基于识别传感与设备如新的智能设备模型.docx
《基于识别传感与设备如新的智能设备模型.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于识别传感与设备如新的智能设备模型.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于识别传感与设备如新的智能设备模型
基于识别传感和设备如新管理的智能设备设施模型
装备是泛指智能制造的整个硬件设施体系；在智能制造中，智能装备是实现智能制造的主要载体，智能装备具有自我感知、自我监测、自我诊断、自我决策等功能。
智能装备是装备新技术的应用，装备的设计是基于实现产品的自动化生产、自动质量检测、自动周转等功能，在智能装备的应用中，需有新的设备管理思维实现智能装备管理，技术与管理两手同时抓，才能使智能装备发挥应有的作用，图2-13是智能装备模型全景图，对智能设备设备、智能控制、传感识别进行描述。
图2-12基于识别传感和如新管理的智能装备模型
2.3.1智能装备的典型应用
智能制造环境下，智能装备是实现先进制造技术、信息技术、传感识别技术、自动检测技术、自动控制技术的集成和深度融合的重要支撑点。
以上这些设施中，基于硬件的设备设施具有自我感知、自我判断、自我计算、自我对比、自主决策控制、并与信息系统自动融合的自动识别传感、自动识别采集数据、预警与监控管理、专家知识库管理、最优方式方法推荐、流程自动化，将人的经验与专业知识融入识别、执行、控制、分析、决策等过程中。
另一方面智能设施自身的管理智能化也是必须关注的，如在系统中将经典的设备管理技术嵌入其中，实现设施自身的智能管理。
行业通用智能装备如下：
1.食品加工、饮料生产行业
建立机电一体化高精度、高质量、高速度的自动成套流水线，而且可以一体多用，集安全和技术一身，将是未来食品、饮料行业装备的主流；借助于高端装备实现前道处理、配方调配、无菌自动传送、在线配方分析与纠正、在线质量监测与预警、细菌检测、无菌自动灌装和包装、自动贴标、自动识别和全过程质量追溯，辅助智能搬运设备、智能立体仓储等设备，走节约化道路，实现绿色与高效结合，提升产品质量和企业竞争力。
2．纺织业、化学纤维制造业
建立服从工艺的自适应性强、连续性好、具有成套性的智能设备，取代传统的能耗高，噪音高，环境污染的传统设备，实现制程中异常点自动记录，自动预警或自动停机，在生产时可以高速度、高效率的运转，生产中根据产品类型进行参数的自动监控与调节，设备可以进行其自身的判断、监控、调节。
3.服装、鞋帽、皮革制造业
此类行业已经向技术密集型工业逐步发展，专业设备也从人工操作设备转变为PLC控制设备，通过PLC编程实现不同产品的转换，实现自动识别、自动加工、自动检测，自动控制调节加工参数，建立柔性集成的无人流水线是趋势。
除了专业设备，机器人的应用也需有所突破，可适应材料的柔软性，增加灵活性、识别和应变能力，实现立体可移动式加工模式。
更高一级的智能设备应用，结合粘合技术，开发无缝纫加工和一次性加工成型的智能装备完成生产。
4.木材加工及木制品制造业
锯材加工是木材加工要解决的首要问题，实现在加工前自动上料，自动剥皮，通过3D扫描仪对原木的内部结构进行确认，锁定内部缺陷位置，在造段时进行规避；裁断后自动分选，对还可以通过3D扫描仪对造段后的原木按长度、直径等级进行自动分类，自动分为标准板材和边材，对边材根据3D扫描仪扫描后自动裁边，形成合格板材，与标准板材一起到自动板材分选，实现自动分选、堆垛、装窑干燥和干燥监控，自动抛光加工和二次分选，自动打包。
保证最大的出材料率和高的等级品率。
对于木制品，建立成套生产设备，根据工单工艺，自动调节各工序加工参数，实现自动压合、锯、刨、刮、铣、砂、涂装、包装等工序生产，在过程中自动识别、加工、检测等功能。
5.造纸、印刷业制造业
因行业工艺特性，需建立智能的设备集群，保证其连续性生产。
关注点一就是设备及集群必须有先进的自身检测、预警功能，根据主要运行参数采集、自动分析、根据诊断给出建议，进行预防性故障诊断，避免突然停产，给管理带来混乱。
