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1、. . 工业半自动化数据采集终端解决方案 1、方案概述 20 世纪 90 年代以来， 经济全球化的趋势日益增加，信息技术的发展极为迅速，市场环境 发生了根本性的变化。顾客驱动已成为市场的主要特征，市场竞争的要素涉及到工控时间、 质量、价格、服务和环境。而信息技术的广泛采用，使得以顾客订货和市场需求为轴心的生 产活动已可以不受时间和地域的限制，竞争的高科技含量因此大大提高了。面对激烈竞争， 企业界的重要对策就是采用将制造技术与信息技术、自动化技术、现代管理技术和系统科学 技术有机融合的新一代先进制造技术。 在典型的ERP 软件平台中，财务管理(包括会计核算，财务管理)、生产控制(包括生产计 划，
2、制造 )、物流管理 (包括采购，库存管理，销售)和人力资源管理等是基本功能模块。过 去的若干年来，ERP 在国内得到了较广泛的重视，一些企业花了大量资金上ERP。但就一般 情况而言，商业企业从ERP 中获得的利益比较明显，而工业企业却没有那么幸运，甚至受到不 同程度的损害。这一现象并非我国独有，在工业发达国家也是如此。美国 ARC 公司调查结 果显示， 53的客户反映ERP 对工厂生产存在负面影响。怪不得有人说：不上ERP 是等死， 上了 ERP 找找死。这里反映出在ERP 实施过程中确实存在一些不可忽视的问题，其中最主要 的是光有ERP 并不能帮助和指导工厂分析其生产的瓶颈，改进和控制产品的
3、质量，以及对 具体的产品生产进行排产；ERP 不但没有调动工厂管理人员的积极性，反而把他们降格为一种 信息的收集者；ERP 虽有生产控制模块，但难以真正在工厂层中使用。如果不加分析和改进这些 问题，其结果则是将IT 推离、而不是融入工厂的生产活动。 工业信息化是指在工业的生产、管理、经营过程中，通过信息基础设施，子集成平台上， 实现信息的采集（传感器及仪表仪器）、信息的传输（通信）、信息的处理（计算机）以及信 息的综合应用（自动化、管理、经营等功能）等。将信息技术用于企业产品设计、制造、管 理和销售的全过程，以提高企业的市场应变能力和竞争能力，这是企业信息化的主要内容和 目标。 因此，如何将E
4、RP 系统的生产管理模块和工业信息化的深度集成是制造企业提高生产效 率、提高生产过程的安全性、提高产品质量、提高服务质量、缩短交货日期、减少生产过程 的原材料损耗最终提高企业核心竞争力的保障。 2、ERP 系统与现场自动化设备信息断层问题 我国制造业多年来采用的传统生产过程的特点是“由上而下 ”按计划生产。简单的说是 从计划层到生产控制层：企业根据订单或市场等情况制定生产计划-生产计划到达生产现 场-组织生产 -产品派送。企业管理信息化建设的重点也大都放在计划层，以进行生产规 划管理及一般事务处理。如ERP 就是“位”于企业上层计划层，用于整合企业现有的生产资 . . 源，编制生产计划。在下层
5、的生产控制层，企业主要采用自动化生产设备、自动化检测仪器、 自动化物流搬运储存设备等解决具体生产（制程）的生产瓶颈，实现生产现场的自动化控制。 . . 由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，一个制造型企业能否良性运营， 关键是使 “计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产 现场的变化，做出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。虽然 ERP 和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP 系统的服务对象是企业 管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能 主要在于现场设备和工艺参数的监控
6、，它可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但是本 身并非真正意义上的管理系统。所以，ERP 系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面 的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。比如 面对以下车间管理的典型问题，它们就难以给出完善的解决手段： 出现用户产品投诉的时候，能否根据产品号码追溯这批产品的所有生产过程信息？能否 立即查明它的：原料供应商、操作机台、操作人员、经过的工序、生产时间日期和关键 的工艺参数？ 同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否自动校验和操作提示以防止工人 部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品交接错误？ 过去 12 小
