纺织厂生产信息监控系统的设计.pdf

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1、第38卷 第3期2010年3月毛纺科技Wool Textile Journal计算机应用纺织厂生产信息监控系统的设计邵景峰1,李永刚2,任克俭3,党金房3,李 敏3,秦兰双1(11西安工程大学,陕西 西安 710048;21嘉兴学院数学与信息工程学院,浙江 嘉兴 314001;31陕西风轮纺织股份有限公司,陕西 咸阳 712000)摘 要:为了促进纺织厂信息化的发展,解决生产信息在局域网(LAN)内无法集成和共用的现状,对车间现有计算机监控系统存在的不足进行了分析,利用数据库技术、网络技术、通信技术等对系统的结构模型进行了设计,对系统设计过程中的技术难点进行了研究,并提出了相应的解决方案。通过

2、企业既定监控指标,利用专家法和模糊控制理论构建了系统决策评议模型。实际应用表明,该系统与传统系统相比,具有明显的优势,实现了整个企业的全面管理和生产信息的集成,以及生产数据的共用和管理决策的科学性。关键词:监控系统;生产信息;纺织厂;决策中图分类号:TS10317 文献标识码:A 文章编号:100321456(2010)0320057206Design of production information mon itoring and controlsystem of the textile enterpriseSHAO Jing2feng1,L I Yong2gang2,REN Ke2jia

3、n3,DANG Jin2fang3,L IMin3,Q I N Lan2shuang1(11Xian Polytechnic University,Xian 710048,China;21ComputerApplication Research Lab,Jiaxing University,Jiaxing 314001,China;31Production TechnologyDepart ment,ShaanxiWindWheel Textile Co.,Ltd.,Xianyang 712000,China)Abstract:To promote the development of tex

4、tile infor mation,solve the present condition of theproduction information can not be integrated and share in the LAN,a production information monitoringand control system are developed.First,the weaknesses that are from the existing computer monitoringsystem are analyzed,the structure model of syst

5、em is designed via the techniques of database,net work,communication and so on.Second,the technical problems in the system design process have beenstudied,and the corresponding solutions are proposed.Third,through the production monitoring andcontrol indexes,a system decision2making model is built b

6、y using the expert method and fuzzy controltheory.As verified by application,being compared with the traditional system,the system has someobvious advantages,the comprehensive management and production information integration are achieved,aswell as the production data share and scientific management

7、 decisions are realized.Key words:monitoring and control system;production information;textile enterprise;decision收稿日期:2009-06-25基金项目:企业横向项目;西安工程大学校管科研项目(项目编号:09XG15)作者简介:邵景峰,工程师,主要研究方向为纺织企业生产信息 系 统 的 设 计、算 法 设 计、智 能 计 算。E2mail:。随着计算机技术在纺织行业中的广泛应用,利用计算机进行生产过程的管理已成为一种发展趋势,已从车间的信息管理上升到车间生产现场的监控,并随着网络化

8、的不断推进,纺织厂开始着手研发或已合作研发了一些网络化的生产监测系统,例如:基于C/S模式的计算机配毛及信息管理系统1,并条机网络化监控系统的研制2,基于C/S模式的织75毛纺科技Wool Textile Journal第38卷 第3期2010年3月机监测系统设计3,基于C/S体系的纺织企业生产管理系统4等,这些系统已成功投入运行,实现了从一般的信息管理到车间生产过程的监测,在一定程度上提高了相应车间的工作效率,降低了劳动力成本,促进了纺织厂信息化的发展,已得到用户的好评。然而,目前针对纺织厂开发的集生产监测和信息管理于一体的远程监控系统相对很少,即使有也是单机版或只是针对某一车间而言,并没有

