設備運行狀態監測系統數據采集標準
1 范圍
         本標準規定了智能制造領域數字化車間的生產現場設備狀態監測的總體要求、數據采集、數據除理、信息輸出與顯示。
       本標準適用于只能制造領域數字化車間生產過程質量控制中的設備狀態監測系統規范性引用文件。
2 規范性引用文件
       下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件, 其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。
GB/T37393 — 2019 數字化車間 通用技術要求
GB/T 19000-2016/ISO 9000: 2015 《質量管理體系 基礎和術語》
GB/T 29590-2013 《企業現場管理準則》
3 術語和定義
GB / T37393 — 2019 及相關引用文件界定的以及下列術語和定義適用于本文件。
3.1 設備  facility, plant, equipment
設備是固定資產的主要組成部分, 它是工業企業中可供長期使用, 并在使用過程中基本保持原有實物形態的物質資料的總稱。
3.2 設備管理  plant  management
設備管理, 是以設備為研究對象, 追求設備效能最大化, 應用一系列理論、 方法, 通過一系列技術、 經濟、 組織措施, 對設備的物質運動和價值運動進行全過程管理。 設備管理分為前期管理與運維管理兩個階段。
3.3 數據采集  data acquisition
通過傳感器或系統檢測與收集反映設備狀態信息的過程。
3.4 數據處理  data processing
對采集的電信號或非電信號進行處理, 以便抽取出 反映設備狀態特征的過程。
3.5 監控中心 monitoring center
安裝在公司中控室,通過傳輸網絡與自動監控設備連接并對其發出查詢和控制等指令的數據接收和數據處理系統,包括計算機及計算機軟件,本標準簡稱上位機。
3.6 數據采集裝置 Data  acquisition  equipment
采集各種類型監控儀器儀表的數據、完成數據存儲及與上位機數據傳輸通訊功能的單片機、工控機、嵌入式計算機、可編程自動化控制器( Programmable Automation Controller,PAC)或可編程控制器( Programmable Logic Controller,PLC)等。
3.7 采樣周期  sampling cycle
相鄰兩次采樣之間的時間間隔稱為采樣周期。
3.8 報警監測  Alarm monitoring
依據系統設置的條件,監測的點位是否超過設定的閾值。
3.9 閾值 threshold
設備特征值的參考臨界值。
4 縮略語
ERP Enterprise Resource Planning 企業資源計劃
MES Manufacturing Execution System 制造執行系統
SCADA Supervisory Control And Data Acquisition 數據采集與監視控制
MTBF Mean Time Between Failure 平均故障間隔時間
MTTR Mean Time Between Repairs 平均修復時間
OEE Overall Equipment Effectiveness 設備綜合利用率
XML Extensible Markup Language 可擴展標記語言
RFID Radio Frequency Identification 射頻識別
 
5 總體要求
5.1 狀態監測系統結構
