1、工業半自動化數據采集終端解決方案1、方案概述 20世紀90年代以來，經濟全球化的趨勢日益增加，信息技術的發展極為迅速，市場環境發生了根本性的變化。顧客驅動已成為市場的主要特征，市場競爭的要素涉及到工控時間、質量、價格、服務和環境。而信息技術的廣泛采用，使得以顧客訂貨和市場需求為軸心的生產活動已可以不受時間和地域的限制，競爭的高科技含量因此大大提高了。面對激烈競爭，企業界的重要對策就是采用將制造技術與信息技術、自動化技術、現代管理技術和系統科學技術有機融合的新一代先進制造技術。 在典型的ERP軟件平臺中，財務管理(包括會計核算，財務管理)、生產控制(包括生產計劃，制造)、物流管理(包括采購，庫存

2、管理，銷售)和人力資源管理等是基本功能模塊。過去的若干年來，ERP在國內得到了較廣泛的重視，一些企業花了大量資金上ERP。但就一般情況而言，商業企業從ERP中獲得的利益比較明顯，而工業企業卻沒有那么幸運，甚至受到不同程度的損害。這一現象并非我國獨有，在工業發達國家也是如此。美國ARC公司調查結果顯示，53的客戶反映ERP對工廠生產存在負面影響。怪不得有人說：不上ERP是等死，上了ERP找找死。這里反映出在ERP實施過程中確實存在一些不可忽視的問題，其中最主要的是光有ERP并不能幫助和指導工廠分析其生產的瓶頸，改進和控制產品的質量，以及對具體的產品生產進行排產；ERP不但沒有調動工廠管理人員的積

3、極性，反而把他們降格為一種信息的收集者；ERP雖有生產控制模塊，但難以真正在工廠層中使用。如果不加分析和改進這些問題，其結果則是將IT推離、而不是融入工廠的生產活動。工業信息化是指在工業的生產、管理、經營過程中，通過信息基礎設施，子集成平臺上，實現信息的采集（傳感器及儀表儀器）、信息的傳輸（通信）、信息的處理（計算機）以及信息的綜合應用（自動化、管理、經營等功能）等。將信息技術用于企業產品設計、制造、管理和銷售的全過程，以提高企業的市場應變能力和競爭能力，這是企業信息化的主要內容和目標。因此，如何將ERP系統的生產管理模塊和工業信息化的深度集成是制造企業提高生產效率、提高生產過程的安全性、提高

4、產品質量、提高服務質量、縮短交貨日期、減少生產過程的原材料損耗最終提高企業核心競爭力的保障。2、ERP 系統 與現場自動化設備信息斷層問題我國制造業多年來采用的傳統生產過程的特點是“由上而下”按計劃生產。簡單的說是從計劃層到生產控制層：企業根據訂單或市場等情況制定生產計劃->生產計劃到達生產現場-à組織生產-à產品派送。企業管理信息化建設的重點也大都放在計劃層，以進行生產規劃管理及一般事務處理。如ERP就是“位”于企業上層計劃層，用于整合企業現有的生產資源，編制生產計劃。在下層的生產控制層，企業主要采用自動化生產設備、自動化檢測儀器、自動化物流搬運儲存設備等解決具體生

5、產（制程）的生產瓶頸，實現生產現場的自動化控制。由于市場環境的變化和現代生產管理理念的不斷更新，一個制造型企業能否良性運營，關鍵是使“計劃”與“生產”密切配合，企業和車間管理人員可以在最短的時間內掌握生產現場的變化，做出準確的判斷和快速的應對措施，保證生產計劃得到合理而快速修正。雖然ERP和現場自動化系統已經發展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系統的服務對象是企業管理的上層，一般對車間層的管理流程不提供直接和詳細的支持。而現場自動化系統的功能主要在于現場設備和工藝參數的監控，它可以向管理人員提供現場檢測和統計數據，但是本身并非真正意義上的管理系統。所以，ERP系統和現場自動化系統之間出現了管

6、理信息方面的“斷層”，對于用戶車間層面的調度和管理要求，它們往往顯得束手無策或功能薄弱。比如面對以下車間管理的典型問題，它們就難以給出完善的解決手段： 出現用戶產品投訴的時候，能否根據產品號碼追溯這批產品的所有生產過程信息？能否立即查明它的：原料供應商、操作機臺、操作人員、經過的工序、生產時間日期和關鍵的工藝參數？ 同一條生產線需要混合組裝多種型號產品的時候，能否自動校驗和操作提示以防止工人部件裝配錯誤、產品生產流程錯誤、產品混裝和貨品交接錯誤？ 過去12小時之內生產線上出現最多的5種產品缺陷是什么？次品數量各是多少？ 目前倉庫以及前工序、中工序、后工序線上的每種產品數量各是多少？要分別供應給

