CN116596463A - 一种航空热表处理车间智能管控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种航空热表处理车间智能管控系统，本发明技术方案通过构建高效的智能管控系统，充分发挥各功能模块的集成效应，实现航空系统热表处理车间全过程信息追溯与分析，提高产品质量稳定性，保障设备安全平稳生产运行，降低能耗成本并保障环保达标，设计热表处理车间可视化监控环境，实现集中管控的同时提高对外展示度。
Description
1.1.1技术领域
本发明是一种航空热表处理车间智能管控系统，属于智能化数字化车间生产管控技术领域，涉及航空系统热处理、表面处理车间智能化管控相关技术。
背景技术
随着人工智能、工业互联网及大数据技术的发展应用，智能车间成为生产制造车间信息化发展的新产物，采用智能制造新模式，构建数字化车间，支持智能化生产。建设数字化车间模型，实现设备、产线、物流和环境相关信息的互联互通，生产线进行智能监控，形成数字模型工厂和物理工厂相映射的集成系统；构建智能计划排产、生产运营管控、质量数据管理、设备运行监测、设备故障预警技术体系，实现基于模型的产品、工艺、工厂联合仿真与优化，支持多种生产组织和管理模式，实现人机交互精准执行，智能产线管控、智能物流配送、智能检测反馈、质量分析及工艺优化，提升装备制造水平。目前航空系统热表制造车间内部计划制定与执行进度管控存在盲区；依赖人工纸质记录，准确度、及时性难以保证，质量追溯与分析困难；能源消耗、污染物等环境管理尚未关注，不利于节能降耗；设备维护缺乏系统支撑，难以满足设备安全管理的要求；仓储管理方面均为人工事后统计，数据准确性低，存在信息传递延迟；目前还没有针对航空系统热表制造车间一套较为完整有效的智能化管控方案。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种航空热表处理车间智能管控系统，其目的是要解决航空系统热表处理车间现状生产过程信息缺失、产品质量稳定性不高、设备运行发生故障、能源消耗较高、过程无法直观观察等现状问题和不足，保证高效、稳定的生产任务。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种航空热表处理车间智能管控系统包含计划管理模块、质量管理模块、设备管理模块、能源与环境管理模块、仓储管理模块、可视化管理模块，其中：
所述计划管理模块包括订单管理模块和任务管理模块、通过数据接口与上层ERP数据集成，实现订单的传递与反馈，为车间任务排程与生产监控反馈提供数据支持，实现以生产订单为依据的车间层任务排程，并根据生产执行状态进行任务跟踪；
所述质量管理模块包括质量策划管理模块、校验数据采集模块、生产过程数据采集模块、生产过程数据追溯模块、质量评估分析与报告模块、质量数据智能分析模块和生产过程控制模块，以产品为追溯主体，进行生产过程参数和质检数据的采集，实现生产过程质量控制，并对工艺执行过程以及最终产品质量信息进行关联分析，进行质量数据智能分析与优化；
所述设备管理模块包含设备台账管理模块、设备维护计划管理模块、设备维护及状态数据采集模块、设备健康智能预警模块和设备协同控制模块，实现工艺设备档案的电子化管理，设备预防性维护，设备智能预警与维护和设备协同控制，保障设备安全可靠运行；
所述能源与环境管理模块包含能耗数据采集模块、能耗数据监测模块、成本基础数据管理模块、成本核算模块、多维度成本统计分析模块、污染物数据采集模块、污染物数据监测模块、污染物数据回溯模块和异常状态处理模块，实现车间能源消耗的采集控制和环境污染管理；
所述仓储管理模块包含入库管理模块、出库管理模块、库存管理模块和库存告警模块，完成仓储数据采集与存储、库存监控与告警和生产数据统计分析，对生产过程辅助决策；
所述可视化管理模块包含三维建模及数据同步模块、车间运行状态看板模块、产品生产看板模块、车间异常状况看板模块和绩效看板模块，建立设备及厂房三维模型，通过与生产执行系统的数据连接，实现车间各类运行状态监视和控制；
该航空热表处理车间智能管控系统的整体技术架构，自下而上分层包括设备层、边缘层、联接层、IaaS层、PaaS层和SaaS层；
该航空热表处理车间智能管控系统的软件架构中，一方面需连接生产执行系统，对自动生产线、工艺及试验设备、自动仓储等设备进行管控，另一方面需集成现状或规划的的ERP、MES、PLM、SCADA等业务系统以进行数据交换，自下而上分层架构包括数据层、时序数据库、关系数据库、服务层和交互层；