9、形成纺织厂整个生产过程的网络化管理,也没有实现整个企业的全面管理和生产信息的集成,更没有实现对生产设备的各种实时数据的采集和管理,以及生产过程中发生的各种异常状况进行及时的反馈等。为此,经过大量的实际调研和用户需求分析后,针对纺织厂开发了一种集生产信息监测和管理于一体的远程监控系统,在局域网内实现了生产信息的网络化和生产数据的共享共用,以及生产数据的分布式采集,决策信息的集中式管理,而且系统运行稳定、数据采集准确,能客观、真实的反映各个车间生产现场的实时生产状况,便于厂级生产管理者对生产过程的综合管理,从而加速了纺织厂信息化建设的程度,提升了企业现代化的生产管理水平。1 系统的结构模型远程监测

10、系统的体系结构主要由厂级信息中心(Infor mation Control Center)的管理系统(ManagementSystem)、车间的监测与控制系统(Monitoring andControl System)和各个车间的机台监测器(Monitor)3部分组成,其中作为主站(Main Station)的信息中心,主要负责全厂生产计划的分配与调度、生产成本统计、利润分析和产量质量的跟踪管理,并根据需求给相应的基站发布各种命令或请求,进行数据交换和相互通信,而且通过局域网可以实现与ERP系统的无缝集成;作为基站(Monitor Station)的车间服务器,一方面主要负责车间机台生产数据的

11、采集,信息的管理和生产运转参数的录入、生产决策数据的统计与分析,各类报表的生成与打印,以及为车间或厂级生产管理者以机台分布图、数据列表、曲线及报表等形式提供及时准确的生产统计与分析数据等;另一方面接收主站管理系统所下发的月生产计划以及相关的生产监控命令,并对这些命令进行分析与处理,按照先来先服务的原则进行分配,根据需要传输到相应的组、岗位或机台;监测器主要用来采集、处理、计算、存储机台对象(Machine Object)的生产数据,按照通信协议接收上层基站监控系统的各种指令,并为 基 站 监 测 系 统 回 送相 应 的 生 产 数 据(Production Data)。整个系统的结构组织模型

12、如图1所示。图1 监控系统的结构组织模型2 技术难点由于系统数据分布式地存储在各个生产车间的服务器上,如何实现生产数据的统一管理、在局域网内共享共用,以及保证所有数据的正确性、可靠性是整个系统的核心,因此,在数据库设计过程中的技术难点主要表现在2方面:数据库表结构不一致性。由于纺织厂生产车间较多,每个车间的分车间之间命名规则大相径庭,车间相互之间的位置分布不规则,加之机型和生产品种众多,每道工序间分工复杂,使得数据库的设计具有一定的复杂性。关键问题在于目前纺织厂在信息化管理方面自成体系,还没有一个统一的标准。要设计一个能在各个车间通用的数据库结构,相对而言比较困难,因为每个车间在生产管理、系统

13、构建、设计思想、工作流程方面没有一个规范的标准,85第38卷 第3期2010年3月毛纺科技Wool Textile Journal使得系统数据库的表结构无法统一,同一条数据在不同车间无法使用,致使生产数据之间无法衔接。数据的安全性。对整个系统而言,在各个车间交接班后的一段时间,各个基站的服务器都处于“忙”状态,无论是厂级领导还是车间生产管理者都要对交接班后的品种数据进行各种形式的统计,对本班次生产状况进行分析和考评,致使数据库的存取频率较高、访问时间相对集中。经分析,这些大的统计操作几乎都集中在一张或几张比较重要的数据表中,大多是同一个操作,这在很大程度上加重了基站服务器的负荷,而且容易引起网

14、络瓶颈,更容易导致数据库中数据的不一致或读“脏”数据。因此,如何很好地避免这种大的重复操作,有效防止网络瓶颈和人为的误操作,保证数据库中数据的安全性、完整性和一致性,又是一个技术难点。3 总体设计311 数据库结构的设计按照系统的功能要求,系统数据的主要来源分3种:一是实时数据,主要用来为客户端用户提供远程在线实时监控生产现场的基础数据,以及为车间各类报表的产生和决策数据的统计分析提供数据依据等,并通过人机界面,可以了解设备的运行状态;二是历史数据,在历史数据表中永久性存储,主要用来为车间或厂级领导提供管理决策数据,以及成本利润核算的基础数据,通过它可以得知设备在一段时间以来的变化规律,通过此

