冷芯盒制芯车间的自动化和网络化

作者：信息来源:模具 2008-6-5

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摘要：一个网络化的生产管理控制系统不久前已经成功地在北京吉普汽车有限公司冷芯盒制芯车间实现。它可分为3个层次的结构：自动化的生产系统、计算机网络和网络管理软件。关键词：冷芯盒制芯车间。计算机网络。...

摘要： 一个网络化的生产管理控制系统不久前已经成功地在北京吉普汽车有限公司冷芯盒制芯车间实现；详细讨论了该系统的整体结构；它可分为3个层次的结构：自动化的生产系统、计算机网络和网络管理软件；详细论述和说明了每一个层次的结构和功能。
关键词： 冷芯盒制芯车间；计算机网络；网络管理控制系统
文献标识码：A　　文章编号：1000-8365(1999)04-0003-03

Automated and Networked Cold Box Coremaking Shop

ZHOU Biao,WU Jun-jiao
(Tsinghua University ,Beijing,100084 China)

Abstract: A networked production control & management system has been implemented at the cold box coremaking shop in Beijing Jeep Ltd. CO.recently. In this paper the whole structure of the system is demonstrated. It is divided into three levels: automatic production system, computer network, and management software. The functions and features of each level are illuminated at length.
Key words: Cold box coremaking shop; Computer Network;Network management & control system

　　随着计算机技术的飞速发展，计算机和计算机网络技术在铸造生产中应用得越来越广泛。计算机网络可以将1个铸造车间集成为1个有机的整体，从而减少铸件废品率，获得优质铸件，降低生产成本，并大大提高生产率和工厂的经济效益。
　　在清华大学和德Laempe公司的合作下，1个网络化的生产管理控制系统，不久前已经在北京吉普汽车有限公司(简称北吉)的冷芯盒制芯车间得到成功地应用，使得该制芯车间成为1个自动化、网络化的先进的生产车间，也目前国内第1个网络化的铸造车间。下面将具体剖析个网络化车间的结构和组成。

1　网络化车间的结构

　　北京吉普汽车有限公司的应用网络系统是1个典型的分布式控制和管理系统。它的结构可分为以下3个层次：自动化的生产系统、计算机网络和网络管理软件。
　　自动化的生产系统是整个网络系统的基础。在北吉冷芯盒车间所有的制芯设备都由PLC(可编程控制器)和PC控制。而每个PLC又分别与各自的PC机进行串行通讯。机器的底层控制单元是PLC，它直接控制和监测机器的运行。上位的PC机是机器的中央控制单元，它与PLC之间通过串行通讯调整PLC的数和程序，并收集生产数据。PC机还在生产机器和用户之间起着良好的交互界面的作用。这些自动化的生产设备构筑了网络化生产车间的基础。
　　该网络是将各个分开的弧立的生产微机之间的计算机局域网(LAN)集成到1个协作的有机的计算机系统当中来。使生产数据和自动收集和分析得以实现，并且每1个联网的生产微机可以方便地获取和使用这些生产数据。
　　在计算机网络和自动化生产设备的基础上，网络管理软件可以实现对整个车间的控制和管理。网络管理软件在整个系统中起着重要作用。应用于北吉的管理软件可以完成生产数据收集、生产监控、生产参数控制和管理，以及生产数据分析和评价等。

2　自动化的生产系统

　　自动化的生产系统是网络化车间必备的基本条件。北吉的冷芯盒制芯车间由3台Laempe LF40制芯机，1台Laempe混砂机和1台尾气处理器组成。这些设备均由PLC控制。每个PLC都通过串行接口和各自的上位微机通讯。每台制芯机都有各自的生产控制微机，而混砂机和尾气处理器则由1台微机共同控制。
　　PC和PLC是这些自动化设备的核心控制单元。PLC是直接控制设备运行的控制单元，它通过执行反映控制要求的用户PLC程序，完成各种被测信号的采集、转换、保存，并适时输出控制信号，实现相应的动作。PLC和中央控制PC采用RS-232的串行接口进行数据通讯。通过串行通讯，PLC中的数据可以实时显示在计算机屏幕上，并且计算机能及时显示PLC在生产过程中检测到的机器出错信息，便于用户实时监控设备运行。另外，用户可以很方便地在微机界面上输入和修改生产数据。微机通过串行接口，把这些修改后的生产数据从微机的数据库中传送到PLC中，改变PLC程序，从而优化生产设备的运行。
　　基于PC和PLC之间的串行数据通讯，中央控制PC可从PLC中获取每1个砂芯的生产数据，所有砂芯的生产数据都存储到PC机上。通过微机之间的计算机网络，使整个车间的生产数据得以自动收集。整个车间的生产控制和管理在此基础上得以顺利完成。
　　图1显示了北吉冷芯盒制芯车间自动化生产系统的整体结构。