该航空热表处理车间智能管控系统的硬件部署包括服务器、网关、核心交换机、接入层交换机以及底层生产线设备，底层硬件设备连接至接入层千兆交换机，接入层交换机接入万兆核心交换机，平台软件运行在私有云部署的服务器上，应用服务器使用两台服务器实现双机互备，数据服务器使用两台服务器实现双机互备。
在实施时，所述航空热表处理车间智能管控系统的集成方案中，一方面将该系统与企业现有系统之间的集成，将生产线所需要的各信息系统连接集成起来，将MODBUS、I/O、PLC类接口接入平台，通过进行协议转换、报文转换、拆组包，实现异构系统之间数据、消息、大文件等的传递，另一方面该系统与硬件系统的集成，采用OPC技术实现系统与车间生产线、水处理设备控制系统的对接，获得现场实时数据，亦可以直接连接现场设备PLC，实现数据获取。
在实施时，所述设备层包括热表处理过程相关的自动化产线、工艺和试验设备、自动仓储设备、工业机器人、通风系统。
在实施时，所述边缘层包括工控系统、感知系统、AR/VR系统、计算机视觉及其能够提前处理部分数据的边缘计算平台。
在实施时，所述联接层通过有线、无线和工业总线协议，将设备层和边缘层数据向上传输。
在实施时，所述IaaS层包含云计算和数据库基础平台，支持公有云/私有云/混合云下的计算服务、数据库服务、运维服务、网络服务、安全服务，提供数字化基础的基础构件，IaaS层应充当工业企业的数据中台，聚合并处理海量实时和业务数据。
在实施时，所述PaaS层提供数据仓库、流/批计算、物联服务、数据服务、人工智能、DevOps、测试服务等通用引擎服务，抽象车间智能管控在计划管理、仓储物流管理、工艺管理、设备管理、质量管理、业绩管理、资源管理、能耗&成本管理的各业务功能的通用业务逻辑，形成可复用的工业服务模块。
在实施时，所述SaaS层包含各业务功能的定制部分，还有各种场景用例的定制应用及展示，SaaS应充当工业企业的工业APP平台，提供满足场景用例各种通用和定制需求的工业APP工具集。热表处理车间智能管控系统需要进行系统集成，包含智能管控系统与企业现有系统之间的集成和智能管控系统与硬件系统的集成两种方式，智能管控系统与企业现有系统之间的集成，将生产线的各信息系统连接集成起来，将MODBUS、I/O、PLC类接口接入平台，通过进行协议转换、报文转换、拆组包等，实现异构系统之间数据、消息和大文件的传递；智能管控系统与硬件系统的集成，一种方式采用OPC技术实现系统与车间生产线、水处理设备控制系统的对接，获得现场实时数据；另一种方式连接现场设备PLC借口，实现设备集成以及数据获取。
本发明针对航空热表处理车间的生产工艺特点，构建了一套高效的智能管控系统，管控系统包含计划下达、质量保障、设备管理、能源监测、仓储配送和可视管控等六部分，通过有机联系和整合，实现针对热表车间全过程多要素的智能管控系统，其中：
计划管理模块依据车间层任务排程，并根据生产执行状态进行任务跟踪，计划管理模块作为管理层和车间层的数据管理媒介，与上层ERP构成计划、控制、反馈、调整的闭环管控工作流，该模块包含订单管理模块和计划管理模块，订单管理模块通过数据接口与ERP系统进行数据对接，同步获取客户订单数据，根据现场生产执行情况进行订单执行反馈，上报完成状态和异常信息，计划管理模块根据生产订单，制定产品级生产计划并完成下发，根据生产计划、工艺BOM清单和工艺流程，输出工序任务工单，并按照生产实际执行状态，进行任务跟踪。
质量管理模块实现生产全过程实时数据采集与存储，以产品为追溯主体，进行生产过程参数和质检数据的采集，并对生产过程进行质量控制，严格监控生产流程，对各项工序条件进行检查，该模块包含质量策划管理模块、校验数据采集模块、生产过程数据采集模块、生产过程数据追溯模块、质量评估分析与报告模块、质量数据智能分析模块和生产过程控制模块；质量策划管理模块维护各产品的检验要求，包括外观、尺寸等核心信息；校验数据采集模块进行检验数据和相关仪器的自动录入；生产过程数据采集模块与设备集成控制系统进行连接，获取工艺生产参数，并将该数据与加工零件和批次进行关联；生产过程数据追溯模块进行产品质量数据的记录、管理与追溯，支持通过唯一识别ID，追溯该产品详细的历史生产记录，形成完备的产品合格证；质量评估分析与报告模块以图形化方式支撑质量管理人员分析工作，实现自动制定、输出各种质量报表；质量数据智能分析模块对工艺执行过程及最终产品质量信息等历史数据进行挖掘与分析，实现生产过程参数优化；生产过程控制模块对生产过程数据进行采集，按照工艺要求检查参数设置的合理性、设备及槽液的状态符合性，并进行生产过程质量控制，对不符合条件的生产信息进行提醒与报警。