設備狀態監測系統結構主要包括狀態監測數據采集、狀態監測數據處理和信息輸出 與顯示三部分。設備狀態監測系統結構如圖 1 所示。

圖1 系統架構
狀態監測數據采集, 主要由設備及系統、傳感器和數據采集器完成。設備及系統主要提供設備或系統的基礎、統計、管理等信息; 傳感器主要用來采集設備及相關聯環境的狀態與過程信息, 傳感器可為設備內部傳感器, 也可為依據用戶 需求加裝的外部傳感器; 數據采集器主要提供生產現場設備過程信息,如條碼掃描器、 RFID 數據采集器等。
狀態監測數據處理包含數據預處理、閾值/聚合判別與決策支持。 數據預處理是對數據采集獲得的信息進行預處理、特征分析, 從而獲得表征設備狀態特征的數據。 閾值/聚合判別與決策支持是對設備狀態表征數據進行處理, 從而獲得設備狀態判別結果的方法。
信息輸出與顯示, 是將設備狀態判別結果, 輸出至設備顯示模塊或相關管理系統, 主要為MES與ERP系統。 其中MES或ERP系統中與設備狀態監測相關的模塊主要是制造數據管理、質量管理、設備管理、工具工裝管理、成本管理、生產過程控制等。
5.2 狀態監測基本要求
狀態監測應滿足下列要求:
——在線監測: 在被測設備處于運行或待機狀態條件下, 對設備狀況進行自 動監測, 對無條件或不宜在線監測的設備狀態數據對此不作要求;
———數字化: 設備狀態監測信息應能夠轉成數字信息;
———數據一致性: 設備狀態監測系統由 若干設備狀態監測單元組成, 其數據相互傳輸與格式均應遵循相同通信協議與規約;
———可靠性: 設備狀態監測系統應具備在規定的條件下和規定的時間 內 完成規定功能的能力。 常用可靠度、 MTBF 、 MTTR 、可用度、有效壽命等指標衡量。
6 狀態監測采集
6.1 數據選擇的原則
生產質量控制相關的設備狀態是依據若干反映設備狀態特征的數據進行預測與判斷, 設備狀態監
測數據的選擇原則為:
———關聯性: 其能全面表征監測設備的能力;
———靈敏性: 監測參數隨著設備狀態的變化應比其他參數的變化更明顯;
———穩定性: 在相同測試條件下, 所測得的監測參數值具有良好的重復性;
———可解釋性: 監測參數具備一定物理意義, 能用數字表示, 可以量化。
6.2 數據分類
按設備數據采集來源分類, 需要對以下數據進行采集:
———來源于設備或系統的數據: 包含設備基本數據和經系統計算獲取的統計數據及管理數據。設備基本數據包含設備名稱、型號、規格、生產廠家、 資產編號、 采購及入庫時間、運行程序等; 統計數據包含開機率、主軸運轉率、主軸負載率、設備運行率、故障率、 OEE 、 設備生產率等; 管理數據包含設備開關機、故障報警記錄等。
———來源于傳感器的數據: 按形式可分為模擬量、數字量; 按性質可分為靜態量、 動態量; 按被測物理量可分為電壓、電流、位置(行程)、溫度、壓力、液位、振動等。
———來源于數據采集器的數據: 包含人員 、物料、設備、工裝等的編碼、位置、狀態信息等。
6.3 數據采集的方法
數據的采集方法有人工輸入、自動輸入兩種。 人工輸入采集數據量有限、速度慢,可對采集數據進行人工篩選與處理;自動輸入采集數據量大、速度高,可連續甚至實時監測,按指定方法自動篩選與處理。為提高設備狀態監測系統在線檢測水平,對設備狀態數據應盡可能采取自動輸入方式, 對于無連續監測要求或自動采集困難的設備狀態數據采取人工輸入。 按數據采集來源,設備狀態數據采集方法具體如下:
———來源于設備或系統的數據: 設備基本數據可采用通過手動輸入, 或掃描設備條碼等方法進行采集, 或系統自 動讀取輸入設備狀態監測系統(如果設備支持); 系統統計及管理數據可自 動讀取輸入設備狀態監測系統。