7、时之内生产线上出现最多的5 种产品缺陷是什么？次品数量各是多少？ 目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各是多少？要分别供应给哪 些供应商？何时能够及时交货？ 生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转？影响设备生产潜能的最 主要原因是：设备故障？调度失误？材料供应不及时？工人培训不够？还是工艺指标不 合理？ 能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品质量的随机波动与异常 波动，将质量隐患消灭于萌芽之中？ 能否废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷代码？ 我们知道要解决以上的问题就必须实时的去记录车间每一道工序的操作数据，将现场中 的每一
8、瞬间的信息的反馈到庞大ERP 后台数据库中，让功能强大的ERP 分析报表进行查询 分析，这样无疑是让每一个班组都要成为PC 机的高手，因为要不断的录入。这似乎在现实 中实现很艰难，即时要实现这个无疑是给予企业带来了巨大的人工录入成本，这不但不能提 高生产效率，反而是降低了企业的生产力。 半自动化数据采集终端系统就是使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部 门、质检部门、工艺部门、物流部门、财务部门等提供车间管理信息服务，将现场自动化系 统的信息同ERP 生产管理模块信息紧密的交互着，系统通过强调制造过程的整体优化来帮助 企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化的ERP 信息体系
9、。 3、半自动化数据采集终端系统介绍 3. 1 半自动化数据采集终端系统与ERP 系统无缝链接 半自动化数据采集终端系统与ERP 系统的数据流程图： . 客户订单控制参数 生产订单操作指令 生产排程任务状态 工序计划过程参数 自 动 化 生 ERP 系统 半 自 动 化 网络接口 数 据 采 集 产 设 备 系 统 /手工作 终端系统 坊 显示操作员 接受指令 数据采集 更新 ERP 系统 半自动化数据采集终端系统的核心功能是进行数据采集、对生产指令和工序任务单的接 受和传递、产品的跟踪记录管理、现场监控等，并通过数据采集终端系统将现场信息实时的 反馈到 ERP 系统中。 半自动化数据采集终端
10、系统的结构图： . 采购管理仓库管理销售管理财务管理 现场数据采集 过程监控管理 设备管理 数据采集终端 系统 生产车间 工序计划 生产文档 产品跟踪记录车间作业计划 质量管理 4. 2 半自动化数据采集终端系统设计原理 采用每道工序或者关键工序旁配置半自动化数据采集终端，每个数据采集终端都配置好 相应的工序和工作中心，当ERP 系统中的生产任务下达后生成每道工序的指令单，即同时生 成每个数据采集终端的任务计划单。在数据采集终端中可以显示对应工序的每天的工作进度 安排（每个生产订单的开工时间和预计完工时间、生产数量等信息），每个生产人员都有张员 工卡，通过传感器、扫描枪、数字键盘等输入设备输入
11、员工卡后进行开机操作，表示已经开 始操作机台了。点击数据采集终端上的任务单，开始进行工序工作。同时数据采集终端设备 会把该信息发回到ERP 系统中，系统就会知道该生产任务已经到达该道工序上，并在终端设 备中显示计划生产数量，然后生产完成后，生产人员只需要直接录入实际生产完成的数量（通 过传感器、 扫描枪、数字键盘等输入设备），按回车后自动记录并转达到下一道工序指令单中， 下一道工序的工作人员，根据终端设备显示的任务接受中点击接受上一道工序单过来的工作 任务，并确定接受的货品数量，点击核准后开始该道工序的运作，同时数据采集终端设备又 会把该信息发回到ERP 系统中，然后生产完成后，生产人员只需要
12、直接录入实际生产完成的 数量，按回车后自动记录并转达到下一道工序指令单中。如此循环，直至该货品所有工序路 线完成，直到完工入库，每个操作员工可以直接在数据采集终端设备中进行下班操作，表示 今天的工作任务已经完成。 . . 具体实现如下： . 在生产任务单中自 动生成该货品生产 指令（条形码） 生产任务单 在生产任务单下达 后自动生成每道工 序的工序指令 工序计划单 通过数据采集终端扫接受工 序任务，进行工序加工，完 工后将数量录入系统 工序 1 上一道工序录入完工后，自动转到下一道 工序， 通过工序接受单核实后，开始该工 序的生产加工，完工后将数量录入系统 安装数字键盘 工序 2 每一道工序录
13、入数量后自动转到下一道 工序进行汇总。 工序 N 自动生成入库单 完工入库 系统特点： 1、结合后台的ERP 系统的生产排程功能，将每次生产任务单下达后把工序计划发布到 不同的数据采集终端设备，告诉设备实时的工作任务。 . 2、数据采集终端设备，将通过传感器、扫描枪、数字键盘等输入设备，将现场采集到的 信息反馈回到ERP 系统，供其他部门人员信息共享，能使其他部门人员实时的知道生产车间 的作业进度情况。 3、每个生产操作人员都有张员工卡，可以通过扫描枪、数字键盘等输入设备，进行登录 和退出终端设备，进行上下机操作。通过数据采集终端设备显示每天的工作计划安排。系统 也会显示每道工序的派工人员，供