15、变化趋势可预测设备未来的运行情况或损耗情况;三是任务数据,主要是用来表示生产计划的执行过程,也是系统得以正常运行的基础数据。所有这些数据均以分布共享的方式存储在各级服务器的数据库中。基于以上对系统数据来源的分析,为了实现数据共用、减少网络的吞吐量、提高数据的利用率,在数据库设计时将信息中心和各个生产车间的系统数据库在结构上进行了规范,使其达到统一,而且对数据表字段的命名也进行了约定,使系统数据库具有通用性,并能在各车间的子系统上独立运行。经过数据整合后,完成整个系统的数据处理,其逻辑结构设计过程如下所示。31111E-R图设计监测信息库(MCI DB)的E-R模型如图2所示。其中机台信息、品种

16、信息、车间信息、生产数据等实体用矩形框表示,生产计划的执行、生产数据的统计与比较等联系用菱形框表示,机台品种属性、机台属性以及生产数据属性等用椭圆框表示,而且机台实体和品种实体通过执行过程建立联系,形成生产计划完成情况信息和台账信息;机台实体、生产数据实体和车间实体通过生产情况建立联系,产生生产数据信息和管理与决策数据信息。图2 监测信息库(MC I DB)的E-R模型设计31112 实体、联系与关系表之间的转换信息监测系统数据库中比较重要的数据表包括:机台信息表(机台标识码#、机台编号、机型、类型、所属车间、分车间、组、岗(车位)、品种编号、品种名称等);品种表(品种编号#、公制品种名称、英

17、制品种名称、纱线密度、纬密、计划单产、计划车速、锭数等);品种月计划表(计划号#、品种名称、月计划、月产量计划指标、台账计划指标等);品种日计划表(日计划号#、品种名称、开台数、质量计划指标,计划开台效率指标等);日生产计划表(计划编号#、品种编号#、品种名称#、车间编号#、车间名称、开台数、计划转速、计划单产等);生产数据表(编号#、机台标识码#、机台编号、组、岗(车位)、品种编号、品种名称等);台账信息表(机台编号#、品种编号#、品种名称、疵布编号、疵布名称、疵布类型、疵布匹数等)。312 决策模型的构建决策功能主要是针对信息中心的管理软件而设计的,目的是为企业的生产管理者提供客观、准确的

18、决策数据依据,从而实施相应的管理策略和决定。方法是通过企业制定的一些既定指标,即:增加用棉、原料成本投入,优化配棉;降低成本,减员增效;平衡生产计划,增强生产过程的调度;提高设备的利用率,加强设备更新;加强销售利润核算,细化附加成本;加强质量控制,促进成品、半成品生产过程的监控;加强原料核算、机物料管理;提高车间的整体环境,注重车间温湿度监控;规范管理制定,明确责任,优化人员结构;提高员工的整体素质,加强业务培训,将各个生产车间的生产计划、生产指标与实际生产数据进行比较,挖掘影响95毛纺科技Wool Textile Journal第38卷 第3期2010年3月生产数据正确性的各种因素,对影响生

19、产过程的一些主要因素进行评议,从中抽出对管理决策有用的信息,从而进行质量控制,加强固定资产的管理,投入产出决算、成本利润决策,以达到提高企业利润目的。对既定指标进行分析,将其组合成一个集合Q=ql,q2,q3,q4,q5,q6,q7,q8,q9,q10,形成比较详细的指标层次,然后分配一定的权重系数利用专家法来确定,最后开发相应的决策模型,对这10项指标进行评定。决策模型的构建过程如下。31211 指标的量化从效益指标的角度,将具体的决策指标体系分为软指标(与管理水平有关)和硬指标(与生产设备有关)2个方面,其中软指标主要包括生产车间对既定生产计划的执行情况、实际生产产量、质量的控制,生产计划