———來源于傳感器的數據: 自 動輸入至設備狀態監測系統。
———來源于數據采集器的數據: 可通過計算機終端、條碼掃描儀、 移動手持終端等方式人工或自 動輸入設備狀態監測系統。
7 系統設計
7.1 概述
通過設備運行狀態監測系統來保證設備的正常運行,提高設備的利用率,減少設備資源的浪費,實現設備管理的信息化、科學化和制度化,從而提高生產效率和經濟效益。實現生產過程數據與管理執行系統的互聯互通,提高企業生產車間數字化水平,提高生產效率,降低次品率,提升生產管理水平。
(1)基于工業以太網和異構系統數據集成技術,構建符合OPC等主流通訊協議標準的底層設備運行狀態監測采集網絡,打通數字化車間從設備層到執行層的數據集成和信息共享通道,為實現設備互聯互通奠定基礎。
(2)通過與生產線、檢測和物流配送等系統的集成,采集產線設備的開機、運行及故障狀態等信息,分析設備故障率、負載情況及平均無故障時間等運行情況,為設備的保養、維護和維修提供參考和真實依據,提升設備管理水平,減少設備意外停機,提高設備綜合利用率和勞動生產效率
(3)建立與生產設備相關的制造過程統一數據標準,規范數據格式并在數據存儲和訪問過程中進行數據解析和轉換。保證數據的一致性和可理解性,夯實綠色制造系統集成和制造過程數據共享的基礎。
(4)通過與工廠虛擬仿真軟件的集成以及組態軟件等多種方式,清晰、直觀地展示車間設備和生產線的關鍵運行情況,提升現場管理的可視化程度和精益管理水平。
7.2 系統設計框架
設備在線監控、故障診斷與預警系統可以實時的監視生產狀態,測量和跟蹤生產設備的工作情況,對設備和生產情況進行統計分析。當生產設備出現問題時,設備集中控制系統將向車間人員報警。該系統還將監視生產節拍時間、設備停機時間以及生數控機床監控與數據采集備集中控制系統通過TCP/IP和OPC協議與現場設備PLC(Programmable Logic Controller,簡稱“PLC”)、工業機器人、PC(Personal computer,簡稱“PC”)和其它控制系統等進行通訊,并將采集的生產信息、設備狀態信息和報警信息記錄并與上層MES系統進行集成,以此來滿足對整個車間生產信息的監控。
(1)設備信息數據采集
實時數據采集負責采集生產現場中的各種必要的數據信息。該功能根據設備是否具有對外通訊的開放接口而定,針對具備通用開放接口設備,可以采用OPC協議采集所需要的數據,包括生產線設備的生產和報警信息,包括采樣信息、設備工作狀態信息、設備類型信息、時間信息、設備位置狀況等信息。
(2)設備故障診斷
設備診斷是保障設備安全穩定運行的基本措施之一,它能對設備故障的發展作出早期預報,對出現故障原因作出判斷,提出建議,避免或減少事故的發生,改變設備維修體制。
(3)設備故障預警
建立故障等級及預警等級劃分和故障等級預警模式,對同一種設備故障按照故障部件和影響程度對故障進行分級管理,建立相同設備不同故障等級下的應急處置機制,并按照不同故障等級啟動相應等級的應急處置預案,避免了不論什么故障都采取千篇一律的應急處置預案而造成的被動工作局面。為維修提供準確、豐富的故障信息。

圖2 系統設計框架
(4)設備故障統計分析
將原始記錄中所記載的故障,按裝備故障類型、周期、停運時間、排除故障耗用工時和費用等進行分類、統計,然后進行故障分析。分析時應注意多次重復發生的故障,引起重點裝備長時間停車的故障,維修耗用工時多、費用大的故障。
(5)車間可視化
車間的可視化使管理人員不必進入車間就能了解車間的實時信息,包括設備、人員和車間物料或零部件,使管理人員能根據實時信息進行科學的調度和決策,設備運行狀態監測系統架構如圖1所示。
(6)異常報警
