CN105843191B - 一种双通道滤棒成型工艺质量分析和追溯系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双通道滤棒成型工艺质量分析和追溯系统。该系统由双通道成型机Oracle数据库、工艺质量参数采集装置、OPC服务器、辅料条码采集装置和系统、关系数据库服务器、应用服务器、实时历史数据库服务器、现场操作终端、塑盒RFID写入装置、自动化立体仓库控制系统、自动化立体仓库、PROFINET网络组成；本发明通过工艺质量参数采集装置实时采集设备生产过程每个通道的工艺质量参数，依据滤棒的工艺质量标准，通过基于大数据的分析模型和全样本统计技术，实现对滤棒生产过程工艺质量参数的变化情况、调整情况和异常情况的实时监控与反馈。防止再次发生质量异常；对于已经分析发现的质量异常向自动化立体仓库控制系统发送出库指令，极大的降低人工追溯的复杂度。

Description

一种双通道滤棒成型工艺质量分析和追溯系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种双通道滤棒成型工艺质量分析和追溯系统。

背景技术

在“减焦降害”和快速响应市场需求的背景下，大部分卷烟生产企业对于卷烟感官质量和焦油量等指标十分重视，而滤棒是影响卷烟产品感官质量和焦油量焦油稳定性的主要因素之一,其质量与所用的原材料、生产设备、成型工艺参数等诸多因素相关。

双通道成型机作为高速、超高速卷接设备配套成型设备，进口DF10和国产ZL28两种型号在“十二五”期间卷烟生产企业进行了大量的引进，其生产工艺质量参数跟踪控制不仅影响直接滤棒的工艺质量，还影响卷烟的感官质量和产品焦油稳定性。

虽然大部分双通道成型设备具有很高的自动化生产及过程控制能力，但其过程控制和电控系统十分复杂。设备电控系统中设计了很多工艺质量参数，电控系统根据设置工艺标准在生产过程进行相应的控制，将不合格的产品进行了剔除，以保证生产的滤棒符合质量标准。

在实际生产过程中，由于对新设备、新工艺掌握程度不够，生产的滤棒反而存在较多的质量问题。工艺质量人员在对某个工艺参数进行跟踪和分析时，只能采用人工的方式，定期手工记录的数据，结合产品的外部检测系统测量的数据与人工记录的参数数据进行比对，以分析成型机在生产过程中可能存在的问题。但是人工的采集方式，存在数据错记，漏记等情况，数据的可用性低，甚至导致最终分析结果完全错误，无法完成滤棒工艺质量的监控和提升。

另外，当双通道滤棒生产的工艺质量参数异变或发现辅料存在质量缺陷时，追溯已经进入自动化立体仓库的滤棒在制品，往往需要人工长时间的“翻仓”工作，才能找到问题滤棒；本发明以辅料条码和塑盒RFID为信息载体，通过应用服务器和自动化立体仓库控制系统快速定位到问题滤棒的库位并出库。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种双通道滤棒成型工艺质量分析和追溯系统。本发明第二个目的是提供上述的系统的分析和追溯方法。

为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种双通道滤棒成型工艺质量分析和追溯系统，该系统由双通道成型机Oracle数据库、工艺质量参数采集装置、OPC服务器、辅料条码采集装置和系统、关系数据库服务器、应用服务器、实时历史数据库服务器、现场操作终端、塑盒RFID写入装置、自动化立体仓库控制系统、自动化立体仓库、PROFINET网络组成；

所述的工艺质量参数采集装置与双通道成型机的工控网络进行连接，通过PROFINET以太网，根据数据接口交互协议，定时读取双通道成型机Oracle数据库实现工艺质量参数的自动采集，采集的数据包括前后两个通道的数据；采集两个通道的数据以便于分析每个通道的情况，以达到针对每个通道的控制；同时所述的工艺质量参数采集装置将采集的数据发送给所述的应用服务器；

所述的OPC服务器，用于与工艺质量参数采集装置连接，侦听工艺质量参数采集装置采集的设备实时产生的数据，并将两个通道的数据按照大数据分析模型的规则进行清洗、整合；

所述的应用服务器，用于与所述的OPC服务器连接，侦听OPC服务器采集的设备实时产生的数据，并进行存储；应用服务器根据关系数据库存储的滤棒工艺质量标准，对实时数据进行监控和异常判断；再者应用服务器将接收到的两个通道的实时数据原始数据和变化值直接存储到实时历史数据库，形成每个通道以时间轴为基准的过程数据；

