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編者按：

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的飛速發(fā)展，以及I T與O T技術(shù)的進(jìn)一步融合，工業(yè)制造、城市交通、電力能源、農(nóng)業(yè)等各大行業(yè)領(lǐng)域的智慧化發(fā)展已成為必然趨勢(shì)。推進(jìn)各領(lǐng)域向智慧化發(fā)展是一項(xiàng)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，既需要單一技術(shù)與裝備的突破應(yīng)用，還需要系統(tǒng)化的集成創(chuàng)新。智慧系統(tǒng)解決方案是推廣普及智能化技術(shù)的關(guān)鍵手段，是促進(jìn)各行業(yè)智能化水平提升的核心。

為深化智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步提升智慧產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域系統(tǒng)解決方案應(yīng)用水平，現(xiàn)由中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)、智能制造推進(jìn)合作創(chuàng)新聯(lián)盟、工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)主辦，《自動(dòng)化博覽》雜志社&控制網(wǎng)（www.ecwang.cn）承辦的2019智慧系統(tǒng)解決方案征集活動(dòng)已正式啟動(dòng)，面向全行業(yè)公開(kāi)征集智慧系統(tǒng)解決方案。本刊特開(kāi)設(shè)智慧系統(tǒng)解決方案專(zhuān)欄，刊發(fā)其中優(yōu)秀的解決方案以饗讀者。

1　目標(biāo)和概述

印染企業(yè)生產(chǎn)主要是面向訂單生產(chǎn)方式，有連續(xù)化、多機(jī)臺(tái)、手工操作的生產(chǎn)特點(diǎn)。訂單小批量、多品種，工藝復(fù)雜多變，影響生產(chǎn)不確定因素多，導(dǎo)致生產(chǎn)管理十分困難。很多印染企業(yè)仍然是完全依靠人工紙質(zhì)化對(duì)生產(chǎn)調(diào)度安排，沒(méi)有合理的系統(tǒng)平臺(tái)輔助決策，以至生產(chǎn)效率低下，前后工序不能達(dá)到均衡生產(chǎn)，甚至無(wú)法保證按時(shí)按質(zhì)量交貨，是很多企業(yè)的痛點(diǎn)。具體表現(xiàn)大致如下所述：

（1）生產(chǎn)進(jìn)度管理

在現(xiàn)有設(shè)備的生產(chǎn)狀況下，無(wú)法實(shí)時(shí)并且準(zhǔn)確地把握生產(chǎn)進(jìn)度和各生產(chǎn)工序與機(jī)臺(tái)的產(chǎn)能，以及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的績(jī)效統(tǒng)計(jì)情況等。

（2） 排產(chǎn)問(wèn)題

目前印染企業(yè)大部分仍然采用人工對(duì)染缸進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度，排產(chǎn)問(wèn)題是一個(gè)規(guī)模較大的調(diào)度問(wèn)題，排產(chǎn)這一薄弱環(huán)節(jié)已經(jīng)成為制約印染企業(yè)發(fā)展的重要因素。

（3）數(shù)據(jù)管理

印染生產(chǎn)的設(shè)備數(shù)量大、范圍廣，涉及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備種類(lèi)繁多，每種設(shè)備數(shù)十臺(tái)，每臺(tái)設(shè)備又需要監(jiān)控的多種參數(shù)，由于設(shè)備分布廣，數(shù)量多，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)普遍存在上層對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)獲取實(shí)時(shí)性和全面性難以得到保障，對(duì)全部設(shè)備的生產(chǎn)狀態(tài)很難實(shí)時(shí)便捷查看，并且設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)異常不能及時(shí)掌握，從而對(duì)紡織生產(chǎn)的情況不能有效地把控。

