本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)過程中的效率評估和機臺監(jiān)控的實時數(shù)據(jù)采集、分析計算和效率評估的自動化系統(tǒng)和方法,涉及啤酒、白酒和飲料等灌裝生產(chǎn)線生產(chǎn)過程，也涉及到視覺傳感器、視覺測量方法、plc控制器和計算機信息平臺等相關(guān)技術(shù)。

背景技術(shù)：

灌裝生產(chǎn)線一般由卸垛機、洗瓶機、空瓶檢驗機、灌酒機、滿瓶檢驗機、殺菌機、貼標(biāo)機、裝箱機、封箱機、碼垛機等組成。目前我國灌裝生產(chǎn)行業(yè)發(fā)展很快，設(shè)備制造業(yè)提高了很多，技術(shù)水平也提升不少，但是灌裝生產(chǎn)線上故障率依然比較高，而且由外部原因?qū)е碌母黝愅C也比較多，經(jīng)常因為物流部，公共事業(yè)部，釀造部等其他原因造成生產(chǎn)線停機，關(guān)鍵的是大部分包裝企業(yè)沒有形成一個統(tǒng)一有效的生產(chǎn)線效率評估系統(tǒng)，很難去量化估計目前生產(chǎn)線和企業(yè)究竟有什么樣的問題。另外，企業(yè)包裝生產(chǎn)線管理方面也存在一定的不足：分廠車間之間沒有統(tǒng)一的控制系統(tǒng)，對生產(chǎn)造成一定的浪費；生產(chǎn)車間包裝線現(xiàn)場與管理人員信息交互存在及時性與準(zhǔn)確性方面的問題，進而影響生產(chǎn)效率。為了解決包裝線信息管理的瓶頸和生產(chǎn)線效率評估的問題，并為生產(chǎn)決策提供依據(jù)，建立線效率評估勢必所趨。一般來說，生產(chǎn)線效率評估系統(tǒng)是人員、過程、數(shù)據(jù)庫和設(shè)備有組織的集合，是加快完成管理者與執(zhí)行者之間信息交換的一種方法，可為管理人員和決策者提供生產(chǎn)線日常信息，其目標(biāo)是要在建立的計算機信息系統(tǒng)平臺上把原有的管理模式和生產(chǎn)信息進行整合和完善。

包裝生產(chǎn)線有四種kpi指標(biāo)來評價整個企業(yè)管理程度以及生產(chǎn)效率?？傎Y產(chǎn)利用率是體現(xiàn)資產(chǎn)充分利用的評價指標(biāo)，保持在合理區(qū)間，可以避免超負荷運轉(zhuǎn)，也要避免資源過分浪費。線毛產(chǎn)出率包含生產(chǎn)過程中造成停機的所有時間,是工廠生產(chǎn)管理層的線效率指標(biāo),用來評價工廠生產(chǎn)組織系統(tǒng)綜合管理能力?？傇O(shè)備利用率是去除了計劃停機時間,如預(yù)防性維修和各種清洗以及品種轉(zhuǎn)換時間，綜合體現(xiàn)了生產(chǎn)跨部門之間的協(xié)調(diào)水平。一般用來評價灌裝總車間綜合管理能力。線效率是排除所有外部原因停機時間,設(shè)備在除去外部因素情況下運轉(zhuǎn),此指標(biāo)用來衡量灌裝生產(chǎn)線和設(shè)備維護部門的管理水平。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要目的在于對企業(yè)生產(chǎn)線效率進行有效評估設(shè)立，同時對生產(chǎn)過程中相關(guān)機臺做運行情況進行實時動態(tài)監(jiān)控，另外，用戶通過訪問該系統(tǒng)快速發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)問題和設(shè)備停機故障等原因以迅速做出診斷。

為實現(xiàn)本發(fā)明上述的目的，設(shè)計了一套效率評估監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要特點是量化了灌裝生產(chǎn)線四項評估指標(biāo)，包括總資產(chǎn)利用率，線產(chǎn)出率，總設(shè)備利用率和線效率，同時實現(xiàn)了設(shè)備故障的實時監(jiān)控，有能力對生產(chǎn)過程中各類故障進行定期跟蹤與維護，也實現(xiàn)了生產(chǎn)線的信息化和數(shù)字化，在智能制造領(lǐng)域有了巨大的跨越。

