發(fā)表時間：2019-02-23 23:32:21
隨著動車組項目引進消化吸收和再創(chuàng)新的不斷推進，動車組調(diào)試現(xiàn)狀已經(jīng)跟不上生產(chǎn)提升的步伐，現(xiàn)有調(diào)試模式與精益生產(chǎn)的理念也存在很大差異，人工調(diào)試、紙質(zhì)記錄、數(shù)據(jù)無法分析和追溯等問題嚴重影響調(diào)試的效率和質(zhì)量。動車組數(shù)字化調(diào)試車間建設(shè)項目在車間物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過對終端、儀器儀表、試驗設(shè)備、視覺檢測設(shè)備等參調(diào)設(shè)備的控制，實現(xiàn)調(diào)試過程的流程話、數(shù)字化和透明化，覆蓋調(diào)試業(yè)務(wù)全流程，為技術(shù)工程部門、總裝廠和質(zhì)量管理部門提供信息共享和交流的平臺。
動車組數(shù)字化調(diào)試車間采用“管理平臺+移動操作終端+調(diào)試設(shè)備”的系統(tǒng)架構(gòu)，管理平臺根據(jù)業(yè)務(wù)的需求對軌道交通裝備調(diào)試的業(yè)務(wù)需求進行管理和維護，并以便攜式操作終端為載體，對調(diào)試設(shè)備實現(xiàn)自動化控制，從而實現(xiàn)調(diào)試和質(zhì)檢等工藝過程的自動化。在統(tǒng)一的車間調(diào)試數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，進行調(diào)試工藝過程的數(shù)據(jù)分析，提高現(xiàn)場工作與工藝管理部門的工作效率，為調(diào)試工藝優(yōu)化提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。目前該項目已經(jīng)建設(shè)了8條數(shù)字化調(diào)試線，調(diào)試工藝覆蓋了XX等17種車型的14種過程的1600多個工藝調(diào)試過程，能夠監(jiān)測和控制包括移動操作終端、便攜式智能儀表、電機轉(zhuǎn)向架、智能指令試驗器和貫通指令試驗器在內(nèi)的6類調(diào)試設(shè)備168臺，全面實現(xiàn)調(diào)試過程的自動化和數(shù)字化。
通過動車組數(shù)字化車間建設(shè)項目，一方面實現(xiàn)了調(diào)試工藝的標準化，調(diào)試記錄的數(shù)字化，整車調(diào)試時間比原來手工調(diào)試節(jié)省20%左右，數(shù)據(jù)錯誤率降低50%左右。另一方面實現(xiàn)了調(diào)試過程的可監(jiān)控和可分析，其中的人員效率、調(diào)試時間、設(shè)備質(zhì)量等數(shù)據(jù)的分析，為車間管理人員提供了決策依據(jù)。
智能制造案例-某制動系統(tǒng)生產(chǎn)裝配車間工藝管理與控制系統(tǒng)
目前國內(nèi)離散型制造多以手工裝配作業(yè)為主，裝配現(xiàn)場常采用工藝卡片來指導生產(chǎn)，這種集成卡片式的裝配工藝規(guī)程主要依靠自然語言進行工藝內(nèi)容的描述，導致不形象、不直觀、不規(guī)范，造成工人不易快速準確地理解裝配工藝，嚴重影響了產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和效率。而且現(xiàn)場手工作業(yè)方式導致現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集困難，工藝過程可視化和精細化的程度比較低，生產(chǎn)過程管理成都較低。
基于流程的可視化工藝管理及控制系統(tǒng)對裝配流程給予可視化指導，并對裝配過程中的員工信息、產(chǎn)品質(zhì)量、作業(yè)情況、檢測結(jié)果，受控數(shù)據(jù)、質(zhì)量問題、質(zhì)量檢查情況等數(shù)據(jù)進行記錄與管理，同時與PLM系統(tǒng)相兼容，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)調(diào)用?？梢暬に囅到y(tǒng)旨在實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)無紙化、操作過程清晰化、質(zhì)量問題全記錄、產(chǎn)品流程可追溯的目標。
車間工藝管理與控制平臺采用了中心服務(wù)器、現(xiàn)場操作端兩層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，中心服務(wù)器作為平臺中所有數(shù)據(jù)的存儲與管理端，現(xiàn)場操作端為裝配工人提供裝配任務(wù)下載、查看、記錄與反饋的操作環(huán)境，同時現(xiàn)場端需要支持質(zhì)檢人員采用便攜式移動終端的方式進行產(chǎn)品故障的提交。
軟件功能主要通過智能化車間生產(chǎn)綜合管理平臺（以下簡稱管理平臺）實現(xiàn)，采用不同的入口將其功能、界面、操作模式進行區(qū)分，主要包括：管理人員、質(zhì)檢人員、班組長與現(xiàn)場操作人員四類；并為產(chǎn)品介紹文件的開發(fā)提供通用的開發(fā)環(huán)境，可以將常用的產(chǎn)品信息開發(fā)為電子技術(shù)手冊的格式，并在管理平臺中進行瀏覽。硬件環(huán)境主要包括現(xiàn)場裝配人員操作使用的主機與顯示設(shè)備，來為操作人員提供可視化的操作環(huán)境，現(xiàn)場移動操作終端為質(zhì)檢人員提供信息記錄與提交的環(huán)境。
該系統(tǒng)主要特點是實現(xiàn)了工藝流程的可視化管理即針對每個裝配流程給予相應(yīng)的照片、動畫、視頻、注意事項，使裝配流程簡單易懂，并能確保安裝的準確無誤,并且產(chǎn)品文件可以隨時更新和修改,裝配流程可以隨時優(yōu)化。本系統(tǒng)實現(xiàn)了無紙化檢測檢驗，可以節(jié)省紙張，節(jié)約工藝書的打印時間。并且本系統(tǒng)預留了PLM接口、ERP系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的接口，方便擴展。
