信息技術以及智慧型科技的變革帶來了工業企業翻天覆地的變化，傳統製造現場的數據採集系統已經阻礙了製造業信息化管理，要求企業通過數據採集系統的方案升級改造，提高生產管理、經營等管理水平。現場數據採集技術在智慧型製造系統中的套用對於生產數據、資源狀態、生產過程等的管理意義重大。
基本介紹
- 中文名：現場數據採集
- 外文名：field data collection
- 簡介：採集企業等生產相關信息
- 套用領域：只能製造系統
- 數據採集：通過生產相關設備採集
- 實現方式：條碼掃描、RFID等
背景,智慧型製造概述,數據採集的作用,現場數據採集,現場數據採集方式,實時數據採集在智慧型製造中的套用,數據採集未來發展方向,
背景
智慧型製造概述
作為工廠現代化升級的重要內容，智慧型化是工業 4.0 時代發展進程中的必然趨勢。信息化發展到今天，已經從數位化工廠開始向著智慧型化工廠邁進。物聯網等技術設備不僅強化了信息掛曆與服務，也對生產流程、生產人員、生產線等加以更加智慧型的改造和掌控，使得生產計畫與進度更加合理和智慧型。智慧型製造是數位化管理基礎上的進階，最明顯的特徵就是其具有學習和思考能力，能夠對經驗進行總結，對工藝進行最佳化，對變化予以快速適應。
智慧型生產線包含了不同類型、不同功能的智慧型設備，可以實現單機設備的互聯以及生產線、車間的互聯，最終形成互聯互通的智慧型工廠，進而產生一個涵蓋行業、地域、企業在內的擁有巨大製造能力的智慧型製造系統，能夠通過智慧型分配、組合滿足各類製造需求。
數據採集的作用
智慧型化製造系統中的數據採集實現了實時的功能，改變了傳統的 DNC 系統對設備中的數據傳輸與管理的方式，將信息作為節點納入到企業信息化管理中，形成數據信息系統，準確、實時地予以傳輸、分析和存儲，幫助管理層、執行層進行信息的交流和協作。實時數據採集系統 MDC 系統是對傳統 DNC 系統的延伸。採用實時數據採集系統，智慧型製造系統實現了生產設備的聯網，構建出車間生產現場綜合數據的交換，可以將設備狀態、車間工況、生產數據予以採集、傳遞、分析等，最大程度滿足智慧型工廠中生產管理需要等，實現生產管理的大數據存儲以及雲計算功能。為智慧型製造工作環節提供了技術支撐，成為智慧型製造的基礎。MDC 系統在智慧型製造中的作用和地位從總體框架圖中可以一目了然。通過實時數據採集系統的套用，幫助智慧型製造系統提升設備利用率，最大限度地壓縮輔助工時等，對傳統製造系統中的生設備予以集成，實現企業生產過程數位化、信息化、智慧型化。
現場數據採集
數據採集的內容包括了人員、設備、材料、施工方法、施工環節等眾多內容。人員數據包括人員編碼、排班情況等，設備數據、運行參數等，工裝編碼、刀具壽命等，物料編碼、位置狀態等，生產單號、生產過程信息，質量檢驗以及結果等信息。對上述各類信息進行採集，可以通過條碼掃描、、RFID等方式來進行。數據的採集需要對複雜的信息進行處理，可以藉助高精度的設備來完成。所以實時數據採集的工作主要是通過設備來採集各種相關信息。
現場數據採集方式
生產現場的信息採集方式多種多樣，比較常用的主要有以下幾種方式:
（1）TCP/IP協定的乙太網模式。乙太網的數控配置是未來技術發展的趨勢，這種信息採集模式內容非常豐富，而且可以實現遠程控制。目前眾多數控系統廠商，如西門子、三菱、FIDIA 等，均配備了區域網路口，擁有大量方便集成的接口，可以實現實時採集數控設備程式運行信息、設備運行狀態信息、系統狀態信息、報警信息、運行程式內容信息、運算元據、設備參數、坐標、主軸功率等數據。通過數控設備的及時限制，實時數據採集可以進行生產的事先預防，對於生產加工、質量管控有很好的作用，包括通過 DNC 網路，將設備上的程式編輯功能進行鎖定，啟用設備防寫程式，發現非法修改情況等。另外，數控設備的加工倍率也可以限制倍率開關變化的隨意修改，發現非法修改可以立即鎖住設備，防止非法加工。
（2）普通乙太網模式。通過乙太網開發包的數控設備，採用 windows 作業系統進行乙太網接口設備的數控，可以利用第三方軟體開發商提供的開發接口，對雷射切割機等高精尖設備進行網路傳輸，滿足各類數據的傳輸需求。對 SPC 等實現質量控制。而且將各種設備的狀態信息、參數信息進行保存，保存在如自動立體庫等本地資料庫中，滿足對資料庫集成的實時採集要求。
（3）數據採集卡。通過與生產設備的相關I/O點與對應的感測器進行連線，採集相應的加工信息，包括設備運行加工、設備故障等參數等。適用系統包括無串口和無區域網路設備，採用的方式為開關量採集卡、模擬量採集卡等。
（4）組態軟體採集。通過 PLC控制類的設備對非數控類組態軟體進行相關信息的讀取，包括各種模擬量信息，如溫度和壓力等，將讀取的I/O點信息存入資料庫中。組態監控系統結構圖如圖1所示。作為工業自動化領域的新型軟體開發工具，組態軟體可以幫助開發人員利用軟體包中的工具，對軟體進行硬體配置、數據、圖形等的開發工作。組態軟體通過串口或者網口與 PLC 相連，數據採集和處理通過計算機完成，可以將各種曲線進行實時輸出 [2]。經過實踐驗證，組態方式實時數據採集具有投入少，連線方便、穩定性強的有點，對於智慧型製造中的工控來說性價比最高。
（5）RFID 方式。是對人員、物料等進行編碼、位置、狀態等信息的實施採集，通過 RFID 晶片的綁定，將人員、物料的信息等寫入RFID 中。通過實際使用，這個方法簡單直接，效果良好。
（6）人工輔助方式。適用於非自動化設備以及不具備自動信息採集功能的自動化設備，採用手工填表、條碼掃描、手持終端等，實現對數據的採集。其具有靈活方便的優勢，彌補了自動採集在豐富性、適應性上的缺陷，但也存在實時性和準確性的缺點。
實時數據採集在智慧型製造中的套用
實時數據採集方法，為現代智慧型工廠提供了現場信息的實時詳盡的採集技術支持，為生產的決策、調度等提供可靠參照依據。通過實際項目中的實時數據採集系統的運行，智慧型化工廠實現了數位化、智慧型製造的基礎設施建設，完美解決了底層設備的實施數據採集，實現了智慧型生產管控的較高程度。
數據採集未來發展方向
數據採集是實現數位化、智慧型製造的基礎，只有完美解決了底層設備的實時採集問題才能實現智慧型化程度高的生產管控。為此，筆者預計在未來的幾年內，數據採集將向如下幾個方向發展：
( 1) 統一的通訊協定平台目前數據採集的最大難點就是底層設備的通訊方式、協定的千差萬別，相互之間還互相保密，互不兼容。未來幾年內，隨著通訊協定的標準化推進，相信各底層設備將採用統一規範的通訊協定( 如 OPC 協定) ，該協定對於第三方開發商來說都是透明的，廣大的第三方開發商可以為客戶開發出大量的 APP 來滿足用戶各種個性化的需求。