所述的辅料条码采集装置和系统，用于接收设备的生产任务，生产任务含所使用的辅料规格代码，并采集生产使用的辅料的条码信息，同时进行辅料一致性的校验；若校验出所使用的辅料规格代码与生产任务要求的辅料规格不一致时，立即向所述的现场操作终端发送报警，提示生产人员及时处置；

所述的关系数据库服务器，用于存储滤棒工艺质量标准，工艺质量标准包含工艺质量参数的上下控制值、标准值和判异准则，且用于存储对工艺质量参数的分析模型与基于大数据分析的统计数据；当所述应用服务器接收到成型机的两个通道的工艺参数数据时，利用存储于所述的关系数据库服务器的分析模型和工艺质量标准，识别所述的成型机生产过程中的每个通道的工艺参数是否超出控制范围；若超出控制范围，再根据分析模型中设置的与该工艺质量参数相联的其他参数进行标准范围判断及趋势性分析，若发现参数有向不好的方向发展时，则及时向生产人员报警，即所述的现场操作终端进行展示，供生产人员查阅并及时进行调整，防止生产质量的再次产生；同时，所述的应用服务器将分析出的异常情况按批次号自动追溯，定位存在问题的滤棒存储于仓库的具体位置，向所述的自动化立体仓库控制系统发送滤棒塑盒出库指令，实现问题滤棒的快速精准出库；

所述的实时历史数据库，用于存储采集的工艺质量参数的原始数据和变化值，数据按时间戳存储，每次工艺质量参数发生变化的值均进行存储，形成以时间轴为基准的过程数据，避免数据的漏记与错记，实现生产过程的重现；

所述的现场操作终端，用于即时发布应用服务器监控与分析的结果，指导生产人员对设备的工艺参数进行调整，以保证滤棒的生产满足工艺质量控制要求；

所述塑盒RFID写入装置，用于接收应用服务器下发的滤棒生产信息，滤棒生产信息包括生产机台、生产日期、班次、班别和规格代码；同时用于将滤棒的批次信息写入塑盒上的RFID电子标签，批次信息包括生产机台、生产日期、班次、班别、规格代码和批次码，形成质量追溯的信息；

所述的自动化立体仓库控制系统，用于读取滤棒塑盒RFID电子标签中的批次数据，识别塑盒中的滤棒规格，同时调度立体仓库中的堆垛设备将滤棒塑盒送至指定位置存储；再者，所述的自动化立体仓库控制系统也用于接收上层系统下发的出库指令，将指定的滤棒塑盒从立库系统中提取出来；

所述的PROFINET工业以太网，用于构建工艺质量参数采集装置，应用服务器，实时历史数据库，关系数据库的连接，实现数据的快速通讯；

自动化立体仓库与自动化立体仓库控制系统连接，用于存储和固化滤棒在制品。

为了实现上述的第二个目的，本发明采用了以下的技术方案：

上述的系统的分析和追溯方法，该方法包括以下的步骤：

1)所述的工艺质量参数采集装置向所述的双通道成型机发送指令，采集设备的工艺质量参数；当所述的工艺质量参数采集装置接收到工艺质量参数时，利用其内设计的信号与数据的处理规则实现对数据的有效性进行处理，以保证数据的真实有效；当所述的工艺质量参数采集装置对工艺质量参数进行有效处理完毕后，将数据发送给所述的OPC服务器；

2)所述的OPC服务器接收到所述的工艺质量参数采集装置发送的数据时，将接收到的数据按照大数据的规则进行清洗、整合,再将清洗后的数据转发给所述的应用服务器；所述的应用服务器首先将数据直接转发至所述的实时历史数据库，所述的实时历史数据库按时间戳的直接存储数据，以保存生产过程工艺质量的原始生态；其次所述的应用服务器将接收到的数据与所述的关系数据库中存储的滤棒工艺质量标准规定的控制标准进行比对，并对接收的数据进行异常判断，其中异常判断模型是建立的基于大数据数理统计模型的，此模型具有一定程度的机器学习的特性；若所判断的结果为异常，所述的应用服务器将异常信息立即反馈至所述的现场操作终端展示,指导生产人员处理发生的异常；

3)所述的辅料条码采集装置和系统接收所述的应用服务器发送的设备生产任务，并采集生产使用的辅料的条码信息，同时进行辅料一致性的校验，实现辅料防差错功能，数据按时间序列存储到关系型数据库中；同时，在质量检测过程中若发现成型纸发生质量异常时，可通过所述的辅料条码采集装置和系统按时间序列存储的信息快速按批次进行追溯。