可視化工藝管理及控制系統(tǒng)由可視化組裝工藝管理平臺和數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)平臺兩部份組成。本平臺的實施效果如下：
1）通過可視化工藝平臺的設(shè)計實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的無紙化，將原有的二維工藝通過多種形式如照片、視頻或者動畫的形式結(jié)合文字方式進行可視化，從而避免寫不明，說不清，看不懂的現(xiàn)象，有效指導工人進行工作；
2）通過及時收集現(xiàn)場關(guān)鍵工序的作業(yè)數(shù)據(jù)，反饋工藝紀律執(zhí)行情況，通過現(xiàn)場問題的電子化提交，有效進行質(zhì)量問題的收集，便于進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，針對異常情況及時采取相應(yīng)措施；
3）實時監(jiān)控數(shù)控設(shè)備的運行狀態(tài)，不斷優(yōu)化設(shè)備運行參數(shù)，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量和合格率；
4）在生產(chǎn)效率方面：在統(tǒng)計零件生產(chǎn)所需資源的配套方面和生產(chǎn)進度統(tǒng)計反饋方面投入了大量的人力物力，通過信息化手段減少人力物力的投入，同時滿足快速生產(chǎn)的需求；
5）在質(zhì)量管理方面，通過收集生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的質(zhì)量數(shù)據(jù)，以輔助進行質(zhì)量分析；
6）在信息共享方面，預留PLM系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的接口，便于進行無縫集成，以減少人工重復工作量，提高數(shù)據(jù)的準確性，為數(shù)字化車間的建立打下基礎(chǔ)。
通過本平臺，實現(xiàn)了制動生產(chǎn)車間的裝配流程的可視化指導，并對裝配工人的工時、問題記錄、檢測結(jié)果等數(shù)據(jù)進行了電子化的記錄與管理，提高了生產(chǎn)效率，降低了人力物力成本，規(guī)范化了操作流程。
智能制造案例-工業(yè)機器人減速器生產(chǎn)線遠程狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)
隨著高精度高品質(zhì)的機加產(chǎn)品對機床加工質(zhì)量的要求越來越高，生產(chǎn)廠家急需實現(xiàn)機床狀態(tài)的實時監(jiān)控，來保證機床良好的工作狀態(tài)，從而保證機加產(chǎn)品的高質(zhì)量。另一方面，機床的復雜程度和智能化程度的不斷提高，使得系統(tǒng)發(fā)生故障或失效的潛在可能性也越來越大，狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷是保證機床正常工作的必要條件。在現(xiàn)有的智能化車間生產(chǎn)管理建設(shè)中，也需要對機床的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，通過機床聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了機加車間的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，從而保證車間生產(chǎn)的順利進行。
工業(yè)機器人減速器生產(chǎn)線遠程狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)判讀、故障診斷、維修決策、故障預測等技術(shù)，實現(xiàn)了加工線上主要設(shè)備工作狀態(tài)的實時監(jiān)控，對設(shè)備的故障狀態(tài)進行有效識別，提前預測設(shè)備的健康等級，以提供可靠及時的現(xiàn)場維修指導。
工業(yè)機器人減速器生產(chǎn)線遠程狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)是結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和制造過程狀態(tài)實時監(jiān)控技術(shù)，依據(jù)信息的生成、傳輸、處理、集成和應(yīng)用的原則，設(shè)計出的針對工業(yè)機器人減速器加工線的狀態(tài)監(jiān)控的平臺，該框架劃分為三層：現(xiàn)場控制層、車間應(yīng)用層和企業(yè)應(yīng)用層。
現(xiàn)場控制層：現(xiàn)場控制層采用現(xiàn)場總線的方式采集與在制品質(zhì)量相關(guān)的機床、托盤、地軌機器人、上料料倉和下料料倉等設(shè)備的狀態(tài)信息；將任務(wù)單、工藝單、圖紙信息、NC代碼等作業(yè)信息及時準確下達到指定工位上的加工設(shè)備進行加工；采用RFID釆集生產(chǎn)過程中生產(chǎn)工具、操作員等生產(chǎn)要素的信息，實現(xiàn)對設(shè)備利用情況、人力資源、工具使用信息的動態(tài)追蹤和實時釆集。