通過關鍵裝置裝備集成,實施獲取制造裝備、環保設施、安全設施的狀態與環境狀態,對設備與環境異常進行報警,保障生產的順利與安全。
7.3 關鍵模塊及應用設計
設備運行狀態監測系統利用先進的管理技術、信息技術、自動化技術,提高企業生產制造過程的數字化管理。它包括生產過程的自動化、信息采集技術的應用、工藝、資源的協調、生產現場的管理與生產控制。目的是盡量提高生產制造所涉及的業務過程數字化,通過各種信息系統網絡加工生成新的信息資源,為科學決策提供依據。實現資源合理配置,求得最大的經濟效益。系統具有用戶管理、設備通訊、程序數據庫管理、工藝信息管理、車間作業管理、設備信息管理、集成與擴展等, 在企業的車間生產管理中起到一個底層管理平臺的作用。

圖3 系統功能模塊
①用戶管理
用戶權限包括信息管理員、 工藝人員、 現場工藝人員 3 級權限。
信息管理員:數據管理員具有 DNC 中心服務器管理權限;
工藝人員:負責將編制完成并由技術主管審批后的數控程序傳輸到 DNC 中心服務器。 經過授權,工藝部門具有 DNC 中心服務器存儲數控程序的查詢權限;
現場工藝人員:現場工藝人員負責根據生產作業安排從DNC中心服務器下載數控程序分發到各機臺設備。經過授權,現場工藝人員具有監控中心服務器存儲數控程序的查詢權限。
②設備通訊
基本通訊:支持在機床側上傳和下載NC程序、 NC參數和刀具參數,能夠最大同時實現 256臺數控設備的聯機同時傳輸。
在線加工: 支持基于目錄列表方式下的程序下載功能,操作者使用遠程調用方式可以直接在機床控制面板上得到獲悉該設備加工零件的程序清單, 并經授權后從生產車間設備運行狀態監測系統客戶端服務器上調用加工程序;具有絕對坐標和增量坐標下的程序再開(即斷點續傳)功能,能正確調用中斷點所使用刀具、長度補償以及半徑補償,并根據需要自動進行回退點位置的選擇。
③程序數據庫管理
程序查詢:能夠對產品在車間控制程序的各種信息,如程序號、圖號、零件號、設備、用戶信息等進行管理,并可自定義關鍵字段進行組合查找,支持通配符,很方便地找到想要的程序。能夠以程序作為主線,把與程序相關的程序備注、刀具清單、模型文件、工藝卡片、毛坯圖、工序圖、裝夾圖片等信息進行關聯管理,所有信息都在數據庫的同一個界面內,一目了然。
產品目錄管理:程序存取路徑管理,可以按需要多臺設備共享一個目錄,也可以單機獨占。
文件比較: 比較選定的兩個程序。
④工藝信息管理
程序流程管理: 程序分為編輯、調試、定型三個狀態。嚴格按照編制、審核、現場驗證、批準這一系列流程操作,保證程序的準確性。
簡單的數控程序由設備操作員編制,然后直接進行調試加工。首件合格后經檢查員確認,機床操作員將此程序發送至服務器的數據庫內,技術主管在客戶機上對此程序進行批準, 批準的程序屬性變成只讀,完成了歸檔管理,沒有更改手續此程序不能被修改。機床操作員正式加工此零件時,通過授權,利用遠程調用功能直接在機床控制面板上從生產車間設備狀態監測系統客戶端內下載。
較復雜的程序由工藝員編寫,工藝員編制完成數據程序后,在客戶機上將程序加載到系統的數控程序數據庫,編程組長首先對程序進行校對,由工藝員直接將此程序發送至設備,然后工藝員到車間現場與操作員一起對此程序進行調試,首件合格后經檢查員確認,機臺操作員將此程序發送至服務器的數據庫內,技術主管對此程序進行批準, 程序屬性變成只讀, 進行歸檔管理。機臺操作員正式加工此零件時,通過授權,利用遠程調用功能直接在機臺控制面板上從生產車間客戶端內下載。
程序文檔編輯和仿真:程序編輯時能夠對用戶大部分設備控制系統的程序文件進行二維刀具軌跡模擬仿真和三維實體的動態模擬仿真和校驗功能。
⑤車間作業管理