设备管理模块进行设备状态监控、健康预警维护，保障生产运行安全；该子系统包含设备台账管理模块、设备维护计划管理模块、设备维护及状态数据采集模块、设备健康智能预警模块和设备协同控制模块；设备台账管理模块对工艺设备基础信息、设备技术资料、设备档案等内容进行管理；设备维护计划管理模块管理设备和设施的维护计划，定期提醒计划，预警超期情况；设备维护及状态数据采集模块支持工人维护报工，实现与设备控制系统对接，采集设备状态数据；设备健康智能预警模块监控设备关键参数，完成安全风险预警；设备协同控制实现对车间内工艺设备进行协同控制，安全防护并节能降耗。
能源与环境管理模块对车间能源消耗情况进行采集和管理，通过设备仪表，获取污水处理后的污染物浓度，具备浓度超标后的预警、自动调整水处理设备参数，该子系统包含能耗数据采集模块、能耗数据监测模块、成本基础数据管理模块、成本核算模块、多维度成本统计分析模块、污染物数据采集模块、污染物数据监测模块、污染物数据回溯模块和异常状态处理模块；能耗数据采集模块对接设备集成控制系统数据，获取能源消耗数据；能耗数据监测模块以图形化方式展示实时设备能耗值；成本基础数据管理提供能源成本要素定义和能耗成本核算方法；成本核算模块通过与热表处理智能管控平台中其他模块的集成，采集成本要素数据，实现对能耗成本的核算和管理；多维度成本模块按照零件批次、时间周期、费用性质维度进行能耗成本统计分析，将车间的成本信息进行显性化管理并输出；污染物数据采集模块对接设备集成控制系统数据，获取各项需要监控的污染物参数；污染物数据监测模块以图形化方式展示实时污染物浓度值；污染物数据回溯模块按照时间、批次分析污水浓度的变化，可视化的展示污染物的变化；异常状态处理模块针对污染物浓度异常情况，将信号提供给设备管理子系统，利用设备之间的联动管理模块，停止计划中的零件投入生产并予以警报，避免增加负荷造成危险或者环境污染，自动开启应急事故池，避免污水排放。
仓储管理模块利用实时数据采集方式，覆盖仓库现场业务，实现库存监控与告警，对采集到的物流数据进行科学的统计分析。该子系统包含入库管理模块、出库管理模块、库存管理模块和库存告警模块；入库管理模块定义物料编码规则，扫描物料唯一标识码进行物料识别并执行入库操作，根据业务端操作生成电子化入库单；出库管理模块扫描物料唯一标识码进行物料识别并执行出库操作，根据业务端操作生成电子化出库单；库存管理模块根据现场实际业务操作回传单据自动统计实时库存量，形成统计分析表单，支持对当前库存型号与数量进行校对；库存告警模块针对库存状态及数量发生异常情况，通过多终端发送异常告警，确保信息及时传递至相应的责任人。
可视化管理模块实现对车间各类状态、指标的实时监控，对车间进行数字化业务管理，提高车间展示度，保障生产安全；该子系统包含三维建模及数据同步模块、车间运行状态看板模块、产品生产看板模块、车间异常状况看板模块和绩效看板模块；三维建模及数据同步模块建立车间三维模型，关联设备联网数据实现虚拟对象和车间场景的更新显示；车间运行状态看板模块定制车间工艺设备、生产线状态看板，展示设备及生产线的状态、生产产品信息及完成情况；产品生产看板模块定制车间生产产品的进度以及完成情况看板，展示当前交付的零件数量、名称、在制品信息；车间异常状况看板模块对超期的生产计划、不合格产品情况、设备/槽液超期未维修等情况进行报警展示；绩效看板模块以图像化方式展示产品质量信息，在设备维护子系统中抽取相应数据或页面，以图表化形式展示设备信息。
本发明技术方案通过构建高效的智能管控系统，充分发挥各功能模块的集成效应，实现航空系统热表处理车间全过程信息追溯与分析，提高产品质量稳定性，保障设备安全平稳生产运行，降低能耗成本并保障环保达标，设计热表处理车间可视化监控环境，实现集中管控的同时提高对外展示度。
附图说明
图1为本发明系统的原理及组成框图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
参见附图1所示，本发明所述的航空热表处理车间智能管控系统包含计划管理模块、质量管理模块、设备管理模块、能源与环境管理模块、仓储管理模块、可视化管理模块，通过软硬件集成互联，构建成高效管控体系，其智能管控系统的具体实施方式如下：