（4）交貨期

由于缺乏對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度的有效監(jiān)控，難以實(shí)現(xiàn)已開(kāi)工工單的查詢(xún)和監(jiān)視、待開(kāi)工工單查詢(xún)、已完成工單的查詢(xún)等生產(chǎn)過(guò)程管理，故不能及時(shí)準(zhǔn)確地答復(fù)客戶(hù)交貨日期。企業(yè)一般是由總廠計(jì)劃室人工制定主生產(chǎn)計(jì)劃，作業(yè)計(jì)劃現(xiàn)場(chǎng)人員制定，導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)與計(jì)劃脫離，管理人員在作生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，對(duì)于設(shè)備維修保養(yǎng)沒(méi)有考慮實(shí)際，經(jīng)常出現(xiàn)帶病作業(yè)情況，不了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況等，導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃與實(shí)際生產(chǎn)狀況出入較大。

（5）加料問(wèn)題

對(duì)于印染企業(yè)而言，染色質(zhì)量就是企業(yè)的生命線，而染料稱(chēng)重對(duì)染色質(zhì)量的有著重要的影響。當(dāng)前大多印染企業(yè)還是采用最原始的手工稱(chēng)料方式，這就必然存在稱(chēng)料人員看錯(cuò)、稱(chēng)錯(cuò)和稱(chēng)不準(zhǔn)的可能，從而造成染色質(zhì)量無(wú)法得到保障。

（6）能耗問(wèn)題印染行業(yè)是紡織工業(yè)的用水大戶(hù)，高能耗、高水耗、高污染一直以來(lái)都是阻礙印染行業(yè)發(fā)展的主要因素。

針對(duì)以上問(wèn)題，本系統(tǒng)解決方案綜合設(shè)備產(chǎn)能、訂單交貨期、染色和定型關(guān)鍵工序的產(chǎn)能平衡等數(shù)據(jù)，分析制定生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，使各工序之間有良好的銜接；并實(shí)現(xiàn)了與ERP、自動(dòng)加料系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行；將生產(chǎn)計(jì)劃、進(jìn)度追蹤、加料過(guò)程控制、能源管理、設(shè)備管理等集成起來(lái)；對(duì)印染企業(yè)的生產(chǎn)和管理行為實(shí)現(xiàn)全方位過(guò)程控制。

2 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

該系統(tǒng)通過(guò)底層設(shè)備控制層的數(shù)據(jù)采集、結(jié)合先進(jìn)的優(yōu)化算法、計(jì)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)制造過(guò)程的全面感知，搭建規(guī)范、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，將制造過(guò)程中的計(jì)劃制定與執(zhí)行、進(jìn)度跟蹤、加料管理、能源管理和設(shè)備管理等活動(dòng)全面集成在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)制造過(guò)程的在線管理。

（1）生產(chǎn)進(jìn)度管理

掌握每一缸布的目前進(jìn)度與加工過(guò)程，通過(guò)掃描條形碼獲取對(duì)應(yīng)布匹的相關(guān)信息，包括流程卡號(hào)、訂字、品牌規(guī)格以及顏色等多種信息，并可輸入工序號(hào)（染色工序時(shí)為染缸編號(hào)）、操作工號(hào)、班次、布車(chē)號(hào)、交接比例、加工匹數(shù)等信息，染色工序時(shí)還可輸入當(dāng)前工步，進(jìn)而對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作人員績(jī)效統(tǒng)計(jì)、各生產(chǎn)工序與機(jī)臺(tái)產(chǎn)能進(jìn)行分析，同時(shí)可以分析各加工工序布匹的實(shí)際狀況，作為調(diào)整人力與生產(chǎn)線的參考，并能及時(shí)更新各訂單的實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度。以染色工序界面為例，界面如圖2、圖3所示。

圖2 染色工序界面

圖3 生產(chǎn)進(jìn)度統(tǒng)計(jì)

