CN108039976A - 一种工位数字化管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工位数字化管理系统及方法，系统包括远程管理服务器、数据存储模块、数字工位控制端、采集终端及设备终端；数字工位控制端包括控制模块、数据采集模块、故障监测模块、任务管理模块及显示模块，控制模块将控制指令根据设备通讯协议进行封装后向相应网关发送，经网关透传至设备终端；数据采集模块与控制模块建立连接关系，数据采集模块向设备终端发送数据读取指令；故障监测模块与控制模块建立连接关系，故障监测模块通过设备终端异常代码对设备异常进行监控；采集终端与数字工位控制端通过网关建立连接关系，采集终端与设备终端通过数据接口建立连接关系。本发明实现工位精确化,达到数字化双胞胎效果,实现虚实数据互判。

Description

一种工位数字化管理系统及方法
技术领域
本发明涉及一种工位数字化管理系统及方法，属于设备管理技术领域。
背景技术
工位是生产过程最基本的生产单元，在工位上安排人员、设备、原料工具进行生产装配。根据装配项目布置工位现场，安排工作成员和人数。随着工业化的发展，工位成为了工业生产线的基本生产单元。一个产品的制造，先通过把产品分解成最基本的原件，根据生产制造顺序，把原件装配分配到各个工位。各个工位把原件组装或把原件组成的部件组装成产品。
随着信息化技术的发展及管理水平的不断提升，信息化生产管理成为制造企业生产管理的重要手段，如何掌握生产环节，掌握生产速度、质量及生产工人的工作绩效，通过信息化技术可以大大提升制造企业的生产管理水平。生产部门的职能就是根据企业的经营目标和经营计划，从产品品种、质量、数量、成本、交货期等市场需求出发，采取有效的方法和措施，对企业的人力、材料、设备、资金等资源进行计划、组织、指挥、协调和控制，生产出满足市场需求的产品。目前，生产现场应用更多的自动化的设备，这些设备可以大大提升生产效率，降低生产成本及保证产品质量稳定方面做出了巨大的贡献。现阶段，企业生产管理存在以下问题:信息手工输入、传递、储存、加工以及维护存在重复、滞后、低效、失真和无法集成等问题；编码缺乏标准化、规范化程度；缺乏相关动态反馈和实时统计支持,影响计划调度、生产准备、资源利用、库存控制等的有效安排、执行和控制；生产过程管理困难,缺乏全方位、科学化的监控；计划、库存和检验等核心业务管理水平低,有待进一步规范、优化和整合。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种工位数字化管理系统及方法，能够对企业多种设备工位的统一化管理，实现工位生产操作信息的精确化管理，实时监控设备的运行状态，实现企业员工、生产任务的数字化管理。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种工位数字化管理系统，所述系统包括远程管理服务器、数据存储模块、数字工位控制端、采集终端及设备终端；所述远程管理服务器与所述数据存储模块建立连接关系，远程管理服务器用于将采集的数据和控制指令通过远程管理电脑配置到数据存储模块；所述数据存储模块与所述数字工位控制端建立连接关系，数字工位控制端包括控制模块、数据采集模块、故障监测模块、任务管理模块及显示模块，所述控制模块用于将控制指令根据设备通讯协议进行封装后向相应网关发送，经网关透传至设备终端；所述数据采集模块与所述控制模块建立连接关系，所述数据采集模块用于向设备终端发送数据读取指令；所述故障监测模块与所述控制模块建立连接关系，故障监测模块用于通过设备终端异常代码对设备异常进行监控；所述任务管理模块与所述控制模块建立连接关系，任务管理模块用于对工位生产任务进行APS排程管理；所述显示模块与所述控制模块建立连接关系，显示模块用于对数据存储模块处理后的设备终端数据信息进行显示；所述采集终端与所述数字工位控制端通过网关建立连接关系，采集终端与设备终端通过数据接口建立连接关系。
如上所述的一种工位数字化管理系统，所述数据存储模块连接有远程展示模块，所述远程展示模块用于将采集终端采集的设备终端数据进行远程展示。