車間現場工藝人員能夠以人工分配(默認模式)和自動分配兩種模式進行任務的分配。
⑥設備信息管理
按車間、設備類型、生產廠家、數控系統類型對現場設備進行分類管理。
按車間、設備類型、生產廠家、數控系統類型、產品進行分類查詢。包括設備的開、關機時間,使用率;產品加工時間、程序意外中斷時間;系統程序的注釋字符等。
在設備組內增加添加/刪除設備,設置聯網機床的通訊參數:波特率、數據位、停止位、 校驗位等。
⑦設備狀態監控
實時采集和監控網內所有機床設備的使用信息:設備的開、關機時間,機床負荷率,程序傳輸時間,在線加工時間,意外中斷時間等。
在線實時統計:統計當前數據和歷史數據,生成分析報告,如已生產零件數量,加工時間,機床運行、停工、維修等事件的統計,平均負荷率,開關機時間,程序傳輸時間,在線加工時間,意外中斷時間等信息。
顯示錯誤信息:傳輸命令格式錯誤,程序對比錯誤,超容量程序,無程序等,并能自動生成歷史記錄文件。
數據查詢:能查詢該程序對應的程序名稱、程序長度、編寫日期、程序中的注釋內容、 主軸轉速、進給速度、刀號;查詢當日信息傳輸履歷(按時間依次顯示上傳/下傳文件的名稱、長度、時間)等。
⑧集成與擴展
(1)系統集成
A.和生產線控制系統的集成
為新建生產線配備了獨立的生產線控制系統,設備運行狀態監測可以直接與該系統進行集成,實現生產線所有設備的狀態監控,并下發控制指令。
生產線控制系統主要包括現場上位計算機、條碼掃描器或RFID讀寫設備、現場通訊總線、工業以太網、管理軟件系統等。通過工業通信網絡,實時采集制造信息、質檢數據、設備狀態等現場信息。每條生產線裝配的產品不盡相同,因此每條裝配生產線均需生產線管理系統與之配合。生產線配置條碼掃描器或RFID讀寫設備,在需要保存產品裝配、質檢數據的工位,在檢測前讀取產品編號等信息,并將產品信息與檢測結果通過工業網絡集中保存到后臺服務器的相應數據庫中。
B.和智能物流設備的集成
車間智能物流設備包括AGV、立體倉庫等,這類設備都配置有控制調度系統,和生產線控制系統類似,設備運行狀態監測可以直接與這些軟件系統進行集成,實現數據采集和控制指令下達。
C.和條碼/RFID設施的集成
通過這些設施提供的讀寫中間件,可以觸發讀寫操作,實現數據獲取或寫入。
D.和其他獨立設備的集成
對于數字化檢測設備或者其他的獨立設備,設備運行狀態監測與之集成的方式包括:
? 通過這些設備提供的專用集成程序;
? 通過協議和數據轉換中間件。
(2)擴展集成接口
A.OPC采集/控制:當采集對象為PLC時,使用OPC方式,支持觸發采集和控制,使用自控廠商的OPC Server程序,把PLC中的變量映射成OPC Server中的Item。當PLC中的變量變化時,OPC Server中的Item也會跟著變化,反之亦然。因此對PLC的采集和控制,就變成了對OPC Server的采集和控制。通過對OPC Server的采集,可以實時監測和采集設備的狀態和故障等信息。
B.工控及其它系統接口處理:當采集對象為工控機或其它系統時,若設備層提供接口手段(有的也會支持OPC采集/控制),優先采用其建議的接口手段;若設備層沒有數據庫,使用多文檔界面(Multiple Document Interface,簡稱“MDI”)方式,通過調用接口函數把數據傳遞到設備運行狀態監測中;若有數據庫,可考慮從其數據庫讀取。
9數據管理
(1)數據標準化及轉換
異構設備的數據采集是設備運行狀態監測建設的難點。,一方面,設備運行狀態監測需要構建與上層MES等應用軟件系統和底層智能設備的集成接口,實現設備狀態信息的上傳和控制指令的下達;另一方面,設備運行狀態監測必須通過構建集中統一的數據中心,實現對各類實時信息進行規范化處理/轉換、傳輸、分析和存儲,避免上層應用軟件系統直接與各個底層智能設備交互時,需要分別與其差異化接口構建錯綜復雜的物聯網。