車間應(yīng)用層：車間應(yīng)用層主要是對采集到的車間生產(chǎn)過程中的設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)要素信息等進行監(jiān)控和分析。狀態(tài)監(jiān)控主要是對成形砂輪磨齒機、偏芯軸外圓磨床、托盤、地軌機器人、上料料倉、下料料倉、測量機、清洗機等設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，檢測出異常數(shù)據(jù)。設(shè)備故障診斷就是基于設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行故障定位。設(shè)備健康預估就是基于狀態(tài)數(shù)據(jù)對設(shè)備的健康狀態(tài)進行評估，并給出設(shè)備處于的健康等級和維修計劃。設(shè)備效率分析就是采用目前國際上通用的標準OEE數(shù)據(jù)分析方法對設(shè)備的使用效率進行分析。排產(chǎn)管理就是基于設(shè)備的狀況對設(shè)備的生產(chǎn)計劃進行有效安排。數(shù)控程序管理就是對機床的NC程序進行編輯和版本管理，并根據(jù)生產(chǎn)計劃分發(fā)到各個機床上。
企業(yè)應(yīng)用層：企業(yè)應(yīng)用層主要由計劃管理、圖紙管理、辦公自動化、供應(yīng)商管理、客戶管理、決策支持等信息系統(tǒng)組成。由于車間信息集成，無論是設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)、人力資源等都能有統(tǒng)一格式的信息源，各系統(tǒng)間無縫集成，實現(xiàn)與客戶、供應(yīng)商之間，從產(chǎn)品訂貨、設(shè)計、制造、銷售到售后服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期之內(nèi)的協(xié)同、追蹤及管理。
企業(yè)數(shù)據(jù)庫是一個面向整個車間機床狀態(tài)監(jiān)控的數(shù)據(jù)庫，車間所有的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)都會在這里進行統(tǒng)一存儲共享。根據(jù)每個人的功能和信息需求量來限定其使用數(shù)據(jù)庫的權(quán)限，保證了數(shù)據(jù)使用的安全。
工業(yè)機器人減速器生產(chǎn)線遠程狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)保證加工系統(tǒng)的安全運行，合理并優(yōu)化使用數(shù)控機床，保證加工工件質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率，降低機加產(chǎn)品的不良品率。加工過程狀態(tài)監(jiān)測也是進一步研究機床加工過程規(guī)律、實現(xiàn)工藝優(yōu)化和自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)實現(xiàn)國內(nèi)機床的自測試自診斷，為機床提供遠程運維服務(wù)，實現(xiàn)了機床的車間智能化，從而提高了我國機床的質(zhì)量和技術(shù)含量，為和國外機床的競爭中增加了技術(shù)實力。
智能制造案例-油庫危化品安全智能監(jiān)控系統(tǒng)
1背景
油庫屬于重大危險源企業(yè)，儲存經(jīng)營的產(chǎn)品主要為柴油、汽油、煤油等，具有易燃、易爆等危險特性，一旦發(fā)生事故，不但會發(fā)生巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡，還會造成惡劣的社會影響,航天測控的危險化學品安全智能監(jiān)控系統(tǒng)為油庫危險品存儲提供一體化解決方案。
?油庫的庫作業(yè)區(qū)一般由卸油區(qū)、儲油罐區(qū)、發(fā)油區(qū)等區(qū)域組成，并配備一定的消防設(shè)施，如消防泵、消防車、手持滅火器、沙袋、圍堰等等。
?油庫內(nèi)各個區(qū)域有各自獨立的控制系統(tǒng)，如卸油控制系統(tǒng)，油罐溫度及液位監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)油控制系統(tǒng)，消防控制系統(tǒng)等。但是各個系統(tǒng)之間往往相互是獨立，不能信息共享，不能實現(xiàn)聯(lián)動控制和集中管理。
?早期的各類管路輸送油泵和閥門均為手動操作方式，只能由人工現(xiàn)場就地操作，不能實現(xiàn)遠程中控室集中管理操控，不能實現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控過程自動化。
?油庫內(nèi)各個現(xiàn)有系統(tǒng)，往往使用多年，系統(tǒng)功能部分已經(jīng)失效，另外個別系統(tǒng)老舊嚴重，不具備自動化程度。相關(guān)的安全聯(lián)鎖功能不具備，或者不夠，與現(xiàn)代化的大規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)營管理嚴重不匹配。
(3)安全監(jiān)控覆蓋不全
?部分與安全相關(guān)的重要的物理量，沒有檢測系統(tǒng)，或者達不到監(jiān)測效果，如重點區(qū)域可燃氣檢測點布局密度不夠，監(jiān)測傳感器不靈敏等。
?油庫的周界系統(tǒng)不完善，周界報警不能與視頻聯(lián)動，不能遠程集中監(jiān)控，視頻監(jiān)測有死角，沒有覆蓋完整的重點監(jiān)控區(qū)域，如油庫罐頂。
?庫區(qū)早期各個系統(tǒng)的重要監(jiān)測數(shù)據(jù)不能存儲，無法數(shù)據(jù)查詢或事故追憶，在系統(tǒng)發(fā)生故障時不能快速查明原因。
(1)油庫?；钒踩悄鼙O(jiān)控系統(tǒng)
航天測控公司的油庫危險化學品安全監(jiān)控系統(tǒng)，將生產(chǎn)管理、過程控制、安全監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)自動采集、信號報警與視頻聯(lián)動和智能分析處理相結(jié)合，同時引入預警模型分析技術(shù)，通過預警信息分析提取與事故預測分析等功能，建立事故預測和預案響應(yīng)聯(lián)動，有效改善了危險事故事后處理的被動局面，對油庫罐區(qū)等危險化學品監(jiān)控具有較大的積極影響。
