CN110825022B - 一种卷包生产智能换牌系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷包生产智能换牌系统，所述系统由集成调度PLC、数据库服务器、WEB服务器、应用服务器和IO服务器及中控室操作终端、现场机台操作终端、设备技术操作终端和车间移动终端共同组成的硬件平台以及由卷烟质量技术标准与工艺控制参数数据库管理系统、文档发布系统、生产换牌过程‑PLC控制系统、生产换牌过程‑人机交互智能提示系统和换牌过程记录系统共同组成的软件功能模块。本发明实现了整个换牌流程的自动化和换牌操作智能提示及换牌过程防差错控制。

Description

一种卷包生产智能换牌系统

技术领域

本发明涉及烟草卷包换牌过程的信息数字化自动处理过程控制技术领域，涉及一种卷包车间生产过程中的换牌系统，尤其是一种卷包生产智能换牌系统。

背景技术

卷包车间生产的成品品牌发生变化时，卷包车间参与生产的各生产单元根据品牌相关工艺要求，发生原辅料物料、工艺参数指标、设备机械部件、设备电气参数等一系列变化调整及正确性检查。此时整个生产流程的人员、设备、物料调整确认即为卷包车间“换牌”。

卷包车间生产成品包含卷烟成品和滤棒成品两种，其换牌过程都类似。

当成品品牌发生变更时，即发起卷包产线或者成型产线的换牌流程。

当生产调度员从ERP/MES系统接收到生产任务队列，发现下一任务生产成品牌号发生变化时，生产调度员发起换牌流程。

卷包车间换牌流程为：换牌准备→换牌开始→试样(试生产)→换牌结束。具体来说：

1.换牌准备阶段完成如下工作：

a)换牌通知下发，制定换牌时间，明确换牌后牌号；

b)车间工艺员、设备技术员、成本管理员、生产值班长接收换牌通知；

c)工艺人员根据换牌后牌号，编制或核对工艺要求；

d)设备技术人员根据换牌后牌号的工艺要求，编制或核对设备机械及电气参数标准；

e)成本组进行换牌后牌号原辅料准备；

f)生产值班长监视生产进度，准备启动换牌开始。

2.换牌开始涉及到机台操作工、设备机械技术员、设备电气技术员、现场巡检工艺人员和成本组人员等需要完成的工作有：

2.1机台操作工；

a)结束当前任务，进入换牌过程；

b)清空机台物料，清扫机台设备；

c)辅料接收确认。

2.2设备机械技术员

a)更换下一牌号需要调整的机械部件(如钢印)；

b)确认更换部件符合操作标准。

2.3设备电气技术员

a)调整下一牌号需要调整的设备电气参数；

b)确认调整参数符合操作标准。

2.4现场巡检工艺人员

a)检查各机台原辅料工艺要求；

b)检查设备机械电气是否符合工艺要求；

c)设备进行新牌号挂牌显示。

2.5成本组人员

a)回收机台废品废料。

3.机台开机试生产样品，机台操作工进行试样产品自检调整，工艺员确认试样合格后，机台换牌结束，可以进入换牌后的生产。

4.换牌结束：分为机台换牌结束，产线换牌结束。

4.1各机台进行换牌结束确认，完成本机台换牌；

4.2值班长根据产线各机台换牌完成情况，进行整个产线的换牌完成确认，开始下一任务生产。

目前国内各卷烟厂卷包车间生产过程中，多数卷包换牌流程全部依靠人工和纸质流程操作，一些烟厂的卷包换牌流程在下发换牌流程的过程实现了无纸化数字下发系统，但在生产环节依然依靠人工纸质表格签字确认，人为控制换牌流程，且机台操作工通过人工检索操作标准。

以下为两个较为典型的烟厂卷包车间换牌过程现状，HZ烟厂部分实现换牌流程自动化，BZ烟厂几乎全部依靠人工方式进行换牌流程操作。

例如：HZ烟厂卷包生产数字化管理系统，实现了换牌过程辅料要料的自动化流程，但对于生产过程换牌所涉及的设备机械换件、设备电气参数调整并没实现自动化提醒提示及操作流程，也未对换牌过程工艺员的质检操作进行自动化数字化管理。

