复杂铸件产品生产过程多源异构数据融合技术应用.pdf
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1、Vol.44 No.08Aug.2023工艺技术TechnologyD0I:10.16410/j.issn1000-8365.2023.3054铸造技术FOUNDRYTECHNOLOGY.771.复杂铸件产品生产过程多源异构数据融合技术应用王传胜,钟东彦1,张广超1,高峰1,尚海峰,田超?,付煜1(1.一汽铸造有限公司,吉林长春1 3 0 0 6 2;2.启明信息技术股份有限公司,吉林长春1 3 0 0 2 2)摘要:为了解决汽车行业潮模砂铸造领域质量追溯困难的问题,通过采集铸件生产制造过程影响铸件质量的不同种类、不同格式、不同结构、不同质量的数据,基于MES系统通过程序设计将所采集数据运用多
2、源异构融合技术进行处理,形成铸件制造过程质量相关规范数据,并与铸件实时绑定存人数据库或数据湖中进行共享,供生产计划排程、生产过程管控、全生产过程质量管理、工厂内物流管理系统使用,实现铸件产品单体质量追溯及批次质量追溯。处理后的数据通过对照工艺质量标准进行追溯,在指导铸件生产过程质量参数优化方面起着重要作用。系统运行后,经过大量数据积累,后期运用大数据分析和质量模型算法,实现了质量预测和反馈控制,并探索出一条铸造企业在生产制造领域以数据赋能产品质量提升的数字化系统建设之路。关键词:多源异构;数据采集;数据融合;质量追溯;模型算法;数据赋能中图分类号:TG248Application of Mul
3、ti-source Heterogeneous Data Fusion Technology inWANG Chuansheng,ZHONG Dongyan,ZHANG Guangchao,GAO Feng,(1.FA W Foundry Co.,Ltd,Changchun 130062,China;2.Qiming Information Technology Co.,Ltd,Changchun 130022,China)Abstract:To address the difficulty of quality traceability in the field of automotive
4、foundries using sand molds,data ofdifferent types,formats,structures,and qualities that affect the quality of castings during the production process werecollected.Based on the manufacturing execution system(MES),the collected data were processed using multi-sourceheterogeneous fusion technology to g
5、enerate standardized quality-related data of the casting manufacturing process,whichwas linked to the castings in real-time and stored in a database or data lake for sharing.It was then used for productionplanning and scheduling,production process control,overall quality management of the production
6、 process,and internallogistics management systems to achieve traceability of individual casting product quality and batch quality.The processeddata play an important role in quality traceability and guiding the optimization of quality parameters in the castingproduction process by comparing them wit
7、h process quality standards.After the system is implemented and a large amountof data is accumulated,big data analysis and quality model algorithms are applied to achieve quality prediction andfeedback control.This study explores the path for a foundry enterprise to enhance product quality through d
8、ataempowerment in the field of production manufacturing.Key words:multi-source heterogeneity;data acquisition;data fusion;quality traceability;model algorithm;dataempowerment汽车行业潮模砂铸造领域,由于其生产工艺复杂,制造过程长,单位的生产质量波动较大,导致质文献标识码:AComplex Castings Production ProcessSHANG Haifeng,TIAN Chao,FU Yu!文章编号:1 0 0
