复材加工车间异构设备智能互联技术参考实现

2022-09-12

航空装备产品生产具有长周期、多品种、变批量、高质控的特点, 存在生产计划执行的准时性差、生产问题分析和诊断难、质量监控存在滞后性、生产准备效率提升难等问题。基于物联网的制造过程集成管控技术是解决此类问题的重要技术手段。复合材料相比传统金属材料, 具有轻质量、高强度、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、成形工艺性良好、成本低等特点, 不仅在航空产品上的应用比例越来越高, 而且正在迅速扩展到国民经济的其他领域。

复合材料智能车间已经成为未来的发展趋势, 现代生产车间, 设备不断向自动化、智能化发展。车间设备接口、协议及工艺特点往往不同, 通过构建车间异构设备智能互联平台, 以异构设备接入为基础, 快速建模并采集关键数据, 通过实时数据库对数据进行加工处理, 分析过程数据对问题进行预判, 并以监控的方式对设备、工厂进行监控。总体技术架构如下:

总体技术架构分为三层:应用层、平台层、资源层。“应用层”面向业务需求, 实现设备互联、洞察、优化。“互联”能够全面感知生产过程要素, 如各车间整体运行情况, 企业设备运营总体检测, 车间设备运行监控, 设备运行监控, 设备参数监测预警。“洞察”提供企业生产运营监控应用, 工艺加工可视化加工, 设备监控分析, 智能工卡等。“优化”提供生产排产优化, 设备故障自动诊断, 工艺及车间综合优化, 基于AR的生产及维修。“平台层”由各系统平台及程序工具构成, 建立“异构设备互联框架”, 面向航空装备制造设备的特殊性与复杂性, 整合零散分布制造车间不同类型规格、不同地域分布的设备, 按照规范的模式进行组网互联。“分布式数据采集”能够根据航空装备制造设备多样性及航空零部件高复杂性特点, 建立数据分类收集与分布存储规范。“数据处理分析”在大量的过程数据与零件加工数据中, 筛选出可用的数据, 挖掘出更有价值的内容及问题及趋势。“智能监控服务”整合各类资源数据与数据分析结果, 以整体运营管控的形势对数据进行呈现。

“资源层”作为平台数据源由硬件、软件及人员构成, 软件由信息化系统构成包括PLM系统、ERP系统、MES系统、CAPP系统。硬件由工厂、设备、产品、物料组成。人员由工人角色、管理者角色、领导角色组成。

根据总体技术架构的层级关系, 构建总体网络架构如下:

“现场网”现场设备实时数据采集及指令下达, 采用工业网络设备如工业路由器、工业交换机、工业级网线连接入网。

“服务网”提供物联网平台及各系统工具插件运行环境, 包括平台服务器、云服务器、数据服务器, 通过企业路由器、企业交换机进行连接入网。“园区网”物联网平台远程管理、远程查看、远程指令下达等操作, 包含管理层客户端工具、技术层客户端, 监控室客户端, 通过企业路由器、企业交换机进行连接入网。以物联网平台为核心, 构建符合行业规范的设备互联参考架构, 结合传感器、大数据、增强现实等先进技术, 解决异构设备的互联难题, 实现多层次和多专业设备的运行状态实时监测, 并能够基于工业设备产生的运行数据, 实现设备健康状态分析、故障预测预警、维修决策支持、基于增强现实的设备现场运营可视化及维修支持等能力, 提高整体智能设备系统的最大化运营效率。本系统基于CPS总线技术与企业现有应用系统进行整合, 以支持智能设备与智能生产过程的紧密融合。基于物联网的车间集成管控系统, 依靠物联网构建的数量庞大的感知终端设备采集各类数据, 通过网络传输给上层管控, 实现智能化分析和管理, 最终实现物流、信息流的贯通和集成, 提升车间整体管控水平。可推广至其它车间, 直至建立公司级管控, 全面提升复材中心的管控水平。

摘要：本案例围绕高端制造业特种工艺设备在健康状态分析、故障预测预警、维修决策支持等方面的需求, 基于赛博信息物理系统智能制造技术、物联网技术、大数据及云平台技术, 建立设备互联与数据采集、应用平台, 对设备进行现场数据实时采集, 并通过大数据技术建立分析模型, 实现对异常情况进行预判处理, 最终构建支持异构设备互联集成、数据采集、数据分析、实时监控的智能制造管控平台。

关键词：物联网,设备健康管理,工业大数据