1、系统模块设置方案中，计划管理模块包含订单管理模块和任务管理模块，订单管理模块通过客户订单同步单元、客户订单跟踪单元和客户订单反馈单元实现；客户订单同步单元通过开放数据接口与ERP系统进行数据对接，同步获取客户订单数据，形成客户订单序列，根据具体业务需求，支持手动同步与定时同步；客户订单跟踪单元根据车间现场生产执行数据采集与统计分析结果，与客户订单进行匹配，实现订单执行状态与执行进度的实时监控，在数据异常时进行人为数据干预与调整；客户订单反馈单元通过数据接口将客户订单的完成状态和异常信息向上反馈至ERP系统，根据具体业务需求，支持手动同步与定时同步；任务管理模块通过计划管理单元、任务管理单元和任务跟踪单元实现，计划管理单元根据客户订单制定产品级生产计划，提供订单分析以及计划的添加、删除、修改、查询、导入等；任务管理单元根据生产计划、工艺BOM、工艺流程，制定工序任务工单，提供添加、删除、修改、查询、导入等操作，提供时间轴、日历、列表等多视图；任务跟踪单元根据生产实际执行状态，发出任务状态与进度跟踪指令。
质量管理模块包括质量策划管理模块，质量校验数据采集模块，生产过程数据采集模块，生产过程数据追溯模块，质量评估分析与报告模块，质量数据智能分析模块和生产过程控制模块；质量策划管理模块通过缺陷类型管理单元、检验类型管理单元、质检参数管理单元和质检表单管理单元实现，缺陷类型管理单元将质量检验涉及到的全部缺陷类型进行数据调取和统一管理，涉及参数包括缺陷编号、缺陷名称、缺陷关联工艺参数等，设计缺陷类型的添加、删除、修改、查询等操作；检验类型管理单元采集质量检验类型基础数据，涉及参数包括检验名称、类型、层级等，设计检验类型的添加、删除、修改、查询等操作；质检参数管理单元管理维护各产品的检验要求，将工艺参数按照产品型号进行匹配，分定性和定量两类参数，例如：外观如色差要求、尺寸如镀层厚度误差要求、检验的工具、检验的操作步骤；质检表单管理单元将生产工序、检验类型、工艺参数进行匹配，为每一个工序定义对应的质检要求，制定质检表单，提供质检表单添加、删除、修改、查询操作，支持质检的人机交互，供质检工人录入相应数据，质检模板给出关键检测内容的填充空格；质量检验数据采集模块包含人工录入数据单元和自动录入数据单元，人工录入数据单元通过现场终端的数据采集，调取预定义的检验模板，操作人员需将产品检验的数量、结果、缺陷类型等数据进行人工录入采集；自动录入数据单元通过与自动质量检验设备进行对接，自动将质量参数按照既定检测规则同步至智能管控系统；生产过程数据采集模块与设备集成控制系统进行集成，获取生产参数，例如各槽时间、温度、电流、电压，将该数据与零件、批次进行关联，设计生产工艺参数采集数据库，定义数据采集的频率与数据项，自动完成采集；生产过程数据追溯模块以产品为主体，对质量数据进行记录、管理与追溯，实现产品的全生产过程追溯，支持通过唯一识别ID，例如条码或二维码，追溯该产品详细的历史生产记录，形成完备的产品合格证；质量评估分析与报告模块对采集的生产数据进行统计分析，根据需求的业绩指标体系，以图形化方式支撑质量管理人员分析，如质量结果分析图表、趋势曲线图表、缺陷类型分析图表等；质量数据智能分析模块对工艺执行过程以及最终产品质量信息进行关联分析，优化生产过程优化参数，针对产品一次合格率低、工艺过程控制一致性差、退镀返工等问题，设计产品生产过程工艺过程诊断及质量问题分析操作，挖掘影响产品质量的关键工艺参数，精准定位产品质量问题，实现工艺过程控制和优化，针对产品的材料数据、生产过程各工序在线检测质量数据、设备运行数据、环境数据等全生命周期数据，利用关联分析算法、复杂网络算法构建分析模型，发掘影响产品质量的关键工艺参数以及影响质量的工艺参数间关联性，实现工艺过程优化；生产过程控制模块按照工艺要求，检查参数设置的合理性、设备及槽液的状态符合性，并进行生产过程质量参数监测，对不符合条件的生产信息进行报警与提醒，例如出现槽体温度、蒸汽压力状态不符合生产条件的状况，对生产过程进行报警与提醒。
设备管理模块包含设备台账管理模块、设备维护计划管理模块、设备维护及状态数据采集模块、设备健康智能预警模块和设备协同控制模块；设备台账管理通过设备基础信息单元、设备技术资料单元和设备档案单元实现，设备基础信息单元采集并管理设备编码、设备名称、设备型号、设备类型、设备规格、使用部门等信息；设备技术资料单元展示工艺设备的相关技术资料的资料编号、资料名称、版本号、更新时间、负责人、部门等信息，如：设备说明书、设计图样、图册、地图、维护操作规范手册、典型检修工艺文件等；设备档案管理单元对在设备管理的全过程中，产生的所有记录、图纸、资料等文件进行归档，整理成档案，并设计档案的增、删、改、查；设备维护计划管理模块通过制定维护规则/计划单元和设备维护通知单元实现，制定维护规则/计划单元按照时间周期或使用频次进行规则维护，当时间周期或使用频次到达使用上限时，自动触发维护保养工单，同时支持手动创建设备维护工单，支持电子看