14、车间核实。 4、数据采集终端输入数据与后于系统计划安排的生产数量不符合时，系统会给予预警， 并通过系统消息告诉生管人员。 5、能实现现场数据与系统的信息的实时交互，大大减少了人工单据录入的时间。 6、提高了生产车间数据的准确性，避免应人工录入带来的数据的误差。 5. 3 半自动化数据采集终端设备布置 网线网线网线网线 工序1 工序 2 工序 3 工序 4 工序N 数据数据数据数据数据 采集采集采集采集采集 终端终端终端终端终端 生管主控台 ERP 服务器 在车间的每道工序或者关键工序都配置台半自动化数据采集终端设备，数据终端设备与 机台之间通过相应的数据接口进行链接。 每台半自动化数据采集终端
15、设备之间采用网络线（有线、无线）等形式进行对接。 每台半自动化数据采集终端的设备参数和工序参数设置、每天的工作任务安排都由生管 主控台那边统计设置和控制。 半自动化数据采集终端又通过互联网或局域网同后台的ERP 服务器进行信息的交换。 . . 6. 4 半自动化数据采集终端设备硬件特点 1、CPU 处理器：随着数字电路技术的发展，数据采集终端大多采用16 位或是更好的32 位 CPU（中央微处理器）。 CPU 的位数、主频等指标的提高，使得数据采集器的数据采集处理能 力、处理速度要求越来越高。使用户的现场工作效率得到改善。 2、手持终端内存：目前大多数产品采用FLASH-ROM+ RAM 型内
16、存。操作系统、应用程序、 字库文件等重要的文件存储在FLASH-ROM 里面，即使长期的不供电也能够保持。采集的数 据存储在RAM 里面，依靠电池、后备电池保持数据。由于RAM 的读写速度较快，使得操作 的速度能够得到保证。手持终端内存容量的大小，决定了一次能处理的数据容量。 3、功耗：包括条码扫描设备的功耗、显示屏的功耗、CPU 的功耗等及部分。由电池支持工 作。 4、输入设备：包括条码扫描输入、键盘输入两种方式。 5、显示输出：目前的数据采集器大都具备大屏液晶显示屏。能够显示中英文、图形等各种用 户信息。同时在显示精度、屏幕的工业性能上面都有较严格的要求。 6、与计算机系统的通讯能力：作为
17、计算机网络系统的延伸，手持终端采集的数据及处理结果 要与计算机系统交换信息。 7、外围设备驱动能力：利用数据采集器的串口、红外口，可以联接各种标准串口设备，或者通 过串-并转换可以连结各种并口设备。包括：串并口打印机、调制解调器等，实现电脑的各 种功能 . 7. 半自动化数据采集终端设备开发方案 4.1 设备网络拓朴图 向数据库 服务器请 求数据及 数据库服务器接收/发送来自上位机的数据操作的请求 将下位机向数据库 发送上来 的数据转 数据库服务器 服务器请 求数据及 换为数据向数据库服务器请求数据及将下位机 库操作脚将下位机发送上来的数据转发送上来 本运行换为数据库操作脚本运行的数据转 换为
18、数据 库操作脚 本运行 向下位 机发送 向下位 向下位 数据及 机发送 机发送 接收下 数据及数据及位机发 接收下接收下 送上来 位机发 位机发 的数据送上来 上位机上位机送上来上位机 的数据 的数据 向上位机请求数向上位机请求数向上位机请求数向上位机请求数向上位机请求数向上位机请求数 据、接收上位机据、接收上位机据、接收上位机据、接收上位机据、接收上位机据、接收上位机 发送下来的数据发送下来的数据发送下来的数据发送下来的数据发送下来的数据发送下来的数据 下位机下位机下位机下位机下位机下位机 . 8. 数据发送接收流程图 上位机向服务器将数 服务器发据发送到上 数据库服务器 送请求数位机或发送
19、 据更新请更新成功与 求否标识 接收成功，上位机将 返回个成功信号给下 上位机发位机，并终止此数据 送数据到的发送 下位机 上位机 上位机接收失 败，则下位机再上位机数据接收 下位机数据接 接收成功，下发数据，如果发成功与否 收成功与否 下位机接收失败， 位机将返回个送三次都失败则 则上位机再发数 成功信号给上停止发送，将此 据，如果发送三次 位机，并终止数据丢失 都失败则停止发 此数据的发送 送，将此数据丢失 下位机发 下位机 送数据到 上位机 9. 流程明细说明 （1）上位机与数据库服务器可以同一台电脑也可以上位机多台连接一台数据库服务器，上位 机电脑与数据库服务器电脑必须保持随时开机的状
20、态。 （2）下位机通过RS232 、RS485 、网线与上位机进行连接通信。 （3）下位机一开机则进入欢迎界面、显示公司的标志并提供输入操作员工号功能。 （4）操作员通过下位机输入或通过外接设备扫描操作员的工号，输入完按确认，下位机将发 送操作员工号信息到上位机。 （5）上位机接收到工号信息则发送信息给下位机表示接收成功，上位机根据操作员工号到数 据库服务器取该员工今天要进行生产的工序及未完成的工序。 （6）上位机取到该员工的数据后将数据发送到下位机。 （7）下位机接收完数据后将显示该员工的要生产的工序的相关内容。由员工选择某一工序进 行生产。 （8）员工生产完成或生产部分产品要提交给其它工序人员生产时将在下位机里输入数量（或