（2）車(chē)間排產(chǎn)與作業(yè)調(diào)度

車(chē)間排產(chǎn)與作業(yè)調(diào)度主要包括車(chē)間生產(chǎn)計(jì)劃與工序生產(chǎn)計(jì)劃的制定。

車(chē)間生產(chǎn)計(jì)劃目標(biāo)是安排本班次需要加工的流程卡，其中包括安排需染色的流程卡、需預(yù)縮的流程卡、需白坯預(yù)定型的流程卡、需其他定型的流程卡。車(chē)間生產(chǎn)計(jì)劃的目標(biāo)是使車(chē)間設(shè)備產(chǎn)能利用率最大。

工序生產(chǎn)計(jì)劃主要分為染缸位置工序生產(chǎn)計(jì)劃和定型機(jī)位置工序生產(chǎn)計(jì)劃，其中染缸位置工序生產(chǎn)計(jì)劃的目標(biāo)是使染缸利用率最大、洗缸時(shí)間最少，定型機(jī)位置工序生產(chǎn)計(jì)劃的目標(biāo)是定型機(jī)利用率最大、清洗機(jī)器次數(shù)最少。

以定型排產(chǎn)為例說(shuō)明，界面支持對(duì)未排產(chǎn)的流程卡根據(jù)開(kāi)卡時(shí)間或者具體的流程卡號(hào)進(jìn)行查詢(xún)，之后可將選中的未排產(chǎn)的流程卡進(jìn)行排產(chǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)已排產(chǎn)流程卡進(jìn)行修改、提前生產(chǎn)、推后生產(chǎn)等功能。且支持對(duì)所有機(jī)臺(tái)上的排產(chǎn)結(jié)果的查詢(xún)，并做出正在生產(chǎn)或者是交貨緊張等提示功能。界面如圖4所示。

圖4 染缸排產(chǎn)界面

車(chē)間排產(chǎn)不僅實(shí)現(xiàn)車(chē)間生產(chǎn)計(jì)劃、工序生產(chǎn)計(jì)劃快速制定，減輕工作人員負(fù)荷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)進(jìn)程的實(shí)時(shí)化管理控制，在保證訂單交貨期的前提下，實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)均衡化、生產(chǎn)效益最大化。

（3）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)描述了工藝產(chǎn)線自身功能，具有相對(duì)穩(wěn)定的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)間設(shè)備基礎(chǔ)信息及用途的管理。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)包括：染缸對(duì)應(yīng)顏色深度表、定型對(duì)應(yīng)顏色深度表、布匹和染缸種類(lèi)表、染缸工步相互影響表、顏色切換表以及顏色種類(lèi)表。實(shí)現(xiàn)界面數(shù)據(jù)的錄入，通過(guò)界面對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息實(shí)現(xiàn)增加、修改和刪除功能。以染缸對(duì)應(yīng)顏色深度表為例，界面如圖5所示。

圖5 染缸對(duì)應(yīng)顏色深度表界面

（4）加料管理

染料倉(cāng)人工稱(chēng)料容易拿錯(cuò)料、放錯(cuò)料、稱(chēng)料誤差大、浪費(fèi)嚴(yán)重等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生而設(shè)計(jì)。通過(guò)掃描條形碼確認(rèn)打料清單，用料歷史記錄。具體的界面功能，通過(guò)掃描條形碼獲取該流程卡的卡號(hào)、訂字、規(guī)格、顏色、機(jī)缸號(hào)等信息，還可輸入加料員和班次的信息，并可以獲取該流程卡所需加工的工序顯示到界面上，點(diǎn)擊要加工的工序，報(bào)表中顯示此工序可加的所有原料以供加料員選擇，最后點(diǎn)擊確實(shí)加料，完成加料過(guò)程。用料歷史統(tǒng)計(jì)中還可以支持通過(guò)卡編號(hào)、助燃劑類(lèi)別、稱(chēng)料人、機(jī)缸號(hào)、班次條件來(lái)查詢(xún)某段時(shí)間內(nèi)的用料歷史記錄。加料界面如圖6所示。