20、的平衡、车间的收支情况,成本产出情况、利润情况等,并包括生产计划的制定与实施(从厂级ERP系统中检索各个车间的生产计划制定情况,然后根据各个生产车间的实际情况和生产特点对每月的计划进行细分、形成相应车间的日计划,对其进行执行、监控)等,根据指标集合Q,软指标子集合Q1=q1,q2,q3,q5,q6,q9,q10,元素的个数为N(a);而硬指标包括车间的机台实际运转情况、设备停台率、车间的生产情况、设备利用率等指标,经细化集合Q,形成子集合Q2=q4,q7,q8,元素的个数为N(b)。在任意时刻t,Q1、Q2则满足:Q1Q2,N(a)N(b),而且N(Q-(a(t)b(t)0。31212 确定权

21、重系数根据指标集合Q1、Q2,针对生产过程中达不到要求的生产运行情况,采用专家法来确定各指标的权重系数5,对其进行及时处理。具体方法是:利用公式wi=(n-1)nj=1wij,其中ni=1wi=1,n为专家数,且n1,wij是第j个专家对第i个指标给出的权重系数,对各个生产车间的机台实时数据、历史数据进行生产过程的监控,并结合生产计划指标进行评估。31213 指标评估运用模糊理论对指标评估值进行确定6,具体方法是:首先对集合Q的10项指标进行量化,形成决策集V,并设定决策集V与评语集Q中的各个元素相对应,即V=vi|vi=qi,li10,然后由专家小组成员结合决策值V和 权重 系 数wi=(n

22、-1)nj=1wij对各项指标值通过函数fi=ni=1wivj利用加权求和的方法分别进行评议,得评议结果集合Xi=xi1,xi2,xi3,xik,xi10,其中xik是指标fi对评语Xk的隶属度。决策模块分析具体的指标后,对xik值进行统计,形成指标百分比,最后系统根据百分比自动绘制出评议结果曲线,并给出具体的峰值点V=V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7,V8,V9,V10,得出影响本班、当天或每月决策值的最大值,即V=Vi|max(xik),lk10,其为指标fi的决策参考值。31214 标准化处理当获得决策参考值V 时,决策模块还要进行标准化处理,使其具有针对性和合理性。因为在一定程

23、度上人为因素和一些无法预知因素可能会影响决策参考值V 的正确性,加之决策体系是一个多层次多指标体系,需要分层次逐步分析和决策,故对获得的决策值fi进行标准化处理7。方法是,假设一个车间所传输的生产数据存在一些人为因素j,且n-1j=0j=1,并存在一些无法预知因素j,且n-1j=0j=1,首先分别求j的上界值=j|max(j),lj10,下界值=j|min(j),lj10,j的上界值=j|max(j),1j10,下界值=j|min(j),1j10,然 后 利 用 公 式 i=(-max)/(max-min)分别对j、j求均值?,?,最后对公式fi=ni=1wivi进行修正,使其成为fi=(1-

24、?)(1-?)ni=1wivj,计算所得为指标fi的决策标准值。以某日的中班为例,设定系统权重系数wi为0110,人为因素 j为01100,无法预知因素 j为01100,通过决策模块对中班交接班后的生产数据进行统计与分析,并对10项既定评价指标利用5级评议值(5表示影响因素很小、4表示影响因素较小、3表示不影响、2影响因素较大、1影响因素很大)进行评议,从中挖掘对生产管理有用的信息,将其形成决策数据依据,其结果如表1所示。总评议38人,有效参评38人,其人员构成分布如表2所示。由表2可知,系统参评人员主要由厂级生产管理者、车间主任和班长组成,其人员结构分布合理,评议过程具有针对性,评议结果真实

