制造业生产车间管控一体化系统研制报告

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1、热处理信息集成管控系统研发与应用技术研究报告完成单位：贵州新技术研究所 贵阳纵横控制技术发展有限责任公司 2012 年 2 月一概述 2二立项的依据和目标 3三、主要研究内容及完成情况 51. 主导思想 : 52. 系统建设原则 63. 主要技术路线 64. 项目实施及完成情况 16四项目运行效果及分析 16五主要技术指标及经济效益完成情况 19六项目技术创新点 19七、论文发表1篇和参加完成国军标GJB509B-2008编制错误！未定 义书签。八、团队建设及人才培养 错误！未定义书签。九项目总结与建议 20一. 概述在我国制造业的热加工部门，目前大多采用传统的生产和管理模 式，存在设备和技术

2、产能落后、职工素质不高、生产管理不到位等问 题。随着工业生产规模不断扩大和大飞机等项目的启动， 以及新材料、 新工艺大的量使用，对工艺控制与产品质量要求日趋严格，现有的生 产设备和管理模式已不能满足未来发展的需要， 更不能满足国际转包 生产的需求，迫切需要进行设备和产能技术的提升。 工业现场监控网 络自动化、企业管理信息化是计算机技术在企业应用和发展的必然趋 势，用先进的控制技术对现场设备进行改造， 用信息化技术实现车间 的智能化管理，通过二者的结合应用提高企业的生产和管理水平，改变以往落后的生产管理模式，严格贯彻不同质量管理体系（如航标、 国军标及美国宇航标准、波音标准等）的要求势在必行。本

3、项目采用工业以太网技术和现场总线技术， 结合数据库和软件 设计，组建生产车间管、控一体化综合应用系统，通过工业现场总线 将现场的控制设备进行连接组网，组建工业现场实时监控系统，通过 计算机对现场进行状态监控，实现生产工艺自动传送、控制参数自动 调整、过程数据实时采集与记录、现场状态实时提示与报警等功能， 解决人工设置现场参数容易出错、 零件加工过程超时、数据记录精度 不高等问题；各管理科室的管理终端通过工业以太网进行连接，组成生产管理网络，系统通过以太网交换技术实现从生产计划制定、任务分配、任务下达、生产过程执行与监控、质量监测与控制、生产计划执行情况统计等生产过程的闭环控制， 解决了因管理工

4、作量大、效率 低下，管理人员对现场的情况了解不及时等带来的一系列问题， 为企 业的生产管理提供了更可靠、有力的手段。二. 立项的依据和目标热处理是通过改变材料组织使机械零件或产品获得所需性能并 保证使用安全可靠的工艺过程。热处理生产成炉批量投入，连续生产， 处理对象大部分是经过加工的半成品件或成品件，如果出现质量问 题，损失很大；更主要的是热处理缺陷漏检很容易发生严重的机械事 故，造成更大损失。因此，热处理属于特种工艺，必须实施全面质量 控制。热处理全面质量控制，是对零件在热处理前、中、后的整个过 程中一切影响因素实施全面控制，包括人、机、料、法、环等各个环 节，改变过去传统的单纯靠最终检验被

5、动把关来保证质量的观念和制 度，实行以预防为主、预防与检验结合的主动控制质量保证模式，把 重点转移到质量形成过程的控制上来，把热处理缺陷消灭在质量形成 过程中。热处理全面质量控制是一项系统工程，本项目通过专业技术、 管理技术和信息科学技术的有机结合，形成满足全面质量管理要求的 热处理管控一体化系统。车间管控一体化系统是以测量、控制及管理一体化，实现车间 全局最优化、效益最大化为目的，用信息化的方式为管理提供手段，提高企业的信息化应用和管理水平。 该系统是集计算机技术、 控制技 术、网络通信技术、 图形显示技术及先进管理经验于一体的综合运用 系统，能满足各生产厂在数字化条件下的管理要求， 更好的