本發(fā)明中，所述的效率評估系統(tǒng)涵蓋了各類灌裝生產(chǎn)線，包括啤酒、白酒、飲料等這一類的產(chǎn)品包裝線。

構(gòu)建速率v-曲線圖。繪制所有設(shè)備速率值產(chǎn)生的曲線叫做速率v-曲線，通過此曲線圖可以鎖定影響生產(chǎn)線效率的關(guān)鍵設(shè)備。通常，生產(chǎn)線的設(shè)計是圍繞著一個關(guān)鍵的機器設(shè)計的，在生產(chǎn)線上它是一個速率最慢且最昂貴的機器，這個關(guān)鍵設(shè)備通常指灌裝機，灌裝線性能主要是由這臺機器衡量的，它運行，生產(chǎn)線就運行，它運行慢，生產(chǎn)線就慢，所有的設(shè)備都應(yīng)該比關(guān)鍵設(shè)備運行的快。圖1描述了v-曲線分布情況。一般來說，設(shè)備速率的獲取有兩種方式。第一種是按照生產(chǎn)線各設(shè)備額定性能速率參數(shù)直接獲取，此方法比較簡單，也容易給出結(jié)果。建議在設(shè)備老化程度不高的情況下采用此方法。第二種是按照生產(chǎn)線上面實際速率來獲取，此方法適用于設(shè)備老化相對偏高，實際速率和額定速率偏差較大的情況下采用，具體實施辦法是在各設(shè)備出口地方安裝計數(shù)器即可。只要在設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的情況下，計數(shù)總和除以運行時間就是實際運行速率。

設(shè)計關(guān)鍵設(shè)備的停機相關(guān)數(shù)據(jù)格式，包含班次、日期、起始時間、終止時間、持續(xù)時長、停機分類、故障機臺和故障類型信息，這些信息的獲取將直接反映企業(yè)的綜合管理能力、部門之間的協(xié)調(diào)配合能力、設(shè)備運行能力和故障處理能力。其中起始時間和終止時間都是以關(guān)鍵設(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)采集數(shù)據(jù)，停機分類涉及的內(nèi)容比較多，主要包含了法定假期、無訂單、新材料測試、項目測試停機、活動停機、大修、預(yù)防性維修、泡沫清洗、交接班清潔、就餐、班組會、啟動停機、釀造部、公用工程、物流部、采購部、機械、電氣、自控和儀表等類別。故障機臺是指在關(guān)鍵設(shè)備停機以后，對其造成影響發(fā)生故障的機臺，可以是生產(chǎn)線上任何一臺機器，包括了卸垛機、洗瓶機、空瓶檢驗機、灌酒機、滿瓶檢驗機、殺菌機、貼標(biāo)機、裝箱機、封箱機和碼垛機。故障類型是指具體發(fā)生停機的原因描述，有各種各樣的停機原因，比如：進口卡瓶、出口碎片、清洗泡沫缺少、變形蓋卡蓋、回收瓶出瓶跟不上、瓶口剔除故障和漏抓調(diào)整等原因。

考慮如何獲取需要的數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)以上數(shù)據(jù)需求，設(shè)計了圖2效率評估系統(tǒng)布局拓撲圖。布局拓撲圖描述了如何在灌裝生產(chǎn)線上布局效率評估系統(tǒng)，中間會涉及到哪些設(shè)備和技術(shù)，以及輸入和輸出分別是什么。需要對主要設(shè)備安裝plc控制器、數(shù)據(jù)采集器、光電開關(guān)和光電編碼器。對于設(shè)備的速率，可以利用光電開關(guān)在灌裝機正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行計數(shù)統(tǒng)計，然后除以對應(yīng)的占用時間即可。然后實時信息通過plc控制臺把數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)采集器，由數(shù)據(jù)采集器通過局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)線將采集到的數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器中；對于設(shè)備開關(guān)信號、累積產(chǎn)量和運行時長這些信息，同樣需要通過帶有光電開關(guān)和光電編碼器的plc控制臺來傳遞，然后再經(jīng)過數(shù)據(jù)采集器通過局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)線將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器中。對于停機分類信息，可以分為兩部分，第一部分包括總時長、無灌裝計劃時間、特殊類計劃時間和計劃停機時間，預(yù)設(shè)在本評估系統(tǒng)配置模塊中，這部分時間信息大多屬于計劃性質(zhì)，如果要減少這部分損失，需要從企業(yè)管理制度上面進行優(yōu)化。第二部分包括外部原因造成的停機時間和因為生產(chǎn)線上相關(guān)故障導(dǎo)致的停機時間，可以利用視覺傳感器和傳感器測量系統(tǒng)，把不同的邏輯判斷加載到plc控制器內(nèi)部，比如當(dāng)視覺傳感器探測到酒液沒有，說明屬于釀造部供應(yīng)不足，造成停機，屬于外部原因停機。如果視覺傳感器探測到庫存超過一定警戒線，說明物流部原因造成停機。

