The Exploration of Data Driven Enterprise Construction Based on SCADA

The Exploration of Data Driven Enterprise Construction Based on SCADA内容摘要：

Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2019, 9(12), 2277-2282 Published Online December 2019 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/csa https://doi.org/10.12677/csa.2019.912253 The Exploration of Data Driven Enterprise Construction Based on SCADA Bo Wen1, Jiaojiao Zhou1, Yanguang Sun1, Honghui Zhan2 1 CRRC Qingdao Sifang Co., Ltd., Qingdao Shandong HUST‐Wuxi Research Institute, Wuxi Jiangsu 2 th th th Received: Nov. 15 , 2019; accepted: Nov. 30 , 2019; published: Dec. 6 , 2019 Abstract This paper introduces the necessity of building SCADA system in the process of building a data-driven enterprise, puts forward the construction framework for the construction of high-speed train Industrial Internet, and expounds the integrated solution between production line and upper business system. Through the practice in Qingdao Sifang, the research of this paper has certain reference significance for the implementation of system vertical integration in the rail transit equipment manufacturing industry to build data-driven enterprises. Keywords Data Driven, Industrial Internet, Vertical Integration 基于SCADA的数据驱动型企业建设探索 文 勃1，周娇娇1，孙延光1，湛红晖2 1 中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 华中科技大学无锡研究院，江苏 无锡 2 收稿日期：2019年11月15日；录用日期：2019年11月30日；发布日期：2019年12月6日 摘 要 本文介绍了在建设数据驱动型企业过程中，SCADA系统建设的必要性，针对高速列车工业互联网建设提 出了其建设架构，阐述了生产线和上层业务系统集成解决方案。通过在青岛四方的实践证明，本文的研 究对于在轨道交通装备制造行业中实施系统纵向集成建设数据驱动型企业具有一定的借鉴意义。 文章引用: 文勃, 周娇娇, 孙延光, 湛红晖. 基于 SCADA 的数据驱动型企业建设探索[J]. 计算机科学与应用, 2019, 9(12): 2277-2282. DOI: 10.12677/csa.2019.912253 文勃 等 关键词 数据驱动，工业互联网，纵向集成 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ Open Access 1. 引言 为推进中国制造 2025 [1]，工信部 2016 年组织实施了“智能制造综合标准化与新模式应用”系列项 目，中车青岛四方股份公司承担了“高速动车组关键零部件智能制造新模式应用项目”的实施。依据项 目任务，青岛四方开展核心零部件生产线数字化建设。随着企业智能装备的不断投入，数字化生产线建 设逐渐形成规模，同时上层 PDM、MES、ERP、MRO 等业务系统建设也已完成并实现互联互通，一方 面现场智能装备自动化程度较高，另一方面业务系统信息化完成后对外部的输入数据量急剧增加，由于 生产线和业务系统没有集成，相关数据需人工维护至业务系统中，数据传输效率低下，企业的数字化无 法发挥应有的效能，因手工录入数据及时性不足，导致数据驱动[2]型企业建设存在短板。在制造环节， 生产线和业务系统的集成成为建设数据驱动型企业急需解决的问题。当今世界进入了数据爆炸的时代， 数据成为企业最重要的资产之一。推进数字化转型，是制造企业生存和发展的必由之路。 2. 数据驱动型企业建设需求 轨道交通行业因用户需求量介于汽车和飞机之间，具有复杂装备、订单驱动、离散制造特点。