关注点二是设备均是大功率设备，设备的启动和运行会有大量的能源消耗，需在设备设计和选型时，尽量采用先进的变频技术，实现软启动，通过改善电压频率输入来进行调速，可起到节能的效果，设备本身要有相应的智能能源监控功能，对设备能耗进行实时监控，降低生产成本。
关注点三是设备对产品的影响，设备必须有过程参数根据产品类型进行自动调节、自动检测与预警、自动搬运等功能，充分发挥智能集群的作用。
6.非金属矿物制品业（含水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料等）
此类生产特点是连续性强，物品移动量大，产品质量取决于生产过程的工艺参数；生产过程中电或燃气的消耗大；在生产过程中要解决物料及时、快速的移动问题，建立智能配送体系实现自动配送管理；生产过程监控，智能设备可根据产品自动配置参数，在执行过程中对参数进行监控并修正，保证运行参数在工艺设定范围内。
设备对自身的能源消耗进行闭环控制，进行自识别、自诊断、自控制，将能源消耗降至最低。
7.黑色金属、有色金属冶炼及压延加工业
在生产过程中对运动精度要求高，
开发具有特种参数在线监测、自适应控制、高精度运动控制等功能的金属冶炼、短流程连铸连轧、精整等成套装备
8.金属制品业
建立一体的下料、抛丸、表面处理、钣金、成型、机加工、热处理、磨加工、装配、包装、检测一个流自动线，实现自加工、自检测、自适应控制。
并具有高速运转、具有较高精度、较高可靠性装备。
9.化学原料及化学制品制造业
行业设备基本为专用设备，自动化程度较高，可实现在线监测、优化控制、功能安全等功能。
行业生产工艺条件成熟，通过DCS系统进行分布式控制，实现生产过程自动化。
在生产过程中设备的自我检测、自我诊断、自主调整的闭环控制尤为重要。
10.医药制造业
医药行业自动化设备必须满足小规模、单元化、批量化和间歇式的生产方式，实现批控制和批管理的控制与管理模式，带有符合国际国内标准和规范的连续控制和逻辑控制的结构模式。
实现对原辅料自动转运和投放、中间品，半成品，成品的自动转运和投放、空调净化自动执行与监控、医药用水监控、在线清洗执行、在线灭菌执行、计量自动化、质量在线监测自动化，建立综合、完善、实时的医药生产管理、质量管理的自动化系统。
11.橡胶制品、塑料制品业
现有的大部分设备对相关的设备参数和工艺参数可实现自动采集、监控、报警等功能，实现了本身闭环管理，可通过机器人、机械手、自动搬运线的应用，将设备成组管理，实现主要生产设备与辅助设备、一人与多台设备的联动，保障安全生产，提升质量和效率，降低成本。
12.光纤、线缆制造业
精密、高速、长度连续性高、规格适应性好是光纤、线缆制造业对设备的基本要求，在生产过程中对产品参数进行自动侦测，自动反馈与调整，保证工艺的有效性和稳定性。
13.通信设备、计算机及其他电子设备制造业
电子设备制造业是人员密集型行业，人力成本占据着较大比重，且在不断上升。
随着自动化设备的应用，减少了对人员的依赖性，既保证了产品质量和生产效率，也使人力成本得到控制；行业对自动化设备精度要求和柔性要求高，需保证设备操作方便、灵活不单一，功能可根据产品添加和更改。
在生产过程中，自动设备自动搬运、上料、识别、加工、组装、测试、包装等功能，并通过设备通信，实现设备与设备之间的控制管理。
2.3.2设备如新管理
这么多年来，我们引进和创造了许多设备管理的理念和方法，各种不同的设备管理模式在管理中被应用，但每一种模式又有不同的特征，企业也根据自己的实际情况引进了不同的管理模式，但更多时候对管理模式缺乏深入了解，只是重视设备管理的行为方式和管理的态度，往往忽略了其内在本质，无法真正领悟其中的奥妙所在，设备管理思维是设备管理的根本，采用什么样的设备管理思维就会产生什么样的效果，如果不同的的设备管理思维，所导致设备管理效果是不同的。
设备管理思维存在四个层次，分别为设备使用、设备保养、设备维修、如新管理。
1.设备使用
设备使用三种模式：
第一种：
只能按基本操作规程进行简单操作；
第二种：