7、哪些供應商？何時能夠及時交貨？ 生產線和加工設備有多少時間在生產，多少時間在停轉和空轉？影響設備生產潛能的最主要原因是：設備故障？調度失誤？材料供應不及時？工人培訓不夠？還是工藝指標不合理？ 能否對產品的質量檢測數據自動進行統計和分析，精確區分產品質量的隨機波動與異常波動，將質量隱患消滅于萌芽之中？ 能否廢除人工報表，自動統計每個過程的生產數量、合格率和缺陷代碼？我們知道要解決以上的問題就必須實時的去記錄車間每一道工序的操作數據，將現場中的每一瞬間的信息的反饋到龐大ERP后臺數據庫中，讓功能強大的ERP分析報表進行查詢分析，這樣無疑是讓每一個班組都要成為PC機的高手，因為要不斷的錄入。這似乎在

8、現實中實現很艱難，即時要實現這個無疑是給予企業帶來了巨大的人工錄入成本，這不但不能提高生產效率，反而是降低了企業的生產力。半自動化數據采集終端系統就是使用統一的數據庫和通過網絡聯接可以同時為生產部門、質檢部門、工藝部門、物流部門、財務部門等提供車間管理信息服務，將現場自動化系統的信息同ERP生產管理模塊信息緊密的交互著，系統通過強調制造過程的整體優化來幫助企業實施完整的閉環生產，協助企業建立一體化和實時化的ERP 信息體系。3、半自動化數據采集終端系統介紹3. 1 半自動化數據采集終端系統與ERP 系統無縫鏈接半自動化數據采集終端系統與ERP系統的數據流程圖：ERP系統自動化生產設備系統/手工

9、作坊半自動化數據采集終端系統網絡接口客戶訂單生產訂單生產排程工序計劃控制參數操作指令任務狀態過程參數顯示操作員接受指令數據采集更新ERP系統 半自動化數據采集終端系統的核心功能是進行數據采集、對生產指令 和工序任務單的接受和傳遞、產品的跟蹤記錄管理、現場監控等，并通過數據采集終端系統將現場信息實時的反饋到ERP系統中。半自動化數據采集終端系統的結構圖：數據采集終端系統生產車間采購管理倉庫管理銷售管理財務管理過程監控管理產品跟蹤記錄現場數據采集質量管理設備管理生產文檔車間作業計劃工序計劃3. 2 半自動化數據采集終端系統設計原理 采用每道工序或者關鍵工序旁配置半自動化數據采集終端，每個數據采集終

10、端都配置好相應的工序和工作中心，當ERP系統中的生產任務下達后生成每道工序的指令單，即同時生成每個數據采集終端的任務計劃單。在數據采集終端中可以顯示對應工序的每天的工作進度安排（每個生產訂單的開工時間和預計完工時間、生產數量等信息），每個生產人員都有張員工卡，通過傳感器、掃描槍、數字鍵盤等輸入設備輸入員工卡后進行開機操作，表示已經開始操作機臺了。點擊數據采集終端上的任務單，開始進行工序工作。同時數據采集終端設備會把該信息發回到ERP系統中，系統就會知道該生產任務已經到達該道工序上，并在終端設備中顯示計劃生產數量，然后生產完成后，生產人員只需要直接錄入實際生產完成的數量（通過傳感器、掃描槍、數字

11、鍵盤等輸入設備），按回車后自動記錄并轉達到下一道工序指令單中，下一道工序的工作人員，根據終端設備顯示的任務接受中點擊接受上一道工序單過來的工作任務，并確定接受的貨品數量，點擊核準后開始該道工序的運作，同時數據采集終端設備又會把該信息發回到ERP系統中，然后生產完成后，生產人員只需要直接錄入實際生產完成的數量，按回車后自動記錄并轉達到下一道工序指令單中。如此循環，直至該貨品所有工序路線完成，直到完工入庫，每個操作員工可以直接在數據采集終端設備中進行下班操作，表示今天的工作任務已經完成。 具體實現如下：在生產任務單中自動生成該貨品生產指令（條形碼）在生產任務單下達后自動生成每道工序的工序指令生產任

12、務單通過數據采集終端掃接受工序任務，進行工序加工，完工后將數量錄入系統上一道工序錄入完工后，自動轉到下一道工序，通過工序接受單核實后，開始該工序的生產加工，完工后將數量錄入系統工序2工序1工序計劃單安裝數字鍵盤完工入庫自動生成入庫單每一道工序錄入數量后自動轉到下一道工序進行匯總。工序N系統特點： 1、結合后臺的ERP 系統 的生產排程功能，將每次生產任務單下達后把工序計劃發布到不同的數據采集終端設備，告訴設備實時的工作任務。 2、數據采集終端設備，將通過傳感器、掃描槍、數字鍵盤等輸入設備，將現場采集到的信息反饋回到ERP系統，供其他部門人員信息共享，能使其他部門人員實時的知道生產車間的作業進度