在車間現(xiàn)場或辦公室可以安裝液晶電子看板，即時顯示每臺設(shè)備的運行狀態(tài)、停機記錄、累積運行時長和累積產(chǎn)量等相關(guān)信息。在辦公室任何地點或移動電腦中也可以隨時經(jīng)過評估系統(tǒng)對包裝生產(chǎn)線的即時工作情況和歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和查詢追溯。

在如上拓撲網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，可以進一步將該效率評估系統(tǒng)設(shè)計為五層體系結(jié)構(gòu)，分別為數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)通信層、數(shù)據(jù)服務(wù)存儲層、用戶界面和高級數(shù)據(jù)分析層。數(shù)據(jù)采集層通過連接生產(chǎn)設(shè)備的電氣系統(tǒng)或控制系統(tǒng)，對設(shè)備運行實時數(shù)據(jù)進行自動采集，包括設(shè)備速率、開關(guān)機信號、產(chǎn)品計數(shù)、故障狀態(tài)等信息。對于復(fù)雜程度較高的設(shè)備，造成停機可能有多種因素，對各種會導(dǎo)致停機、低速運行、空轉(zhuǎn)暫停等狀態(tài)的原因進行邏輯判斷定義及代碼定義，以方便管控系統(tǒng)自動對采集上來的數(shù)據(jù)進行分類記錄。網(wǎng)絡(luò)通信層的作用是為了實時、有效地監(jiān)控所有生產(chǎn)設(shè)備的運行情況和在軟件平臺上動態(tài)反映生產(chǎn)線信息而設(shè)計的通訊協(xié)議，包括了三部分，通信輔助服務(wù)，以太網(wǎng)（數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹苯咏橘|(zhì)），和無線網(wǎng)絡(luò)（服務(wù)于移動客戶端，比如手機app的訪問），網(wǎng)絡(luò)通信層從plc控制臺出發(fā)經(jīng)由以太路由進入軟件平臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)層。數(shù)據(jù)服務(wù)存儲層包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)備份三部分，該層負責(zé)數(shù)據(jù)相關(guān)的存儲和計算功能，相當(dāng)于現(xiàn)實環(huán)境的倉庫功能，會包含一些調(diào)度任務(wù)等等，該層會負責(zé)設(shè)備綜合效率和整線綜合效率等各項指標(biāo)的計算，其中也會涉及到設(shè)備效率的六大損失。用戶界面層實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的交互，系統(tǒng)向用戶傳遞生產(chǎn)線設(shè)備運行狀態(tài)、停機記錄、產(chǎn)線累積狀態(tài)和生產(chǎn)線效率評估結(jié)果，用戶通過系統(tǒng)對生產(chǎn)線實現(xiàn)有效管理。高級數(shù)據(jù)分析層負責(zé)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，為管理決策提供各種管理報表，診斷停機故障原因，減少損失，有助于企業(yè)發(fā)現(xiàn)問題，從而有效提升整個生產(chǎn)系統(tǒng)的效率。

在數(shù)據(jù)服務(wù)存儲層中，上面提到內(nèi)嵌了生產(chǎn)線效率核心計算。計算原理大致如下，對采集到的原始數(shù)據(jù)按照時間劃分規(guī)則對停機分類做歸類處理。計算出無灌裝計劃時間、特殊類計劃時間、計劃停機時間、外部原因停機和故障時間的具體時間分布，匯聚方法只要簡單累積就可以實現(xiàn)。歸類規(guī)則：

a).總時間一般為1440分鐘，屬于總時長

b).法定假期和無訂單時間，屬于無灌裝計劃時間

c).新材料測試時間、項目測試停機時間和活動停機時間，屬于特殊類計劃時間

d).大修時間、預(yù)防性維修時間、泡沫清洗時間、交接班清潔時間、就餐時間、班組會時間和設(shè)備啟動停止時間，屬于計劃停機時間

e).釀造部、公用工程（水電）、物流部和采購部導(dǎo)致的停機時間，屬于外部原因時間

f).由機械、電氣、自控和儀表故障所引起的時間，屬于故障時間

然后利用如下公式，進行總資產(chǎn)利用率，線產(chǎn)出率，總設(shè)備利用率和線效率四項指標(biāo)的運算。

a).總資產(chǎn)利用率oae=有效生產(chǎn)時間*100%/總時間

b).線毛產(chǎn)出率gly=有效生產(chǎn)時間*100%/（總時間-無灌裝計劃時間-特殊類計劃時間）

c).總設(shè)備利用率oee=有效生產(chǎn)時間*100%/（總時間-無灌裝計劃時間-特殊類計劃時間-計劃停機時間）

d).線效率lef=有效生產(chǎn)時間*100%/(總時間-無灌裝計劃時間-特殊類計劃時間-計劃停機時間-外部原因時間)