25、有效,且有效数据具有科学性,故不需要对参评数据进行异常处理。06第38卷 第3期2010年3月毛纺科技Wool Textile Journal表1 生产决策数据序号评价指标fi的决策标准值fi的决策参考值峰值点V/%权重系数wi评议值543211增加用棉、原料成本投入,优化配棉8170081706871105 260110151672降低成本,减员增效8135581368841342 11011013156313平衡生产计划,增强生产过程的调度8188581882881157 8901101913514提高设备的利用率,加强设备更新8160281618861052 6301101121515加

26、强销售利润核算,细化附加成本8148581485841605 26011013165316加强质量控制,促进成品、半成品生产过程的监控8178981794871105 2601101813437加强原料核算、机物料管理8157481588851263 16011014121118提高车间的整体环境,注重车间温湿度监控8167581676861315 7901101220519规范管理制定,明确责任,优化人员结构8179081794871894 7401101715610提高员工的整体素质,加强业务培训8140981412841210 53011081911表2 参评人员构成 人员构成人数比例/

27、%厂级生产管理者1128195车间主任1026132班长923168帮接工821105普通人员00 综上所述,共有38人次对当班的生产数据进行了统计与分析,形成了管理决策数据,其中fi的最大值所对应的指标序号为3(fi=81885),其次为序号9(fi=81790),再次为序号6(fi=81789),结果表明:厂办应该根据每个车间的每月生产统计数据为车间平衡生产计划,对生产计划指标应该适当调整,使其获得最优匹配效果,同时,车间也可以根据实际生产情况对轮班生产计划指标分配一定的权重系数,对早中夜3个轮班的生产计划适当的调整,加强生产过程的调度,调动工人的劳动积极性,提高设备的利用率。这样,系统决

28、策结果与厂级生产管理者的管理目标基本一致,说明此数据具有一定的代表性,管理决策模型具有一定的科学性。313 数据库安全性设计根据纺织厂现行的分级管理体制,厂办信息中心和各个生产车间在整个系统中所扮演的角色是不同的,管理权限也有所区别,但是都对不同数据库中的同一个数据进行操作,这种体系结构如果没有合理的权限管理方法将会引起整个分布式数据库中数据的混乱,容易导致多个数据库中数据不一致,甚至破坏数据的完整性和一致性,更无法形成合理的决策数据。为此,根据需求分析,采取分级式管理的方法8,对系统权限进行了合理的划分,保证了多个数据库中数据的安全性,这样,厂办信息中心处于信息化建设的中心地位,应拥有最高权

29、限,能实时查看和监控各个生产车间的机台运转情况,并能为各车间的系统管理员分配权限和管理功能,而各个生产车间的系统管理员只能在本车间的监控系统中拥有最高权限,只能给车间其他人员分配权限和管理功能,故权限划分为2个级别,如图3所示。一是信息中心和各个车间管理权限的分配,一是人员权限管理的划分。图3 系统权限划分由图3可知,首先为信息中心、各个生产车间之间设置了一个“中心车间角色”权限表(CenterWorkshop),实现了权限的统一分配,其中信息中心具有最高权限1-Sys Admin(权限划分3个等级:1-SysAdmin表示系统管理员,2-Data Base Admin表示各个生产车间的数据库

30、管理员,3-Worker表示普通人员),能够随时调度系统中的所有数据,并能远程在线监控任何生产车间的设备运转情况,其中为每个生产车间分配权限的目的是为了方便生产数据的集中式管理和管理权限的细化。16毛纺科技Wool Textile Journal第38卷 第3期2010年3月其次,在系统数据库还设计了一个“车间用户角色”权限表(Workshop Work),其为权限表CenterWorkshop的子表,主要是针对每个生产车间的。当车间的数据库管理员拥有权限Data Base Admin后,开始在相应车间的监控系统中分配权限(包括:1-SysAdmin系统管理员,即信息中心的管理员,2-Data