9、0-8 3 6 5(2 0 2 3)0 8-0 7 7 1-0 7量问题追溯困难。一汽铸造公司铸造一厂MES系统以实际生产需求为基础,采用计算机及通讯技术与收稿日期:2 0 2 3-0 3-1 4基金项目:国家重点研发计划网络协同制造和智能工厂”重点专项(2 0 2 0 YFB1710100)作者简介:王传胜,1 9 7 0 年生,主任,高级工程师.主要从事企业数字化规划、IT管理、系统开发工作.Email:wcs_引用格式:王传胜,钟东彦,张广超,等.复杂铸件产品生产过程多源异构数据融合技术应用 J.铸造技术,2 0 2 3,4 4(8):7 7 1-7 7 7.WANG C S,ZHONG
10、 DY,ZHANG G C,et al.Application ofmulti-source heterogeneous data fusion technology in complex castingsproduction processJ.Foundry Technology,2023,44(8):771-777.Vol.44 No.08772.FOUNDRYTECHNOLOGY各类生产设备、传感器、图像识别设备、应用系统(包括ERP系统、各工序自动化控制系统、光谱分析系统、测温系统、试验检测系统等)集成,结合对移动端、PC端的人工数据采集,通过信息技术对各工序、各系统、各设备、各类型的
11、过程数据与原材料信息数据及操作者现场实录数据进行采集、处理,结合工艺标准、质量标准及数据治理规范,对采集到的这些多源异构数据进行融合处理。在此过程中,需要把不同来源、格式、特性的数据在逻辑上或物理上有机地集中,才能为其他系统应用提供规范统一的数据!。系统实现过程解有5 个难点:数据多源,包括设备PLC、传感器 2 4 、上位机、人工录人数据及试验检测类数据,且各类PLC设备的品牌、型号、接口条件不一致。数据异构,数据源包括ERP数据、人工录入文件等结构化数据,PLC数据、照片数据、CSV数据、文本文件等非结构化数据。数据分散,数据来自不同类型设备控制器的缓存、不同种类数据库、上层应用系统接口数
12、据表、各类传感器 5-7 等。数据质量,各数据源数据质量状态不一,一部分满足采集后即可按条件存储的要求,一部分需要采集后进行数据转换才能存储使用。数据管理,铸造工艺参数的元数据,生产、质量、设备、能耗和环保数据指标集,不同场景下数据管理标准不一样,影响现有数据的采集、存贮、使用的规范化、标准化。针对上述难点,本文通过研究多源异构数据规范治理、分析与融合技术,应用到本厂MES系统建设中,实现铸件生产过程中多源异构数据的标准化、格式化存储,并与铸件一一对应。通过MES系统的应用实践,实现了复杂铸件产品的单体1 0 0%可追溯率,重点铸件采取针对性控制措施,产品质ACCESSSSSqlserverO
13、raclemysql上层系统MESLES ERP其他系统定制化系统/设备标准协议PLC设备设备OPCModbusEtherNETAug.2023量可提高1 0%2 0%,也使生产效率提升1 0%2 0%。1总体结构汽车行业潮模砂铸造领域一般包括熔化、配砂、制芯、造型、清理等工序。由于历史规划、建设不同步等原因,各工序、各系统、各设备的孤岛现象非常严重,甚至有些设备数据根本不开放,且缺乏有效的数据管理机制,导致各类数据缺失、不一致等,成为现代企业想要充分挖掘数据价值、利用大数据进行质量预测分析及经营决策的瓶颈。要解决上述问题,必须实现工厂级数据集成融合,针对不同数据源采取不同的集成融合8 手段,
14、包括批融合与流融合及批流结合等,借助统一数据采集平台进行底层数据采集、标准转换、规范存储及发放共享。图1 为数据集成一般架构。由图可知平台核心具备丰富的通讯协议、设备驱动及接口方式,支持广泛的数据类型,可按需采集批量数据和实时数据,向上可将各类数据按相关标准进行转换后存入数据湖或数据库中,也可以直接与各系统进行接口,满足应用系统对异构数据、多源数据、分散数据的整合。2数据融合数据融合可广泛应用于各个行业的数字化系统,但要结合各自行业的特点进行数据融合,采取最有效、最适合的方法进行各自行业的数据融合处理。汽车行业铸造领域数据融合 9-1 0 1 一般可分为数据获取、数据清洗、数据转换、及数据融合
15、等流程,需保障数据的准确性、及时性、稳定性及一致性 叫。2.1数据获取首先要与各类设备、系统建立通讯并获取相关数据,此处以PLC数据采集存储为例(图2)。建设车数据库客户端ODBcPC移动设备IOT工程节点APIOPCModbus统一数据处理平台:采集、转换、存储、发放丰富的通讯协议与设备驱动及定制化研发CNC设备数据采集网关设备卡西门子西门子欧姆龙发那科三菱三菱图1 数据集成一般架构Fig.1 General architecture of data integrationWEB余H5界架构系统分布式IOT监控节点MOXA研华面报警管理分析趋势地图兼容其他系统视频设备研华上位机系统检测系统凌
16、华研祥海康威视宇视非标设备铸造技术0 8/2 0 2 3就绪NUM间级或者厂级的基础设施,包括环形网络、边缘设施、设备通讯模块改造,要考虑设备模块及网络的统一通讯协议选择,设备之间、设备与系统之间的通讯安全及有效隔离,以防止数据干扰,同时IP地址必须要统一分配,包括设备局域网IP、生产办公网IP的分配管理,以防止IP冲突导致设备岩机,并统计收集好要集成的数据内容及对应的变量地址。然后根据不同品牌不同型号的PLC选择相应的驱动程序以建立通讯,在数据处理平台内进行组态及脚本编程,经过如下脚本编程可以将非结构化的PLC变量数据及传感器数据 1 2-1 5 等转化为结构化的数据进行存储共享,为设备状态
17、监控、寿命预警、质量追溯、质量预警、生产实绩监控、刀具寿命预警提供基础数据支撑。数据采集存储脚本编程如下:Dimrhks,lc,strSQLDimnewlcSetrhks=HMIRuntime.Tags(RH_ZPL_CSKS_A)rhks.Read融化开始Set lc=HMIRuntime.Tags(RH_ZPL_LCJS_A)lc.Read炉次If Len(lc.value)=1 Thennewlc=oo&lc.valueElseif Len(lc.value)=2 Thennewlc=o&lc.valueElseif Len(lc.value)=3 Thennewlc=lc.valueE