油庫危險化學品安全監(jiān)控系統(tǒng)，將先進智能預測控制技術(shù)與危險化學品安全監(jiān)控工藝、歷史數(shù)據(jù)、全方位信息有效結(jié)合，形成儲罐安全監(jiān)控系統(tǒng)，可燃氣體監(jiān)控系統(tǒng)，罐區(qū)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，罐區(qū)火災監(jiān)控系統(tǒng)和罐區(qū)安防系統(tǒng)等子系統(tǒng)。
儲罐監(jiān)控系統(tǒng)是在保證系統(tǒng)兼容性的前提下，充分利用已有的監(jiān)控設(shè)備，避免重復建設(shè)。達到對危險化學品儲罐液位、溫度、現(xiàn)場泵、閥門狀態(tài)，現(xiàn)場部分可燃氣體等工藝數(shù)據(jù)的遠程采集檢測，自動完成對溫度、壓力、液位、流量等生產(chǎn)過程參數(shù)的計算和顯示，監(jiān)測的數(shù)據(jù)可設(shè)定超限報警及輸出控制，信號遠程指示，并可以實現(xiàn)遠程控制泵的啟停，以及閥門的開閉等基本操作，實現(xiàn)儲罐的基本常規(guī)安全監(jiān)測與既定方案的應(yīng)急控制。
可燃氣體監(jiān)控系統(tǒng)的主要作用是根據(jù)危險化學品儲罐區(qū)可燃氣體探測器的報警狀態(tài)，形成報警信號遠傳指示，并聯(lián)鎖聲光報警器報警及相應(yīng)的預案動作，以保證在火災之前采取通風措施。根據(jù)危險化學品的不同設(shè)置可燃探測器，并設(shè)定相應(yīng)的報警限，建立相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)。
罐區(qū)環(huán)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)罐區(qū)自然環(huán)環(huán)境條件的實時監(jiān)控，如風力、風向和環(huán)境溫度、環(huán)節(jié)濕度等物理信號，在庫區(qū)設(shè)置小型氣象站等，集中采集上述參數(shù)信息，實現(xiàn)對庫管綜合立體信息的實時監(jiān)控，并遠傳到油庫監(jiān)控中心。根據(jù)安監(jiān)規(guī)范設(shè)置風速報警，溫度、濕度監(jiān)視預警等，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控。
在罐區(qū)防火堤周圍設(shè)置若干現(xiàn)場應(yīng)急報警中心，每個報警中心由手動火災報警按鈕、固定應(yīng)急電話和現(xiàn)場聲光報警器組成，在控制室安裝聲光報警器。
火災報警按鈕和聲光報警器接至智能控制系統(tǒng)。無論是人工發(fā)現(xiàn)火情觸發(fā)按鈕，或是罐區(qū)內(nèi)可燃氣體監(jiān)測報警儀超限，都在智能控制系統(tǒng)進行聲光報警并進行記錄，同時對現(xiàn)場聲光報警發(fā)出信號進行聲光報警。再經(jīng)過二次確認機制，快速啟動火災應(yīng)急預案，聯(lián)動庫區(qū)消防系統(tǒng)。
在油庫庫區(qū)、卸油棧橋區(qū)等設(shè)置周界系統(tǒng)，監(jiān)控設(shè)備覆蓋庫區(qū)的全部外圍墻，形成無縫監(jiān)視系統(tǒng)。周界系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)將報警信號傳輸至儀表控制箱，通過無線傳輸方式至監(jiān)控中心智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)在監(jiān)控中心報警監(jiān)測。針對生產(chǎn)區(qū)域的重點設(shè)備和設(shè)施，進行24小時的監(jiān)控，有任何進入防區(qū)內(nèi)的可疑對象，就會觸發(fā)報警。提醒值班人員進行關(guān)注和干預。
?融合罐區(qū)安全運營管理、實時監(jiān)控預警及應(yīng)急救援等多方面的工作，融合罐區(qū)的收油、發(fā)油、倒油及油氣回收等基本工藝過程功能；
?設(shè)計技術(shù)先進、運行成熟、操作簡單、擴展性好、容易維護和使用方便的油品儲罐區(qū)安全監(jiān)控預警系統(tǒng)，實現(xiàn)儲罐區(qū)安全管控一體化；
(2)科學規(guī)范——依據(jù)
?《危險化學品重大危險源 罐區(qū)現(xiàn)場安全監(jiān)控裝備設(shè)置規(guī)范》（AQ 3036-2010）；
?《危險化學品重大危險源安全監(jiān)控通用技術(shù)規(guī)范》（AQ 3035-2010）；
?自動監(jiān)測油罐溫度、壓力、液位、流量、可燃有毒氣體泄漏等參數(shù)的；
?自動探測庫區(qū)可燃氣體濃度狀態(tài)，并聯(lián)鎖聲光報警及相應(yīng)的預案動作；
?自動監(jiān)測罐區(qū)風力、風向和環(huán)境溫度、環(huán)節(jié)濕度等自然環(huán)境條件狀況；
?自動對罐區(qū)危險源進行火災風險的動態(tài)評價分析，并提供罐區(qū)火災防控以及災害征兆預測預警；
?對生產(chǎn)區(qū)域的重點設(shè)備和設(shè)施，進行24小時的視頻監(jiān)控，有任何進入防區(qū)內(nèi)的可疑對象，就會自動觸發(fā)報警；
?基于成熟穩(wěn)定的DCS測控系統(tǒng)平臺；
?多級冗余測控技術(shù)，無擾動自動切換；
?可接入各廠商采集設(shè)備和用戶既有系統(tǒng)；
?石化行業(yè)20余年應(yīng)用實踐（煉化、化工、油庫）；
?基于對象模型和全方位信息狀態(tài)智能預測；
?趨勢變化預測和專業(yè)化系統(tǒng)安全狀態(tài)判斷；
?內(nèi)嵌通用先進智能預測算法和安監(jiān)功能模塊；
?具備先進智能預測技術(shù)和事故模型預測分析功能，對事故征兆規(guī)律的動態(tài)過程分析，提前預警并聯(lián)動響應(yīng)預案；
?提供開放物聯(lián)接口，可與其他系統(tǒng)良好對接互聯(lián)；
?向上開放，方便接入企業(yè)級管理系統(tǒng)；