6、贯彻质量 控制标准。生产车间管、控一体化系统属数字化和智能化设计制造， 根据中 华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要 中指出以 信息化改造制造业， 推进生产设备数字化、 生产过程智能化和企业管 理信息化，促进制造业研发设计、生产制造、物流库存和市场营销变 革。提高机电装备信息化水平， 实现精准、高效生产。 推广集散控制、 现场总线控制、敏捷制造等技术，强化生产过程的在线监测、预警和 控制。国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2006-2020) ，制造 业是国民经济的主要支柱，其发展思路是： (1) 提高装备设计、制造 和集成能力。以促进企业技术创新为突破口，通过技术攻关，基本实

7、 现高档数控机床、工作母机、重大成套技术装备、关键材料与关键零 部件的自主设计制造。 本项目是关键技术集成的自主设计系统， 属于 数字化和智能化设计 制造 优先主题。贵州省中长期科学和技术发展规划纲要 2006-2020)中将智 能控制与集成、数字化制造、列为重大专项，“ 加强制造业信息化 相关技术的集成推广应用，重点开展智能控制与集成、数字化制造、 模块化和网络化设计制造等技术的攻关” 。目标市场： 热处理 管、控一体化系统涉及电力、电子、计算机、 人工智能、通讯、机电等诸多领域。该项目技术含量高、专业性强、应用广泛（遍及冶金、石油、机械、汽车、航空航天、军工、环境工 程等军工及民用领域）。

8、该系统已成功应用于航空航天等企业，而航 空航天企业因件号众多，且大量使用新材料、新工艺，其质量管理体 系最为复杂及严格，故该系统在其他领域的使用将更为容易。我国制 造行业的车间众多，即使有5 %的车间设备采用管控一体化系统也是 一个相当大的数量。三、主要研究内容及完成情况1. 主导思想：采用先进的思想和技术、结合完善的功能设计组建实用、可靠、 方便操作的应用系统。通过计算机技术、网络技术、数据库技术、自动控制与数据通 信技术的集成应用，结合生产企业的具体情况，对热处理车间现场控 制设备和生产管理模式进行系统的技术改造，组建满足航标、国军标等不同质量管理体系要求的、集工业现场监控与生产管理为一体

9、、 满 足生产实际需要的管控一体化综合应用系统。 实现：从生产计划制定、 零件进入、加工过程监控、质量检查、生产统计到零件发出的生产过 程全流通管理；做到：现场控制可靠、数据采集迅速、准确；状态报 警及时；曲线、数据显示直观、保存完善、查询方便；管理和生产人 员能够按各自的权限，方便、快捷地使用本系统功能，调用相关模块 进行所需的操作，实现生产管理的各项要求；做到信息数据的及时流 通、交流与资源共享，满足质量控制体系及行业标准的要求，达到国内领先水平2. 系统建设原则(1) . 采用标准化设计原则，充分考虑建成的系统具有扩展性和 互联性，既满足当前可实现的应用要求，又能适应今后系统扩展 的需要

10、。(2) .遵循国内、国际和相关的行业标准，设计时充分考虑系统的 实用、安全、可靠、容错、稳定性和可操作性，在既能满足系统 要求的前提下又能尽可能的节省经费的开支。(3) .系统设计尽可能寻求最优的性能/价格比。在经费许可的条件 下尽量采用市场上先进的技术和成熟的产品。3. 主要技术路线项目采取的主要步骤和技术路线由以下几个步骤组成:1.项目调研94. 现场改造与网络建设5. 系统联调与试运行6. 系统完善与验收3.1 项目调研按照管控一体化系统的设计原则，项目组到多个相关厂家进行了 项目的实地调研，基本掌握了工业现场的生产工作情况和生产管理的 工作流程以及数据处理的流向。听取了用户对该系统所