18、lse王传胜,等:复杂铸件产品生产过程多源异构数据融合技术应用I变量管理-WinccConfigurationStudio文件编辑日视图工具帮助变量管理变量【全部】中量营理名称零内部变量ConnectedRTClients-AllenBradley-Ethernet IPecurrentUser2IlAllen BradleyE/IPControllLogix3CurrentUserName-IlAllen Bradley E/IPPLCs4DatasourceNameRTLoNewConnection,2S白-IIAllen Bradley E/IP SLCSOx6LocalMachineN
19、ameoNewConnection1PHServer_Mirror_DetailsPHServer_Mirror_State-SIMATICS7-1200,S7-1500ChannelePHServer_PrincipalDetals白-IIOMS+910PHServer_Principal_StateL,NewConnection_311RedundantServerState申-IL SIMATICS7Protocol Suite12SCRIPT_COUNT_ACTIONS_IN_QUEUESIIMPI13SCRIPT_COUNT_REQUESTS_IN_QUEUESIIPROFIBUS1
20、4SCRIPT_COUNT_TAGSIl Industrial Ethernet15ServerNameIlSIotPLC16ServerVersion申-ITCP/IP17QTLGRT_AVERAGE_TAGS_PER_SECONDoNewConnection,418QTLGRT_SIZEOF_NLL_INPUT_QUEUEILPROFIBUS(I)19TLGRT_SIZEOF_NOTIFY_QUEUEIl Industrial Ethernet(l)20TLGRT_TAGS_PER_SECONDIlNamed Connections21a1ILSoftDLC22a2交量管理23a324a4
21、推警记录2526Z1变量记录272228连接人组人变望图2 PLC数据采集存储Fig.2PLC data collection and storagenewlc=lc.valueEndIfIfrhks.Value=1 ThenOpenDataBase_ConfigstrSQL=insert into PLCFurnace(pkey,produc-tionCode,prodUnitCode,prodUnitName,furnace Type,waterStart,status,type)values(PLCPouringWaste_n_s.NEXTVAL,A;A;A;A&newlc&,sysda
22、te,O;2With objCommand.ActiveConnection=objConnection.CommandText=strSQLEndWithSet objRecordset=objCommand.ExecuteCloseDataBase_ConfigTxtRecord(中频炉A出水开始&newlc&)End IfPublic strSQLPublic strConnectionStringPublicobjRecordsetPublicobjConnectionPublic objCommandSub OpenDataBase_ConfigstrConnectionString
23、=Provider=OraOLEDB.Ora-cle.l;User ID=c#WINCC;PASSWORD=WINCC;DA TA SOURCE=10.67.68.226:1521/orcl;strConnectionString=Provider=OraOLEDB.Ora-773.查找注释值数据类型0无符号的1 6 位值文本变量:位字符集文本变量1 6 位字符集c_winctst_23_02_1:文本变量1 6 位字符集DeltaLoaded0DESKTOP-OSBAZPU4000DESKTOP-OSBAZPU07.04.20.000000000中文简体,中国)无符号的3 2 位值文本变量8
24、 位字符集文本变量1 6 位字符集文本变量1 6 位字符集文本变量1 6 位字符集文本变量1 6 位字符集无符号的1 6 位值无符号的3 2 位值无符号的3 2 位值无符号的3 2 位值文本变量1 6 位字符集文本变量1 6 位字符集64-位浮点数IEE75464-位浮点数IEE75464-位浮点数IEEE75464-位浮点数IE754无符号的3 2 位值无符号的3 2 位值无符号的3 2 位值无符号的3 2 位值无符号的1 6 位值无符号的1 6 位值无符号的1 6 位值Vol.44 No.08774.FOUNDRYTECHNOLOGYcle.l;User ID=FF_MES;PA SSWO
25、RD=fAX pzE3z6Qiz;a.*DATA SOURCE=itmes;FROMSet objConnection=CreateObject(ADODB.Con-MesRecProducePlan_View anection)WHEREobjConnection.ConnectionString=strConnection-a.ROWID!=(SELECT max(b.ROWID)FROMStringMesRecProducePlan_ViewbWHEREobjConnection.Opena.BODYNO=b.BODYNO)Set objCommand=CreateObject(ADOD
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