?可通過廣域網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)安監(jiān)管理部門，在線安全監(jiān)視。
系統(tǒng)成功應(yīng)用于安徽華慶石化油庫、北京鐵道物資公司豐西油庫、北京石化牛欄山油庫等多個油庫罐區(qū)智能監(jiān)控系統(tǒng)項目，取得了良好的應(yīng)用效果，深獲用戶好評。其中北京石化牛欄山油庫智能監(jiān)控項目，榮獲2014年度中國自動化產(chǎn)業(yè)年會最具工程影響力項目獎。
系統(tǒng)體現(xiàn)了安監(jiān)局規(guī)定AQ3035-2010，AQ3036-2010標準的要求，所有參數(shù)全部納入綜合信息系統(tǒng)，為國內(nèi)相關(guān)油庫等危險化學品企業(yè)升級改造提供了寶貴經(jīng)驗。提高國內(nèi)危險化學品行業(yè)的安全監(jiān)管水平，保障人民生命財產(chǎn)安全，具備良好的社會效益。
智能制造案例-大型通用力學試驗測控平臺
隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國航空航天、高速鐵路、大型橋梁、建筑、電網(wǎng)設(shè)施等基礎(chǔ)性行業(yè)大型設(shè)施或設(shè)備的發(fā)展突飛猛進。這些行業(yè)普遍對大型結(jié)構(gòu)體有著嚴格的強度和可靠性要求，需要科學有效的試驗方法和精確的試驗數(shù)據(jù)，驗證結(jié)構(gòu)體的設(shè)計合理性和產(chǎn)品可靠性，掌握結(jié)構(gòu)體負荷承載能力，最終確保國家大型基礎(chǔ)設(shè)施工程安全可靠。
針對上述背景需求研制大型通用靜力試驗平臺確有必要。通過該平臺對大型結(jié)構(gòu)體或其部件施加不同級別荷載，觀測和記錄被試對象在各級別荷載作用下的變形和應(yīng)力分布情況，可分析其相應(yīng)的強度和剛度，驗證被試對象結(jié)構(gòu)設(shè)計和和力學分析的正確性，并能為力學試驗提供科學的自動化試驗手段，為大型結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)和生產(chǎn)提供可靠的試驗數(shù)據(jù)，確保產(chǎn)品在設(shè)計范圍內(nèi)安全、平穩(wěn)運行。
系統(tǒng)平臺主要由荷載測控系統(tǒng)、應(yīng)變測量系統(tǒng)、位移測量系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)等五部分組成。作為桿塔結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)的核心組成部分，能夠?qū)崿F(xiàn)桿塔結(jié)構(gòu)力學試驗過程中涉及的荷載系統(tǒng)加荷控制、應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)測量、試驗數(shù)據(jù)信息管理等各項工作協(xié)同運行，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)力學試驗測控過程。
1)荷載測控系統(tǒng)
主要由力傳感器、信號調(diào)理組合、閉環(huán)控制器、測控計算機及軟件、回路控制矩陣、閉鎖控制組合、作動機構(gòu)（如液壓缸、卷揚機等）等組成，以計算機為荷載控制中心，通過閉環(huán)控制器和伺服執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)對被測部件的同步加荷，主要功能特點如下：
?按試驗要求配置生成各種試驗工況與載荷譜；
?根據(jù)載荷譜對各個加荷點實時高精度伺服控制，實現(xiàn)多通道協(xié)調(diào)、平穩(wěn)、精確地加荷，同步精度微秒級；
?在試驗過程中同步完成試驗荷載加荷數(shù)據(jù)的測量和記錄；
?在加荷系統(tǒng)出現(xiàn)故障及被測部件出現(xiàn)意外時，能迅速發(fā)出報警信號并閉鎖加荷系統(tǒng)以保護被測試件，并記錄報警前瞬間所有加荷點的荷載值；
?具有系統(tǒng)配置、系統(tǒng)協(xié)同與同步、先進控制算法調(diào)節(jié)、傳感器信號采樣、數(shù)據(jù)采集、報警、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理和管理等測控功能。
2)應(yīng)變測量系統(tǒng)
主要由應(yīng)變片、信號電纜、轉(zhuǎn)接柜、防雷柜、應(yīng)變儀、測量計算機及測量系統(tǒng)軟件等組成，通過在測試結(jié)構(gòu)上粘貼電阻應(yīng)變片，將應(yīng)變片在構(gòu)件受力過程中產(chǎn)生的電阻變換轉(zhuǎn)化成電壓信號，由應(yīng)變測量系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和后處理，測量結(jié)果直接反應(yīng)各部件及整體所受內(nèi)力情況，主要功能特點如下：
?采用LXI總線測控技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)控制遠程應(yīng)變測試儀，實現(xiàn)海量測試點的快速準確應(yīng)變測試；
?測量參數(shù)、通信參數(shù)、修正系數(shù)可設(shè)定，試驗項目參數(shù)、試驗工況、荷載級別、試驗、氣象條件可配置，數(shù)據(jù)保存路徑和文件格式更改；
?設(shè)計防雷電感應(yīng)接線端子對應(yīng)變信號及測試系統(tǒng)進行保護；
?配置工業(yè)制冷空調(diào)器和除濕加熱器實現(xiàn)系統(tǒng)長期穩(wěn)定運程；
?采用光纖進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸模式保證系統(tǒng)高速穩(wěn)定工作；
?具有全橋、半橋、四分之一橋等測量功能；
?應(yīng)變測量范圍不小于±10000µε；
?應(yīng)變測量的準確度大于±0.1%FS。