本发明专利的有益效果在于：通过工艺质量参数采集装置实时采集设备生产过程每个通道的工艺质量参数，依据滤棒的工艺质量标准，通过基于大数据的分析模型和全样本统计技术，实现对滤棒生产过程工艺质量参数的变化情况、调整情况和异常情况的实时监控与反馈。一是调度生产人员及时调整设备控制参数，防止再次发生质量异常；对于已经分析发现的质量异常向自动化立体仓库控制系统发送出库指令，极大的降低人工追溯的复杂度。同时，通过本发明的方法，利用实时历史数据库按时间戳存储的工艺质量参数实时数据，能够完整的跟踪工艺质量参数的任何变化，还原真实的生产过程，从而真正实现基于生产过程的原始跟踪与分析系统。

附图说明

图1为本发明专利一种双通道滤棒成型工艺质量分析和追溯系统的原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种双通道滤棒成型工艺质量分析和追溯系统，包括双通道成型机Oracle数据库1、工艺质量参数采集装置2、OPC服务器3、辅料条码采集装置和系统4、关系数据库服务器5、应用服务器6、实时历史数据库服务器7、现场操作终端8、塑盒RFID写入装置9、自动化立体仓库控制系统10、自动化立体仓库11、PROFINET网络。

所述的工艺质量参数采集装置2与双通道成型机的工控网络进行连接，通过PROFINET以太网，根据数据接口交互协议，定时读取双通道成型机Oracle数据库1实现工艺质量参数的自动采集，采集的数据包括前后两个通道的数据；采集两个通道的数据以便于分析每个通道的情况，以达到针对每个通道的控制；同时所述的工艺质量参数采集装置2将采集的数据发送给所述的应用服务器6。

所述的OPC服务器3，用于与工艺质量参数采集装置2连接，侦听工艺质量参数采集装置2采集的设备实时产生的数据，并将两个通道的数据按照大数据分析模型的规则进行清洗、整合。

所述的应用服务器6，用于与所述的OPC服务器3连接，侦听OPC服务器3采集的设备实时产生的数据，并进行存储；应用服务器6根据关系数据库存储的滤棒工艺质量标准，对实时数据进行监控和异常判断；再者应用服务器6将接收到的两个通道的实时数据原始数据和变化值直接存储到实时历史数据库，形成每个通道以时间轴为基准的过程数据。

所述的辅料条码采集装置和系统4，用于接收设备的生产任务，生产任务含所使用的辅料规格代码，并采集生产使用的辅料的条码信息，同时进行辅料一致性的校验；若校验出所使用的辅料规格代码与生产任务要求的辅料规格不一致时，立即向所述的现场操作终端8发送报警，提示生产人员及时处置。

所述的关系数据库服务器5，用于存储滤棒工艺质量标准，工艺质量标准包含工艺质量参数的上下控制值、标准值和判异准则，且用于存储对工艺质量参数的分析模型与基于大数据分析的统计数据；当所述应用服务器6接收到成型机的两个通道的工艺参数数据时，利用存储于所述的关系数据库服务器5的分析模型和工艺质量标准，识别所述的成型机生产过程中的每个通道的工艺参数是否超出控制范围；若超出控制范围，再根据分析模型中设置的与该工艺质量参数相联的其他参数进行标准范围判断及趋势性分析，若发现参数有向不好的方向发展时，则及时向生产人员报警，即所述的现场操作终端8进行展示，供生产人员查阅并及时进行调整，防止生产质量的再次产生；同时，所述的应用服务器6将分析出的异常情况按批次号自动追溯，定位存在问题的滤棒存储于仓库的具体位置，向所述的自动化立体仓库控制系统10发送滤棒塑盒出库指令，实现问题滤棒的快速精准出库。

所述的实时历史数据库服务器7，用于存储采集的工艺质量参数的原始数据和变化值，数据按时间戳存储，每次工艺质量参数发生变化的值均进行存储，形成以时间轴为基准的过程数据，避免数据的漏记与错记，实现生产过程的重现。

所述的现场操作终端8，用于即时发布应用服务器6监控与分析的结果，指导生产人员对设备的工艺参数进行调整，以保证滤棒的生产满足工艺质量控制要求。

所述塑盒RFID写入装置9，用于接收应用服务器6下发的滤棒生产信息，滤棒生产信息包括生产机台、生产日期、班次、班别和规格代码；同时用于将滤棒的批次信息写入塑盒上的RFID电子标签，批次信息包括生产机台、生产日期、班次、班别、规格代码和批次码，形成质量追溯的信息。

所述的自动化立体仓库控制系统10，用于读取滤棒塑盒RFID电子标签中的批次数据，识别塑盒中的滤棒规格，同时调度立体仓库中的堆垛设备将滤棒塑盒送至指定位置存储；再者，所述的自动化立体仓库控制系统10也用于接收上层系统下发的出库指令，将指定的滤棒塑盒从立库系统中提取出来。