板形式展示，包括增、删、改、查操作；设备维护通知单元实现维护预警、维护功能，维护计划实施情况设置定期提醒、超期预警功能，通过多终端信息推送至责任人，确保维护人员及时收到消息前往现场执行维护保养，实现设备设施维护计划管理；设备维护及状态数据采集模块通过维护工作上报单元和设备状态管理单元实现，维护工作上报单元，工人完成设备维护工作后，在维护计划页面调取维护工单，执行设备维护保养记录填报，记录维护保养状态与备品备件更换信息，同时记录实际维护保养时间、人员等信息，维护数据填报完毕后，系统会将维护工单更改为“已维护”状态，并且自动更新下一次维护任务；设备状态管理单元设计各生产线、工艺设备等运行状态界面；设备健康预警模块根据业务需要自定义选择设备参数进行趋势分析，切换历史趋势与实时趋势，历史监视和实时监视能够同时显示，可以调整设备参数运行指标；采集监控设备关键参数，给予安全风险预警信号，例如对于关键线路电流实时监控，并基于其阈值给予预警控制信号；设备协同控制模块在生产线没有生产任务的情况下，设置休眠、停机提醒功能，待机状态维持工艺设备及其对应辅助配套设备处于低功率状态，启动进入正常工作状态界面，实现节能降耗，设计互锁逻辑编辑，根据对各设备状态采集，自动发送安全处置信号，避免后续危险事件的发生，例如当检测到上挂机械手发生异常时，锁定对应自动线的行车、启动声响报警装置；在辅助配套设备出现异常或达到满负荷状态时，通过发送指令停止计划中的零件投入生产并予以警报，避免造成危险或者环境污染。
能源与环境管理模块包含能耗数据采集模块、能耗数据监测模块、成本基础数据管理模块、成本核算模块、多维度成本统计分析模块、污染物数据采集模块、污染物数据监测模块、污染物数据回溯模块和异常状态处理模块；能耗数据采集模块对接设备集成控制系统数据接口，获取能源消耗数据，包括用水、电、压缩空气、蒸汽等，支持采集频率的人工设置；能耗数据监测模块以图形化方式展示能耗值，包括能源消耗日历曲线，横坐标是时间，纵坐标是能源消耗数据，提供两种监控视图分别为实时监控视图和历史监控视图，实时监控视图以驾驶舱的形式，监控包括当前水、点、压缩空气等能源参数，还包含当前实时生产量、实时总成本、各能源参数的实时能耗，历史监控视图对能耗设定目标消耗值，通过对采集到的能耗实际消耗值来进行目标管控，给出超标报警、达标提醒信号；成本基础数据管理模块支持成本要素定义，成本核算公式编辑，车间级的成本要素重点关注车间能源成本，包括水、电、压缩空气、蒸汽等，成本是其单价与用量乘积总和；成本核算模块根据成本基础数据管理模块成本费用项目情况，定期计算车间成本，通过与热表处理一体化管控平台中其他模块的集成，采集成本要素所有数据，核算各零件所有工序的能耗信息成本；能耗与成本分析优化模块按照零件批次进行成本费用统计，按照生产周期进行成本费用统计，支持生产周期交互式设定，绘制设备能耗对比图表/曲线，统计不同设备在执行相同的工艺时的能源消耗，按照费用科目进行统计分析，以饼图/柱状图等形式可视化展示；污染物数据采集模块对接设备集成控制系统数据，获取污染物数据，包括氰，铬，酸碱，地面废水等污染物的浓度采集，支持采集频率的人工设置；污染物数据监测模块以图形化方式展示各项污染物的数值，具备实时数据的监测功能，自动绘制浓度参数的日历曲线，横坐标是时间，纵坐标是各项污染物的浓度数据；污染物数据回溯模块将污染物数据存储于数据库中，设计随时调用历史数据，并根据需求绘制相应曲线，可以按照时间、批次分析污水浓度的变化，可视化的展示各项污染物的变化；异常状态处理模块在污染物浓度异常时，将信号提供给设备管理子系统，利用设备之间的联动管理，通过信号传递停止计划中的零件投入生产并予以警报，避免造成危险或者环境污染，当污水浓度异常时自动开启应急事故池，避免污水排放。
仓储管理模块包含入库管理模块、出库管理模块、库存管理模块和库存告警模块；入库管理模块通过定义物料标签单元和执行物料入库单元实现，定义物料标签单元定义物料编码规则，赋与物料/批次唯一标识编码，通过打印或激光雕刻的方式将唯一标识编码和物料进行绑定；执行物料入库单元通过终端扫描粘贴于物料上的条码标签，识别并记录物料编码、入库时间、入库类型、入库数量、入库人员、仓库、入库时间、退货入库原因等信息后，执行提交操作指令，将物料入库至指定仓库；出库管理模块通过执行物料出库单元和库存台账同步更新单元实现，执行物料出库单元通过终端扫描粘贴于物料上的条码标签，识别并记录物料编码、出库时间、出库类型、出库数量、出库人员、仓库、出库时间等信息后，执行提交操作指令，完成物料出库操作并释放库存；库存台账同步更新单元根据现