3)位移觀測系統(tǒng)
主要由全站儀、反射片、通信電纜、測控計算機、數(shù)據(jù)接收軟件等組成，基于光學反射測量原理，利用專用全站儀實現(xiàn)被測試對象在荷載作用下的撓度數(shù)據(jù)的測量、采集、處理、存儲、管理、傳送、記錄和輸出，主要功能特點如下：
?基于光學測量原理測量被試對象在荷載作用下的位移變形特性；
?可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)件位移的直接測量、數(shù)據(jù)處理、管理、存儲、傳送、輸出功能；
?支持多臺全站儀，滿足桿塔結(jié)構(gòu)試驗同時觀測多個測點位移的需要；
?特高壓桿塔(百米以上)，測程大于250m；
?位移的精確測量，誤差小于±5mm ；
?單點測量時間小于5秒。
4)圖像監(jiān)控系統(tǒng)
主要由攝像頭、圖像處理系統(tǒng)和圖像管理軟件組成，主要負責整個實驗過程的實時監(jiān)控，并將關(guān)鍵圖像信息進行存儲，實現(xiàn)突發(fā)事件監(jiān)控以及事后調(diào)閱，主要功能特點如下：
?可視化管理的系統(tǒng)，實現(xiàn)各個監(jiān)控點的視頻信號和音頻信號采集和存儲；
?對試驗過程實時在線全程監(jiān)控顯示，并可根據(jù)用戶設(shè)置將關(guān)鍵圖像信息進行存儲，實現(xiàn)長期保存；
?可任意配置多路監(jiān)測點，高清視頻圖像實時顯示；
?自動光圈、自動聚焦、自動白平衡、背光補償；
?水平方向360度、垂直方向-5至90度、無死角。
5)試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
主要由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)分析、管理計算機、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機等部分組成，通過局域網(wǎng)，與其他各分系統(tǒng)互聯(lián)，組成特高壓桿塔試驗系統(tǒng)。試驗中負責存儲并向各分系統(tǒng)發(fā)送試驗組態(tài)參數(shù)，接收各分系統(tǒng)的試驗結(jié)果，進行數(shù)據(jù)顯示、分析處理、存儲及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，主要功能特點如下：
?大型實時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，運行實時多任務(wù)數(shù)據(jù)庫軟件，是進行試驗信息、資料管理的中心；
?管理試驗項目運作的全過程，提供各分系統(tǒng)必要的配置信息，實時接收試驗數(shù)據(jù)，對試驗項目、試驗數(shù)據(jù)以及試驗圖像等資料進行融合管理；
?提供數(shù)據(jù)查詢和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)遠程共享功能，網(wǎng)關(guān)技術(shù)保障整體試驗系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全；
?可將實驗數(shù)據(jù)生成網(wǎng)頁，支持用戶遠程IE瀏覽和數(shù)據(jù)訪問，遠程用戶通過瀏覽器就能隨時查看試驗結(jié)果。
三、實施效果及示范意義
大型通用靜力試驗平臺已經(jīng)在國家電網(wǎng)公司輸電線路桿塔實驗室的桿塔試驗基地建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用于中國電力科學研究院良鄉(xiāng)桿塔試驗基地高壓桿塔試驗系統(tǒng)I期 、II期以及霸州桿塔試驗基地特高壓桿塔試驗系統(tǒng)III期工程。并在航天某所高速飛行器熱環(huán)境試驗室對多個型號飛行器進行了熱環(huán)境試驗，獲取了大量試驗數(shù)據(jù)，為各型號衛(wèi)星、飛船、火箭等高速飛行器的定型定產(chǎn)提供了真實可靠的科學依據(jù)。
其中國家電網(wǎng)公司特高壓桿塔試驗基地的建設(shè)更是打破了多項紀錄，達到了世界先進水平。該基地荷載測控系統(tǒng)具有256個加荷通道，控制周期100ms，加荷誤差<0.5%FS；應(yīng)變測量系統(tǒng)采用LXI總線技術(shù)，共192個測量通道，支持1/4、1/2、全橋及應(yīng)變花測量；位移測量系統(tǒng)支持四臺全站儀同時使用，250米測量距離內(nèi)，測量誤差小于5mm?；鼐哂腥?40m以下特高壓交直流同塔雙回和500kV同塔多回桿塔的真型試驗能力，可進行扭轉(zhuǎn)工況試驗。靜力試驗平臺建成后，已承接我國及亞洲國家桿塔試驗項目100多項，獲取了大量科學試驗數(shù)據(jù)，為我國乃至全球各國電力事業(yè)不斷發(fā)展做出了突出貢獻。
大型通用靜力試驗平臺是我國首套國產(chǎn)化大型構(gòu)件力學試驗系統(tǒng)平臺，具有多通道實時同步加荷、多通道應(yīng)變信號采集、多角度位移觀測、全方位圖像監(jiān)測以及異構(gòu)數(shù)據(jù)融合與管理等技術(shù)特點，特別適用于大型飛機制造、高壓桿塔試驗、航天器靜力試驗、大型結(jié)構(gòu)件力學試驗場合，具有完全知識產(chǎn)權(quán)。
大型通用靜力試驗平臺可以有效完成被測構(gòu)件的同步逐級加荷、應(yīng)變測量、位移觀測、圖像監(jiān)控，數(shù)據(jù)管理工作，為產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)或進一步改進與完善提供真實可靠的試驗依據(jù)。大型通用靜力試驗平臺的推廣和應(yīng)用，將會大大提升我國大型飛機、特高壓桿塔、航天器、導彈、橋梁、大型機械等產(chǎn)品的生產(chǎn)或制造過程中的試驗能力，進而提升產(chǎn)品設(shè)計能力、改善產(chǎn)品性能和提高產(chǎn)品質(zhì)量，也必將產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益和社會效益。