例如：BZ卷烟厂卷包车间，目前只在任务接收实现了数字化管理系统，生产换牌流程完全依赖于生产调度员人为制定及下发纸质换牌通知单，工艺管理员人为管理打印纸质指导文件对现场换牌操作进行指导，现场各换牌参与人员依然通过签署纸质确认表格控制整个换牌流程。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

通过对卷包生产整个换牌流程的重新梳理，分类细化品牌相关工艺标准及参数库，应用数字化及自动控制技术，实现整个换牌流程的自动化，实现换牌操作智能提示及换牌过程防差错控制。

实现目标有：

a)换牌通知数字化下发；

b)换牌标准文档以WEB页面方式发布；

c)各操作岗位及人员按需接收换牌流程智能提醒提示；

d)流程换牌流程自动协同控制，实现各岗位操作人员换牌流程协同；

e)生产码对比识别，换牌过程防差错控制。

本发明的技术方案为：

一种卷包生产智能换牌系统，由如下子系统组成：

a)卷烟质量技术标准与工艺控制参数数据库管理系统；

b)文档发布系统；

c)生产换牌过程-PLC控制系统；

d)生产换牌过程-人机交互智能提示系统；

e)换牌过程记录系统。

所述卷包生产智能换牌系统的各子系统运行的硬件平台包含：

a)在卷包车间部署一个集成调度PLC(过程控制器)；

b)部署一台数据库服务器进行标准数据库的存储服务，部署一台WEB服务器进行标准文档的发布服务，部署一台应用服务器用于各终端人机交互系统的应用服务，部署一台IO服务器用于卷包车间各控制数据采集服务。

c)在中控室部署1台或多台中控室计算机终端，在车间现场烟丝输送单元、卷接单元、包装单元、封箱单元、成型单元处分别部署操作终端，同时部署1台或多台移动终端用于工艺巡检人员、设备技术人员操作。

d)所述集成调度PLC、数据库服务器、WEB服务器、应用服务器、IO服务器、计算机终端、操作终端及移动终端采用有线或者无线网路链接。

所述卷包生产智能换牌系统的各子系统的技术方案为：

1.卷烟质量技术标准与工艺控制参数数据库管理系统

本系统对“卷烟质量技术标准与工艺控制参数数据库”进行分类重构，以支撑智能换牌过程控制。“卷烟质量技术标准与工艺控制参数数据库”分为四大类数据管理内容：

a)物料定义：成品物料、过程物料及辅料物料定义，物料定义与ERP/MES(Manufacturing Execution System)即制造企业生产过程执行系统下物料定义保持一致或直接使用ERP/MES 系统物料数据库数据。增加物料生产识别码定义，用于PLC控制系统。

b)技术标准库：定义过程物料、辅料工艺标准，该物料标准义与ERP/MES系统下物料标准定义保持一致或直接使用ERP/MES系统物料数据库数据。增加设备机械、设备电气品牌相关标准生产识别码定义。

c)生产规程BOM：区别于ERP/MES系统的物料生产BOM，此处生产规程BOM仅包含某品牌对应的物料生产识别号，不包含物料数量，包含设备换件生产识别码、设备电气参数。每一品牌对应唯一带版本号的生产规程。该生产规程用于换牌过程对应标准参数及文档的比对、关联推送。

d)目视化控制模板：目视化控制模板是每一品牌每一批次生产成品对应的工艺操作指导文档。文档包含工艺指标、操作规范、样品照片示例，用于机台操作工、设备技术员在换牌过程中，直观工艺操作指导。由工艺标准员及技术标准员按批次及品牌维护，现场执行人员查看使用。数据库存储文档URL链接数据，供PLC控制系统、人机交互智能提示系统等自动化系统访问。