了解其基本原理、设备特性、设备的危险性等，可规避违规操作和危险，确保效率和产品质量；
第三种：
非常精通设备操作，对设备原理、特性、危险性有较深的认识，能及时发现跑、冒、滴、漏等设备异常，可以对设备的使用进行不断改进，降低危险性、提高效率和产品质量。
很多员工在使用设备时，只了解其简单的操作，不了解设备基本原理，设备本身特性，设备的危险性等，在使用过程中有时会造成对人身和设备的伤害，在企业推行自动化设备的初期，定制化的设备可能会出现一些设计上的问题，但多数往往会在使用上出问题，如些精密设备、精密夹具、精密输送等，如果操作不当，会有人身伤害的产生，也有可能造成撞车，对其精密度会大打折扣；操作不当造成操作系统崩溃；操作不当造成重要部件损坏，所以会用设备的人是设备使用管理的基础。
在智能装备引进初期，设备厂商没有足够的对客户的教育训练，使用企业自身对新进智能装备也没有较深的认识，在建立操作技术规程时不够全面和深入，对员工教育训练不足。
企业在智能装备引进前期，对设备的安装调试、技术文档、操作规程文档（结合企业实际而不是设备厂家通用的文档）、设备接口在合同中注明需求，作为设备厂家应该在客户设备使用初期，建立完善的设备导入服务制度，确保客户在使用初期能够对设备进行全面了解，避免不必要的损失。
2.设备保养
设备保养的三种模式:
点检:
操作人员、设备人员、管理人员对设备进行定期或不定期进行点检，进行异常的排除。
这种思维模式大量存在，很多企业虽然都建立了年季月日的保养计划，但效果不佳，真正执行还是按点检的思维方式在进行。
阶段性保养:
对设备建立年、季、月、日四级设备保养计划，但在执行过程中受人员的技能、交期的影响等因素，变动特别大，导致流于形式，达不到真正的设备保养效果。
适用性保养:
对设备的运行进行监控，根据运行工时、运行参数状况、加工产品规格和数量等进行保养决策，具有经济性和实用性。
在这里还想提的一点，有些企业还搞一些关键设备的概念，当更加关注于关键设备的时候，往往会忽略一些一般设备，一般设备也是工艺中的一环，出现异常依然会影响生产，所以在设备管理中所有的设备及辅助实施、工装夹具等都应该引起足够的重视，有企业因为设备维修专业工具丢失或损坏，竟然停产数天的案例。
3.设备维修的思维
一是单点思维：
设备维修人员在查找设备异常时，只关注异常点，头痛医头，脚痛医脚，配件换了一大堆，仍然不能彻底解决问题，长此以往增加了维修成本、设备的折旧速度加快、寿命缩短、精度降低。
二是局部思维
设备人员在设备维修时，会局部的考虑问题，可以解决因局部系统引起的设备异常。
三是整体思维
比较资深的设备人员在设备维修时，综合考虑相关设备设施，系统性审视，解决设备异常问题，使设备运行恢复正常。
这里需要关注的一点，随着设备的折旧，性能逐步降低，很多资深设备人员往往喜欢通过补偿、运行和工艺参数匹配设定等使设备生产出合格的产品，其实这个就像高血压人群，如果不服用降压药，很难让血压值恢复到正常水平，但降压药治标不治本，设备也是一样，通过一些补救措施，从使用的角度来看，短时间内是可以生产出合格产品，就设备本身来看，则会加速设备折旧速度，降低设备寿命，因为设备的性能参数已经不是它原来的设计性能参数，是一种病态的方式在运行。
4.如新管理思维
在设备的生命周期内，设备的价值上是有折旧，但为了保证产品质量，在性能上是没有折扣的，需设备的运行参数和设计性能一直维持在正常的设计范围内，这就更加关注设备本身，设备的性能时刻如新进设备一样。
在SCM、ERP、MES等相关系统中，应建立全面的供应商评估、设备验收、固定资产管理、设备操作规程规范、教育训练、操作人员上岗管理、防错管理、设备异常即时反馈和响应等。
设备保养智能化将会是未来趋势，在设备管理专业系统中或MES系统中，必须建立设备保养相关模块，对设备日常保养、备品备件计划、适用性保养、保养预警、保养记录、保养监控进行工具化。
特别是设备本身的性能参数监控变得尤为重要，是设备如新管理的基础。
识别技术的应用
在制造中经常用的识别技术大致有以下几种：
1.通过图像识别对产品的外观进行检测