智能制造案例-先進智能預測控制系統(tǒng)（UN2K）
一、項目背景
現(xiàn)代生產(chǎn)制造企業(yè)中普遍存在的生產(chǎn)過程復雜多變，生產(chǎn)裝置規(guī)模龐大，工藝環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)技術(shù)條件苛刻，設(shè)備運行可靠要求高，控制系統(tǒng)適應(yīng)變化能力強等特點。
同時，在產(chǎn)業(yè)升級背景下，隨著市場化競爭的加劇，企業(yè)越來越重視包含生產(chǎn)過程控制功能，安全生產(chǎn)聯(lián)動，過程信息采集監(jiān)測，企業(yè)生產(chǎn)計劃管理，企業(yè)生產(chǎn)資源管理，企業(yè)生產(chǎn)協(xié)同等全方面的綜合能力建設(shè)。由此，亟需解決企業(yè)生產(chǎn)中獨立系統(tǒng)信息孤島問題，實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制層面互聯(lián)互通，整合企業(yè)的資源，協(xié)同生產(chǎn)，提升能力，建立從現(xiàn)場層、控制層再到MES層無縫連接，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)制造與企業(yè)管理一體化全集成，提高生產(chǎn)力水平。
二、解決方案及特點
先進智能預測控制系統(tǒng)（UN-2K）是北京航天測控技術(shù)有限公司自主研制的具有先進智能預測控制功能的全集成新一代工業(yè)自動化控制系統(tǒng)。
采用國際工業(yè)標準的層次化、模塊化和開放式設(shè)計，底層可以和各個廠家的PLC、智能儀表融為一體，而高層能直接與廠礦信息管理系統(tǒng)對接。監(jiān)控級采用通用的實時局域網(wǎng)技術(shù)，而管理級支持目前流行的TCP/IP協(xié)議。開放式標準化通用化設(shè)計，為用戶組建測管控一體化平臺創(chuàng)造了有力條件，為企業(yè)高效、節(jié)能、減排以及信息化水平的提升提供了可靠保障。先進控制技術(shù)和積木式組態(tài)化設(shè)計理念，使用戶快速、高效、便捷組建大型工業(yè)自動化測控系統(tǒng)成為可能。
先進智能預測控制系統(tǒng)（UN-2K）主要由管理級、監(jiān)控級、控制級、現(xiàn)場級等組成,其體系結(jié)構(gòu)如下圖所示。
1)管理級是系統(tǒng)的最高層，通過企業(yè)管理網(wǎng)（以太網(wǎng)、光纖等）接入生產(chǎn)監(jiān)控管理層，實時掌握生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和參數(shù)指標等，為企業(yè)領(lǐng)導層提供準確的決策依據(jù)。
2)監(jiān)控級是生產(chǎn)過程的直接監(jiān)控層，主要由工程師站、操作員站、數(shù)據(jù)服務(wù)器等組成。用于生產(chǎn)過程的組態(tài)、調(diào)整，生產(chǎn)工藝的配置、優(yōu)化，過程數(shù)據(jù)監(jiān)控、處理、存儲、發(fā)布等。
3)控制級主要由冗余現(xiàn)場控制站、遠程控制站、通訊組模塊等組成。負責具體執(zhí)行工程師站配置的生產(chǎn)工藝過程，具備較高的實時性、可靠性、穩(wěn)定性。
4)現(xiàn)場級主要包括各種傳感器、執(zhí)行器、反應(yīng)裝置等，是控制系統(tǒng)的最末端，接受現(xiàn)場控制層發(fā)來的執(zhí)行命令信號，具體實現(xiàn)工藝操作。
技術(shù)特點有：
1)先進智能預測控制技術(shù)：自主研發(fā)的先進智能預測控制算法，集預測控制理論、自適應(yīng)控制理論和智能控制技術(shù)于一身，具備模型預測、反饋控制、滾動優(yōu)化、數(shù)學模型簡單、對復雜系統(tǒng)具有良好的跟蹤性能和較強的抗干擾能力、對模型誤差具有較強的魯棒性等優(yōu)秀品性，對復雜工控領(lǐng)域有很好的控制效果。
2)開放式互聯(lián)交互技術(shù)：完全支持OPC基金會制定的OPC數(shù)據(jù)存取規(guī)范 （DA2.0、DA3.0）標準，能使先進智能預測控制系統(tǒng)（UN-2K）與符合OPC規(guī)范的系統(tǒng)和設(shè)備互聯(lián)與集成,快速與既有系統(tǒng)形成互聯(lián)互通。
3)先進的工業(yè)自動化組態(tài)技術(shù)
無需用戶編寫任何代碼， 就能方便快捷的設(shè)計出適于用戶需求的工業(yè)自動化測控系統(tǒng)。實時監(jiān)控制畫面、調(diào)整畫面、趨勢畫面、流程畫面、綜觀畫面等40多個操作畫面。
4)友好人機界面的流程圖繪制與實時顯示技術(shù)
基于GDI+技術(shù)的流程圖組態(tài)工具可快速繪制形象、逼真的測控流程圖和變量組態(tài)，流程監(jiān)控畫面加載和顯示這些流程圖，并實現(xiàn)對測控現(xiàn)場各個測控流程的實時監(jiān)測與控制。
5)可視化回路編程技術(shù)：可視化回路組態(tài)把測控現(xiàn)場復雜的控制策略、測控流程用簡單的算法模塊連接來實現(xiàn)，使現(xiàn)場控制策略的實現(xiàn)變得十分簡單、靈活、便捷和直觀。內(nèi)部集成60余種標準控制策略模塊，可自定義新功能模塊；
6)在線仿真技術(shù)：具備帶硬件仿真模式和純軟件仿真模式?？梢杂行y試和驗證控制邏輯的正確性和系統(tǒng)IO板卡的有效性，在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)前就能發(fā)現(xiàn)問題，大大縮短系統(tǒng)實際調(diào)試時間，使系統(tǒng)一次投運成功率大大提高。
