CN113504769A - 一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统 - Google Patents

一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统 Download PDF

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CN113504769A CN202110914263.3A CN202110914263A CN113504769A CN 113504769 A CN113504769 A CN 113504769A CN 202110914263 A CN202110914263 A CN 202110914263A CN 113504769 A CN113504769 A CN 113504769A
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刘军
金可仲
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Abstract

本发明公开了一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统，涉及注塑机生产技术领域，包括监控中心、信息录入模块、数据采集模块、数据分析模块、物流配送模块、故障诊断模块、损失估算模块、维修模块以及信息推送模块；通过设置有故障诊断模块，从而当注塑设备的使用时长或模具的使用寿命在达到系统预设值时，能够自动发出预警信息，并生成检修任务单，从而避免了注塑设备发生故障后造成批量成品不良的情况出现；通过设置故障诊断模块，从而使得在生产的成品中，不合格成品的数量超标时，能够自动排查导致成品不合格数量超标的原因，并生成维修任务单，从而能够帮助维修人员快速解决问题。

Description

一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统
技术领域
本发明属于注塑机生产技术领域，具体是一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统。
背景技术
所谓工业是基于工业发展的不同阶段作出的划分。按照目前的共识，工业1.0是蒸汽机时代，工业2.0是电气化时代，工业3.0是信息化时代，工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代，也就是智能化时代。
公开号为CN206048736U的专利文件公开了一种注塑设备用监控系统，所述注塑设备包括上料机、注塑机和模温机，所述上料机与所述注塑机连接，并为所述注塑机提供注塑原料，所述注塑机上连接有模具，所述模温机用于控制模具的温度，其中，所述监控系统包括一监控面板，所述监控面板能够同时监控上料机、注塑机和模温机的运行情况。本申请中，由于整个注塑设备的运行情况通过一监控面板统一监控，便于集中查看和管理，具有更好的监控效果；同时，进水压力显示单元的设置可以及时提醒用户对模温机中的水垢进行处理，确保了模温机的温控循环水在合理的压力和流量下运行。
在现有的技术中，注塑设备的运行状态仍然需要人工进行查看，且无法在注塑设备出现异常时，无法及时发现，从而容易造成批量性的不合格品；为了解决上述问题，现提供一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统。
本发明所要解决的技术问题为：1、如何通过注塑设备的过程生产信息，自动监控注塑设备是否存在异常；2、注塑设备出现故障或不合格成品数量超标时，如何快速查找原因。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统，包括监控中心、信息录入模块、数据采集模块、数据分析模块、物流配送模块、故障诊断模块、损失估算模块、维修模块以及信息推送模块；
所述故障诊断模块用于在注塑设备出现故障时，对注塑设备的故障原因进行诊断，具体诊断过程包括以下步骤：
步骤G1：当注塑设备被标记为疑似故障设备时，获取模具损耗系数MSX，当MS0≤MSX≤MS1时，则表示模具处于预警状态，并向监控中心发送模具损耗预警信息，同时将模具标记为一级疑似故障点；当MSX＞MS1时，则判定模具处于超负荷状态，向监控中心发送模具超负荷状态预警信息，同时将模具标记为二级疑似故障点；当模具损耗系数MSX＜MS0时，表示模具处于正常状态，则进行下一步；