图1　冷芯盒制芯车间自动化生产系统的结构简图
Fig.1　Structure of the automatic production system in Beijing Jeep

3　计算机网络

　　在自动化制芯生产系统的基础上，对制芯车间各生产设备微机的联网才得以实现。如今，1个NOVELL计算机局域网(LAN)已经应用。它将弧立的生产设备集成到1个有机的系统中来，使得整个车间的生产可以宏观协调控制和管理。
　　1个典型的计算机局域网包括网络操作系统和网络硬件单元。网络操作系统是网络的基本软件环境，它控制了网络上文件传输的方式以及文件处理的效率，保证各网络硬件之间协调工作。用于北吉的操作系统使用的NOVELL的Netware V4.11，它的结构是专用服务器(Server-Based)结构。
　　对NOVELL网络而言，文件服务器和网络用户工作站是基本的硬件单元。文件服务器是网络的核心硬件。它是1个用来存储应用程序和数据的存储单元。通过网络文件服务器，各网络用户工作站可以作为控制微机和办公微机等。北吉的网络用户工作站，包括4台生产微机和1台运行网络管理软件的生产评价微机。
　　计算机网络拓扑结构是指网络中各硬件单元是如何组成的。北吉的计算机局域网使用的是总线型拓扑。它的结构如图2所示。总线型拓扑通过单独1条电缆来连接文件服务器和各用户工作站。在网络上的所有工作站都共享这1条电缆，并且可以通过该电缆双向地发送和接收数据。

图2　总线型拓扑
Fig.2　Linear Bus Topology

　　网络硬件中，除了文件服务器和网络用户工作站之外还需要用于通讯的辅助硬件单元。北吉的网络是1个以太网(Ethernet)，它的辅助硬件通讯单元包括Ethernet的网卡和与网卡配套的辅助配件。每1台网络用户工作站和网络文件服务器都装有1个网卡，以保证网络数据共享得以实现。
　　图3表示的就是计算机局域网的整体结构。