通過設備運行狀態監測的數據集成接口,能獲得如下數據:
信息類別 內容
生產監視類 工位信息、設備運行狀態、呼叫、生產過程數據、調用程序,工裝信息
工位報警類 工位總報警和詳細報警信息
生產控制類 訂單、生產序列、工藝參數要求、班次信息、時間同步,程序、輔料,裝配清單
計數信息類 工位合格、不合格產品計數信息,工件循環時間
質量數據類 質量合格信號、質量項數據、質量標準
追蹤類 主工件識別碼、安裝物料條碼信息,輔料條碼信息
人員類 操作員信息
維修維護類 維修信息
 
這些數據來自不同的系統或設備,它們的數據格式各異,為了簡化上層MES系統和底層設備之間的集成,在設備運行狀態監測系統中必須對這些數據進行標準化處理,系統采集到設備狀態或故障信息后,將數據轉換成統一編碼,然后提交至企業服務總線(Ent綠色供應鏈系統rise Service Bus,簡稱“ESB”),這樣可以快速傳遞統一的設備狀態和故障給上層系統。當需要給設備下發控制指令時,數據轉換模塊自動把該參數轉換成設備可識別的信息,控制操作不需要區分所有設備的參數含義,保證設備控制更加快速有效。具體實現途徑如下:
數據標準制定:按照設備類別和采集數據的類別,統一數據格式,建立標準數據模型,定義不同字段和具體設備數據的映射關系,通過XML進行形式化描述,示例圖如圖4所示。

圖4  數據標準化轉換示意圖
數據處理:包括標準化數據生成與數據解析兩個操作,前者將設備數據按照數據標準進行處理,生成標準化數據,后者對MES下達的標準化控制指令進行解析操作,生成符合特定設備的控制指令。
(2)設備數據分析與顯示
設備利用率計算
實時準確的統計數據有利于管理人員分析了解各臺設備的準確運行情況,以便進行管理、 調度、調整,使得生產計劃能正確準時的執行, 并有效地提高數控機臺的管理水平和生產率。設備利用率相關定義如下:
設備負荷率: 機臺開機時間/工作時間,反映出設備的忙閑情況及設備利用率。
設備有效負荷率: 機臺程序運行時間/工作時間,反映設備的有效運行時間比率情況。
設備有功(加工)負荷率: 機臺切削時間/工作時間,表現出機臺用于實際切削加工的時間情況,該數據直接表現了數控機臺的生產效率。
設備運轉負荷率: 機臺運動時間/工作時間,反映了機臺各軸運動時間情況,通過與設備有效負荷率的比較(即機臺運動時間/機臺程序運行時間),能夠間接反映出機臺輔助性運動的比率。
設備運行有效負荷率: 機臺程序運行時間/開機時間,真實反映出設備的使用情況,通過該統計量可以間接反映出操作工人的實際工作情況。
設備運行有功(加工)負荷率: 機臺切削時間/開機時間,真實反映設備有效使用期間直接用于產生經濟效益的時間比率。
程序加工效率: 機臺切削時間/機臺程序運行時間,可反映出加工程序中真實用于切削加工的運動在整個程序中所占比率,也體現了加工程序的工藝水平和有效加工效率。
數據顯示
設備狀態監控系統實時采集的數據經過相應分類處理和統計分析,以圖表方式顯示供各級管理人員查詢。
運行結果:可查詢所有機臺、每組機臺或每臺機臺的自動操作時間、設定時間、報警時間、無功時間,結果以圓餅圖顯示。
運行狀態:可查詢所有機臺、每組機臺或每臺機臺在選定時間范圍內的自動操作時間、 進給抑制時間、設定時間、報警時間、無功時間,結果以水平棒狀圖顯示。
主軸載荷和轉速:可查詢每臺機臺任意時間段(月、周、天、小時)的主軸載荷和轉速, 結果以線性圖顯示。
趨勢:可查詢每臺機臺任意時間段(月 、周、天、小時)的運行狀態, 結果以棒狀圖顯示。