所述卷烟质量技术标准与工艺控制参数数据库管理系统有以下特点：

a)增加物料生产识别码定义、设备换件(如切纸轮等器件)生产识别码定义、设备电气参数定义，用于系统自动比对精准提示变化信息。

b)目视化标准文档管理，按操作岗位(工艺、机械、电气)细分目视化标准文档，用于系统自动精准推送。

2.文档发布系统

文档发布系统完成物料工艺标准文档WEB页面发布，生成WEB页面URL链接，设置操作权限，获得相应权限可对目视化文档进行编辑、查看等。

完成目视化标准文档WEB页面发布，生成WEB页面URL链接，设置操作权限，获得相应权限可对目视化文档进行编辑、查看等。

文档URL链接用于卷包生产换牌过程控制系统智能推送。

所述文档发布系统有以下特点：

以WEB页面形式发布标准文档，并增加目视化文档数字化发布。使得信息推送更为精准，标准系统兼容性更好。

3.生产换牌过程-PLC过程控制系统

卷包车间设置集成调度PLC,用于整个生产换牌过程的自动化控制。PLC完成如下控制功能：

a)防差错控制：实时规程比对

在PLC里设置当前数据层、换牌数据层。

当前数据层内存储换牌前原牌号生产规程BOM所对应的各项物料生产识别码，设备机械换件识别码，设备电气参数。

换牌数据层内存储换牌后新牌号生产规程BOM所对应的各项物料生产识别码，设备机械换件识别码，设备电气参数。

首先，PLC程序比对对换牌层与当前层的成品牌号识别码，如果不同产生制定换牌通知提醒事件，等待人机交互界面完成换牌通知的确认下发。

之后,PLC程序功能块实时比对换牌层与当前层数据的过程物料识别码、辅料识别码、设备机械换件识别码，设备电气参数。换牌前后识别码相同，自动完成对应换牌事件确认；换牌前后识别码不同，产生相应换牌事件，等待完成确认响应。

在换牌执行过程中集成调度PLC，实时采集现场设备检测器件数据，与换牌层数据进行比较，例如设备工艺参数，比对换牌层设定值与当前设备参数值，实时进行差错提示，以防过程差错。

b)协同控制：事件响应机制，以事件任务方式，驱动换牌协同。

按换牌流程所需人或机所需参与完成的细项任务，每项任务定义一个事件，通过生产识别码比对后触发对应的事件组，PLC根据检测器件反馈结果(如所需辅料检测结果反馈)或者人机交互界面反馈结果(如机台清扫完成按钮)接收事件响应信息。通过按流程步骤的约束条件，实现自动换牌协同。

c)智能推送服务：品牌-场景关联

换牌数据层内存储对应成品牌号要求的工艺文档URL链接字符串，目视化文档URL链接字符串，根据换牌操作场景(操作人员、操作地点、操作时间)的不同，分别传递给相关生产单元数据。人机交互界面通过该URL链接，可对标准文档实现精准化推送。

