消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品訴求也是不斷提高，也就是對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中工藝的一致、設(shè)備的狀態(tài)、器具的有效、質(zhì)量的符合、操作的規(guī)范，都提出了更高要求。既要利潤(rùn)又有符合各方要求，這就需要制造過(guò)程的各類信息能有效搜集，以支持并判斷是否符合預(yù)定。各類制造技術(shù)的快速發(fā)展，為制造過(guò)程中各類數(shù)據(jù)的全面采集提供了可能并結(jié)合MES中固化的流程和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行快速判斷成為可能。
數(shù)據(jù)的采集技術(shù)近年快速發(fā)展，不僅功能強(qiáng)大且成本也逐步降低，比較突出的就有CNC、PLC、RFID、EOS、機(jī)器視覺、人工輸入6個(gè)大類。通過(guò)這些技術(shù)方案，能快速、實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確、客觀的搜集各類制造數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)的反應(yīng)生產(chǎn)制造的實(shí)際過(guò)程，真正實(shí)現(xiàn)制造大數(shù)據(jù)，讓數(shù)據(jù)真正服務(wù)于生產(chǎn)提效和質(zhì)量提升。
數(shù)控技術(shù)也叫計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)是采用最多的方式。1.1.1 原有DNC，稱為分布式數(shù)控。一般是成套的數(shù)控加工中心，都會(huì)用有CNC作為操作系統(tǒng)來(lái)控制數(shù)控加工和制造整個(gè)過(guò)程。車、鉆、銑、磨...諸多工藝,可能都會(huì)融于一臺(tái)數(shù)控加工中心。數(shù)控機(jī)床在CNC的指揮下完成，不僅集成度高，精度和可靠程度也非常好。CNC作為整個(gè)控制中心在程序不但會(huì)指引了完成各種工藝動(dòng)作，也會(huì)不斷利用各類傳感器獲取到的回饋快速做細(xì)微調(diào)整。各類傳感器所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，實(shí)際就是某個(gè)零部件某個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程的實(shí)際過(guò)程的數(shù)字描述。CNC一般會(huì)由于機(jī)加工中心廠商不一樣會(huì)有不同，行業(yè)內(nèi)并沒有形成完全統(tǒng)一一致的標(biāo)準(zhǔn)或者協(xié)議，各家都要自由的數(shù)通信接口和讀取標(biāo)準(zhǔn)，但均支持RJ45、232等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，用合法授權(quán)的軟件連接，均可以讀取到所需的數(shù)據(jù)。1.1.2 二次開發(fā)。目前常見的數(shù)據(jù)采集廠家都采用數(shù)控系統(tǒng)廠商提供的數(shù)據(jù)采集軟件或系統(tǒng)二次開發(fā)軟件來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。其典型的系統(tǒng)采集方式如下幾種：1.1.2.1 FANUC。一般是通過(guò)FANUC的FOCAS開發(fā)軟件包進(jìn)行開發(fā)數(shù)據(jù)采集軟件，通過(guò)以太網(wǎng)的方式是采集。采集的數(shù)據(jù)量比較大。對(duì)機(jī)床配置要求比較高，不適應(yīng)于大量無(wú)網(wǎng)卡的機(jī)床。另外還有采用宏程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。該方式需要在加工宏程序中加入FANUC的串口打印輸出指令將數(shù)據(jù)從串口輸出，這種方式輸出的數(shù)據(jù)有限、數(shù)據(jù)并非真正的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在加工程序中加入采集指令效率不高，仍屬于有限半自動(dòng)式數(shù)據(jù)采集，其數(shù)據(jù)的有效性受到很大的影響。1.1.2.2 西門子。通常要求西門子840D系列系統(tǒng)采用PCU50的人機(jī)計(jì)算機(jī)，采用以太網(wǎng)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在PCU50上安裝MCIS（運(yùn)動(dòng)控制信息系統(tǒng)）或者采用OPC接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這種方式采集的數(shù)據(jù)比較多但對(duì)系統(tǒng)配置要求比較高。對(duì)于老840D/810D和FM-NC等系統(tǒng)受到限制。