步骤G2：当模具处于正常状态时，则获取每种原料的初始重量CZi和剩余重量SZi，从而获得每种原料已使用的质量YZi，YZi＝CZi-SZi；通过公式
Figure BDA0003205068640000021
获得每种原料的占比值ZBi；将所获取到的每种原料的占比值ZBi与正在生产的产品型号所需的原料配比进行匹配；
步骤G3：当存在某种原料的占比值与正在生产的产品型号所需的原料配比的偏差值大于Pi时，则将原料标记为故障源；并判定注塑设备的故障原因为故障源所导致。
进一步地，所述信息录入模块用于对注塑设备信息和人员信息进行录入，并将注塑设备信息和人员信息发送至监控中心进行保存，所述注塑设备信息包括注塑设备编号、注塑设备名称、注塑设备开始投入使用的时间以及注塑设备的具体位置；所述人员信息包括姓名、性别、工龄、所属部门、职位以及实名认证的手机号码；
进一步地，所述数据采集模块包括原料信息采集单元、设备信息采集单元以及成品信息采集单元，用于获取注塑设备的生产信息，具体获取过程包括以下步骤：
步骤S1：通过原料信息采集单元获取注塑设备正在生产的产品型号，并获取正在生产的产品型号的所需原料种类及配比，对每种原料进行编号，将每种原料按照所占比例由大到小进行排序，并将每个原料标记为i，其中i为1,2，……，n，n为整数；
步骤S2：通过原料信息采集单元获取注塑设备中每种原料的初始重量，并将每种原料的初始重量标记为CZi；获取注塑设备的中每种原料的剩余重量，并将每种原料的剩余重量标记为SZi；
步骤S3：通过设备信息采集单元获取注塑设备的开机时间，并记录注塑设备的运行时长，将注塑设备的开机时间标记为KS，将注塑设备的总运行时长标记为KT，并将注塑设备的开机时间与总运行时长发送至监控中心；
步骤S4：通过设备信息采集单元获取注塑设备的模具使用时长以及模具生产的总成品数量，并将模具使用时长标记MT，将模具生产的总成品数量标记为ZS；
步骤S5：通过成品信息采集单元获取合格成品数量和不合格成品数量，并分别标记为YS和NS；
步骤S6：将步骤S1-S5获取到的数据实时发送至数据分析模块中。
进一步地，所述数据分析模块用于对注塑设备的生产信息进行分析，具体分析过程包括以下步骤：
步骤F1：通过公式
Figure BDA0003205068640000041
获得每种原料的消耗系数PXi，当PXi满足PXi＞0时，则表示原料充足，否则表示原料含量不足，将含量不足的原料进行标记，并发送预警信息至物流配送模块，记录发送预警信息的时刻YT；其中a为系统预设消耗阈值，且a＞0；
步骤F2：当注塑设备停止运行时，记录注塑设备暂停运行的时刻t1，记录注塑设备开始运行的时刻t2；
步骤F3：当t1-YT≤T0，且t2-t1≤T1时，则判定注塑设备此次的暂停运行为正常暂停；当t1-YT＞T1时，则判定注塑设备此次的暂停运行为非正常暂停，然后生成暂停事件，并将生成的暂停事件发送至监控中心，暂停事件的内容包括暂停注塑设备编号、暂停开始时间、暂停结束时间、暂停原因、责任部门以及责任部门负责人，其中T0为系统预设物流响应时间，且T0＞0；T1为系统预设补料时间，T1＞0；
步骤F4：通过公式
Figure BDA0003205068640000042
获得模具损耗系数MSX，当模具损耗系数MSX＜MS0时，则表示模具处于正常状态；当MS0≤MSX≤MS1时，则表示模具处于预警状态，并向监控中心发送模具损耗预警信息，当MSX＞MS1时，则判定模具处于超负荷状态，向监控中心发送模具超负荷状态预警信息，将注塑设备强制停止，并生成维修任务单，所述维修任务单包括注塑设备编号、故障原因、注塑设备所在位置以及预计完成维修所需时间；将维修任务单发送至维修模块，其中M0和Z0分别为注塑设备理论使用时长和注塑设备理论生产次数，MS0和MS1为系统预设损耗阈值，且MS0＜MS1；
步骤F5：通过公式
Figure BDA0003205068640000051
获得成品报废系数GF，当GF满足GF＞0时，则判定注塑设备的不合格成品产出率超标，并将注塑设备标记为疑似故障设备，将疑似故障设备信息发送至监控中心，并生成检修任务单，所述检修任务单包括注塑设备编号、故障原因、注塑设备所在位置以及预计完成维修所需时间；将检修任务单发送至维修模块，其中β为系统纠正系数，G0为系统预设不合格品超标率，Ts为系统预设采集时间段，TN为系统预设采集时间段内的不合格品数量。
进一步地，所述物流配送模块在接收到原料含量不足的预警信息时，对接收到的预警信息进行响应，预警信息中包含原料不足的注塑设备编号、注塑设备所在位置、需要配送的原料名称以及原料含量。
进一步地，所述损失估算模块用于对注塑设备造成的理论损失进行估算，具体估算过程包括以下步骤：