如上所述的一种工位数字化管理系统，所述数据接口采用RS485、RS232 或RJ45，所述设备终端为CNC、PLC、单片机或传感器。数据接口整合常用设备的传输接口，实现对不同设备终端的统一化管理。
如上所述的一种工位数字化管理系统，所述数字工位控制端还包括人员管理模块和设备监控模块，所述人员管理模块与控制模块建立连接关系，人员管理模块用于获取工作人员的登录信息和工作时间信息；所述设备监控模块与所述控制模块建立连接关系，设备监控模块用于对设备终端的正常生产、计划停机、保养及故障灯状态进行实时监控。
如上所述的一种工位数字化管理系统，所述数字工位控制端还包括运行仿真模块，所述运行仿真模块与控制模块建立连接关系，运行仿真模块用于根据采集的设备终端参数数信息进行运行仿真。达到数字化双胞胎效果,实现虚实数据互判。
如上所述的一种工位数字化管理系统，所述数字工位控制端运行与 L i nux系统，所述采集终端采用HD-D603B无线数据终端。采用L i nux系统，运行稳定，安全可靠。采集终端集通信模块于一体，可对不同行业工业现场的智能设备进行集中数据采集和监控管理。
本发明还提供一种工位数字化管理方法，所述管理方法通过上述的管理系统实现，所述管理方法包括以下步骤：
步骤一：根据设备终端类型，通过数字工位控制端将需要采集的重点数据和控制指令配置并记录到数据存储模块的数据库中；
步骤二：选择设备终端对应的网关，将设备终端硬件接口转换成统一的无线网络或有线网络接口，将设备终端通过网关接入车间网络，实现设备联网；
步骤三：将控制指令根据不同设备终端的通讯协议进行封装，并向相应网关发送，经网关透传至设备终端，实现对设备的控制；
步骤四：数据采集模块根据设备终端的通讯协议，按照协议规范，定时向设备终端发送数据读取指令，接收返回值并记录，本地暂存，并通过队列机制上传数据库；
步骤五：数据存储模块根据数据采集模块得到的数据和采集数据的时间，计算和统计得出工位数据；
步骤六：数据存储模块处理后的设备终端工位数据发送到显示模块，通过显示模块进行显示。
如上所述的一种工位数字化管理方法，所述步骤一中，通过远程管理服务器将需要采集的重点数据和控制指令配置并记录到数据存储模块的数据库中。
如上所述的一种工位数字化管理方法，所述步骤五中工位数据包括可动率、换型用时、设备周期时间、设备产出数、产品平均产出时间、损失时间及预计完成时间，步骤五中根据工位数据对设备终端通过运行仿真模块进行运行仿真。
如上所述的一种工位数字化管理方法，所述步骤六中还包括将工位数据通过远程展示模块进行远程展示。
本发明的有益效果是：实现企业多种设备工位的统一化管理，实现工位生产操作信息的精确化管理，实时监控设备的运行状态，达到数字化双胞胎效果,实现虚实数据互判，实现企业员工、生产任务的数字化管理，管理方便快捷，有效提高企业的生产效率。
附图说明
图1为工位数字化管理示意图；
图2为数据采集模块采集流程示意图；
图3为控制模块控制流程示意图；
图4为工位数字化管理方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1、图2及图3所示，一种工位数字化管理系统，所述系统包括远程管理服务器1、数据存储模块2、数字工位控制端3、采集终端4及设备终端5；所述远程管理服务器1与所述数据存储模块2建立连接关系，远程管理服务器1用于将采集的数据和控制指令通过远程管理电脑配置到数据存储模块2；所述数据存储模块2与所述数字工位控制端3建立连接关系，数字工位控制端3包括控制模块6、数据采集模块7、故障监测模块8、任务管理模块9及显示模块10，所述控制模块6用于将控制指令根据设备通讯协议进行封装后向相应网关发送，经网关透传至设备终端5；所述数据采集模块7 与所述控制模块6建立连接关系，所述数据采集模块7用于向设备终端5发送数据读取指令；所述故障监测模块8与所述控制模块6建立连接关系，故障监测模块8用于通过设备终端5异常代码对设备异常进行监控；所述任务管理模块9与所述控制模块6建立连接关系，任务管理模块9用于对工位生产任务进行APS排程管理；所述显示模块10与所述控制模块6建立连接关系，显示模块10用于对数据存储模块2处理后的设备终端5数据信息进行显示；所述采集终端4与所述数字工位控制端3通过网关建立连接关系，采集终端4与设备终端5通过数据接口12建立连接关系。