所述的PROFINET工业以太网，用于构建工艺质量参数采集装置2，应用服务器6，实时历史数据库，关系数据库的连接，实现数据的快速通讯。

自动化立体仓库11与自动化立体仓库控制系统10连接，用于存储和固化滤棒在制品。

上述的系统的分析和追溯方法，该方法包括以下的步骤：

所述的工艺质量参数采集装置2向所述的双通道成型机ORACLE数据库1发送指令，采集设备的工艺质量参数。当所述的工艺质量参数采集装置2接收到工艺质量参数时，利用其内设计的信号与数据的处理规则实现对数据的有效性进行处理，以保证数据的真实有效。当所述的工艺质量参数采集装置2对工艺质量参数进行有效处理完毕后，将数据发送给所述的OPC服务器3。

所述的OPC服务器3接收到所述的工艺质量参数采集装置2发送的数据时，将接收到的数据按照大数据的规则进行清洗、整合,再将清洗后的数据转发给所述的应用服务器6。所述的应用服务器6首先将数据直接转发至所述的实时历史数据库7，所述的实时历史数据库7按时间戳的直接存储数据，以保存生产过程工艺质量的原始生态。其次所述的应用服务器6将接收到的数据与所述的关系数据库5中存储的滤棒工艺质量标准工艺BOM规定的控制标准进行比对，并对接收的数据进行异常判断，其中异常判断模型是建立的基于大数据数理统计模型的，此模型具有一定程度的机器学习的特性。若所判断的结果为异常，所述的应用服务器6将异常信息立即反馈至所述的现场操作终端8展示,指导生产人员处理发生的异常。

所述的辅料条码采集装置和系统4接收所述的应用服务器6发送的设备生产任务含所使用的辅料规格代码，并采集生产使用的辅料的条码信息，同时进行辅料一致性的校验，实现辅料防差错功能，数据按时间序列存储到关系型数据库中。同时，在质量检测过程中若发现成型纸发生质量异常时，可通过所述的辅料条码采集装置和系统4按时间序列存储的信息快速按批次进行追溯。

本发明依据滤棒成型的工艺质量标准，通过基于大数据的分析模型和全样本统计技术，对通过实时采集成型机每个通道工艺质量参数进行分析，实现对滤棒生产过程工艺质量参数的变化情况、调整情况和异常情况的实时监控与反馈，利用实时历史数据库按时间戳存储的工艺质量参数实时数据，实现滤棒生产过程历史重现。同时，本发明专利以辅料条码和RFID为信息载体，通过应用服务器以及自动化立体仓库控制系统，自动追溯已经进入自动化立体仓库的滤棒塑盒，并实现问题滤棒的快速出库。

Claims (2)

1.一种双通道滤棒成型工艺质量分析和追溯系统，其特征在于该系统由双通道成型机Oracle数据库（1）、工艺质量参数采集装置（2）、OPC服务器（3）、辅料条码采集装置和系统（4）、关系数据库服务器（5）、应用服务器（6）、实时历史数据库服务器（7）、现场操作终端（8）、塑盒RFID写入装置（9）、自动化立体仓库控制系统（10）、自动化立体仓库（11）、PROFINET网络组成；

所述的工艺质量参数采集装置（2）与双通道成型机的工控网络进行连接，通过PROFINET以太网，根据数据接口交互协议，定时读取双通道成型机Oracle数据库（1）实现工艺质量参数的自动采集，采集的数据包括前后两个通道的数据；采集两个通道的数据以便于分析每个通道的情况，以达到针对每个通道的控制；同时所述的工艺质量参数采集装置（2）将采集的数据发送给所述的应用服务器（6）；

所述的OPC服务器（3），用于与工艺质量参数采集装置（2）连接，侦听工艺质量参数采集装置（2）采集的设备实时产生的数据，并将两个通道的数据按照大数据分析模型的规则进行清洗、整合；

所述的应用服务器（6），用于与所述的OPC服务器（3）连接，侦听OPC服务器（3）采集的设备实时产生的数据，并进行存储；应用服务器（6）根据关系数据库存储的滤棒工艺质量标准，对实时数据进行监控和异常判断；再者应用服务器（6）将接收到的两个通道的实时数据原始数据和变化值直接存储到实时历史数据库，形成每个通道以时间轴为基准的过程数据；