步骤D1：获取每个注塑设备生产单件成品所需要花费的时间，标记为DJT；获取每个单件成品所需要花费的成本，标记为DJC；
步骤D2：通过公式
Figure BDA0003205068640000052
获得生产理论损失价值SG，其中ZT为注塑设备总停机时间，θ为系统纠正系数，且θ＞0。
进一步地，所述维修模块用于对维修任务单或检修任务单进行分配，具体分配方式包括以下步骤：
步骤W1：获取所有的维修任务单和检修任务单，且维修任务单具有优先级；
步骤W2：获取当日出勤的维修人员信息，将正在进行维修工作的维修人员状态标记为工作中，将未在进行维修工作的维修人员状态标记为等待中；
步骤W3：将维修任务单或检修任务单优先分配给等待中状态的维修人员；且当存在多个等待中状态的维修人员时，则优先分配给处于等待状态中时间最长的维修人员；
步骤W4：当所有维修人员均处于工作中状态时，则获取正在执行检修任务单的维修人员信息，并将维修任务单分配至正在执行检修任务单的维修人员；
步骤W5：当所有维修人员在执行维修任务单时，则获取每个维修任务单的预计剩余完成时间，并将维修任务单分配至预计剩余完成时间最短的维修人员；
步骤W6：通过信息推送模块将维修任务单或检修任务单信息发送至维修人员的手机上。
本发明的有益效果：1、通过设置有故障诊断模块，从而当注塑设备的使用时长或模具的使用寿命在达到系统预设值时，能够自动发出预警信息，并生成检修任务单，从而避免了注塑设备发生故障后造成批量成品不良的情况出现；
2、通过设置故障诊断模块，从而使得在生产的成品中，不合格成品的数量超标时，能够自动排查导致成品不合格数量超标的原因，并生成维修任务单，从而能够帮助维修人员快速解决问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统，包括监控中心、信息录入模块、数据采集模块、数据分析模块、物流配送模块、故障诊断模块、损失估算模块、维修模块以及信息推送模块；
所述信息录入模块用于对注塑设备信息和人员信息进行录入，并将注塑设备信息和人员信息发送至监控中心进行保存，所述注塑设备信息包括注塑设备编号、注塑设备名称、注塑设备开始投入使用的时间以及注塑设备的具体位置；所述人员信息包括姓名、性别、工龄、所属部门、职位以及实名认证的手机号码；
所述数据采集模块包括原料信息采集单元、设备信息采集单元以及成品信息采集单元，用于获取注塑设备的生产信息，具体获取过程包括以下步骤：
步骤S1：通过原料信息采集单元获取注塑设备正在生产的产品型号，并获取正在生产的产品型号的所需原料种类及配比，对每种原料进行编号，将每种原料按照所占比例由大到小进行排序，并将每个原料标记为i，其中i为1,2，……，n，n为整数；
步骤S2：通过原料信息采集单元获取注塑设备中每种原料的初始重量，并将每种原料的初始重量标记为CZi；获取注塑设备的中每种原料的剩余重量，并将每种原料的剩余重量标记为SZi；
步骤S3：通过设备信息采集单元获取注塑设备的开机时间，并记录注塑设备的运行时长，将注塑设备的开机时间标记为KS，将注塑设备的总运行时长标记为KT，并将注塑设备的开机时间与总运行时长发送至监控中心；
步骤S4：通过设备信息采集单元获取注塑设备的模具使用时长以及模具生产的总成品数量，并将模具使用时长标记MT，将模具生产的总成品数量标记为ZS；
步骤S5：通过成品信息采集单元获取合格成品数量和不合格成品数量，并分别标记为YS和NS；
步骤S6：将步骤S1-S5获取到的数据实时发送至数据分析模块中。
所述数据分析模块用于对注塑设备的生产信息进行分析，具体分析过程包括以下步骤：
步骤F1：通过公式
Figure BDA0003205068640000081
获得每种原料的消耗系数PXi，当PXi满足PXi＞0时，则表示原料充足，否则表示原料含量不足，将含量不足的原料进行标记，并发送预警信息至物流配送模块，记录发送预警信息的时刻YT；其中a为系统预设消耗阈值，且a＞0；
步骤F2：当注塑设备停止运行时，记录注塑设备暂停运行的时刻t1，记录注塑设备开始运行的时刻t2；
步骤F3：当t1-YT≤T0，且t2-t1≤T1时，则判定注塑设备此次的暂停运行为正常暂停；当t1-YT＞T1时，则判定注塑设备此次的暂停运行为非正常暂停，然后生成暂停事件，并将生成的暂停事件发送至监控中心，暂停事件的内容包括暂停注塑设备编号、暂停开始时间、暂停结束时间、暂停原因、责任部门以及责任部门负责人，其中T0为系统预设物流响应时间，且T0＞0；T1为系统预设补料时间，T1＞0；
步骤F4：通过公式
Figure BDA0003205068640000082
