工业半自动化数据采集终端解决方案
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工业半自动化数据采集终端解决方案
1、方案概述
20 世纪 90 年代以来，经济全球化的趋势日益增加，信息技术的发展极为迅
速，市场环境发生了根本性的变化。顾客驱动已成为市场的主要特征，市场竞 争的要素涉及到工控时间、质量、价格、服务和环境。而信息技术的广泛采用， 使得以顾客订货和市场需求为轴心的生产活动已可以不受时间和地域的限制， 竞争的高科技含量因此大大提高了。面对激烈竞争，企业界的重要对策就是采 用将制造技术与信息技术、自动化技术、现代管理技术和系统科学技术有机融 合的新一代先进制造技术。
在典型的 ERP 软件平台中，财务管理(包括会计核算，财务管理)、生产控
制(包括生产计划，制造)、物流管理(包括采购，库存管理，销售)和人力资源管
理等是基本功能模块。过去的若干年来，ERP 在国内得到了较广泛的重视，一 些企业花了大量资金上 ERP。但就一般情况而言，商业企业从 ERP 中获得的利 益比较明显，而工业企业却没有那么幸运，甚至受到不同程度的损害。这一现 象并非我国独有，在工业发达国家也是如此。美国 ARC 公司调查结果显示， 53％的客户反映 ERP 对工厂生产存在负面影响。怪不得有人说：不上 ERP 是 等死，上了 ERP 找找死。这里反映出在 ERP 实施过程中确实存在一些不可忽 视的问题，其中最主要的是光有 ERP 并不能帮助和指导工厂分析其生产的瓶颈， 改进和控制产品的质量，以及对具体的产品生产进行排产；ERP 不但没有调动 工厂管理人员的积极性，反而把他们降格为一种信息的收集者；ERP 虽有生产 控制模块，但难以真正在工厂层中使用。如果不加分析和改进这些问题，其结 果则是将 IT 推离、而不是融入工厂的生产活动。
工业信息化是指在工业的生产、管理、经营过程中，通过信息基础设施， 子集成平台上，实现信息的采集（传感器及仪表仪器）、信息的传输（通信）、 信息的处理（计算机）以及信息的综合应用（自动化、管理、经营等功能）等。 将信息技术用于企业产品设计、制造、管理和销售的全过程，以提高企业的市 场应变能力和竞争能力，这是企业信息化的主要内容和目标。
因此，如何将 ERP 系统的生产管理模块和工业信息化的深度集成是制造企
业提高生产效率、提高生产过程的安全性、提高产品质量、提高服务质量、缩
短交货日期、减少生产过程的原材料损耗最终提高企业核心竞争力的保障。
2、ERP 系统 与现场自动化设备信息断层问题
我国制造业多年来采用的传统生产过程的特点是“由上而下”按计划生产。
简单的说是从计划层到生产控制层：企业根据订单或市场等情况制定生产计划- --->生产计划到达生产现场--组织生产--产品派送。企业管理信息化建设的
重点也大都放在计划层，以进行生产规划管理及一般事务处理。如 ERP 就是
“位”于企业上层计划层，用于整合企业现有的生产资源，编制生产计划。在
下层的生产控制层，企业主要采用自动化生产设备、自动化检测仪器、自动化
物流搬运储存设备等解决具体生产（制程）的生产瓶颈，实现生产现场的自动
化控制。
由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，一个制造型企业能
否良性运营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可
以在最短的时间内掌握生产现场的变化，做出准确的判断和快速的应对措施，
保证生产计划得到合理而快速修正。虽然 ERP 和现场自动化系统已经发展到了
非常成熟的程度，但是由于 ERP 系统的服务对象是企业管理的上层，一般对车
间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在于
现场设备和工艺参数的监控，它可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但
是本身并非真正意义上的管理系统。所以，ERP 系统和现场自动化系统之间出
现了管理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往
显得束手无策或功能薄弱。比如面对以下车间管理的典型问题，它们就难以给
出完善的解决手段：
① 出现用户产品投诉的时候，能否根据产品号码追溯这批产品的所有生产过
程信息？能否立即查明它的：原料供应商、操作机台、操作人员、经过的
工序、生产时间日期和关键的工艺参数？
② 同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否自动校验和操作提
示以防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品交接错
误？
③ 过去 12 小时之内生产线上出现最多的 5 种产品缺陷是什么？次品数量各是
多少？
④ 目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各是多少？要
分别供应给哪些供应商？何时能够及时交货？
⑤ 生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转？影响设备
生产潜能的最主要原因是：设备故障？调度失误？材料供应不及时？工人
培训不够？还是工艺指标不合理？