11、提出的使用要 求和希望达到的预期目标，收集了相关的数据、表格及处理方式，经 整理后取得了设计该系统所需的第一手资料。 如下是项目调研的部分 数据资料。车间管理组织结构：标题:组织机构及职能|编号：3节点:车间管理信息数据车间信息产品车间计划基础数据生产数据设备信息库存信息人员信息财务数据资料军品原品*主生产计划f零件对照表加工原始纪录设备档案库存台帐管理人员军品新品*调度计划定额表f质检原始纪录设备状态入库纪录生产人员民品原品4物料计划工艺档案能耗纪录运行纪录出库纪录亠辅助人员民品原品*能力计划+能源价格L* 生产统计维修纪录盘点信息临时人员4 车间法规+行政文件技术档案生产规程一*经济指标完

12、成数据3.2系统总体方案设计本系统主要分为三层结构:现场监控层、通讯网络层和生产管理层3.2.1. 现场监控层，包括： （1）通过智能精密控制装置、 I/O 模 块、传感器、变送器、PLC等完成对各种参数及动作的测量与控制。主要测控参数有：温度、氮势、碳势、氧势、真空度、电流、电压、 压力、气体流量、工作时间等；动作控制对象包括炉门、炉盖、搅拌 电机、台车、各种泵、阀等。 （2）现场操作及监控终端，包括：工控 机、读卡器、条码扫描仪等，所有设备通过工业现场总线与系统服务 器和现场操作及监控终端相连。设计满足工艺要求的现场监控软件，使系统能实时监控现场所 有设备的运行情况； 显示相关数据和运行趋

13、势曲线， 并具有状态报警 功能，报警的同时进行LED大屏幕显示和现场广播语音提示。 现场采 集的所有数据均存入数据库服务器的硬盘阵列， 以便于其他管理模块 分析和调用。3.2.2. 通讯网络层： 利用工业现场总线及工业以太网， 实现控制 层与管理层的数据交换。工业现场总线种类众多，各有所长与不足， 应用范围也不同，因现场仪表种类繁杂，数量较多，既有国内各仪表 厂生产，也有产自日本、美国、欧洲不同厂家，一个中型的车间采样 点平均在 300 个以上；目前用户现场所使用的设备主要配置 RS-485/422 通讯接口，由于这类接口具有通讯距离长，较高的可靠 性和稳定性，在现有智能控制系统中应用比较广泛

14、。从系统实用、经 济的角度考虑，现场网络仍使用RS485/422工业现场总线。为提高采 样速度及可靠性， 采用了多网并行及多线程处理方式。 根据现场不同 设备所采用的通信协议种类的不同， 设计了能满足多种通信协议要求的数据通信软件包，供现场监控程序调用为了便于与厂级骨干网进行数据通信与数据共享， 系统采用路由 器与厂级骨干网连接，并根据用户要求提供所需的数据访问接口， 供 上级部门进行访问。323.生产管理层：包括系统服务器、车间各管理部门操作终端、电子大屏幕、车间广播系统、闭路监控系统及相关功能软件模块等。各科室终端通过工业以太网和网络交换机进行连接，依靠管理软件的运行，实现零件从进入到发出

15、车间的整个生产流程及质量控制过 程的管理，完成数据从现场采集到生产管理报表自动生成的全流通。软件在windows micsoft.NET 的平台上进行开发，采用 C/S和B/S两种方式设计，其中包括生产管理所需的各个功能模块。如下是系统网络图:中心机房车间管理科室现场终端1数据库服务器 札网络交换机工业局域网K . &扫描,现场终端3路由器网络交换机22 日 Tuesday态LED第1组（真空炉、淬火炉 等，共11台，控温点13 个，测温点11个）现场终端2第2组（箱式炉、井式 炉等，共18台，控温点19个，测温点18个）第3组（除氢干燥箱 共12台，控温点12 个，测温点12个）厂级骨干网3.3 软件设计 软件设计包括：现场监控软件、通信软件和生产管理软件三部分根据本生产车间的工作