所述生产换牌过程-PLC过程控制系统有以下特点：

PLC内设计换牌层数据，PLC实时比对实现换牌流程的自动化控制，及精准推送。

4.生产换牌过程-人机交互智能提示系统

生产换牌过程-人机交互智能提示系统包含以下人机交互界面：

A.制定换牌通知提示界面及制定换牌通知界面

a)换牌牌号；

b)预计换牌时间；

c)制定人。

B.换牌准备阶段人机界面

a)工艺标准目视化模板编辑/确认；

b)设备机械标准目视化模板编辑/确认；

c)设备电气标准目视化模板编辑/确认；

d)工艺标准总确认；

e)成本组规范总确认；

f)生产班总确认。

C.换牌执行阶段人机界面

a)换牌任务接收及确认响应；

b)换牌工艺、机械、电气差异调整提示；

c)换牌目视化指导标准查看；

d)换牌技术标准、检验标准查看；

e)工艺组细项完成确认；

f)技术组细项完成确认；

g)成本组细项完成确认。

D.换牌过程监视界面

a)各生产单元换牌过程状态监控；

b)实时物料错误报警提示。

所述生产换牌过程-人机交互智能提示系统有以下特点：

按场景定制化人机界面，事件任务驱动换牌流程执行。

5.换牌过程记录系统

换牌过程记录系统采用OPC数据采集模式，实时采集PLC控制系统过程报警信息，采集操作事件信息，存储于数据库服务器，以供报警记录、操作记录查询追溯。

所述换牌过程记录系统有以下特点：

同时采集生产换牌过程-PLC控制系统、生产换牌过程-人机交互智能提示系统的实时数据，把数据按生产批次进行换牌数据归集。

记录换牌过程中实时比对报警预警提示信息，记录换牌操作流程中各换牌事件发生的时间点，操作人，并计算每个事件响应时长。按品牌批次进行数据绑定归档。

换牌过程记录系统，同时设计对外数据接口，其换牌过程数据通过数据接口以供大数据平台等系统访问。

一种卷包生产换牌控制方法，包括：

1硬件系统平台部署；

2卷烟质量技术标准与工艺控制参数数据库管理系统设计，包括：

2.1物料定义，

2.2技术标准库管理，

2.3生产规程定义，

2.4目视化控制模板管理；

3文档发布系统；

4生产换牌过程-PLC过程控制系统；

5生产换牌过程-人机交互智能提示系统设计；

6换牌过程记录系统。

一种卷包车间生产过程中卷包生产换牌控制的计算机程序产品，所述的计算机程序产品被有形地存放存储在计算机的非瞬态可读存储介质上，其特征在于：该计算机程序被计算机内的处理器执行实现所述的卷包车间生产过程中卷包生产换牌控制方法所包含的步骤。

本发明的有益效果：

卷包生产智能换牌流程及过程防差错控制系统及方法的实施及应用，对于卷包车间生产过程产生如下有益效果：

1.实现车间换牌流程全体参与人员的自动化协同工作。参与真个换牌流程的调度员、值班长、工艺员、机台操作工、设备技术员、成本组人员，通过此系统完成流程上的换牌协同工作。提高换牌过程效率。

2.换牌过程防差错，系统根据生产成品牌号所对应的生产标准，进行自动比对，精确产生换牌参数调整及提示，有效进行了换牌过程的防人为差错控制。

3.事件任务驱动，系统根据生产识别码的比对，根据人机交互界面的定制化开发设计，各换牌岗位可以按系统提醒提示任务完成换牌工作。

4.精准化推送标准指导文档，无需人工手动检索。节省了人工检索时间，提高效率，方便操作。

附图说明

图1：本发明的卷包生产智能换牌系统的软件系统组成图；

图2：本发明的卷包生产智能换牌系统的硬件系统组成图；

图3：本发明的卷包生产智能换牌系统的系统软件功能架构图；

图4：本发明的卷包生产智能换牌系统的卷烟质量技术标准与工艺控制参数数据库总体架构；

图5：本发明的卷包生产智能换牌系统的换牌过程PLC数据结构。

具体实施方式

步骤一：硬件系统平台部署

如图2所示，在卷包车间部署一个集成调度PLC以完成换牌流程实施协同控制功能。

部署一台数据库服务器进行标准数据库的存储服务。部署一台WEB服务器进行标准文档的发布服务。部署一台应用服务器用于各终端人机交互系统的应用服务。部署一台IO服务器用于卷包车间各控制数据采集服务。在中控室部署1台或多台中控室计算机终端，在车间现场烟丝输送单元、卷接单元、包装单元、封箱单元、成型单元处分别部署操作终端，同时部署1台或多台移动终端用于工艺巡检人员、设备技术人员操作。

步骤二：卷烟质量技术标准与工艺控制参数数据库管理系统设计

卷烟质量技术标准与工艺控制参数数据库总体架构如图4所示。

1、物料定义

卷烟成品、滤棒成品、过程物料(烟丝、烟支、条盒、件烟)、辅料物料定义如表1所示。

表1卷烟成品、滤棒成品、过程物料及辅料物料定义

属性名	描述	举例
			Item_FID	生产识别号	101
Item_Name	物料名称	白沙(精品)
			Item_ID	物料编码	53012456
Item_ver	物料版本号	1
			stan_url	标准文档连接	https://53012456.xml
DES	备注

2、技术标准库管理

管理定义烟丝、烟支、条盒、件烟物料标准，管理定义各类卷烟机辅料、包装机辅料、封箱机辅料、成型机辅料物料标准，如表2所示。

表2物料标准

定义设备机械品牌相关器件数据，如表3所示。

表3设备机械品牌相关器件数据

生产识别号	器件名称	器件编码	器件版本号
				Item_FID	Item_Name	Item_ID	Item_ver
01	A型切纸轮	A21	1
				02	B型切纸轮	B01	1

