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編者按：

隨著物聯網、云計算、移動互聯網、大數據、人工智能等新技術的飛速發展，以及I T與O T技術的進一步融合，工業制造、城市交通、電力能源、農業等各大行業領域的智慧化發展已成為必然趨勢。推進各領域向智慧化發展是一項復雜而龐大的系統工程，既需要單一技術與裝備的突破應用，還需要系統化的集成創新。智慧系統解決方案是推廣普及智能化技術的關鍵手段，是促進各行業智能化水平提升的核心。

為深化智慧產業發展，進一步提升智慧產業各領域系統解決方案應用水平，現由中國自動化學會、智能制造推進合作創新聯盟、工業控制系統信息安全產業聯盟、邊緣計算產業聯盟、中國儀器儀表行業協會主辦，《自動化博覽》雜志社&控制網（www.miconline.com.cn）承辦的2019智慧系統解決方案征集活動已正式啟動，面向全行業公開征集智慧系統解決方案。本刊特開設智慧系統解決方案專欄，刊發其中優秀的解決方案以饗讀者。

1　目標和概述

印染企業生產主要是面向訂單生產方式，有連續化、多機臺、手工操作的生產特點。訂單小批量、多品種，工藝復雜多變，影響生產不確定因素多，導致生產管理十分困難。很多印染企業仍然是完全依靠人工紙質化對生產調度安排，沒有合理的系統平臺輔助決策，以至生產效率低下，前后工序不能達到均衡生產，甚至無法保證按時按質量交貨，是很多企業的痛點。具體表現大致如下所述：

（1）生產進度管理

在現有設備的生產狀況下，無法實時并且準確地把握生產進度和各生產工序與機臺的產能，以及生產現場操作人員的績效統計情況等。

（2） 排產問題

目前印染企業大部分仍然采用人工對染缸進行生產調度，排產問題是一個規模較大的調度問題，排產這一薄弱環節已經成為制約印染企業發展的重要因素。

（3）數據管理

印染生產的設備數量大、范圍廣，涉及生產現場的設備種類繁多，每種設備數十臺，每臺設備又需要監控的多種參數，由于設備分布廣，數量多，生產現場普遍存在上層對生產過程的數據獲取實時性和全面性難以得到保障，對全部設備的生產狀態很難實時便捷查看，并且設備生產狀態異常不能及時掌握，從而對紡織生產的情況不能有效地把控。

（4）交貨期

由于缺乏對產品生產進度的有效監控，難以實現已開工工單的查詢和監視、待開工工單查詢、已完成工單的查詢等生產過程管理，故不能及時準確地答復客戶交貨日期。企業一般是由總廠計劃室人工制定主生產計劃，作業計劃現場人員制定，導致實際生產與計劃脫離，管理人員在作生產計劃時，對于設備維修保養沒有考慮實際，經常出現帶病作業情況，不了解現場設備運行情況等，導致生產計劃與實際生產狀況出入較大。

（5）加料問題

對于印染企業而言，染色質量就是企業的生命線，而染料稱重對染色質量的有著重要的影響。當前大多印染企業還是采用最原始的手工稱料方式，這就必然存在稱料人員看錯、稱錯和稱不準的可能，從而造成染色質量無法得到保障。

（6）能耗問題印染行業是紡織工業的用水大戶，高能耗、高水耗、高污染一直以來都是阻礙印染行業發展的主要因素。

針對以上問題，本系統解決方案綜合設備產能、訂單交貨期、染色和定型關鍵工序的產能平衡等數據，分析制定生產作業計劃，使各工序之間有良好的銜接；并實現了與ERP、自動加料系統的協調運行；將生產計劃、進度追蹤、加料過程控制、能源管理、設備管理等集成起來；對印染企業的生產和管理行為實現全方位過程控制。

2 系統功能簡介

圖1 系統架構圖

該系統通過底層設備控制層的數據采集、結合先進的優化算法、計算等技術，實現對制造過程的全面感知，搭建規范、統一的數據管理平臺，將制造過程中的計劃制定與執行、進度跟蹤、加料管理、能源管理和設備管理等活動全面集成在一起，實現對制造過程的在線管理。

（1）生產進度管理

掌握每一缸布的目前進度與加工過程，通過掃描條形碼獲取對應布匹的相關信息，包括流程卡號、訂字、品牌規格以及顏色等多種信息，并可輸入工序號（染色工序時為染缸編號）、操作工號、班次、布車號、交接比例、加工匹數等信息，染色工序時還可輸入當前工步，進而對生產現場操作人員績效統計、各生產工序與機臺產能進行分析，同時可以分析各加工工序布匹的實際狀況，作為調整人力與生產線的參考，并能及時更新各訂單的實際生產進度。以染色工序界面為例，界面如圖2、圖3所示。

圖2 染色工序界面

圖3 生產進度統計

（2）車間排產與作業調度

車間排產與作業調度主要包括車間生產計劃與工序生產計劃的制定。

車間生產計劃目標是安排本班次需要加工的流程卡，其中包括安排需染色的流程卡、需預縮的流程卡、需白坯預定型的流程卡、需其他定型的流程卡。車間生產計劃的目標是使車間設備產能利用率最大。

