一种设备生产状态监测系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种设备生产状态监测系统，包括设备生产状态监测仪、工厂局域网、客户端计算机和服务器计算机，设备生产状态监测仪通过工厂局域网与客户端计算机和服务器计算机相互通信；设备生产状态监测仪包括电流传感模块、A/D转换模块、数据存储模块、开工扫码模块、主控监测模块、触控显示屏幕、异常报警模块、通信传输模块。本发明专利技术利用特征参数对实时数据进行判断，实现对零件生产过程的实时监测，能够快速有效的标定工序特征，只需采集一定量的数据即可自动计算各特征参数值，最后由人工确定，生成工序特征文件。生成工序特征文件。生成工序特征文件。

【技术实现步骤摘要】
一种设备生产状态监测系统及其工作方法


[0001]本专利技术涉及制造业生产信息化
，具体的说是一种设备生产状态监测系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]随着智能制造概念的不断深入，制造型企业加速向制造数字化、信息化、智能化方向转型升级。制造车间现场存在大量数据信息，设备在投入使用后会产生加工、待机、停机等设备状态信息，刀具在切削时会产生转速、进给速度、磨损程度、使用寿命等信息，单个零件加工会产生尺寸、数量、质量及其加工周期、开工等详细生产状态信息，货箱在流转过程中会产生批次、工序等信息。而对其中生产数据信息的提取、处理大多停留在人工收集、人工录入阶段，其信息真实性无法验证、利用率低。尽管制造执行系统的使用使得数据的上传、保存、查询、利用得到很大改善，且不同工序之间录入的部分生产数据能够相互检验，但时效性较差，无法及时反馈加工异常信息，且过分依赖人工，其数据的准确性不能保证，造成数据纠错等额外资源的浪费。
[0003]本专利技术设备生产状态检测系统的应用，能够有效缓解加工现场员工数据采集、上传的压力，能够及时提示设备的异常状态信息，快速维修设备恢复生产。通过将生产报工数据上传至服务器，管理人员能够更高效对车间生产进行监管，提高管理效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对离线分析不充分、标定环节不够严谨，从而导致监测结果准确性降低的不足，设计一套设备生产状态监测仪，通过对电流数据的离线分析，标定工序特征并反复调参，直到特征参数能够准确识别出离线数据对应的设备生产信息。然后将工序特征用于设备状态识别，获得设备的运行信息，包括零件的开工、完工时间，设备的当前状态，设备异常标志等，进一步得到零件加工质量、设备能耗、刀具磨损程度、故障等信息。为设备的维修保养、生产计划的制订、能耗的管理、刀具的更换、零件质量的高效检查提供依据。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种设备生产状态监测系统，包括设备生产状态监测仪、工厂局域网、客户端计算机和服务器计算机，设备生产状态监测仪通过工厂局域网与客户端计算机和服务器计算机相互通信；设备生产状态监测仪包括电流传感模块、A/D转换模块、数据存储模块、开工扫码模块、主控监测模块、触控显示屏幕、异常报警模块、通信传输模块；
[0007]电流传感模块通过A/D转换模块与主控监测模块相连接，把采集到的电流模拟信号转换为数字信号，传输至主控监测模块；
[0008]数据存储模块通过ST接口和主控监测模块相连接，负责存储A/D转换后得到的电流数字信号；
[0009]开工扫码模块通过USB接口和主控监测模块相连接，负责扫描工序特征二维码和生产计划二维码，获得工序特征信息和生产计划信息，并把获得的信息传输至主控监测模
块；
[0010]触控显示屏幕通过HDMI接口与主控监测模块相连接，负责显示主控监测模块的实时监测结果信息，还负责接受用户通过触摸控制方式给出的工作指令；
[0011]异常报警模块通过RS485接口与主控监测模块相连接，当监测到生产异常信息时，利用蜂鸣器进行声音报警；
[0012]主控监测模块通过通信传输模块把监测到的设备生产信息上传至与工厂局域网相连的服务器计算机。
[0013]进一步地，服务器计算机中运行数据库系统，包括工序特征数据库、生产计划数据库、生产记录数据库。
[0014]进一步地，工序特征数据库的每条记录包括1个工序特征码和6个特征参数：开工阈值V
strt
、完工阈值V
end
、待机阈值T
wit
、加工周期T
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、标准电流和V
totl
、标准均电流V
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，其中工序特征码是唯一性的主键字段；生产计划数据库的每条记录包括生产计划令号、工序名称、计划数量3个字段，其中生产令号是唯一性的主键字段；生产记录数据库记录设备生产状态监测仪1实时监测得到的每个零件的生产记录信息，包括生产计划令号、开始加工时间、结束加工时间、生产异常标志4个字段。