场业务操作自动生成出库单，实现出库单电子化管理，针对仓库以单据的形式记录出库物料的型号、数量、时间信息；库存管理模块通过库存盘点单元、库存查询单元和库存统计单元实现，库存盘点单元对库存数据进行盘点，支持手工调整校对库存，并保留历史记录痕迹；库存查询单元对仓库存储的物料库存进行实时查看、浏览，支持按照库房、生产任务订单、批次、物料编号、名称、规格、类型等条件进行筛选查询，能导出Excel表的库存台账，包括物料编号、名称、类型、型号、规格、厂商、存储仓库、库存数量等信息；库存统计单元通过可视化图表/报表进行多维度多终端输出展示仓储物流绩效，包括库存历史趋势、库位利用率等；库存告警模块根据库存管理规则，当库存状态或数量发生异常时，通过多终端发送异常告警指令，确保信息及时传递至相应的责任人。
可视化管理模块包含三维建模及数据同步模块、车间运行状态看板模块、产品生产看板模块、车间异常状况看板模块和绩效看板模块。三维场景及数据同步模块通过对现场实时数据的采集，对底层设备数据与虚拟对象行为关联，实现车间场景的更新显示，以及场景中各类动画、特效的更新显示，在三维虚拟场景中，实现现场实际状态与三维场景同步，包括设备状态同步、工艺参数同步等，设备状态同步在三维空间中实现虚拟对象状态与现场实际状态的同步，工艺参数同步在三维空间中各设备的工艺参数与其实际参数同步；车间运行状态看板模块在系统监控界面，定制车间各类工艺设备、生产线状态看板，展示各设备、生产线的状态例如工作、空闲、故障等、生产产品信息、完成情况等；产品生产看板模块定制车间生产产品进度以及完成情况看板，展示当前交付的零件数量、名称，采集正在进行生产的产品在制品信息，包括该(批)零件的名称、编号、所在位置等信息；车间异常状况看板模块对超期的生产计划、不合格产品情况、设备/槽液超期未维修等情况进行报警展示；绩效看板模块通过质量看板单元和设备绩效单元实现，质量看板单元在质量管控子系统中抽取相应数据或页面，以图像化方式展示产品质量信息，包括一次检验合格率、产品出厂合格率等；设备绩效单元在设备维护子系统中抽取相应数据或页面，以图表化形式展示设备信息，统计并展示设备OEE等。
2、系统实施方案中，航空热表处理车间智能管控系统的整体技术架构，自下而上分层架构包括：设备层包括热表处理过程相关的自动化产线、工艺和试验设备、自动仓储设备、工业机器人、通风系统等；边缘层的工控系统、感知系统、AR/VR系统、计算机视觉等及其能够提前处理部分数据的边缘计算平台；联接层通过各种有线、无线和工业总线协议，将设备层和边缘层数据向上传输；IaaS层包含云计算和数据库基础平台，支持公有云/私有云/混合云下的计算服务、数据库服务、运维服务、网络服务、安全服务等，提供数字化基础的基础构件，IaaS层应充当工业企业的数据中台，聚合并处理海量实时和业务数据；PaaS层提供数据仓库、流/批计算、物联服务、数据服务、人工智能、DevOps、测试服务等通用引擎服务，同时抽象车间智能管控在计划管理、仓储物流管理、工艺管理、设备管理、质量管理、业绩管理、资源管理、能耗&成本管理等各业务功能的通用业务逻辑，形成可复用的工业服务模块，PaaS层应充当工业企业的业务中台，提供各种数据计算和分析服务；SaaS层包含各业务功能的定制部分，还提供各种场景用例的定制应用及展示，SaaS应充当工业企业的工业APP平台，提供满足场景用例各种通用和定制需求的工业APP工具集。
3、软件实施方案中，航空热表处理车间智能管控系统的软件架构，支持热表处理车间与工厂级的数字化作业，提供配套数据分析和业务管理工具。智能管控系统一方面需连接车间生产执行系统，对自动生产线、工艺及试验设备、自动仓储等设备进行管控，另一方面需集成现状和规划的ERP、MES、PLM、SCADA等业务系统进行数据交换。自下而上分层架构包括：数据层同时适用于Linux和Windows服务器，采集终端包括PLC、SCADA、DCS、工控电脑等；通过OPC UA、MQTT等协议支持并集成现有采集硬件和终端设备；时序数据库对大量秒级/毫秒级时序数据的采集、过滤和存储，采用时序数据库TimescaleDB，提供高并发写入性能、高数据压缩比例、低时序查询延迟等特性；关系数据库管理复杂关联的业务数据，采用关系数据库PostgreSQL，文件服务器采用MongoDB/GridFS管理大量与业务数据相关的非结构化文档；服务层利用Spring Boot和Spring Cloud整套Java企业级架构，采用数据持久层工具jOOQ和数据库连接池Hikari来对接数据库；使用Guava和Redis来为需要频繁读取的数据提供缓存，POI和iText用来处理Word、Excel、PDF等文件，Jackson用来处理JSON格式，Quartz用来提供所有服务的定时任务调度，规则引擎使用Drools来构建，使用Spring MVC来提供RESTful API接口服务；交互层采用JSF和Vue技术，打造友好的人机交互体验，辅以Android和iOS开发技术进行APP开发，或者融入微信或钉钉的生态进行小程序开发，前端推送技术采用WebSockets来实现界面的实时刷新和响应，图表技术采用Highcharts或Echarts。
