以采用固定屏幕显示、还可以考虑动态滚动屏幕显示

212部分 已经完成的生产指令计划数据都存放在网络服务器电脑的数据库中，需要时可以随时查询，查询条件可以按生产指令单号、成品信息、不良品信息、生产效率、计划达成率等数据结合生产日期时间段等条件进行查询或筛选。

Claims (9)

1.一种制造产出数据实时采集成套产品，其特征在于：通过一种微电脑嵌入系统方案，采集生产线各种传感器的信号，能对对生产线物料投入数、生产线成品产出数等进行自动实时统计，能自动记录生产线物料的通过某特定工位的时刻，还能获取数据采集装置采集的数据、获取生产设备自动输出的生产数据、获取检测设备自动输出的检测数据等，这些数据通过嵌入系统解决方案自动采集和发送给工业电脑，工业电脑对这些数据进行统计处理、计算生产管理指标、并建立数据库保存这些数据，同时，作为电子看板在电脑屏幕上显示器出来或控制其他显示装置显示出来； 

嵌入系统解决方案：一块能采集各种传感器和数据采集装置的信号，又能与工业电脑进行通信的嵌入系统功能板，能够定时扫描周围各种传感器、扫描各种设备状态信息，扫描各种按钮开关的状态，并将这些扫描数据发送给工业电脑，嵌入系统功能板与工业电脑之间的连接可以使用电脑的通用接口，例如PCI口、USB口或其他口，嵌入系统功能板与工业电脑的通用接口相连，把采集的数据发送给工业电脑；

传感器：包含利用光线(例如红外线开关、光敏感开关等)、利用电磁场(例如霍尔元件、接近开关、电磁铁等)、利用压力、利用震动等特性制成的电子元器件，还包含手动按钮、机械开关等；

显示装置：包含电脑显示屏、液晶电视或其他电子显示屏等显示装置。

2.一套数据库管理软件，用于权利要求1所述的制造业数据采集成套产品，主要由两部分组成，一部分称为客户端软件，安装在工业电脑里，另一部分称为服务器端软件，可以安装在工业电脑里直接配合客户端软件使用，也可以安装在独立的服务器电脑里，通过网络连接工业电脑配合客户端软件使用，其中,独立的服务器电脑还可由一般的办公电脑代替；客户端软件具备对生产线下达生产计划指令，并实时采集生产线生产数据，对生产数据进行处理、保存的功能，服务器端软件具备自动创建数据库结构，接收客户端发送的数据或数据请求指令，与客户端软件交换数据的功能，这两部分软件是制造业数据采集成套产品的不可分割的部分，除上述基本功能之外，还包含以下部分：包含创建使用该数据库的用户账号和对用户进行分级授权使用的部分，包含生产计划指令的录入部分，包含对生产线的生产实绩查询、输出的部分，包含与企事业单位OA软件或ERP系统对接的部分，包含生产相关部门（计划部门、采购部门、生产部门、品质部门、设备部门、物料仓库部门等）可以通过网络数据库查看生产计划指令、可以通过网络数据库查看生产线的实时生产进度情报的部分（例如：生产线管理负责人、品质负责人、生产开始时刻、计划进度数、实际已投入数、在制数、缺陷数、实际产出数、计划达成率、实际生产节拍、实际标准台数、不良发生率、实际生产效率、以及各时间段数据、当日的生产计划排产表等）。

3.根据权利要求1和2所述的制造业数据采集成套产品，其特征在于，还包含利用电脑一体机既用作工业电脑又用作生产线的电子显示看板，实时动态显示生产线的生产情报。

4.根据权利要求1和2所述的制造业数据采集成套产品，其特征在于，还包含单机模式，指生产线没有连接网络的时候，各条生产线单独的一台工业电脑也能安装制造业数据采集成套产品，进行必要的网络地址设置后，无需连接网络也可正常工作。

5.根据权利要求1和2所述的制造业数据采集成套产品，其特征在于，还包含工业电脑与企业局域网之间的连接，既包含有线连接方式，也包含无线连接方式。

6.根据权利要求1和2所述的制造业数据采集成套产品，其特征在于，还包含进一步，实现自动收集员工的实际产出，并根据员工的实际产出计算劳动报酬的软件功能部分。

7.根据权利要求1和2所述的制造业数据采集成套产品，其特征在于，还包含进一步，还可实现自动下达生产计划到企业生产相关部门的软件功能部分。

8.根据权利要求1和2所述的制造业数据采集成套产品，其特征在于，还包含进一步，根据生产计划指令和实际计划完成实绩，自动生成企业的原材料采购计划、原材料采购订单的软件功能部分。

9.根据权利要求1和2所述的制造业数据采集成套产品，其特征在于，还包含进一步，通过虚拟专网，将计划指令共享给原材料供应商，供应商按企业生产计划指令配套准时交付原材料的应用功能部分。