[0015]进一步地，运行在客户端计算机上的管理软件(2.2)，包括如下功能：从设备生产状态监测仪1下载电流数据文件，查询设备生产状态监测仪所监测设备的状态信息，按照生产工序特征标定算法进行工序特征标定、把标定出的工序特征存储至工序特征数据库、查询数据库系统中的信息、打印工序特征二维码、打印生产计划二维码。
[0016]一种设备生产状态监测系统工作方法，
[0017]步骤1，设备生产状态监测仪上电开机，通过触控显示屏幕进行工作模式的选择，包括两种工作模式：标定数据采集模式、实时生产监测模式；
[0018]步骤2，进行标定数据采集工作模式，包括两种工作指令：开始标定数据采集指令、结束标定数据采集指令，开始标定数据采集指令下达后，主控监测模块把经A/D转换模块传输来的电流数字信号存储至数据存储模块，存储时，用开始采集的时刻作为电流数据文件的文件名，结束标定数据采集指令下达后，则停止采集和数据存储；
[0019]步骤3，用户利用运行在客户端计算机上的管理软件，经过设备生产状态监测仪的通信传输模块，下载获得的电流数据文件，管理系统根据该电流数据文件利用生产工序特征标定算法进行该生产工序的特征标定，管理系统把工序特征的标定结果存储至工序特征数据库，每条生产工序特征记录利用唯一的工序特征码进行标识，采用递增顺序数字码作为工序特征码；
[0020]步骤4，进行设备生产状态监测仪的实时生产监测工作模式，包括扫码开工、实时监测两个阶段，在扫码开工阶段，开工扫码模块依次扫描生产计划二维码和工序特征二维码，把扫码获得的工序特征信息和生产计划信息传输至主控监测模块，随后进入实时监测阶段；
[0021]步骤5，设备生产状态监测仪在实时生产监测工作模式的实时监测阶段，主控监测模块把经A/D转换模块传递来的电流数字信号存储至数据存储模块，并利用工序特征信息和生产计划信息，采用设备实时监测算法进行实时分析，获得设备运行信息，设备运行信息包括设备状态信息和设备生产信息，设备状态信息包括状态类型和状态发生时刻；设备生
产信息包括零件的生产计划令码、开始加工时间、结束加工时间、生产异常标志；设备状态类型包括三种状态：停机、待机、加工；生产异常标志包括四种标志：加工时间过长、加工时间过短、加工电流过大、加工电流过小。
[0022]步骤6，设备生产状态监测仪在实时生产监测工作模式的实时监测阶段，主控监测模块根据实时分析获得的设备运行信息进行生产报工和异常报警，生产报工是指在实时生产监测工作模式下，主控监测模块把监测到的设备生产信息，通过通信传输模块，上传至服务器计算机上的生产记录数据库的过程；异常报警是指：判断监测到的设备生产信息是否存在生产异常，若存在生产异常则通过异常报警模块进行声音报警，提示用户设备生产发生异常；
[0023]步骤7，设备生产状态监测仪在实时生产监测工作模式的实时监测阶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设备生产状态监测系统，其特征在于，包括设备生产状态监测仪(1)、工厂局域网、客户端计算机和服务器计算机，设备生产状态监测仪(1)通过工厂局域网与客户端计算机和服务器计算机相互通信；设备生产状态监测仪包括电流传感模块(1.1)、A/D转换模块(1.2)、数据存储模块(1.3)、开工扫码模块(1.4)、主控监测模块(1.5)、触控显示屏幕(1.6)、异常报警模块(1.7)、通信传输模块(1.8)；电流传感模块(1.1)通过A/D转换模块(1.2)与主控监测模块(1.5)相连接，把采集到的电流模拟信号转换为数字信号，传输至主控监测模块(1.5)；数据存储模块(1.3)通过ST接口和主控监测模块(1.5)相连接，负责存储A/D转换后得到的电流数字信号；开工扫码模块(1.4)通过USB接口和主控监测模块(1.5)相连接，负责扫描工序特征二维码和生产计划二维码，获得工序特征信息和生产计划信息，并把获得的信息传输至主控监测模块(1.5)；触控显示屏幕(1.6)通过HDMI接口与主控监测模块(1.5)相连接，负责显示主控监测模块(1.5)的实时监测结果信息，还负责接受用户通过触摸控制方式给出的工作指令；异常报警模块(1.7)通过RS485接口与主控监测模块(1.5)相连接，当监测到生产异常信息时，利用蜂鸣器进行声音报警；主控监测模块(1.5)通过通信传输模块(1.8)把监测到的设备生产信息上传至与工厂局域网相连的服务器计算机。2.根据权利要求1所述的一种设备生产状态监测系统，其特征在于，服务器计算机中运行数据库系统(2.3)，包括工序特征数据库(2.3.1)、生产计划数据库(2.3.2)、生产记录数据库(2.3.3)。3.根据权利要求2所述的一种设备生产状态监测系统，其特征在于，工序特征数据库(2.3.1)的每条记录包括1个工序特征码和6个特征参数：开工阈值V
strt
、完工阈值V
end
、待机阈值T
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、加工周期T
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、标准电流和V
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、标准均电流V
