面向智慧工厂的卷包车间智能化集控管理平台

面向智慧工厂的卷包车间智能化集控管理平台

安靖,陶彪,钱周,查俊,敖茂,孔维熙 ,杨梅

红云红河烟草（集团）有限责任公司曲靖卷烟厂，曲靖 655001

摘要：智慧工厂是现代工厂信息化发展的新阶段，需要高度的生产自动化、广覆盖的物联网络、高速的通信网络、完备的信息化设备及智能化的管理平台作为支撑。曲靖卷烟厂卷包车间经过多年技改及信息化建设已具备智慧工厂的基本要素，随着生产精益化要求的不断提升，如何更为有效的提升生产管理中的工艺控制水平、设备运行效率及物料消耗等核心指标成为研究重点。在以往的信息化管理中重点进行生产数据可视化监视，管理人员通过经验判断下达设备维保、工艺参数调整及生产参数调整等要求，由相关职能人员执行，这一过程高度依赖管理人员的经验且响应周期较长。因此，曲靖卷烟厂构建了一套面向智慧工厂的卷包车间智能化集控管理平台，在生产管理过程中取得了显著的应用效果。

关键词：智慧工厂；卷包集控化；大数据分析；机器学习

中图分类号：TP391       文献标识码：A

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0 引 言

智慧化工厂是信息化工厂的升级，需要在高度信息化的工厂中融入集控化管理平台。在卷烟工厂中，制丝车间由于生产组织方式及设备控制模式能够满足集控化管理的需求，基本都已具备集控化管理的能力。以曲靖卷烟厂为例，制丝车间已建成高度的集控管理系统，重要的设备参数设定、工艺参数设定及相关的数据监控都能在集控系统中完成，车间现场只保留小部分设备维修人员及保养人员，实现了高效的生产管理。卷包车间生产组织相对离散，设备控制严重依赖人工，同时生产工艺更为复杂，质检系统可靠性还待强化，卷包车间信息化管理更多的是进行生产信息监视，并形成相应的生产响应。随着精益管理的不断提升，需要进行生产信息的深度挖掘形成辅助决策反向调整设备运行参数与工艺参数，构建完整的生产闭环管理。因此，曲靖卷烟厂构建了一套面向智慧工厂的卷包车间智能化集控管理平台，该体统由生产设备单机智能管理系统、生产信息集控系统、数据仓库及大数据应用平台组成，在生产管理过程中取得了显著的应用效果。

1 卷包集控系统架构

图1 卷包集控系统架构图

卷包集控系统架构分为三层，分别为设备层、数据服务层和数据应用层。设备层主要由各卷包生产设备组成，各单机设备具备数据采集和控制输入接口，这些接口由单机智能管理系统统一管理；数据服务层由数据采集服务、数据仓库和控制参数下发服务组成，分别实现单机设备数据采集、生产数据存储及下发相关设备运行、工艺参数功能，由生产信息集控系统管理。数据应用层负责对生产数据的分析挖掘、数据可视化、异常报警、批量数据导出及智能辅助决策等，由大数据应用平台管理。三层之间的数据进行双向流动，形成卷包车间智能化集控管理平台。下面就这三层中相应的管理系统进行说明。

2 单机智能管理系统

传统的卷包设备管理系统以HMI（人机交互系统）为主，提供设备运行监控和一些简要的统计报表，基本能够满足设备操作及工艺控制，但大多都为独立系统，成为信息孤岛，需要人工进行数据抄录上报，在生产过程中缺乏有效监控，且无法形成上位控制。

图2 HMI界面图

要构建一体化的卷包车间集控系统就需要对单机设备管理系统进行升级形成具有数采接口、参数控制和自主分析的新兴智能化管理系统。如下是我厂建设部署的单机智能管理系统。

图3 单机智能管理系统

在升级的系统之中，优化了交互界面、扩展了数据的输入、输出接口，且能进行自主的一些分析统计，形成了具有自治性的单机智能管理系统，为卷包集控奠定了设备管理基础。

3生产信息集控系统

在生产设备不具备数据采集及控制输入的时候，考虑更多的是没数据可用和无法实现反向控制。在单机智能管理系统形成后，需要研究的是如何对海量数据进行实时采集、存储且确保稳定，同时如何保证控制信息下发的有效性，确保控制参数得到落实。因此，建立生产信息集控系统就尤为重要，该系统作为数据管理的基础保障数据流动的稳定与可靠。整个生产信息集控系统构架如下：

图4 生产信息集控系统框图

上图描述了生产集控系统框图，其中将数据封装Webservice/OPCservice接口是数据上达的核心功能，控制参数下发服务是反向控制设备的核心功能，这两个功能的实现为集控系统联通设备层及大数据应用平台建立了桥梁，形成了有效的整合。

4 大数据应用平台

卷包车间每2秒钟有6000多个数据被采集和存储，这其中还不包括业务现场业务数据，可谓数据量巨大。针对这些数据的有效利用将能在一定程度对生产起到指导作用，从而将管理从经验性管理向经验性与智能辅助决策结合的方向转变。在这一过程中，需要有数据应用的集中平台处理数据导出、数据可视化、辅助决策库等多方面功能。平台的具体运作方式如下：

图5 大数据平台运行方式图

对于大数据分析而言，先获取到数据是最为基础的工具，大数据应用平台中汇聚了分布式数据库的数据，以部门、工班、机台、时间、牌号等作为统一筛选条件，将涉及生产、质量、设备、物耗等多方面的信息以时间序列进行整合，便于形成生产问题追溯及分析，从而形成一些有效的数据模型。如下是数据平台的界面图及导出数据样式。

图6大数据平台界面

通过以上三个系统平台便可构建一体化卷包集控系统，从而形成卷包生产过程的动态闭环调整，这将极大提升卷包车间的管理效率。

5 结语

卷烟生产要求逐步提升，卷包车间作为核心生产部门对于产品质量、设备保障及物耗控制方面需要再加强，传统管理模式进入瓶颈期，在管理方面寻求突破需要借助信息化手段进行智能化辅助决策，这一转变的形成要依托于卷包车间智能化集控系统的搭建与部署。曲靖卷烟厂抓住两化融合的机遇，部署实施了由生产设备单机智能管理系统、生产信息集控系统、数据仓库及大数据应用平台等组成的卷包智能化集控系统，在实际生产运用中取得了显著效果。

参 考 文 献

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作者简介：安静（1992年—），女，本科，助理工程师，研究方向为烟草信息化、设备管理、卷烟工艺。

陶彪（1992年—），男，本科，助理工程师，研究方向：烟草行业电子信息；

钱周（1991年—），男，硕士，助理工程师，研究方向：烟草行业信息化、云计算；

查俊（1994年—），男，本科，助理工程师，研究方向：烟草行业信息化、机械自动化;

敖茂（1993年—），男，本科，助理工程师，研究方向：烟草行业信息化、网络工程；

李建平（1973年—），男，硕士，助理工程师，研究方向为信息系统集成建设及维护。

孔维熙（1987年—），男，硕士，工程师，研究方向：烟草行业信息化、工业互联网；

杨梅（1984年—），女，硕士，工程师，研究方向：信息系统集成建设及维护；