13、情況。 3、每個生產操作人員都有張員工卡，可以通過掃描槍、數字鍵盤等輸入設備，進行登錄和退出終端設備，進行上下機操作。通過數據采集終端設備顯示每天的工作計劃安排。系統也會顯示每道工序的派工人員，供車間核實。 4、數據采集終端輸入數據與后于系統計劃安排的生產數量不符合時，系統會給予預警，并通過系統消息告訴生管人員。 5、能實現現場數據與系統的信息的實時交互，大大減少了人工單據錄入的時間。 6、提高了生產車間數據的準確性，避免應人工錄入帶來的數據的誤差。3. 3 半自動化數據采集終端設備布置網線 網線 網線 網線網線 網線 網線 網線工序1工序2工序3工序4工序N數據采集終端設備數據采集終端設備數

14、據采集終端設備數據采集終端設備數據采集終端設備生管主控臺ERP服務器Ø 在車間的每道工序或者關鍵工序都配置臺半自動化數據采集終端設備，數據終端設備與機臺之間通過相應的數據接口進行鏈接。Ø 每臺半自動化數據采集終端設備之間采用網絡線（有線、無線）等形式進行對接。Ø 每臺半自動化數據采集終端的設備參數和工序參數設置、每天的工作任務安排都由生管主控臺那邊統計設置和控制。Ø 半自動化數據采集終端又通過互聯網或局域網同后臺的ERP服務器進行信息的交換。3. 4 半自動化數據采集終端設備硬件特點 1、CPU處理器：隨著數字電路技術的發展，數據采集終端大多采用16位或

15、是更好的32位CPU（中央微處理器）。CPU的位數、主頻等指標的提高，使得數據采集器的數據采集處理能力、處理速度要求越來越高。使用戶的現場工作效率得到改善。 2、手持終端內存：目前大多數產品采用FLASH-ROM+ RAM型內存。操作系統、應用程序、字庫文件等重要的文件存儲在FLASH-ROM里面，即使長期的不供電也能夠保持。采集的數據存儲在RAM里面，依靠電池、后備電池保持數據。由于RAM的讀寫速度較快，使得操作的速度能夠得到保證。手持終端內存容量的大小，決定了一次能處理的數據容量。 3、功耗：包括條碼掃描設備的功耗、顯示屏的功耗、CPU的功耗等及部分。由電池支持工作。 4、輸入設備：包括條

16、碼掃描輸入、鍵盤輸入兩種方式。 5、顯示輸出：目前的數據采集器大都具備大屏液晶顯示屏。能夠顯示中英文、圖形等各種用戶信息。同時在顯示精度、屏幕的工業性能上面都有較嚴格的要求。 6、與計算機系統的通訊能力：作為計算機網絡系統的延伸，手持終端采集的數據及處理結果要與計算機系統交換信息。 7、外圍設備驅動能力： 利用數據采集器的串口、紅外口，可以聯接各種標準串口設備，或者通過串-并轉換可以連結各種并口設備。包括：串并口打印機、調制解調器等，實現電腦的各種功能 4. 半自動化數據采集終端設備開發方案4.1設備網絡拓樸圖4.2數據發送接收流程圖4.3 流程明細說明（1）上位機與數據庫服務器可以同一臺電腦

17、也可以上位機多臺連接一臺數據庫服務器，上位機電腦與數據庫服務器電腦必須保持隨時開機的狀態。（2）下位機通過RS232、RS485、網線與上位機進行連接通信。（3）下位機一開機則進入歡迎界面、顯示公司的標志并提供輸入操作員工號功能。（4）操作員通過下位機輸入或通過外接設備掃描操作員的工號，輸入完按確認，下位機將發送操作員工號信息到上位機。（5）上位機接收到工號信息則發送信息給下位機表示接收成功，上位機根據操作員工號到數據庫服務器取該員工今天要進行生產的工序及未完成的工序。（6）上位機取到該員工的數據后將數據發送到下位機。（7）下位機接收完數據后將顯示該員工的要生產的工序的相關內容。由員工選擇某一

18、工序進行生產。（8）員工生產完成或生產部分產品要提交給其它工序人員生產時將在下位機里輸入數量（或通過其它外接設備掃描生產數量），輸入完數據后按確認，下位機將該員工生產的工序及生產數量發送到上位機。上位機如果返回接收成功后，下位機將刷新該工序的生產數量。（9）上位機接收到下位機發送的生產情況數據后將解析生產數據，數據解析完則將生產數據拋回數據庫服務器以便下一道工序生產用或統計生產情況使用。4.4下位機說明（1）：下位機開機界面（2）：下位機生產界面 下面界面中只有實作數量位置可以輸入，其它地方是從上位機取得的數據。（3）：按鍵說明 09鍵：數字按鍵 REF鍵：重新從上位機取數鍵 箭頭向上鍵：取上一條工序數據 箭頭向下鍵：取下一條工序數據 ENT鍵：確認鍵 （輸入工號