通过图像识别系统包含预处理、分析和识别三部分组成，预处理包括图像分割、图像增强、图像还原、图像重建和图像细化等诸多内容，图像分析主要指从预处理得到的图像中提取特征，最后分类器根据提取的特征对图像进行匹配分类，作出识别。
在制造中往往会用于质量外观自动检测。
图2-13为图像识别的典型应用
图2-13图像识别的典型应用
2.光学字符识别技术（OpticalCharacterRecognition，OCR）
光学字符识别是指计算机将文字的图像文件进行分析处理，并最终获得对应文本文件的过程。
是一种特使的图像识别技术，在制造中用于一些关键参数的扫描后自动转换文本格式，并进行记录。
图2-14是光学字符识别技术的典型应用：
图2-14增值税发票识别
3.生物识别技术
生物识别技术指利用计算机通过采集分析人体的生物特征样本来确定人的身份。
在制造中往往用于关键位置的门禁管理，比如用人的指纹、人脸来识别。
也用于一些关键设备的操作识别，确保不被误动。
图2-15为生物识别技术的典型应用。
图2-15生物识别技术
4.磁卡、IC卡识别技术
在制造中广泛用于考勤、门禁、上岗确认等环节，对人员绩效考核、活动范围、上岗资质进行验证。
也广泛用于银行卡、身份证等识别技术。
图2-16为磁卡、IC卡识别技术的典型应用。
图2-16磁卡、IC卡识别技术应用
5.条形码识别技术
与标签想结合，在制造中大量用于设备、材料、产品等识别，实现在收货、入库、盘存、出库、查价、销售等环节的操作的自动化，进行过程防错。
常用的有一维、二维码。
图2-17是条码识别技术的典型应用。
图2-17条码识别技术
6.激光刻码识别技术
在产品本身，通过激光雕刻机，进行二维码雕刻，利用扫码设备在过程中进行识别。
图2-18是激光刻码识别技术的应用。
图2-18激光刻码识别技术应用
7.RFID识别技术
RFID系统包含三个部分：
由耦合元件和芯片组成的具有唯一电子编码的标签，手持式和固定式的阅读器，在标签和阅读器传递射频信号的天线。
可以反复使用，根据使用环境的不同，价格差异较大，广泛用于自动生产线、自动搬运装备、库存库位标签等，用于生产与质量追溯。
图2-19是RFID识别技术的应用场景。
图2-19RFID的应用场景
2.3.4设备联网
设备联网系统（图2-20）是通过设备通讯，实现实时的程序管理、数据采集、设备监控。
图2-20设备联网系统
1.设备通讯
Ø选用通过设备接口、服务器实现超过多台设备的双向并发通讯的设备联网系统。
将传统的串口映射方式改为TCP/IP直接驱动方式提升传输速度。
提高设备运行效率，降低加工周期。
Ø选用具有良好兼容性的设备联网系统，支持厂内设备通讯接口，如RS422\RS232\485\网卡等，支持各种具有通讯功能的设备类型。
Ø可实现在设备操作面板上直接查询和呼叫需要的生产程序，如数控加工、贴片机、测试等程序。
Ø实现加工程序的自动接收、上传、根据规则自动命名、自动保存、版本管理的无人值守服务器功能，实现程序代码、名称与文件名的自动比对、转换。
Ø对程序智能管理，须有断点续传功能和大城西分段传输功能。
Ø对设备本身及辅助设备运行参数备份，具有运程服务功能。
Ø系统可以对程序传输状态、传输结果、程序执行情况以及操作人等信息进行实时显示和日志记录。
可将程序名称、设备名称、传输状态、传输结果、程序执行情况以及责任人等信息进行实时显示和日志记录，便于追溯管理。
Ø选用具有灵活易用、用户界面友好、操作简洁方便、易学易用的设备联网系统
Ø设备联网系统需支持多菜单、多列打印、远程打印、网络打印等，具有ISO标准格式以及可设置打印选项。
2.程序管理
Ø需建立统一的程序数据库，实现程序的集中管理，需对程序文档按产品、加工设备、工作群组进行分类，建立树形结构管理并支持向下多级树型结构，并支持程序文档的生命周期管理，具备对程序文件的编制、审核、批准以及调试、更改、定型等流程管理，用户能够根据实际管理的情况自定义管理流程。
Ø需支持程序、产品造型、工序图纸、工装夹具清单等工艺相关文档的集成管理，能够对AutoCAD、MicrosoftOffice、PDF、HTML、图片和Cimatron、UG、Pro/E三维图形文件等多种文件格式的直接浏览。