圖6 加料界面圖

（5）能耗統(tǒng)計(jì)
能耗統(tǒng)計(jì)主要包括實(shí)時(shí)能耗、流程卡能耗和工序能耗。實(shí)時(shí)能耗可以實(shí)時(shí)顯示某個(gè)具體工序或者某個(gè)車(chē)間的當(dāng)日、當(dāng)月、當(dāng)季、當(dāng)年的耗電量和耗氣量。流程卡能耗支持查詢(xún)某個(gè)工序在某段時(shí)間內(nèi)的能耗以及其他多種信息。工序能耗支持查詢(xún)車(chē)間、工序、機(jī)臺(tái)或者班組在某段時(shí)間內(nèi)的耗電量和耗氣量的信息。能耗展示界面如圖7、圖8所示。

圖7 流程卡能耗界面

圖8 工序能耗界面

（6）產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)

實(shí)現(xiàn)了通過(guò)界面來(lái)查找數(shù)據(jù)庫(kù)中某些信息的功能，可支持查找某個(gè)具體班次的某段時(shí)間內(nèi)所加工的工序以及該工序?qū)?yīng)加工匹數(shù)，界面通過(guò)表格和圖形兩種形式展示，界面如圖9、圖10所示。

圖9 產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)界面

圖10 產(chǎn)能圖形展示界面

（7）設(shè)備停機(jī)記錄

對(duì)設(shè)備故障造成長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)事件進(jìn)行記錄統(tǒng)計(jì)，通知生產(chǎn)計(jì)劃相應(yīng)協(xié)調(diào)變動(dòng)。記錄包括正在維修和已經(jīng)維修完成的故障信息，具體包括維修時(shí)的工序、機(jī)臺(tái)號(hào)、維修工、維修開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間、預(yù)計(jì)維修時(shí)長(zhǎng)和維修內(nèi)容等信息，實(shí)時(shí)維修界面提供了增加、刪除、修改和維修完成等操作，歷史維修界面提供了可通過(guò)以上信息去數(shù)據(jù)庫(kù)中查找已經(jīng)完成的維修單的功能。以歷史維修工單界面為例，界面如圖11所示。

圖11 歷史維修界面

3　代表性及推廣價(jià)值

（1）可定制化需求

管控一體化可組態(tài)MES產(chǎn)品——KingFusion平臺(tái)，可使系統(tǒng)分布式執(zhí)行，模型集中開(kāi)發(fā)，工程分布式部署，模型化的實(shí)現(xiàn)方式，更容易滿(mǎn)足客戶(hù)需求的變化。

展示監(jiān)控平臺(tái)（KingSCADA）是大量歷史數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)的分析展示平臺(tái)，管理人員可通過(guò)趨勢(shì)、報(bào)表、逼真的實(shí)時(shí)工藝流程展示等手段了解各工廠的運(yùn)行狀況、分析過(guò)去及未來(lái)的趨勢(shì)。除了具備數(shù)據(jù)展示功能外，同時(shí)具備數(shù)據(jù)讀寫(xiě)監(jiān)控功能。配置在工廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)中。

（2）智能化排程

車(chē)間排產(chǎn)、工序作業(yè)排序功能，可實(shí)現(xiàn)智能化排程，確保訂單的準(zhǔn)確交付，同時(shí)保證設(shè)備生產(chǎn)效率優(yōu)化；同時(shí)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的管理和分析，可提高生產(chǎn)靈活性、計(jì)劃準(zhǔn)確性，減少停機(jī)等待時(shí)間，優(yōu)化生產(chǎn)性能。

（3）行業(yè)可擴(kuò)展性

該系統(tǒng)具有良好的模塊性，可擴(kuò)展性強(qiáng)，支持跨平臺(tái)、多數(shù)據(jù)庫(kù)；系統(tǒng)提供多種外部數(shù)據(jù)接口，可輕松實(shí)現(xiàn)與各應(yīng)用軟件（如ERP、輔助加料系統(tǒng)等）的無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、實(shí)用，易學(xué)、易用，具有很強(qiáng)的針對(duì)性、適應(yīng)性與實(shí)用性。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年4月刊