获得模具损耗系数MSX，当模具损耗系数MSX＜MS0时，则表示模具处于正常状态；当MS0≤MSX≤MS1时，则表示模具处于预警状态，并向监控中心发送模具损耗预警信息，当MSX＞MS1时，则判定模具处于超负荷状态，向监控中心发送模具超负荷状态预警信息，将注塑设备强制停止，并生成维修任务单，所述维修任务单包括注塑设备编号、故障原因、注塑设备所在位置以及预计完成维修所需时间；将维修任务单发送至维修模块，其中M0和Z0分别为注塑设备理论使用时长和注塑设备理论生产次数，MS0和MS1为系统预设损耗阈值，且MS0＜MS1；
步骤F5：通过公式
Figure BDA0003205068640000091
获得成品报废系数GF，当GF满足GF＞0时，则判定注塑设备的不合格成品产出率超标，并将注塑设备标记为疑似故障设备，将疑似故障设备信息发送至监控中心，并生成检修任务单，所述检修任务单包括注塑设备编号、故障原因、注塑设备所在位置以及预计完成维修所需时间；将检修任务单发送至维修模块，其中β为系统纠正系数，G0为系统预设不合格品超标率，Ts为系统预设采集时间段，TN为系统预设采集时间段内的不合格品数量。
所述物流配送模块在接收到原料含量不足的预警信息时，对接收到的预警信息进行响应，预警信息中包含原料不足的注塑设备编号、注塑设备所在位置、需要配送的原料名称以及原料含量。
所述故障诊断模块用于在注塑设备出现故障时，对注塑设备的故障原因进行诊断，具体诊断过程包括以下步骤：
步骤G1：当注塑设备被标记为疑似故障设备时，获取模具损耗系数MSX，当MS0≤MSX≤MS1时，则表示模具处于预警状态，并向监控中心发送模具损耗预警信息，同时将模具标记为一级疑似故障点；当MSX＞MS1时，则判定模具处于超负荷状态，向监控中心发送模具超负荷状态预警信息，同时将模具标记为二级疑似故障点；当模具损耗系数MSX＜MS0时，表示模具处于正常状态，则进行下一步；
步骤G2：当模具处于正常状态时，则获取每种原料的初始重量CZi和剩余重量SZi，从而获得每种原料已使用的质量YZi，YZi＝CZi-SZi；通过公式
Figure BDA0003205068640000101
获得每种原料的占比值ZBi；将所获取到的每种原料的占比值ZBi与正在生产的产品型号所需的原料配比进行匹配；
步骤G3：当存在某种原料的占比值与正在生产的产品型号所需的原料配比的偏差值大于Pi时，则将原料标记为故障源；并判定注塑设备的故障原因为故障源所导致。
所述损失估算模块用于对注塑设备造成的理论损失进行估算，具体估算过程包括以下步骤：
步骤D1：获取每个注塑设备生产单件成品所需要花费的时间，标记为DJT；获取每个单件成品所需要花费的成本，标记为DJC；
步骤D2：通过公式
Figure BDA0003205068640000102
获得生产理论损失价值SG其中ZT为注塑设备总停机时间，θ为系统纠正系数，且θ＞0。
所述维修模块用于对维修任务单或检修任务单进行分配，具体分配方式包括以下步骤：
步骤W1：获取所有的维修任务单和检修任务单，且维修任务单具有优先级；
步骤W2：获取当日出勤的维修人员信息，将正在进行维修工作的维修人员状态标记为工作中，将未在进行维修工作的维修人员状态标记为等待中；
步骤W3：将维修任务单或检修任务单优先分配给等待中状态的维修人员；且当存在多个等待中状态的维修人员时，则优先分配给处于等待状态中时间最长的维修人员；
步骤W4：当所有维修人员均处于工作中状态时，则获取正在执行检修任务单的维修人员信息，并将维修任务单分配至正在执行检修任务单的维修人员；
步骤W5：当所有维修人员在执行维修任务单时，则获取每个维修任务单的预计剩余完成时间，并将维修任务单分配至预计剩余完成时间最短的维修人员；
步骤W6：通过信息推送模块将维修任务单或检修任务单信息发送至维修人员的手机上。
本发明的工作原理：通过信息录入模块对注塑设备信息和人员信息进行录入，并将注塑设备信息和人员信息发送至监控中心进行保存；然后通过数据采集模块中的原料信息采集单元、设备信息采集单元以及成品信息采集单元获取数据信息，通过原料信息采集单元获取注塑设备正在生产的产品型号，并获取正在生产的产品型号的所需原料种类及配比；通过设备信息采集单元获取注塑设备的开机时间，通过设备信息采集单元获取注塑设备的模具使用时长以及模具生产的总成品数量，通过成品信息采集单元获取合格成品数量和不合格成品数量，当不合格成品的数量超标时，能够自动排查导致成品不合格数量超标的原因，并生成维修任务单，从而能够帮助维修人员快速解决问题；然后将数据采集模块获取到的数据实时发送至数据分析模块中；数据分析模块对注塑设备的生产信息进行分析，当原料不足时，发送预警信息至物流配送模块，物流配送模块在接收到原料含量不足的预警信息时，对接收到的预警信息进行响应；通过故障诊断模块在注塑设备出现故障时，对注塑设备的故障原因进行诊断，通过对注塑设备和模具的使用状况进行检查，然后再通过对原料的使用情况进行检查，从而确定故障源；从而当注塑设备的使用时长或模具的使用寿命在达到系统预设值时，能够自动发出预警信息，并生成检修任务单，从而避免了注塑设备发生故障后造成批量成品不良的情况出现；通过设置损失估算模块对注塑设备造成的理论损失进行估算，通过获得不合格成品的数量以及注塑设备的总暂停时间，从而获的理论损失值；通过维修模块对维修任务单或检修任务单进行分配，修人员根据维修任务单或检修任务单上的信息执行维修任务。