定义设备电气品牌相关参数数据，如表4所示。

表4设备电气品牌相关参数数据

	参数名	PLC_地址
			Para_ID	Para_Name	address
01	PT目标重量设定值
			02	SRM牌号设置报告烟条长度设定值
03	SE参数设置报告烟支长度设定值
			04	卷纸接头移位数(DCP)设定值

3、生产规程定义

定义与每个成品牌号对应的过程物料、辅料物料的生产识别号组合BOM、设备机械器件规程、设备电气规程，以及目视化关联模板URL。如表5所示。

4、目视化控制模板管理

步骤三：文档发布系统

文档发布系统完成物料工艺标准文档WEB页面发布，生成WEB页面URL链接，设置操作权限，获得相应权限可对目视化文档进行编辑、查看等。

完成目视化标准文档WEB页面发布，生成WEB页面URL链接，设置操作权限，获得相应权限可对目视化文档进行编辑、查看等。

文档URL链接用于卷包生产换牌过程控制系统智能推送。

步骤四：生产换牌过程-PLC过程控制系统

PLC控制系统分为数据结构设计和功能块设计。

数据结构分为：卷烟成品数据结构、滤棒成品数据结构。如图5所示。

PLC控制功能块设计分为：换牌流程协同功能块、防差错控制功能块、智能推送事件响应功能块。步骤五：生产换牌过程-人机交互智能提示系统设计

1、首先进行场景划分，按使用人员，使用地点划分场景。

人员包含：调度员、工艺员、值班长、机台操作工、机械技术员、电气技术员。

操作地点：中控室、办公室、车间现场机台、车间现场移动点。

2、进行交互界面定制化设计

包含中控界面设计,各机台界面设计，移动端界面设计。

交互界面设计重点，在于换牌事件的智能提醒与任务推送。

步骤六：换牌过程记录系统

换牌过程记录系统采用OPC数据采集模式，实时采集PLC控制系统过程报警信息，采集操作事件信息，存储于数据库服务器，以供报警记录、操作记录查询追溯。

表5生产规程定义

一种卷包车间生产过程中卷包生产换牌控制的计算机程序产品，所述的计算机程序产品被有形地存放存储在计算机的非瞬态可读存储介质上，该计算机程序被计算机内的处理器执行实现所述的卷包车间生产过程中卷包生产换牌控制方法所包含的步骤。

Claims (5)

1.一种卷包生产智能换牌系统，其特征在于，包括：

由集成调度PLC、数据库服务器、WEB服务器、应用服务器和IO服务器及中控室操作终端、现场机台操作终端、设备技术操作终端和车间移动终端共同组成的硬件平台；

由卷烟质量技术标准与工艺控制参数数据库管理系统、文档发布系统、生产换牌过程-PLC控制系统、生产换牌过程-人机交互智能提示系统和换牌过程记录系统共同组成的软件功能模块；

所述卷烟质量技术标准与工艺控制参数数据库管理系统完成对卷烟质量技术标准与工艺控制参数数据的分类重构，以支撑智能换牌过程控制；所述卷烟质量技术标准与工艺控制参数数据库包含四大类数据管理内容：

a)物料定义：成品物料、过程物料及辅料物料定义，物料定义与ERP/MES即制造企业生产过程执行系统下的物料定义保持一致或直接使用ERP/MES系统物料数据库数据；增加物料生产识别码定义，用于生产换牌过程-PLC控制系统；

b)技术标准库：定义过程物料、辅料工艺标准，该物料定义与ERP/MES系统定义下的物料标准保持一致或直接使用ERP/MES系统物料数据库数据；增加设备机械、设备电气品牌相关标准生产识别码定义；

c)生产规程BOM：区别于ERP/MES系统的物料生产BOM，此处生产规程BOM仅包含某品牌对应的物料生产识别号，不包含物料数量，包含设备换件生产识别码、设备电气参数；每一品牌对应唯一带版本号的生产规程；该生产规程用于换牌过程对应标准参数及文档的比对、关联推送；

d)目视化控制模板：目视化控制模板是每一品牌每一批次生产成品对应的工艺操作指导文档；文档包含工艺指标、操作规范、样品照片示例，用于机台操作工、设备技术员在换牌过程中，直观的工艺操作指导；由工艺标准员及技术标准员按批次及品牌维护，现场执行人员查看使用；数据库存储文档URL链接数据，供生产换牌过程-PLC控制系统、生产换牌过程-人机交互智能提示系统等自动化系统访问。