数据采集模块7的工作原理是，根据不同设备的协议封装数据采集指令，向网关发送采集指令，网关透传采集指令到设备，接收设备返回值进行记录，本地暂存，并通过队列机制上传数据存储模块2的数据库。
控制模块6的工作原理是，根据不同设备的协议封装数据控制指令，向网关发送控制指令，网关透传控制指令到设备，根据设定确定是否等待设备返回执行结果，记录指令和执行结果，并通过队列机制上传数据存储模块2 的数据库。
工位数字化管理系统的一个实施例中，所述数据存储模块2连接有远程展示模块11，所述远程展示模块11用于将采集终端4采集的设备终端5数据进行远程展示。
工位数字化管理系统的一个实施例中，所述数据接口12采用RS485、 RS232或RJ45，所述设备终端5为CNC、PLC、单片机或传感器。数据接口 12整合常用设备的传输接口，实现对不同设备终端5的统一化管理。
工位数字化管理系统的一个实施例中，所述数字工位控制端3还包括人员管理模块13和设备监控模块14，所述人员管理模块13与控制模块6建立连接关系，人员管理模块13用于获取工作人员的登录信息和工作时间信息；所述设备监控模块14与所述控制模块6建立连接关系，设备监控模块14用于对设备终端5的正常生产、计划停机、保养及故障灯状态进行实时监控。
工位数字化管理系统的一个实施例中，所述数字工位控制端3还包括运行仿真模块15，所述运行仿真模块15与控制模块6建立连接关系，运行仿真模块15用于根据采集的设备终端5参数数信息进行运行仿真。达到数字化双胞胎效果,实现虚实数据互判。
工位数字化管理系统的一个实施例中，所述数字工位控制端3运行与L i nux系统，所述采集终端4采用HD-D603B无线数据终端。采集终端4集通信模块于一体，可对不同行业工业现场的智能设备进行集中数据采集和监控管理。
参见图4，本发明还提供一种工位数字化管理方法，所述管理方法通过上述的管理系统实现，所述管理方法包括以下步骤：
S1：根据设备终端5类型，通过数字工位控制端3将需要采集的重点数据和控制指令配置并记录到数据存储模块2的数据库中；
S2：选择设备终端5对应的网关，将设备终端5硬件接口转换成统一的无线网络或有线网络接口，将设备终端5通过网关接入车间网络，实现设备联网；
S3：将控制指令根据不同设备终端5的通讯协议进行封装，并向相应网关发送，经网关透传至设备终端5，实现对设备的控制；
S4：数据采集模块7根据设备终端5的通讯协议，按照协议规范，定时向设备终端5发送数据读取指令，接收返回值并记录，本地暂存，并通过队列机制上传数据库；
S5：数据存储模块2根据数据采集模块7得到的数据和采集数据的时间，计算和统计得出工位数据；
S6：数据存储模块2处理后的设备终端5工位数据发送到显示模块10，通过显示模块10进行显示。
工位数字化管理方法的一个实施例中，所述S1中，通过远程管理服务器1将需要采集的重点数据和控制指令配置并记录到数据存储模块2的数据库中。
工位数字化管理方法的一个实施例中，所述S5中工位数据包括可动率、换型用时、设备周期时间、设备产出数、产品平均产出时间、损失时间及预计完成时间，S5中根据工位数据对设备终端5通过运行仿真模块15进行运行仿真。
工位数字化管理方法的一个实施例中，所述S6中还包括将工位数据通过远程展示模块11进行远程展示。
本发明实施过程中，可动率＝设备运行时间/员工上班时间，设备运行时间通过采集设备状态获取，采集频率1秒,返回值为”ON”时，认为设备正常运行。员工上班通过数字工位刷卡记录时间。换型用时＝任务切换后产出第一次增加的时间点-任务切换前产出数量的最后一次增加时间点。设备产出数通过采集获取，采集频率1秒，返回值为正整数。设备周期时间＝设备当前程序运行小时值+分钟值+秒值。设备当前程序运行的小时值、分钟值、秒值由设备数据采集获取，采集频率1秒，返回值为正整数。设备产出数＝设备产出增加的时间点-设备产出上一次增加的时间点，设备产出数通过采集获取，采集频率1秒，返回值为正整数。产品平均产出时间为设备每个产品产出时间的平均值。损失时间＝任务切换时间差值-((MCT+产品装载时间)*任务个数)，产品装载时间为固定值。