图3　北吉计算机局域网整体结构
Fig.3　Structure of the computer network in Beijing Jeep

4　网络管理软件

　　网络管理软件是整个网络化铸造车间的核心部分，它对整个网络和自动化的生产系统进行管理和控制。将自动化的生产系统、计算机网络和网络管理软件进行集成，它将所有生产设备集成到1个系统中，以获得所有设备生产过程的综合信息，优化整个生产系统的生产。
　　该网络管理软件由基于WINDOWS的SUPERBASE系统开发而成，中文界面使用中文之星作软件支撑。具体而言，应用北吉的网络管理软件由生产数据自动收集、生产监控、芯盒管理和生产统计等模块组成。下面将讨论其中的主要功能模块。
4.1　生产数据自动收集
　　自动收集生产数据是整个车间管理和控制的基础。生产设备微机通过生产设备控制软件，能自动收集生产数据。通过串行数据通讯，生产设备微机从PLC接收每1个生产循环的生产数据。每1个砂芯生产周期，它都将在数据库中产生1个记录(Record)将所有机器每个生产循环的生产数据都集成起来，存储于文件服务器的硬盘中。基于文件服务器上的生产数据库，中央控制室的生产评价微机可以运行网络管理软件，对整个车间进行控制和管理。
4.2　生产监控模块
　　基于所收集到的生产数据，运行于生产评价微机的网络管理软件，可以实时监控各制芯单元的生产情况，并将其可视化地显示在计算机上。铸造车间的生产管理员可以坐在安静的办公室中照样监控和管理整个的生产过程。
　　网络管理软件的生产监控模块可以监控所有在线生产的制芯单元的生产状况。以北吉为例，3台制芯机、1台混砂机、运砂小车以及1台尾气处理器的生产运行状况和主要生产数据都可以实时地在计算机屏幕上显示。各机器的工作状态以不同的颜色显示出来，而且每台制芯机的实时生产数据，比如芯盒号；预定砂芯生产数量；已生产砂芯数量和废砂芯数量等，也都实时显示在各机器图形旁边。其他的生产参数，比如砂芯粘结剂用量，射砂压力，射砂时间，吹胺压力，吹胺时间和混砂机混碾时间等，也能够被详细查询。各机器的故障也可以及时显示，并可局部放大，方便生产管理人员及时发现和深入地了解故障，这样，生产管理人员可以及时通知生产人员去调整生产参数和排除故障，提高生产的效率。
4.3　芯盒管理模块
　　芯盒是制芯车间最基本的生产模具。制芯生产管理的基础是芯盒管理。芯盒数据是制芯机工作的核心数据，包括制芯机参数，气体发生器参数和混砂机参数等。每1个芯盒都有它自己的生产参数。当制芯设备更换芯盒时，芯盒的参数也随着更新改变。制芯机将自动地按照新的制芯生产参数运行。
　　基于存储在文件服务器当中的芯盒参数库，网络管理软件能控制和管理所有的芯盒。在终端生产评价微机上，通过芯盒管理模块，一般用户可以查询这些芯盒的数据。为了系统安全，只有生产管理者可以对各个芯盒数据进行编辑修改，创建和复制芯盒。
4.4　生产统计分析模块
　　铸造生产管理者需要大量的生产数据以保证生产的稳定。在过去，北吉需要花大量的人力和物力来收集数据、做出生产统计报表。信息管理系统可以大大改善这种状况。现在网络管理软件能自动地对生产参数进行统计分析，并制作出图文并茂的生产统计报表。用户只要在生产评价微机上点按“生产统计”的按钮，就可以立即得到指定时间段的生产统计报表。生产统计的结果，除了文本文字之外还有生动的图形。并且，生产统计的结果可以即时在屏幕和打印机上输出。通过生产统计分析模块，用户能够进行进一步的生产优化和管理，提高整个车间的生产效率。
　　生产统计分析模块是对生产数据的汇总和统计分析。它可以按照存储在服务器上的不同种类的生产数据制作出生产信息报表，生产停机时间报表，物料消耗量报表和砂芯品质报表等。在生产信息报表中，网络管理软件计算每1个所生产砂芯的生产参数，比如每1个生产过程的开始时间，结束时间和整个时间间隔等。生产管理者们可以从生产信息报表上了解到详细的生产信息。比如每台机器的生产率，实际总的生产时间和每个砂芯实际生产时间等。
　　网络管理软件也可以计算生产停机时间，并对每台机器的停机时间原因进行统计。所谓停机时间是指机器出故障的时间，也就是超出设备的理想生产时间的时间。机器故障的情况将在生产停机时间报表上生动地显示。各机器的生产率和每个操作者的工作效率也显示在生产停机时间报表上。这将帮助生产管理者优化人员管理，以提高工作效率和机器的生产率。
　　生产原材料的消耗情况也自动地被网络管理软件统计和分析。每个砂芯的树脂消耗量、芯砂消耗量和三乙胺消耗量也可以及时地统计分析出来。这些结果可以帮助用户优化生产过程，减少生产成本。
　　生产统计模块也可以评价砂芯的优劣。通过对砂芯优劣分析可以进一步优化砂芯的设计。
　　除了以上主要功能之外，网络管理软件还可以自动收集和报告PLC出错信息和其他一些辅助维修功能。整个管理软件的结构如图4所示。

图4　网络管理软件的结构
Fig.4　Structure of the management software

作者简介：周　标(1972-　)，男，江西人，博士生.

作者单位：(清华大学，北京市 100084)

参考文献

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