31、 Base Admin车 间 的 数 据 库 管 理 员,3-Workshop Dean车间主任,4-Shift Admin每个班的班长,5-Worker普通人员),使拥有不同权限的人员登录系统后只能操作权限范围内的系统功能,而其他的操作功能被屏蔽。由于数据库管理员拥有Data Base Admin权限,可管理整个监控系统,以及数据库的备份和恢复;而车间主任拥有WorkshopDean权限,可实现对整个车间生产设备进行监测,生产数据的统计分析等;每个班的班长只能拥有ShiftAdmin权限,只能在相应班次中实现对整个车间生产设备监控,生产数据的统计分析,以及查询打印等;权限最小的是普通员工,只

32、能具有浏览部分生产数据的权限。最后,为进一步保证数据库中数据的安全,还采取了2方面的安全措施:一是为系统数据库中的每张数据表(除2个权限表外)根据不同的权限设计了不 同 的 视 图(View),根 据 视 图 机 制(ViewMechanism)使拥有不同权限的用户所操作的视图不同,将一些重要信息根据权限的不同进行有效屏蔽;二是为系统的每个功能模块(Module)也增加了权限,使拥有不同权限的用户所看到的系统功能有所不同。这样,在对本地数据库中的一些数据执行更新操作时,基站监控系统会自动将更新后的数据写到主站数据库中的相应表中,在执行删除操作时,系统则执行逆操作,首先删除远程信息中心系统数据库

33、中的相应数据,然后删除本地数据库中的相应数据,有效地维护了数据库的安全性。4 系统应用情况监控系统在某纺织厂投入试运行以来,无论是信息中心的管理系统还是各个生产车间的监控系统,都运行稳定、数据采集准确,主要功能满足了车间乃至企业生产管理、产量质量的监测、报表的统计分析及质量方面的管理要求,并能实时反映生产现场的机台运转状况,很大程度上提高了车间的生产管理效率,降低了产量数据的差错率,减少了手工操作,实现了生产数据的网络化管理和共用,而且管理决策模块数据统计准确,系统界面友好,简便易操作,大大提高了企业的生产管理效率和经营决策的科学性。5 结束语生产信息监控系统将纺织厂的生产信息管理和产量质量管

34、理实现了信息化、网络化,以及生产数据的共用,提高了信息化的集成度,从根本上改变了传统的人工管理方式,加强了生产过程的监控和调度。生产决策功能迅速准确地完成生产过程的最优化分析,为厂级生产管理者提供管理决策所需的最佳方案,并利用权限分级式管理的方法有效地保证了系统数据库中数据的安全性,提升了企业的核心竞争能力,极大地促进了企业生产信息化的管理水平。参考文献:1 张星,张得昆,沈兰萍.基于C/S模式的计算机配毛及信息管理系统J.纺织学报,2009,30(4):135-138.2 张得昆,臧衍乐,张星.并条机网络化监控系统的研制J.棉纺织技术,2007,35(10):1-4.3 邵景峰,秦兰双.基于

35、C/S模式的织机监测系统设计 J.纺织学报,2006,27(7):75-78.4 谢春萍,王先锋,徐伯俊.基于C/S体系的纺织企业生产管理系统J.棉纺织技术,2002,30(6):32-34.5 Pati1 A,Oundhakar S,Sheth A,et al.METEOR2SWeb serviceannotation framework C /Proceedings of 13thInternationalWorld W ide Web Conference.NewYork,IEEE ComputerSociety,2004:553-562.6 Haller A,Cimpian E,Moc

36、an A,et al.WS MX2Asemanticservice2orientedarchitecture C /ProceedingsofIEEEInternational Conferenceon WebServices.Orlando,IEEEComputer Society,2005:312-328.7 PapazoglouM P,Kramer B J,Yang J.Leveraging web servicesand peer2to2peer networksC/Proceedingsof 15th InternationalConference on AdvancedInform

37、ationSystemsEngineering.Klagenfurt,SpringerVerlag,2003:485-501.8 Alam Sadaf R,Barrett Richard F,Kuehn Jeffery A,et al.Characterization of scientific workloadson systemswithmulti2coreprocessors C /Proceedingsof2006IEEEInternationalSymposium on Workload Characterization.San Jose,IEEEComputer Society,2006:225-235.26