報警信息:可查詢每臺機臺的報警歷史信息(報警號、報警信息、報警產生的時間、 報警源)。
(3)設備數據存儲與可視化
實時數據存儲:設備運行狀態監測系統本身也提供數據存儲功能,它將所有設備的實時狀態信息經過數據標準化處理之后,存入數據庫,這些數據可以用于設備可視化監控、設備健康狀態分析、生產績效分析等用途。通過數據采集監控軟件,定時將運行數據存儲到數據庫中,實現自動記錄。此外,設備的操作記錄如操作時間、操作內容和故障記錄如故障發生時間、故障內容、排除故障時間等,也能自動記錄存檔。其數據記錄間隔可以自行設置, 數據至少可保存兩年以上。具有高度的通用性、實時性、可靠性、開放性、可擴充性和安全性。
可視化監控:系統監控界面實現分級監控:車間-生產線¬-設備等3個級別顯示。各級界面顯示對應的監控信息,提供給用戶更為直觀的顯示方式。
設備狀態顯示:用戶能通過上位機上圖形界面,查看當前設備的所有停機時間、設備當前的報警信息等。系統還能以折線圖方式顯示節拍時間、停機時間。對于重要的設備狀態可以實現語音報警。
系統安全監控:提供系統自身的監控診斷界面,便于維護人員實時了解系統運行的狀態,包括:利用人機接口(Human Machine Interface,簡稱“HMI”)系統功能對應用系統主要進程進行監控;對重要下載參數如下載到PLC的作息時間、生產日期、當前工作狀態等進行監控;對車間需要采集的PLC設備進行監控,如設備狀態、工作標志位、網絡狀態、設備中接口的默認參數配置是否正確等;對各采集服務器HMI工程中腳本的當前運行狀態、運行時間等進行監控,該界面還應提供對腳本啟動和停止功能,便于發現問題后恢復和處理。
7.4 系統平臺建設
1.系統運行環境
軟件平臺的選擇決定了系統運行的穩定性和可靠性。 建立 設備運行狀態監測系統首先考慮的應該是網絡操作系統、WEB服務器和后臺數據庫。
① 網絡操作系統的選擇
作為一個系統軟件,操作系統管理并控制著計算機的軟硬件資源,包括處理器管理、存儲管理、用戶管理、文件管理、作業管理,在用戶與計算機之間擔任著重要的橋梁作用。還要考慮網絡安全性、可靠性、穩定性、兼容性以及價格等因素。由于本系統是基于Java語言開發的,具有跨平臺性、可移植性,不依賴于具體的操作系統平臺,所以決定選用具有良好的圖形用戶界面的Windows 2003 Server 作為系統運行的操作系統。
②web 服務器的選擇
Web服務器比較有名的有Apache,Microsoft的 IIS, Netscape的Enterprise Server
等等。微軟的IIS不支持JSP,Netscape的Enterprise Server 己日漸勢微,Apache是目前 Internet 上應用最為廣泛的一種 Web 應用服務, 它以強大的功能、較高的效率和極快的反應速度聞名于世。再者,它可以完全免費得到,而且性能十分可靠,可運行在 Unix、 Linux 和 Windows 等操作系統下。
③后臺數據庫的選擇
后臺數據庫的合理選擇對于系統的構造和維護是至關重要的, 直接影響系統運行效率、 穩定性和可維護性。一個完整的數據庫系統包括系統硬件、操作系統、網絡層、數據庫管理系統、應用程序與數據,各部分之間是相互依賴的,對每個部分都必須進行合理配置、設計和優化才能構成高性能的數據庫系統。
為了合理利用車間人力、網絡資源,便于設備運行狀態監測系統能夠實現與上層其他管理系統的集成,以及進行跨車間層的管理,選擇 Oracle 數據庫作為管理系統的統一數據庫。