所述的辅料条码采集装置和系统（4），用于接收设备的生产任务，生产任务含所使用的辅料规格代码，并采集生产使用的辅料的条码信息，同时进行辅料一致性的校验；若校验出所使用的辅料规格代码与生产任务要求的辅料规格不一致时，立即向所述的现场操作终端（8）发送报警，提示生产人员及时处置；

所述的关系数据库服务器（5），用于存储滤棒工艺质量标准，工艺质量标准包含工艺质量参数的上下控制值、标准值和判异准则，且用于存储对工艺质量参数的分析模型与基于大数据分析的统计数据；当所述应用服务器（6）接收到成型机的两个通道的工艺参数数据时，利用存储于所述的关系数据库服务器（5）的分析模型和工艺质量标准，识别所述的成型机生产过程中的每个通道的工艺参数是否超出控制范围；若超出控制范围，再根据分析模型中设置的与该工艺质量参数相联的其他参数进行标准范围判断及趋势性分析，若发现参数有向不好的方向发展时，则及时向生产人员报警，即所述的现场操作终端（8）进行展示，供生产人员查阅并及时进行调整，防止生产质量再次产生；同时，所述的应用服务器（6）将分析出的异常情况按批次号自动追溯，定位存在问题的滤棒存储于仓库的具体位置，向所述的自动化立体仓库控制系统（10）发送滤棒塑盒出库指令，实现问题滤棒的快速精准出库；

所述的实时历史数据库服务器（7），用于存储采集的工艺质量参数的原始数据和变化值，数据按时间戳存储，每次工艺质量参数发生变化的值均进行存储，形成以时间轴为基准的过程数据，避免数据的漏记与错记，实现生产过程的重现；

所述的现场操作终端（8），用于即时发布应用服务器（6）监控与分析的结果，指导生产人员对设备的工艺参数进行调整，以保证滤棒的生产满足工艺质量控制要求；

所述塑盒RFID写入装置（9），用于接收应用服务器（6）下发的滤棒生产信息，滤棒生产信息包括生产机台、生产日期、班次、班别和规格代码；同时用于将滤棒的批次信息写入塑盒上的RFID电子标签，批次信息包括生产机台、生产日期、班次、班别、规格代码和批次码，形成质量追溯的信息；

所述的自动化立体仓库控制系统（10），用于读取滤棒塑盒RFID电子标签中的批次数据，识别塑盒中的滤棒规格，同时调度立体仓库中的堆垛设备将滤棒塑盒送至指定位置存储；再者，所述的自动化立体仓库控制系统（10）也用于接收上层系统下发的出库指令，将指定的滤棒塑盒从立库系统中提取出来；

所述的PROFINET工业以太网，用于构建工艺质量参数采集装置（2），应用服务器（6），实时历史数据库，关系数据库的连接，实现数据的快速通讯；

自动化立体仓库（11）与自动化立体仓库控制系统（10）连接，用于存储和固化滤棒在制品。

2.如权利要求1所述的系统的分析和追溯方法，其特征在于该方法包括以下的步骤：

1）所述的工艺质量参数采集装置（2）向所述的双通道成型机发送指令，采集设备的工艺质量参数；当所述的工艺质量参数采集装置（2）接收到工艺质量参数时，利用其内设计的信号与数据的处理规则实现对数据的有效性进行处理，以保证数据的真实有效；当所述的工艺质量参数采集装置（2）对工艺质量参数进行有效处理完毕后，将数据发送给所述的OPC服务器（3）；

2）所述的OPC服务器（3）接收到所述的工艺质量参数采集装置（2）发送的数据时，将接收到的数据按照大数据的规则进行清洗、整合,再将清洗后的数据转发给所述的应用服务器（6）；所述的应用服务器（6）首先将数据直接转发至所述的实时历史数据库，所述的实时历史数据库按时间戳的直接存储数据，以保存生产过程工艺质量的原始生态；其次所述的应用服务器（6）将接收到的数据与所述的关系数据库中存储的滤棒工艺质量标准规定的控制标准进行比对，并对接收的数据进行异常判断，其中异常判断模型是建立的基于大数据数理统计模型的，此模型具有一定程度的机器学习的特性；若所判断的结果为异常，所述的应用服务器（6）将异常信息立即反馈至所述的现场操作终端（8）展示,指导生产人员处理发生的异常；

3）所述的辅料条码采集装置和系统（4）接收所述的应用服务器（6） 发送的设备生产任务，并采集生产使用的辅料的条码信息，同时进行辅料一致性的校验，实现辅料防差错功能，数据按时间序列存储到关系型数据库中；同时，在质量检测过程中若发现成型纸发生质量异常时，可通过所述的辅料条码采集装置和系统（4）按时间序列存储的信息快速按批次进行追溯。