1.1.2.3 海德漢。常見的對(duì)iTNC530系統(tǒng)采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通常采用DNCRemoTools軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。該方式采集的數(shù)據(jù)量比較大需要向廠家購(gòu)買授權(quán)。1.1.2.4 日系：三菱M70/M700/M80、MAZAK 640，F(xiàn)IDIAC2/C20等。采用系統(tǒng)廠商的數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，均能采集比較多的數(shù)據(jù)。對(duì)于多數(shù)日系數(shù)控系統(tǒng)，大多支持串口打印輸出的NC指令，因而可使用宏程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。可編程邏輯控制器，PLC在工業(yè)自動(dòng)化和工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用廣泛，PLC作為自動(dòng)化和機(jī)器人的控制中心，通過(guò)程序完成各類動(dòng)作。該方式相比CNC更加靈活，但是相對(duì)要求也更高，通常采用數(shù)字量和模擬量的數(shù)據(jù)采集模塊，采集機(jī)床的IO信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床狀態(tài)的監(jiān)控。該方式的優(yōu)點(diǎn)是不受系統(tǒng)的限制，使用廣泛。缺點(diǎn)是采集的數(shù)據(jù)比較少，具體采集的數(shù)據(jù)受到機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的限制，另外現(xiàn)場(chǎng)接線改動(dòng)比較大，對(duì)機(jī)床和采集系統(tǒng)的維護(hù)帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)。該方式與數(shù)控系統(tǒng)的人機(jī)單元沒有要求。但機(jī)床的PLC與具體的機(jī)床相關(guān)聯(lián)，需要對(duì)每一臺(tái)機(jī)床的PLC都比較熟悉，才能保證機(jī)床的正常運(yùn)轉(zhuǎn)不受影響。1.2.1 PLC編程，建立與外部建立以太網(wǎng)連接，通過(guò)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。需要通過(guò)硬件配置來(lái)建立連接通道，然后自編程進(jìn)行收發(fā)。要想順利完成這種通訊和調(diào)試，需要一位既懂計(jì)算機(jī)編程，又懂PLC編程調(diào)試的人員。電文發(fā)送是由PLC程序控制，節(jié)奏可控。1.2.2 PLC提供訪問協(xié)議，不需要編程的外部訪問協(xié)議。比如，OPC-UA、MODBUS TCP等，OPC-UA是目前是開放協(xié)議，但需要從底層開始開發(fā)或者購(gòu)買的SDK進(jìn)行二次開發(fā)。MODBUS TCP需要在PLC里進(jìn)行編程、配置,但是兼容性不足。1.2.3 通過(guò)通訊的中間件或者中間軟件進(jìn)行中轉(zhuǎn)。一般指OPC軟件，一端訪問PLC，另外一端對(duì)外提供數(shù)據(jù)。OPC軟件有的是廠家提供，還有專業(yè)的中間軟件，比如kepware，可同時(shí)訪問的PLC和協(xié)議非常多，兼容性好。國(guó)內(nèi)也有很多出色的軟件，如PLC-Recorder。射頻識(shí)別，閱讀器與標(biāo)簽之間進(jìn)行非接觸式的數(shù)據(jù)通信，達(dá)到識(shí)別目標(biāo)的目的。RFID數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取的高效率，技術(shù)成熟，商業(yè)化案例豐富。RFID封裝后可以生產(chǎn)過(guò)程伴隨產(chǎn)品生產(chǎn)的全過(guò)程，能在高速、高溫、高壓、噪音、輻射等工況下有效工作。在通信網(wǎng)絡(luò)不好敷設(shè)，日常難以維護(hù)的工位，比如電泳，就非常適合。RFID能完成信息的分散采集集中讀取，還可以做加密所以信息安全也很有保障，離散制造業(yè)中作為過(guò)程信息存儲(chǔ)非常合適，所以實(shí)際運(yùn)用得也非常多。RFID與之前CNC、PLC方式最大的區(qū)別在于RFID完成信息的存儲(chǔ)和傳輸任務(wù)，RFID本身并不產(chǎn)生數(shù)據(jù)。而RFID又是開放的架構(gòu)，電子標(biāo)簽存儲(chǔ)分區(qū)、格式、內(nèi)容都可以自己定義，跟CNC、PLC相對(duì)封閉的商業(yè)模式不一樣。典型的RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由閱讀器、電子標(biāo)簽、控制器、天線4個(gè)部分構(gòu)成。