Oracle 提供了對數據倉庫的全面支持,提供了一系列的集成工具,使用這些工具能夠幫助數據倉庫開發和管理人員創建、管理和維護企業數據倉庫,同時,利用數據倉庫中的數據進行數據挖掘, 支持決策分析。同時,為了支持數據倉庫,提供更好的性能,Oracle 還采用于多種技術:
1)支持 XML 技術, 使用 XML 工具可以轉換和提取數據。
2)支持分區和并行,對數據倉庫的數據進行分區處理。對查詢并行化, 從而能夠獲得更好的查詢性能。
3)支持實體化視圖,實體化視圖是Oracle專有的技術,同時使用實體化視圖能獲得較高的查詢性能。
4)Oracle提供了用于分析和聚集的Oracle語法,這是Oracle為了便于對數據倉庫進行操作, 對基本ORACLE語法進行的一些擴展。
5)支持OLAP技術,Oracle 提供了聯機分析工具——Oracle Express Server 和Oracle Express Client。
2 JDBC 數據庫訪問技術
在 Java 技術體系中, 應用程序主要通過 JDBC( Java Database Connectivity)接口來訪問數據庫, 它支持建立數據庫連接、 SQL 語句查詢、 處理結果等基本功能,是 Java 與數據庫的接口規范。 JDBC 定義了一個支持標準 SQL 功能的通用 API,它由 Java 語言編寫的類和接口組成, 旨在讓各種數據庫開發商為 Java 程序員提供標準的數據庫 API。 JDBC API 可利用不同的驅動程序連接不同的數據庫系統。
JDBC 數據庫訪問過程如圖 5

圖 5 數據庫訪問過程
JDBC 主要完成下面三件事: 與一個數據庫建立連接; 向數據庫發送語句,操作數據庫及數據表; 接收及處理數據庫返回的結果。
JDBC 提供相應的組件類來完成上述事情:
1) Connection 類, 負責創建與數據庫服務器的連接;
2) Statement 類, 負責傳送 SQL 命令給數據庫、 操作數據庫及數據表;
3) ResultSet 類, 負責接收及處理從數據庫返回的結果集, 通過操作該結果集可實現對數據庫的訪問。
使用 JDBC 非常簡單,其中涉及的通常有 4 個步驟,其具體取決于所進行的任務環境。
1) 為數據庫管理系統加載一個 JDBC 驅動程序。
2) 使用這個驅動程序來打開一個到某個特定數據庫的連接。
3) 提供這個連接來發布 ORACLE 語句。
4) 處理由 ORACLE 操作所返回的結果集。
 

 
附錄
設備狀態監測數據舉例
不同類型設備及系統的狀態監測數據舉例如表 A.1 所示。
表 A.1 不同類型設備及系統的狀態監測數據舉例
數據分類 數據 設備及系統名稱
加工設備 裝配線 搬運機器人 數控設備
基本數據 設備名稱 l l l l
設備規格 l l l l
生產廠家 l l l l
資產編號 l l l l
采購入庫時間 l l l l
運行數據 開關 l l l l
電壓 l l l l
電流 l l l l
位置(行程) l l l l
速度 l l l l
振動 l l l l
溫度       l
主軸負載率     l l
輸入功率 l l l l
輸出功率 l l l l
統計數據 a   開機率 b   l c   l d   l e   l
利用率 l l l l
故障率 l l l l
平均故障間隔時間 l l l l
平均修復時間 l l l l
綜合效率 l l l l
注:l表示狀態監測測量參數可應用
 
 
參 考 文 獻
[1]     國家智能制造標準體系建設指南(2015年版)
[2]     GB/T 31129-2014 制造業信息化體系結構  
[3]     GB/T 37942-2019 生產過程質量控制設備狀態檢測