一、車間數據采集技術概述

1.1、車間數據采集的作用與意義

制造業是我國國民經濟的支柱產業，也是推動工業化的原動力，現代制造業已經并且正在深刻地改變著人們的生產方式、生活方式甚至社會文化。全球經濟一體化的趨勢愈演愈烈，國際競爭不斷加劇，制造業的發展必須不斷提高在質量保障、品種多樣化、快速設計制造、快速檢測響應以及快速重組等方面的要求。于是，“以信息化帶動工業化，以工業化促進信息化”被提到了前所未有的高度、深度和廣度。

眾所周知，制造業的信息化主要包括設計數字化、生產數字化、裝備數字化、管理數字化、企業數字化等。信息化的大趨勢使世界各國爭先恐后的把先進技術和信息化引進到傳統工業和制造業。1990年，美國AMR(Advanced Manufacturing Research)所提出的制造行業的ERP(Enterprise Resources Planning,企業資源規劃)/MES(Manufacturing Execution System,制造執行系統)/PCS(Process Control System,過程控制系統)三層結構,已經成功地在許多行業得到了應用,并被越來越多的企業所認可.

美國AMR研究公司對MES系統的定義表述為：MES系統是一個常駐工廠層的信息系統，介于企業領導層的計劃系統與生產過程的直接工業控制系統之間，它以當前視角向操作人員、管理人員提供生產過程的全部資源(人、設備、材料、工具和客戶要求)的數據和信息，其著重點是將信息技術運用于改善制造過程。

而作為MES系統中低層的車間數據采集功能，可以實現對生產現場各種數據的收集、整理工作，是進行物料跟蹤、生產計劃、產品歷史記錄維護以及其它生產管理的基礎。它可以為企業中其他例如ERP等管理信息系統提供實時數據。另一方面，MES系統也要從其它管理系統中獲取相關的數據以保證MES系統自身正常運行。因此要滿足MES系統快速、實時的要求，作為各種功能模塊運行基礎的數據就顯得十分重要。一個迅速而可靠的數據采集系統是整個MES能夠正常穩定工作的有力保證。

1.2、制造企業面臨的車間數據采集現狀

作為車間底層的數據采集系統，在企業實際生產過程中卻存在著許多困難，尤其是在離散企業中由于自動化程度較低，往往存在著以下特點：

生產過程不可視：主要體現在不能實時了解生產現場中在制品、人員、設備、物料等制造資源和加工任務狀態的動態變化。

生產過程復雜性：由于產品結構和加工工藝的復雜性，造成生產過程中各制造過程的關聯性強，生產環境復雜多變(臨時插單、材料短缺等)。

制造過程信息集成度低：制造過程中的各種信息不能有效進行集成，導致產能不能得到充分利用。

信息不能有效與上層管理系統進行集成：這種隔斷造成生產過程不透明，生產進度、在制品狀況、設備利用狀況等關鍵數據不能到達管理層，增加了過程管理和生產決策的復雜性。

制造過程信息的真實性差：現場數據信息過多依賴人機交互界面通過人工錄入，增加了出錯的機率。

制造過程信息的實時性低：作業任務隨市場需求的頻繁調整變化，不利于制造過程信息的實時采集，再加上制造過程信息交互的速度和效率低下，造成企業對市場變化的響應速度慢。

企業設計層和管理層到車間層特別是車間設備層的信息采集困難，一方面車間設備層的重要信息難于采集和上傳，無法達到對生產過程的監控。另一方面上層系統難以深入到車間和設備層，從而影響管理信息系統的準確運行，使動態信息成為脫離實際的無源之水難于及時下達，從而使整個企業信息化難以產生更大的效益。

上述特點反映了制造車間迫切需要對制造過程進行信息化的數據采集管理，從而建立一個完整的離散制造車間數據采集及其分析處理系統是實現離散車間信息化的基礎。車間數據采集及其分析處理系統的主要功能就是將車間的各種離散數據完整實時的采集到車間數據庫中，并進行初步的分析處理，將車間生產的信息實時準確的反饋到車間的管理層，加強管理人員對車間生產現場的監控和管理，并為企業管理人員制定生產計劃提供依據。