随着 用户多样化需求的提出，要求企业要具备高质量、低成本、快速交付能力。一直以来，在设计、制造、 运营、维护等全流程中，企业决策往往靠管理者能力和丰富经验，在生产制造环节，通过现场调试和试 验验证，多次修改完善工艺参数和工序分割组合，技术人员实施技术决策，依据经验和试制结果，样本 的局限性往往导致一定的偏差。 Figure 1. The data driven enterprise 图 1. 数据驱动的企业 DOI: 10.12677/csa.2019.912253 2278 计算机科学与应用 文勃 等 用数据来驱动企业的业务运作和正确决策，企业的产品研发、制造、采购等业务流程应基于信息系 统，实现数据驱动。在整个产品生命周期，从客户需求到方案设计、详细设计、工艺设计、仿真试验、 生产制造到售后服务全过程的数据应当全部贯通，并且通过结构化准确地表达。企业进行工艺规划、生 产排产、物料需求计划应当实现数据驱动。企业应用 ERP 系统可以实现产、供、销、人、财、物的协同 管理，MES 系统则是管控基于人、机、料、法、环等影响生产和质量的数据。企业管理和决策的基础是 数据，数据要真实、可靠、全面、及时。企业要提升运营效率、提高产品质量、降低产品制造成本，通 过针对生产线制造全过程数据采集和大数据分析，实现对企业人、财、务的实时、精准掌握，从而做出 智能分析和预测，指导不同层级的管理者快速做出合理决策。数据驱动的企业逻辑关系见图 1。 下文将重点针对数据驱动型企业架构和集成应用方式进行展开。 3. 数字化制造架构 与工业 4.0 提出的横向集成和端到端集成不同，纵向集成[3]是针对企业内的各种信息系统集成，企 业可以自行通过各个层次的 IT 系统集成，实现企业内部的效率提升，从而实现竞争优势。 纵向集成主 要解决企业内部的集成，即解决信息孤岛的问题，解决信息网络与物理设备之间的联通问题，目标是实 现全业务链集成，这也是智能制造的基础。数字化架构分四层，第一层是分析层，利用大数据技术开展 数据挖掘和分析，指导决策实现数据驱动；第二层是应用层，由企业 PDM、ERP、MES、MRO 等业务 信息化系统组成，支撑企业业务流程和正常运营；第三层是数据层，由数据采集系统组成，用于生产线 智能装备的控制和数据采集；第四是执行层，是生产线的执行单元，一般由数控设备、机器人、检测装 备、RFID 智能传感装备等智能装备组成，用于工艺制造和数据感知。SCADA 简称工业数据采集与监视 控制系统[4]，SCADA 数据采集与控制是纵向集成核心，数字化制造架构见图 2。 Figure 2. The structure of digital manufacturing 图 2. 数字化制造架构 4. SCADA 系统集成应用 以车轮加工检测生产线为例，利用 SCADA 系统和智能装备、业务系统的互联互通，企业实现了系 统的集成应用，为全面建设数据驱动型企业打造样板。SCADA 系统利用设备标准接口和专用技术协议， 将智能装备联网，实时采集智能装备的状态和执行数据，实现制造过程数据的实时采集，获得生产过程 数据，同时监控生产线状态，根据预先定义逻辑，向生产线中的装备发送控制指令，实现装备的启停、 上下料、设备间协同等。 1) 机床联网 DOI: 10.12677/csa.2019.912253 2279 计算机科学与应用 文勃 等 通过 PROFINET [5]总线，将车轮加工检测线中的车削中心、检测装备联网，用于生产线控制。利用 智能设备的工厂网络接口，将设备联网后，用于数据采集。网络拓扑图见图 3。 Figure 3. Network topology map 图 3. 网络拓扑图 2) 设备数据采集 采用 PROFINET 总线，利用 PLC 预先定义逻辑，SCADA 系统实现生产线逻辑控制，包括车轮的上 下料、设备启停、安全互锁。采用 OPC UA 协议[6]，利用工业网络，获得生产线实时状态。系统通过记 录设备的状态信息，通过采集到设备的报警数据会实时轮播展示在滚动条上。 3) 和业务系统接口 SCADA 系统利用 ESB [7]企业服务总线，采用 WEBSERVICE [8]方式， 实现和上层业务系统的集成， 获得车轮制造所需的 BOM 结构[9]、工艺流程、作业时间、NC 程序代码、生产工单等数据，用于车轮生 产线的生产调度和执行。工艺和生产数据见图 4。 Figure 4. The data of process and manufacturing 图 4. 工艺和生产数据 SCADA 系统实时采集生产过程数据，并将采集到的设备加工过程数据如使用的数控程序名、主轴转 速、负载、进给倍率、使用刀具、换刀时间、加工时间、工步节拍、车轮编号、设备报警等数据，和 MES 下发的工单绑定，向上层业务系统反馈，MES 系统实现质量数据收集的同时，自动开工、报工，数据采 DOI: 10.12677/csa.2019.912253 2280 计算机科学与应用 文勃 等 集见图 5。MES 系统利用生产线自动采集的数据，实现系统互联互通同时，有效解决传统 MES 系统人工 输入数据的短板，减少操作者劳动量提升工作效率同时，业有效解决了数据及时性问题。 Figure 5. The interface of data collection