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，其中工序特征码是唯一性的主键字段；生产计划数据库(2.3.2)的每条记录包括生产计划令号、工序名称、计划数量3个字段，其中生产令号是唯一性的主键字段；生产记录数据库(2.3.3)记录设备生产状态监测仪1实时监测得到的每个零件的生产记录信息，包括生产计划令号、开始加工时间、结束加工时间、生产异常标志4个字段。4.根据权利要求1所述的一种设备生产状态监测系统，其特征在于，运行在客户端计算机上的管理软件(2.2)，包括如下功能：从设备生产状态监测仪(1)下载电流数据文件，查询设备生产状态监测仪(1)所监测设备的状态信息，按照生产工序特征标定算法进行工序特征标定、把标定出的工序特征存储至工序特征数据库、查询数据库系统(2.3)中的信息、打印工序特征二维码、打印生产计划二维码。5.一种设备生产状态监测系统工作方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，设备生产状态监测仪(1)上电开机，通过触控显示屏幕(1.6)进行工作模式的选择，包括两种工作模式：标定数据采集模式、实时生产监测模式；步骤2，进行标定数据采集工作模式，包括两种工作指令：开始标定数据采集指令、结束标定数据采集指令，开始标定数据采集指令下达后，主控监测模块(1.5)把经A/D转换模块(1.2)传输来的电流数字信号存储至数据存储模块(1.3)，存储时，用开始采集的时刻作为
电流数据文件的文件名，结束标定数据采集指令下达后，则停止采集和数据存储；步骤3，用户利用运行在客户端计算机上的管理软件(2.2)，经过设备生产状态监测仪(1)的通信传输模块(1.8)，下载获得的电流数据文件，管理系统(2.2)根据该电流数据文件利用生产工序特征标定算法进行该生产工序的特征标定，管理系统(2.2)把工序特征的标定结果存储至工序特征数据库(2.3.1)，每条生产工序特征记录利用唯一的工序特征码进行标识，采用递增顺序数字码作为工序特征码；步骤4，进行设备生产状态监测仪(1)的实时生产监测工作模式，包括扫码开工、实时监测两个阶段，在扫码开工阶段，开工扫码模块(1.4)依次扫描生产计划二维码和工序特征二维码，把扫码获得的工序特征信息和生产计划信息传输至主控监测模块(1.5)，随后进入实时监测阶段；步骤5，设备生产状态监测仪(1)在实时生产监测工作模式的实时监测阶段，主控监测模块(1.5)把经A/D转换模块(1.2)传递来的电流数字信号存储至数据存储模块(1.3)，并利用工序特征信息和生产计划信息，采用设备实时监测算法进行实时分析，获得设备运行信息，设备运行信息包括设备状态信息和设备生产信息，设备状态信息包括状态类型和状态发生时刻；设备生产信息包括零件的生产计划令码、开始加工时间、结束加工时间、生产异常标志；设备状态类型包括三种状态：停机、待机、加工；生产异常标志包括四种标志：加工时间过长、加工时间过短、加工电流过大、加工电流过小。步骤6，设备生产状态监测仪(1)在实时生产监测工作模式的实时监测阶段，主控监测模块(1.5)根据实时分析获得的设备运行信息进行生产报工和异常报警，生产报工是指在实时生产监测工作模式下，主控监测模块(1.5)把监测到的设备生产信息，通过通信传输模块(1.8)，上传至服务器计算机上的生产记录数据库(2.3.3)的过程；异常报警是指：判断监测到的设备生产信息是否存在生产异常，若存在生产异常则通过异常报警模块(1.7)进行声音报警，提示用户设备生产发生异常；步骤7，设备生产状态监测仪(1)在实时生产监测工作模式的实时监测阶段，主控监测模块(1.5)根据实时分析获得的设备运行信息，在触控显示屏幕(1.6)上进行设备状态信息的显示，包括停机、待机、加工三种设备状态类型和状态查询时间。6.根据权利要求5所述的一种设备生产状态监测系统工作方法，其特征在于，步骤3中生产工序特征标定算法步骤如下：步骤3.1，针对设备待机、加工两种状态，采用一种区分设备加工和待机状态的阈值算法，计算出设备加工状态的开工阈值V
strt
、完工阈值V
end
；步骤3.2，针对设备待机状态存在的上下料和换刀两种状态，采用一种区分换刀状态和上下料状态的待机阈值算法，计算出待机阈值T
wit
；步骤3.3，根据上述的开工阈值V
strt
、完工阈值V
end
、待机阈值T
wit
将采集到的电流数据分段，每段数据代表一个完整的零件加工过程，根据分段后获得的零件开始加工点和结束加工点，计算每个零件的加工时长，去除异常值，取中值作为该零件的加工周期T
work
；对各零件加工时长内的电流进行累加求和得到电流和，电流和除以采样点数得到均电流，去除异常值，取中值得到标准电流和V
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和标准均电流V
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；步骤3.4，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉国，沈缪聪，谢斌，朱晓春，郑堃，费家翔，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：