上述公式均是去量化取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况设定。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围，此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

Claims (7)

1.一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统，其特征在于，包括监控中心、信息录入模块、数据采集模块、数据分析模块、物流配送模块、故障诊断模块、损失估算模块、维修模块以及信息推送模块；
所述故障诊断模块用于在注塑设备出现故障时，对注塑设备的故障原因进行诊断，具体诊断过程包括以下步骤：
步骤G1：当注塑设备被标记为疑似故障设备时，获取模具损耗系数MSX，当MS0≤MSX≤MS1时，则表示模具处于预警状态，并向监控中心发送模具损耗预警信息，同时将模具标记为一级疑似故障点；当MSX＞MS1时，则判定模具处于超负荷状态，向监控中心发送模具超负荷状态预警信息，同时将模具标记为二级疑似故障点；当模具损耗系数MSX＜MS0时，表示模具处于正常状态，则进行下一步；
步骤G2：当模具处于正常状态时，则获取每种原料的初始重量CZi和剩余重量SZi，从而获得每种原料已使用的质量YZi，YZi＝CZi-SZi；通过公式
Figure FDA0003205068630000011
获得每种原料的占比值ZBi；将所获取到的每种原料的占比值ZBi与正在生产的产品型号所需的原料配比进行匹配；
步骤G3：当存在某种原料的占比值与正在生产的产品型号所需的原料配比的偏差值大于Pi时，则将原料标记为故障源；并判定注塑设备的故障原因为故障源所导致。
2.根据权利要求1所述的一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统，其特征在于，所述用于获取注塑设备的生产信息，所述数据采集模块包括原料信息采集单元、设备信息采集单元以及成品信息采集单元，通过原料信息采集单元获取注塑设备正在生产的产品型号，并获取正在生产的产品型号的所需原料种类及配比；通过原料信息采集单元获取注塑设备中每种原料的初始重量，获取注塑设备的中每种原料的剩余重量；通过设备信息采集单元获取注塑设备的开机时间，并记录注塑设备的运行时长；通过设备信息采集单元获取注塑设备的模具使用时长以及模具生产的总成品数量；通过成品信息采集单元获取合格成品数量和不合格成品数量。
3.根据权利要求1所述的一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统，其特征在于，所述数据分析模块用于对注塑设备的生产信息进行分析。
4.根据权利要求1所述的一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统，其特征在于，所述物流配送模块在接收到原料含量不足的预警信息时，对接收到的预警信息进行响应。
5.根据权利要求1所述的一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统，其特征在于，所述损失估算模块用于对注塑设备造成的理论损失进行估算。
6.根据权利要求1所述的一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统，其特征在于，所述维修模块用于对维修任务单或检修任务单进行分配。
7.根据权利要求1所述的一种基于工业4.0的注塑设备状态监控系统，其特征在于，所述信息录入模块用于对注塑设备信息和人员信息进行录入，并将注塑设备信息和人员信息发送至监控中心进行保存，所述注塑设备信息包括注塑设备编号、注塑设备名称、注塑设备开始投入使用的时间以及注塑设备的具体位置；所述人员信息包括姓名、性别、工龄、所属部门、职位以及实名认证的手机号码。
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