Ø需对加工程序的各种信息，如程序号、图号、零件号、设备、用户信息等进行数据库管理。
能够支持对所有程序文档按零部件编号、名称、图号、用户信息等的模糊查询功能。
Ø需建立完善的版本管理功能，可自动跟踪、记录程序文件的所有变更，允许用户比较/恢复旧版本，可靠保证设备操作人员调用最新版本程序。
Ø对于保密资质较高的企业，需建立三权分立制度管理，支持系统管理员、安全审计员、安全保密员等用户管理。
Ø设备联网系统具有灵活、完善权限管理功能，对加工程序进行组织授权管理，不同的人员设置不同的权限，每个人的操作权限由直接上级指定，并可具体到每级菜单、每条命令。
Ø自动产生程序管理记录，包括创建、修改、检验、批准、删除等事件的时间及人员，系统能自动跟踪记录程序文档的使用状态相关信息，包括程序的入库、调用、传输、更改以及操作人员等信息均有详细日志记录，并可对记录进行分类管理，支持回收站管理，方便用户误删程序后恢复，使程序具有可追溯性。
Ø系统需具备良好的集成性，可方便与PLM、CAPP、PDM、MES、ERP等系统进行集成。
3．数据采集
（1）通过PLC进行数据采集
设备PLC通过内部数据寄存器标识各设备的当前状态，并根据内置逻辑向相关设备发送动作指令。
数据采集服务器通过OPCServer/Client协议实现与PLC的通信，并实时读取PLC相关数据地址中存储的当前数值，结合设备工作逻辑，对设备的当前状态、加工数量、加工时间进行判断、计算。
（2）带网卡采集模块数控设备
此部分设备不用添加任何硬件，直接通过网卡可采集几乎所有的生产信息：
Ø开机关机时间、空闲时间、空转时间、加工时间、报警时间
Ø工作状态。
实时显示当前所处的工作状态，如编辑状态、自动运行状态、试运行状态、在线加工状态等。
Ø程序信息。
正在运行哪个程序（零件），程序运行到哪一行等。
Ø零件加工数量
Ø当前刀具号。
Ø当前转速、进给、倍率、主轴负载。
Ø坐标信息。
能够实时反馈前的坐标情况，包括：
绝对坐标、相对坐标、剩余移动量等。
Ø报警信息。
能够实时反馈机床是否有报警，报警号及报警内容。
Ø工人操作履历
（3）硬件采集-不带网卡采集模块数控设备
这类设备不支持网卡通讯，一般是一些比较老的设备或不开放协议的设备。
对这类设备，采用的是在设备上增加采集卡的方式进行生产数据采集。
这种方式适合所有的数控系统，可采集到的信息有：
Ø机床的实时状态，是开机中还是关机中
Ø机床的工作状态，是运行中、空闲中还是故障中
Ø已经生产了多少件
Ø机床的开机时间、关机时间
Ø机床的运行时间、空闲时间
Ø机床故障开始时间、故障消除时间
Ø工件的加工开始时间、加工结束时间
Ø工件最长加工时间、最短加工时间、平均时间
Ø结合条码扫描可采集到机床当前加工的零件、程序名等信息
（4）工控设备
工厂个性化定制设备、市场上主流检测设备往往独立性比较强，大部分配备工控机，通过安装FTP（文件传输协议），读取工控设备存储的CVS,TXT,OFFICE等文件进行数据抓取。
（5）远程IO模块
远程IO模块，采用RS232、RS485通信模式与上位进行数据交互，通信协议为工业标准的ModbusRTU协议，ModBus协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是通过何种网络进行通信的，它制定了消息域的格局和内容的公共格式，描述了一个控制器请求访问其它设备的过程，回应来自其它设备的请求，以及侦测并记录错误信息。
Ø开机时间
Ø关机时间
Ø负载时间
Ø柱灯转换信息
Ø数显表模拟信号转换
4.设备监控内容：
Ø设备通信状态：
通信状态、预\报警状态
Ø设备状态：
生产中台数、闲置中台数、维修中台数、设备利用率
Ø设备工时：
开机时间、启动时间、关机时间、空转时间、作业时间、故障时间、报警起始时间、设备工时利用率
Ø设备效率：
设备开动率、设备故障率、设备综合效率（OEE）
Ø图2-21是设备状态监控、运行工时和效率、运行效率统计分析的典型应用。
图2-21设备监控
升级会员 