4、系统的硬件部署实施方案中，系统结构包括服务器、网关、核心交换机、接入层交换机以及底层生产线设备等，底层硬件设备连接至接入层千兆交换机，接入层交换机接入万兆核心交换机，平台软件运行在私有云部署的服务器上。应用服务器使用两台服务器实现双机互备功能，主应用服务器和备用应用服务器，通过心跳链路检测到主应用服务器宕机或服务故障，备应用服务器会自动接管成为主应用服务器，并将原主应用服务器停用，当原主应用服务器恢复后，服务会自动启用并默认再抢占成为主应用服务器，起到故障转移的功能；数据服务器也使用两台服务器实现双机互备方案，主数据服务器的数据库和备用数据服务器的数据库进行实时数据同步，主主同步，通过心跳链路检测到主数据服务器宕机或服务故障，备数据服务器会自动接管成为主数据服务器，并将原主数据服务器停用，当原主数据服务器恢复后，服务会自动启用并默认再抢占成为主数据服务器，起到故障转移的功能。
5、系统的集成实施方案中，该航空热表管控系统各模块之间，以及系统与企业现有系统都有数据交互，需要进行智能管控系统与企业现有系统之间的集成和智能管控系统与硬件系统的集成，使整个车间高效协同工作；智能管控系统与企业现有系统之间的集成，将生产线所需要的现有信息系统连接集成起来，将MODBUS、I/O、PLC接口接入管控平台，通过进行协议转换、报文转换、拆组包等，实现异构系统之间的数据、消息、大文件的传递，同时设计流量控制与异常管理、故障隔离操作，应对各种高负荷与异常情况，保障传输安全；智能管控系统与硬件系统的集成，一种方式采用OPC技术实现系统与车间生产线、水处理设备控制系统的对接，获得现场实时数据，采用OPC数据采集插件，采集车间现场实时数据，进行解析、处理，为生产管控系统运行提供基础数据，智能管控系统与硬件系统的集成方式的另一种方式是直接连接现场设备PLC，实现设备集成以及数据获取，根据现场热表处理车间需要，设备集成包含主生产线设备集成，辅助配套设备集成，能源环境设备集成，水处理设备集成。
Claims (8)
1.一种航空热表处理车间智能管控系统，其特征在于：该航空热表处理车间智能管控系统包含计划管理模块、质量管理模块、设备管理模块、能源与环境管理模块、仓储管理模块、可视化管理模块，其中：
所述计划管理模块包括订单管理模块和任务管理模块、通过数据接口与上层ERP数据集成，实现订单的传递与反馈，为车间任务排程与生产监控反馈提供数据支持，实现以生产订单为依据的车间层任务排程，并根据生产执行状态进行任务跟踪；
所述质量管理模块包括质量策划管理模块、校验数据采集模块、生产过程数据采集模块、生产过程数据追溯模块、质量评估分析与报告模块、质量数据智能分析模块和生产过程控制模块，以产品为追溯主体，进行生产过程参数和质检数据的采集，实现生产过程质量控制，并对工艺执行过程以及最终产品质量信息进行关联分析，进行质量数据智能分析与优化；
所述设备管理模块包含设备台账管理模块、设备维护计划管理模块、设备维护及状态数据采集模块、设备健康智能预警模块和设备协同控制模块，实现工艺设备档案的电子化管理，设备预防性维护，设备智能预警与维护和设备协同控制，保障设备安全可靠运行；
所述能源与环境管理模块包含能耗数据采集模块、能耗数据监测模块、成本基础数据管理模块、成本核算模块、多维度成本统计分析模块、污染物数据采集模块、污染物数据监测模块、污染物数据回溯模块和异常状态处理模块，实现车间能源消耗的采集控制和环境污染管理；
所述仓储管理模块包含入库管理模块、出库管理模块、库存管理模块和库存告警模块，完成仓储数据采集与存储、库存监控与告警和生产数据统计分析，对生产过程辅助决策；
所述可视化管理模块包含三维建模及数据同步模块、车间运行状态看板模块、产品生产看板模块、车间异常状况看板模块和绩效看板模块，建立设备及厂房三维模型，通过与生产执行系统的数据连接，实现车间各类运行状态监视和控制；
该航空热表处理车间智能管控系统的整体技术架构，自下而上分层包括设备层、边缘层、联接层、IaaS层、PaaS层和SaaS层；