工序生產計劃主要分為染缸位置工序生產計劃和定型機位置工序生產計劃，其中染缸位置工序生產計劃的目標是使染缸利用率最大、洗缸時間最少，定型機位置工序生產計劃的目標是定型機利用率最大、清洗機器次數最少。

以定型排產為例說明，界面支持對未排產的流程卡根據開卡時間或者具體的流程卡號進行查詢，之后可將選中的未排產的流程卡進行排產，并且實現了對已排產流程卡進行修改、提前生產、推后生產等功能。且支持對所有機臺上的排產結果的查詢，并做出正在生產或者是交貨緊張等提示功能。界面如圖4所示。

圖4 染缸排產界面

車間排產不僅實現車間生產計劃、工序生產計劃快速制定，減輕工作人員負荷，同時實現生產進程的實時化管理控制，在保證訂單交貨期的前提下，實現設備生產均衡化、生產效益最大化。

（3）基礎數據維護基礎數據描述了工藝產線自身功能，具有相對穩定的特性，實現對車間設備基礎信息及用途的管理。

基礎數據維護包括：染缸對應顏色深度表、定型對應顏色深度表、布匹和染缸種類表、染缸工步相互影響表、顏色切換表以及顏色種類表。實現界面數據的錄入，通過界面對數據庫信息實現增加、修改和刪除功能。以染缸對應顏色深度表為例，界面如圖5所示。

圖5 染缸對應顏色深度表界面

（4）加料管理

染料倉人工稱料容易拿錯料、放錯料、稱料誤差大、浪費嚴重等現象經常發生而設計。通過掃描條形碼確認打料清單，用料歷史記錄。具體的界面功能，通過掃描條形碼獲取該流程卡的卡號、訂字、規格、顏色、機缸號等信息，還可輸入加料員和班次的信息，并可以獲取該流程卡所需加工的工序顯示到界面上，點擊要加工的工序，報表中顯示此工序可加的所有原料以供加料員選擇，最后點擊確實加料，完成加料過程。用料歷史統計中還可以支持通過卡編號、助燃劑類別、稱料人、機缸號、班次條件來查詢某段時間內的用料歷史記錄。加料界面如圖6所示。

圖6 加料界面圖

（5）能耗統計
能耗統計主要包括實時能耗、流程卡能耗和工序能耗。實時能耗可以實時顯示某個具體工序或者某個車間的當日、當月、當季、當年的耗電量和耗氣量。流程卡能耗支持查詢某個工序在某段時間內的能耗以及其他多種信息。工序能耗支持查詢車間、工序、機臺或者班組在某段時間內的耗電量和耗氣量的信息。能耗展示界面如圖7、圖8所示。

圖7 流程卡能耗界面

圖8 工序能耗界面

（6）產能統計

實現了通過界面來查找數據庫中某些信息的功能，可支持查找某個具體班次的某段時間內所加工的工序以及該工序對應加工匹數，界面通過表格和圖形兩種形式展示，界面如圖9、圖10所示。

圖9 產能統計界面

圖10 產能圖形展示界面

（7）設備停機記錄

對設備故障造成長時間停機事件進行記錄統計，通知生產計劃相應協調變動。記錄包括正在維修和已經維修完成的故障信息，具體包括維修時的工序、機臺號、維修工、維修開始和結束時間、預計維修時長和維修內容等信息，實時維修界面提供了增加、刪除、修改和維修完成等操作，歷史維修界面提供了可通過以上信息去數據庫中查找已經完成的維修單的功能。以歷史維修工單界面為例，界面如圖11所示。

圖11 歷史維修界面

3　代表性及推廣價值

（1）可定制化需求

管控一體化可組態MES產品——KingFusion平臺，可使系統分布式執行，模型集中開發，工程分布式部署，模型化的實現方式，更容易滿足客戶需求的變化。

展示監控平臺（KingSCADA）是大量歷史數據、計算數據、報警數據的分析展示平臺，管理人員可通過趨勢、報表、逼真的實時工藝流程展示等手段了解各工廠的運行狀況、分析過去及未來的趨勢。除了具備數據展示功能外，同時具備數據讀寫監控功能。配置在工廠級監控系統中。

（2）智能化排程

車間排產、工序作業排序功能，可實現智能化排程，確保訂單的準確交付，同時保證設備生產效率優化；同時對生產進行實時的管理和分析，可提高生產靈活性、計劃準確性，減少停機等待時間，優化生產性能。

（3）行業可擴展性

該系統具有良好的模塊性，可擴展性強，支持跨平臺、多數據庫；系統提供多種外部數據接口，可輕松實現與各應用軟件（如ERP、輔助加料系統等）的無縫銜接，實現數據共享；系統簡潔、實用，易學、易用，具有很強的針對性、適應性與實用性。

摘自《自動化博覽》2019年4月刊