预计完成时间＝当前时间+(平均CT* 当前任务剩余产品数)，递归判断当前时间与预计完成时间之间是否包含开始吃饭时间，如果包含，则时间延后半小时。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种工位数字化管理系统，其特征在于：所述系统包括远程管理服务器、数据存储模块、数字工位控制端、采集终端及设备终端；所述远程管理服务器与所述数据存储模块建立连接关系，远程管理服务器用于将采集的数据和控制指令通过远程管理电脑配置到数据存储模块；所述数据存储模块与所述数字工位控制端建立连接关系，数字工位控制端包括控制模块、数据采集模块、故障监测模块、任务管理模块及显示模块，所述控制模块用于将控制指令根据设备通讯协议进行封装后向相应网关发送，经网关透传至设备终端；所述数据采集模块与所述控制模块建立连接关系，所述数据采集模块用于向设备终端发送数据读取指令；所述故障监测模块与所述控制模块建立连接关系，故障监测模块用于通过设备终端异常代码对设备异常进行监控；所述任务管理模块与所述控制模块建立连接关系，任务管理模块用于对工位生产任务进行APS排程管理；所述显示模块与所述控制模块建立连接关系，显示模块用于对数据存储模块处理后的设备终端数据信息进行显示；所述采集终端与所述数字工位控制端通过网关建立连接关系，采集终端与设备终端通过数据接口建立连接关系。
2.根据权利要求1所述的一种工位数字化管理系统，其特征在于：所述数据存储模块连接有远程展示模块，所述远程展示模块用于将采集终端采集的设备终端数据进行远程展示。
3.根据权利要求1所述的一种工位数字化管理系统，其特征在于：所述数据接口采用RS485、RS232或RJ45，所述设备终端为CNC、PLC、单片机或传感器。
4.根据权利要求1所述的一种工位数字化管理系统，其特征在于：所述数字工位控制端还包括人员管理模块和设备监控模块，所述人员管理模块与控制模块建立连接关系，人员管理模块用于获取工作人员的登录信息和工作时间信息；所述设备监控模块与所述控制模块建立连接关系，设备监控模块用于对设备终端的正常生产、计划停机、保养及故障灯状态进行实时监控。
5.根据权利要求1所述的一种工位数字化管理系统，其特征在于：所述数字工位控制端还包括运行仿真模块，所述运行仿真模块与控制模块建立连接关系，运行仿真模块用于根据采集的设备终端参数数信息进行运行仿真。
6.根据权利要求1所述的一种工位数字化管理系统，其特征在于：所述数字工位控制端运行与Linux系统，所述采集终端采用HD-D603B无线数据终端。
7.一种工位数字化管理方法，所述管理方法通过如权利要求1至5任一项所述的管理系统实现，其特征在于：所述管理方法包括以下步骤：
步骤一：根据设备终端类型，通过数字工位控制端将需要采集的重点数据和控制指令配置并记录到数据存储模块的数据库中；
步骤二：选择设备终端对应的网关，将设备终端硬件接口转换成统一的无线网络或有线网络接口，将设备终端通过网关接入车间网络，实现设备联网；
步骤三：将控制指令根据不同设备终端的通讯协议进行封装，并向相应网关发送，经网关透传至设备终端，实现对设备的控制；
步骤四：数据采集模块根据设备终端的通讯协议，按照协议规范，定时向设备终端发送数据读取指令，接收返回值并记录，本地暂存，并通过队列机制上传数据库；
步骤五：数据存储模块根据数据采集模块得到的数据和采集数据的时间，计算和统计得出工位数据；
步骤六：数据存储模块处理后的设备终端工位数据发送到显示模块，通过显示模块进行显示。
8.根据权利要求7所述的一种工位数字化管理方法，其特征在于：所述步骤一中，通过远程管理服务器将需要采集的重点数据和控制指令配置并记录到数据存储模块的数据库中。
9.根据权利要求7所述的一种工位数字化管理方法，其特征在于：所述步骤五中工位数据包括可动率、换型用时、设备周期时间、设备产出数、产品平均产出时间、损失时间及预计完成时间，步骤五中根据工位数据对设备终端通过运行仿真模块进行运行仿真。
10.根据权利要求7所述的一种工位数字化管理方法，其特征在于：所述步骤六中还包括将工位数据通过远程展示模块进行远程展示。
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