7)新一代分布控制技術(shù):符合第四代集散控制系統(tǒng)標準，提出層次化設(shè)計新概念，在站層面下設(shè)計組層，實現(xiàn)更低層面的分散控制，使分散層面更接近現(xiàn)場，布局更靈活；組層內(nèi)部資源自組織管理，組內(nèi)數(shù)據(jù)整合上傳，下行操作指令分解下發(fā)，有效減少主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負荷； 支持多種通訊協(xié)議，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，如CAN/以太網(wǎng)；
8)無線組網(wǎng)技術(shù):利用先進智能預測控制系統(tǒng)的快速無線互聯(lián)技術(shù)，實現(xiàn)有線或無線混合方式進行系統(tǒng)集成，既可以節(jié)省大量IO連線成本，又能有效解決連線繁雜、布線困難等難題。 支持2.4G，5.8G無線網(wǎng)橋接入，無線通訊距離達15公里；
9)多級冗余設(shè)計技術(shù) ：先進智能 預測控制系統(tǒng)（UN-2K）可以采用電源冗余、操 作站冗余、控制站冗余、I/O板卡冗余、網(wǎng)絡(luò)冗 余、總線冗余等多級冗余技術(shù)，確保整套系統(tǒng) 長期穩(wěn)定運行。惡劣的控制現(xiàn)場環(huán)境，系統(tǒng)中某些器件難免會損壞或工作失常后，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報警并自動進行主從切換。系統(tǒng)中所有冗余部件均支持熱拔插，在不停機情況下，依據(jù)報警記錄隨時替換或修復已損部件，系統(tǒng)將很快恢復健康運行。
10)安全加密協(xié)議技術(shù)：系統(tǒng)集成了自主研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)加密通訊功能模塊，實現(xiàn)集散控制系統(tǒng)內(nèi)站與站，站與組間的端到端的信源加密，確?？刂葡到y(tǒng)信息安全。
三、實施效果及示范意義
1)原油煉制過程控制系統(tǒng)
?滄州煉油廠催化主裝置DCS監(jiān)控系統(tǒng)；
?滄州煉油廠焦化裝置DCS監(jiān)控系統(tǒng)；
?洛陽石化總廠催化主裝置DCS監(jiān)控系統(tǒng)；
?勝利油田烴取裝置DCS監(jiān)控系統(tǒng)；
?江漢油田原油處理裝置DCS監(jiān)控系統(tǒng)；
?河南油田采油廠輕油裝置DCS監(jiān)控系統(tǒng)。
實現(xiàn)焦化、催化、加氫過程中多 變量、大時滯、非線性變量控制
2)精細化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)
?滄州東塑威達公司有機化工裝置1DCS監(jiān)控系統(tǒng)；
?滄州東塑威達公司有機化工裝置2DCS監(jiān)控系統(tǒng)；
?滄州東塑明珠塑料有限公司管道車間監(jiān)控系統(tǒng)；
實現(xiàn)多層級、復雜控制回路，精細化工復雜工藝控制
3)罐區(qū)智能監(jiān)控管理系統(tǒng)
?滄州煉油廠原油罐區(qū)管理DCS監(jiān)控系統(tǒng)；
?安徽華慶石化罐區(qū)管理與裝車DCS監(jiān)控系統(tǒng)；
?北京鐵道物資公司豐西油庫DCS監(jiān)控系統(tǒng)。
?北京石化牛欄山油庫罐區(qū)安全監(jiān)控智能控制系統(tǒng)。
儲罐油量計量，卸油倒油發(fā)油控制，定量裝車控制，油氣回收控制，消防泵控制；可燃氣檢測、火災報警、罐區(qū)氣象監(jiān)測，周界防越、罐區(qū)視頻監(jiān)控。
4)數(shù)字化車間管理系統(tǒng)
?滄州東塑明珠塑料有限公司管道一車間數(shù)字化系統(tǒng)；
?滄州東塑明珠塑料有限公司管道二車間數(shù)字化系統(tǒng)；
?滄州東塑明珠塑料有限公司蕪湖管道車間數(shù)字化系統(tǒng)；
?滄州東塑重慶明珠管道車間數(shù)字化系統(tǒng)；
?濰柴動力發(fā)動機缸套壓裝機監(jiān)控系統(tǒng)；
?天津開發(fā)區(qū)豐田汽車生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)。
實現(xiàn)多類型異構(gòu)設(shè)備運行狀態(tài)信息采集、生產(chǎn)過程監(jiān)控、統(tǒng)一管理。
先進智能預測控制系統(tǒng)（UN-2K）集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、智能預測控制技術(shù)、在線仿真技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、OPC技術(shù)、工業(yè)自動化組態(tài)技術(shù)于一身，嚴格遵從網(wǎng)絡(luò)化、層次化設(shè)計理念，將現(xiàn)場控制、數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、質(zhì)量控制、文檔管理、績效管理等相關(guān)功能進行有機集成，構(gòu)建企業(yè)全集成系統(tǒng)，為控制包括物料、設(shè)備、人員、指令流程和設(shè)施在內(nèi)的所有企業(yè)資源提供統(tǒng)一的管理平臺，為企業(yè)精細化、彈性化生產(chǎn)制造提供良好的管理環(huán)境，進而幫助企業(yè)靈活進行生產(chǎn)調(diào)度、實時監(jiān)控生產(chǎn)過程、合理安排企業(yè)產(chǎn)能、提高生產(chǎn)效率、減低成本和物資消耗，最終提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和按期交貨能力，實現(xiàn)生產(chǎn)制造過程的敏捷化。
先進智能化車間預測控制系統(tǒng)（UN-2K）的廣泛應(yīng)用，將助推生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟增長方式的調(diào)整，實現(xiàn)節(jié)能降耗、資源優(yōu)化配置、統(tǒng)籌產(chǎn)能與市場等，進一步提高企業(yè)生產(chǎn)力水平。