本發(fā)明需要的軟硬件需求如下：plc控制臺（包含光電開關(guān)和光電編碼器），以太網(wǎng)路由器，pc服務(wù)器，以java開發(fā)的前端界面系統(tǒng)，oracle數(shù)據(jù)庫，linux紅帽系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果在于：1、本發(fā)明精準(zhǔn)的以量化和數(shù)字化方式評估生產(chǎn)線效率。2、準(zhǔn)確定位生產(chǎn)線效率低下的主要原因。3、實時判斷生產(chǎn)線工作狀況。

本發(fā)明同樣適用于其他各類生產(chǎn)線的效率評估，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)效率計算公式和數(shù)據(jù)采集方式即可。

附圖說明

圖1是設(shè)備速率v-曲線圖；

圖2是本發(fā)明中效率評估系統(tǒng)布局拓撲圖；

圖3是本發(fā)明效率評估系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明效率評估系統(tǒng)界面；

具體實施方式

本節(jié)將根據(jù)以上專利描述，具體實際演示如何評估灌裝生產(chǎn)線效率和設(shè)備監(jiān)控。下面的描述根據(jù)本發(fā)明的章節(jié)提供,使得本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能利用本發(fā)明構(gòu)建效率監(jiān)控系統(tǒng),或者闡述本發(fā)明所提出的實施過程。本發(fā)明的基本原則已經(jīng)明確限定,提供一種新的有用的系統(tǒng)評估和監(jiān)控方法,用于實時評估和監(jiān)控生產(chǎn)線整體性能,生產(chǎn)線整體性能由既定設(shè)計好的數(shù)據(jù)計算得到。

首先針對灌裝生產(chǎn)線布局特點，在各個機臺上面，布置安裝視覺傳感器、傳感器測量系統(tǒng)、光電開關(guān)、光電編碼器和plc控制器，光電開關(guān)完成計數(shù)功能，視覺傳感器完成檢驗各種停機分類功能。在機房布置服務(wù)器和以太網(wǎng)路由器，在監(jiān)控室和生產(chǎn)線車間布置顯示設(shè)備，通過通訊介質(zhì)連通各個環(huán)節(jié)，并且測試連通性。然后在評估監(jiān)控系統(tǒng)里面利用java三層架構(gòu)設(shè)計六大模塊：設(shè)備速率模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控模塊、停機管理模塊、累積狀態(tài)模塊、生產(chǎn)線效率模塊和故障成因分析模塊。接著連通監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

在上面基礎(chǔ)設(shè)施搭建完成之后，構(gòu)建速率v-曲線圖。繪制所有設(shè)備速率曲線，鎖定影響生產(chǎn)線效率的關(guān)鍵設(shè)備，知道灌裝機為生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備。然后設(shè)計關(guān)鍵設(shè)備的停機相關(guān)數(shù)據(jù)格式，包含班次、日期、起始時間、終止時間、持續(xù)時長、停機分類、故障機臺和故障類型信息。設(shè)計數(shù)據(jù)步驟完成之后，按照圖2拓撲圖方式檢查各種設(shè)備是否布置正確。對停機分類信息分成兩部分，第一部分包括總時長、無灌裝計劃時間、特殊類計劃時間和計劃停機時間，預(yù)設(shè)在本評估系統(tǒng)配置模塊中。第二部分包括外部原因造成的停機時間和因為生產(chǎn)線上相關(guān)故障導(dǎo)致的停機時間，把不同的邏輯判斷（酒液不足、倉庫位置不夠和備件不足等）加載到plc控制器內(nèi)部。

在計算機處理單元中，加載生產(chǎn)線效率核心計算。對停機記錄數(shù)據(jù)按照時間劃分規(guī)則對停機分類做歸類處理。計算出無灌裝計劃時間、特殊類計劃時間、計劃停機時間、外部原因停機和故障時間，匯聚方法參見上面專利內(nèi)容。然后利用公式，計算總資產(chǎn)利用率，線產(chǎn)出率，總設(shè)備利用率和線效率四項指標(biāo)的運算。

在界面里面分別呈現(xiàn)停機記錄，生產(chǎn)線累積狀態(tài)，生產(chǎn)線效率評估走勢和設(shè)備監(jiān)控狀態(tài)。設(shè)備監(jiān)控狀態(tài)直接調(diào)取機臺開機關(guān)機信號和速度變化，對應(yīng)出正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)、故障狀態(tài)和擁堵狀態(tài)。最后一部分基于停機記錄，整理出影響生產(chǎn)線效率的因素，便于企業(yè)管理者識別出關(guān)鍵停機原因，實現(xiàn)提高效率的目的。