1身份证号码：21112219951218XXXX；2身份证号码：21040219881211XXXX
摘要：针对自动化生产线生产过程信息实时掌握困难、可视化程度低等问题，研究了面向中小型自动化生产线的可视化监控系统。通过对自动化生产线的可视化需求分析，设计了可视化监控系统的总体技术框架，阐述了基于OPC技术的自动化生产线数据采集和传输、生产线信息模型构建和基于生产线布局的可视化监控这3项关键技术。最后以某企业自动化生产线为应用实例开发了一套可视化监控系统，实现了自动化生产线生产过程可视化监控以及生产线资源管理等功能。在企业的实际应用中验证了该系统的可行性与可靠性。
关键词：自动化生产线；OPC技术；可视化监控；生产管理
随着计算机技术的发展以及工业化进程的不断加快，制造业自动化信息化的水平不断提高。传统制造业不断引进新的加工工艺、加工设备和新的技术手段来提高生产水平和企业竞争力。在制造业信息化方面，发达国家起步较早，积累的经验也比较丰富，制造业信息化水平较高[1]。近年来，德国和美国等先进制造业国家已经在各个领域开发技术来实现智能制造。各种集成技术、解决方案、平台不断更新发展，主要技术有物联网、信息物理系统、云计算等[2]。虽然工业4.0、信息物理系统、自优化制造系统等是企业未来大部分项目的关注重点，但由于缺乏具体知识的支撑，导致严重阻碍了各经验层次数字化技术的实施。国内外有关机械加工和装配车间可视化方面的研究报道较多，且已取得了一定的研究成果。针对自动化程度较高的生产线，如何做好数据采集和数据处理是实现可视化生产管理的重点。本文针对中小型自动化生产线，提出基于自动化生产线的特点快速开发出可视化监控系统，该系统的研究与实现具有投入周期短、实施成本低、适应性强等优点。
1 可视化监控系统的需求分析
在机械制造业中，自动生产线用于铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、切割和机械装配。该自动化生产线能满足大批量、高效率、高质量的生产要求，具有显著的经济效益。一些制造企业采用一条或多条自动化生产线来提高制造效率，但由于信息化管理水平不够，往往只能实现生产线上硬件设备的自动化，而自动化生产线的信息化管理也需要人工在线和离线的参与。自动化生产线是可视化监控系统的应用对象。本文分析了自动化生产线的生产特点，并对其监控要求进行了分析。
（1）生产过程监控对象分析。自动化生产线在生产过程中的监控对象是实现生产过程可视化监控的实体基础。不同的生产内容和过程可能导致自动化生产线可视化需求的侧重点不同，但监控对象包含在涉及整个生产活动的所有资源要素中。自动化生产线的主要监控对象包括物料、设备、产品、计划等，物料监控的内容主要包括物料库存状态、物料使用情况、物料需求等，设备监控的内容主要包括设备运行状态、设备异常情况等。，产品监控的内容主要包括产品质量和产量监控，计划监控的内容主要包括进度监控、过程监控等。
（2）生产数据处理需求分析。生产数据的实时采集、传输和处理是实现生产过程可视化监控的关键步骤。生产线上采集的数据非常复杂，而且数据可能存在冗余，因此采集到的实时生产数据需要经过处理后才能存储和显示。实时数据一方面可以为可视化监控提供数据支持，另一方面可以存储在数据库数据模型中，为其他功能模块提供历史数据支持。自动化生产线生产过程中采集的实时数据包括物料使用数据、设备运行数据、AGV状态数据、工位加工状态数据、质量数据、输出数据等；对于有立体仓库的生产线，还需要收集立体仓库的相关数据，如位置状态、库存等。
（3）视觉监控需要分析。一个简单直观的监控系统可以将生产线的生产过程实时、透明地展现在管理者和生产者面前。可实现设备状态、生产能力、产品质量、物料状态等生产状态的实时显示。
它还可以对设备故障、物料损耗等预定状态进行报警，并对生产数据进行分析统计和图形显示。生产过程的可视化监控有助于生产人员直观、快速地掌握生产线的生产情况，及时发现生产中的异常情况，改进生产过程，从而实现对生产线的控制和管理。
（4）可视化监控系统扩展功能分析。自动化生产线可视化监控系统提高了自动化生产线的信息可视化程度，而可视化监控是该系统的一项重要功能。为了提高生产线的信息化管理水平，系统还应具备基本的信息管理功能，对生产线的资源设备进行管理（如设备信息管理、维修计划安排、维修记录保存等），显示生产线的生产报表；系统应具有良好的框架结构，便于以后系统功能的扩展和系统的集成，扩大系统在企业中的应用范围。
2 可视化监控系统的总体技术框架
针对自动化生产线可视化监控系统对生产数据采集、数据分析处理及数据展示的要求，设计了自动化生产线可视化监控系统的总体技术框架。
（1）物理层是面向自动化生产线的制造资源层，包括生产线的硬件设备、控制系统、网络配置环境等，是完成生产活动、实现生产数据采集的实体基础。
（2）数据采集层是生产线的数据采集模块，它可将生产过程中的实时数据集中采集起来，这些实时数据是实现可视化监控的数据基础。
（3）集成接口层是系统获取数据的重要功能模块。通过对应的接口获取数据采集模块的生产数据和其他信息系统的数据，并根据数据类型和格式进行分析处理，以完成数据的推送和存储，该功能模块可为可视化监控及其他功能模块提供全部的数据支持。
（4）功能层主要是从自动化生产线可视化监控的需求出发，以采集到的生产过程中的多源数据为基础，提供生产过程监控、制造资源监控（设备、AGV等）、质量监控、物料监控等功能模块，利用存储在数据库中的历史数据，它还可以提供生产统计、历史数据报表等功能。该功能层是由集成接口层和数据库共同支持实现的，通过各功能模块的结合来满足自动化生产线可视化监控和管理的需求。
（5）应用层是系统最终的呈现形式，用户可以通过生产线监控看板和PC客户端实时了解自动化生产线的生产状况及生产数据。
结论
（1）本文以中小型自动化生产线为研究对象，研究了面向中小型自动化生产线的可视化监控系统，对实现的关键技术进行了相关阐述。最后结合某企业自动化生产线为实例对象，利用OPC技术完成了生产线的数据采集和实时传输，基于.NET平台C#语言通过窗体设计和可视化控件完成了监控看板和管理模块的设计与实现。
（2）本文所提可视化监控系统技术框架的集成接口层降低了监控系统和数据采集模块的耦合度，可以开发多种数据接口并实现系统数据的多源获取；基于OPC技术的数据采集和传输，可使得软硬设计分离，使得系统能够在现有的硬件基础上快速实现数据采集和传输，并可实现经济高效的系统开发。
软件架构具有良好的可扩展性，后期可在此基础上进行功能拓展、基于大数据的决策研究等工作。
参考文献：
[1] 王永祥.企业生产管理可视化系统研究与开发[D].西安：西安电子科技大学，2011.
[2] 陆剑峰，胡江林，朱志浩，等.汽车发动机多品种生产装配线生产监控系统的开发与应用[J].制造业自动化，2008，30（2）：21-24.