2.根据权利要求1所述的卷包生产智能换牌系统，其特征在于，所述文档发布系统完成：

物料工艺标准文档WEB页面发布，生成WEB页面URL链接，设置操作权限，获得相应权限可对目视化文档进行编辑、查看；

目视化标准文档WEB页面发布，生成WEB页面URL链接，设置操作权限，获得相应权限可对目视化文档进行编辑、查看。

3.根据权利要求1所述的卷包生产智能换牌系统，其特征在于，所述集成调度PLC用于整个生产换牌过程的自动化控制，所述生产换牌过程-PLC过程控制系统完成：

a)防差错控制：

在PLC里设置当前数据层、换牌数据层，

当前数据层内存储换牌前原牌号生产规程BOM所对应的各项物料生产识别码，设备机械换件识别码，设备电气参数，

换牌数据层内存储换牌后新牌号生产规程BOM所对应的各项物料生产识别码，设备机械换件识别码，设备电气参数，

首先，PLC程序比对对换牌层与当前层的成品牌号识别码，如果不同产生制定换牌通知提醒事件，等待人机交互界面完成换牌通知的确认下发，

之后,PLC程序功能块实时比对换牌层与当前层数据的过程物料识别码、辅料识别码、设备机械换件识别码，设备电气参数；换牌前后识别码相同，自动完成对应换牌事件确认；换牌前后识别码不同，产生相应换牌事件，等待完成确认响应，

在换牌执行过程中集成调度PLC，实时采集现场设备检测器件数据，与换牌层数据进行比较，例如设备工艺参数，比对换牌层设定值与当前设备参数值，实时进行差错提示，以防过程差错；

b)协同控制：

采用事件响应机制，以事件任务方式，驱动换牌协同，

按换牌流程所需人或机所需参与完成的细项任务，每项任务定义一个事件，通过生产识别码比对后触发对应的事件组，PLC根据检测器件反馈结果或者人机交互界面反馈结果接收事件响应信息；通过按流程步骤的约束条件，实现自动换牌协同；

c)智能推送服务：

品牌-场景关联，

换牌数据层内存储对应成品牌号要求的工艺文档URL链接字符串，目视化文档URL链接字符串，根据换牌操作场景的不同，分别传递给相关生产单元数据；人机交互界面通过该URL链接，可对标准文档实现精准化推送。

4.根据权利要求1所述的卷包生产智能换牌系统，其特征在于，所述生产换牌过程-人机交互智能提示系统包含下述人机交互界面：

A.制定换牌通知提示界面及制定换牌通知界面

a)换牌牌号，

b)预计换牌时间，

c)制定人；

B.换牌准备阶段人机界面

a)工艺标准目视化模板编辑/确认，

b)设备机械标准目视化模板编辑/确认，

c)设备电气标准目视化模板编辑/确认，

d)工艺标准总确认，

e)成本组规范总确认，

f)生产班总确认；

C.换牌执行阶段人机界面

a)换牌任务接收及确认响应，

b)换牌工艺、机械、电气差异调整提示，

c)换牌目视化指导标准查看，

d)换牌技术标准、检验标准查看，

e)工艺组细项完成确认，

f)技术组细项完成确认，

g)成本组细项完成确认；

D.换牌过程监视界面

a)各生产单元换牌过程状态监控，

b)实时物料错误报警提示。

5.根据权利要求1至4任一项所述的卷包生产智能换牌系统，其特征在于：所述换牌过程记录系统采用OPC数据采集模式，实时采集PLC控制系统过程报警信息，采集操作事件信息，存储于数据库服务器，以供报警记录、操作记录查询追溯。

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