该航空热表处理车间智能管控系统的软件架构中，一方面需连接生产执行系统，对自动生产线、工艺及试验设备、自动仓储等设备进行管控，另一方面需集成现状或规划的的ERP、MES、PLM、SCADA等业务系统以进行数据交换，自下而上分层架构包括数据层、时序数据库、关系数据库、服务层和交互层；
该航空热表处理车间智能管控系统的硬件部署包括服务器、网关、核心交换机、接入层交换机以及底层生产线设备，底层硬件设备连接至接入层千兆交换机，接入层交换机接入万兆核心交换机，平台软件运行在私有云部署的服务器上，应用服务器使用两台服务器实现双机互备，数据服务器使用两台服务器实现双机互备。
2.根据权利要求1所述的航空热表处理车间智能管控系统，其特征在于：所述航空热表处理车间智能管控系统的集成方案中，一方面将该系统与企业现有系统之间的集成，将生产线所需要的各信息系统连接集成起来，将MODBUS、I/O、PLC类接口接入平台，通过进行协议转换、报文转换、拆组包，实现异构系统之间数据、消息、大文件等的传递，另一方面该系统与硬件系统的集成，采用OPC技术实现系统与车间生产线、水处理设备控制系统的对接，获得现场实时数据，亦可以直接连接现场设备PLC，实现数据获取。
3.根据权利要求1所述的航空热表处理车间智能管控系统，其特征在于：所述设备层包括热表处理过程相关的自动化产线、工艺和试验设备、自动仓储设备、工业机器人、通风系统。
4.根据权利要求1所述的航空热表处理车间智能管控系统，其特征在于：所述边缘层包括工控系统、感知系统、AR/VR系统、计算机视觉及其能够提前处理部分数据的边缘计算平台。
5.根据权利要求1所述的航空热表处理车间智能管控系统，其特征在于：所述联接层通过有线、无线和工业总线协议，将设备层和边缘层数据向上传输。
6.根据权利要求1所述的航空热表处理车间智能管控系统，其特征在于：所述IaaS层包含云计算和数据库基础平台，支持公有云/私有云/混合云下的计算服务、数据库服务、运维服务、网络服务、安全服务，提供数字化基础的基础构件，IaaS层应充当工业企业的数据中台，聚合并处理海量实时和业务数据。
7.根据权利要求1所述的航空热表处理车间智能管控系统，其特征在于：所述PaaS层提供数据仓库、流/批计算、物联服务、数据服务、人工智能、DevOps、测试服务等通用引擎服务，抽象车间智能管控在计划管理、仓储物流管理、工艺管理、设备管理、质量管理、业绩管理、资源管理、能耗&成本管理的各业务功能的通用业务逻辑，形成可复用的工业服务模块。
8.根据权利要求1所述的航空热表处理车间智能管控系统，其特征在于：所述SaaS层包含各业务功能的定制部分，还有各种场景用例的定制应用及展示，SaaS应充当工业企业的工业APP平台，提供满足场景用例各种通用和定制需求的工业APP工具集。热表处理车间智能管控系统需要进行系统集成，包含智能管控系统与企业现有系统之间的集成和智能管控系统与硬件系统的集成两种方式，智能管控系统与企业现有系统之间的集成，将生产线的各信息系统连接集成起来，将MODBUS、I/O、PLC类接口接入平台，通过进行协议转换、报文转换、拆组包等，实现异构系统之间数据、消息和大文件的传递；智能管控系统与硬件系统的集成，一种方式采用OPC技术实现系统与车间生产线、水处理设备控制系统的对接，获得现场实时数据；另一种方式连接现场设备PLC借口，实现设备集成以及数据获取。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310474727.2A CN116596463A (zh) | 2023-04-27 | 2023-04-27 | 一种航空热表处理车间智能管控系统 |
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| CN (1) | CN116596463A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117593147A (zh) * | 2023-11-16 | 2024-02-23 | 中航机载系统共性技术有限公司 | 一种航空制造智慧云平台 |
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- 2023-04-27 CN CN202310474727.2A patent/CN116596463A/zh active Pending
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