⑥ 能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品质量的随
机波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中？
⑦ 能否废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷代码？
我们知道要解决以上的问题就必须实时的去记录车间每一道工序的操作数
据，将现场中的每一瞬间的信息的反馈到庞大 ERP 后台数据库中，让功能强大
的 ERP 分析报表进行查询分析，这样无疑是让每一个班组都要成为 PC 机的高
手，因为要不断的录入。这似乎在现实中实现很艰难，即时要实现这个无疑是
给予企业带来了巨大的人工录入成本，这不但不能提高生产效率，反而是降低
了企业的生产力。
半自动化数据采集终端系统就是使用统一的数据库和通过网络联接可以同
时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门、财务部门等提供车间管理信 息服务，将现场自动化系统的信息同 ERP 生产管理模块信息紧密的交互着，系
统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建
立一体化和实时化的 ERP 信息体系。
3、半自动化数据采集终端系统介绍
3. 1 半自动化数据采集终端系统与 ERP 系统无缝链接
半自动化数据采集终端系统与 ERP 系统的数据流程图：
客户订单
生产订单
生产排程
工序计划
ERP
系统
网络
接口
控制参数
操作指令
任务状态
过程参数
自动化生
产设备系
统/手工作
坊
显示操作员
接受指令
数据采集
更新 ERP 系统
半自动化数据采集终端系统的核心功能是进行数据采集、对生产指令 和工
序任务单的接受和传递、产品的跟踪记录管理、现场监控等，并通过数据采集
终端系统将现场信息实时的反馈到 ERP 系统中。
半自动化数据采集终端系统的结构图： 半自动化数
据采集终端
系统
数据采集终端
系统
生产车间
3. 2 半自动化数据采集终端系统设计原理
采用每道工序或者关键工序旁配置半自动化数据采集终端，每个数据采集
终端都配置好相应的工序和工作中心，当 ERP 系统中的生产任务下达后生成每
道工序的指令单，即同时生成每个数据采集终端的任务计划单。在数据采集终
端中可以显示对应工序的每天的工作进度安排（每个生产订单的开工时间和预
计完工时间、生产数量等信息），每个生产人员都有张员工卡，通过传感器、扫
描枪、数字键盘等输入设备输入员工卡后进行开机操作，表示已经开始操作机
台了。点击数据采集终端上的任务单，开始进行工序工作。同时数据采集终端
设备会把该信息发回到 ERP 系统中，系统就会知道该生产任务已经到达该道工
序上，并在终端设备中显示计划生产数量，然后生产完成后，生产人员只需要
直接录入实际生产完成的数量（通过传感器、扫描枪、数字键盘等输入设备），
按回车后自动记录并转达到下一道工序指令单中，下一道工序的工作人员，根
据终端设备显示的任务接受中点击接受上一道工序单过来的工作任务，并确定
接受的货品数量，点击核准后开始该道工序的运作，同时数据采集终端设备又
会把该信息发回到 ERP 系统中，然后生产完成后，生产人员只需要直接录入实
际生产完成的数量，按回车后自动记录并转达到下一道工序指令单中。如此循
环，直至该货品所有工序路线完成，直到完工入库，每个操作员工可以直接在
数据采集终端设备中进行下班操作，表示今天的工作任务已经完成。 采购管理 仓库管理 销售管理 财务管理
过程监控管理
产品跟踪记录 现场数据采集
质量管理 设备管理
生产文档
车间作业计划 工序计划
具体实现如下：
安装数字键盘
在生产任务单中自 动生成该货品生产
指令（条形码）
在生产任务单下达
后自动生成每道工
序的工序指令
通过数据采集终端扫接受工
序任务，进行工序加工，完
工后将数量录入系统
上一道工序录入完工后，自动转到下一
道工序，通过工序接受单核实后，开始
该工序的生产加工，完工后将数量录入
系统 工序计划单 生产任务单
工序 1
工序 2
完工入库 自动生成入库单
系统特点：
1、结合后台的 ERP 系统 的生产排程功能，将每次生产任务单下达后把工
序计划发布到不同的数据采集终端设备，告诉设备实时的工作任务。
2、数据采集终端设备，将通过传感器、扫描枪、数字键盘等输入设备，将
现场采集到的信息反馈回到 ERP 系统，供其他部门人员信息共享，能使其他部
门人员实时的知道生产车间的作业进度情况。
3、每个生产操作人员都有张员工卡，可以通过扫描枪、数字键盘等输入设
备，进行登录和退出终端设备，进行上下机操作。通过数据采集终端设备显示
每天的工作计划安排。系统也会显示每道工序的派工人员，供车间核实。
4、数据采集终端输入数据与后于系统计划安排的生产数量不符合时，系统
会给予预警，并通过系统消息告诉生管人员。
5、能实现现场数据与系统的信息的实时交互，大大减少了人工单据录入的
时间。
6、提高了生产车间数据的准确性，避免应人工录入带来的数据的误差。
3. 3 半自动化数据采集终端设备布置
工序 1
工序 2
工序 3
工序 4
工序 N
设备
设备
设备
设备
设备
ERP
服务器 网线 网线 网线 网线
数据
采集
终端 数据
采集
终端 数据
采集
终端 数据
采集
终端 数据
采集
终端
生管主控台