第一部分是電子標(biāo)簽，是一個(gè)微型的無(wú)線收發(fā)裝置，主要由內(nèi)置天線和芯片組成，天線負(fù)責(zé)讀取信號(hào)和獲取能量，芯片負(fù)責(zé)處理和存儲(chǔ)信息是整個(gè)RFID的核心。第二部分是讀寫器，是一個(gè)捕捉和處理RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)的設(shè)備，一般會(huì)嵌入到其他系統(tǒng)之中，是構(gòu)成RFID系統(tǒng)的重要部件之一，由于它能夠?qū)?shù)據(jù)寫到RFID標(biāo)簽中因此稱為讀寫器。第三部分控制器，是讀寫器芯片有序工作的指揮中心，主要作用是與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信，執(zhí)行動(dòng)作指令；控制與標(biāo)簽的通信，基帶信號(hào)的編碼與解碼，傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密等等。第四部分是天線，電磁波把前端射頻信號(hào)功率接收或輻射出去的設(shè)備，是電路與空間的界面器件，用來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)行波與自由空間波能量的轉(zhuǎn)化，分為電子標(biāo)簽天線和讀寫器天線兩大類。一般會(huì)利用RFID作為信息容器，一般會(huì)將生產(chǎn)所需的信息（SN、型號(hào)、關(guān)鍵工藝、關(guān)鍵參數(shù)等）初始化寫入RFID，伴隨生產(chǎn)流水線序列流動(dòng)到各個(gè)加工生產(chǎn)工位時(shí)候，讀取這些信息完成相應(yīng)制造環(huán)節(jié)，又將該制造環(huán)節(jié)中的產(chǎn)生的關(guān)鍵信息寫入到RFID中，也可以將產(chǎn)品信息提前推送到下一工序做好前饋準(zhǔn)備，然后在流水線結(jié)束前上傳采集數(shù)據(jù)到上位系統(tǒng)中去。EOS（嵌入式操作系統(tǒng)）用在專用設(shè)備上，主要任務(wù)是控制硬件底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面等。負(fù)責(zé)軟、硬件資源的分配、任務(wù)調(diào)度，控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)，與底層設(shè)備有很強(qiáng)的針對(duì)性和適用性。uC/OS，Nucleus，ThreadX，Windows CE，是有代表性嵌入式操作系統(tǒng)。借用這些OS的成熟架構(gòu)且只保留需要的功能，再通過(guò)輕量化的方式植入相關(guān)的硬件調(diào)用方法以達(dá)到快速實(shí)現(xiàn)硬件控制調(diào)度的目的。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是可獨(dú)立工作的“器件”。常用的通信協(xié)議有SPI、I2C、CAN、USB、UART。EOS方式的數(shù)據(jù)一般在EOS內(nèi)部得到封裝，大多也有支持TCP/IP協(xié)議，只要根據(jù)約定的協(xié)議讀取即可。機(jī)器視覺在國(guó)內(nèi)的運(yùn)用方興未艾。機(jī)器視覺就是用機(jī)器來(lái)代替人做檢查和判斷，屬于人工智能一個(gè)分支。整個(gè)過(guò)程實(shí)質(zhì)是模擬人在工作中的某些行為。即通過(guò)攝像頭等設(shè)備，獲取到目標(biāo)的圖像，然后通過(guò)圖像處理技術(shù)快速的清洗并分離出，所需的特征信息，再根據(jù)這些信息與標(biāo)準(zhǔn)特征做比對(duì)，做出支持檢查和判斷，然后給出結(jié)果。非常適合在高危環(huán)境下、重復(fù)大批量長(zhǎng)時(shí)間的簡(jiǎn)單檢查等場(chǎng)景下替代人工完成作業(yè)。一般應(yīng)用場(chǎng)景有：有無(wú)判斷、光寫字符識(shí)別（OCR）、數(shù)量判斷、色彩判斷等。機(jī)器視覺能快速的輸出有無(wú)、字符串、數(shù)量、顏色等抑或者組合信息。機(jī)器視覺國(guó)外有成熟解決方案，國(guó)內(nèi)也有很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的廠商能提供產(chǎn)品和服務(wù)。機(jī)器視覺數(shù)據(jù)讀取，基本都是采用TCP/IP協(xié)議，只要根據(jù)約定的協(xié)議讀取即可。人工的數(shù)據(jù)采集方式，是采用最普遍方式。實(shí)質(zhì)就是由人完成響應(yīng)的判斷后，借助電腦、手持終端、智能終端，將信息記錄到信息管理系統(tǒng)中去的一種方式。這種方式最大的優(yōu)點(diǎn)是靈活度大，缺點(diǎn)就是過(guò)分依賴人的判斷在某些疲勞或者執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的情況下結(jié)果容易失真。應(yīng)用系統(tǒng)一般會(huì)以B/S或C/S方式交互，底層都是支持TCP/IP的通信協(xié)議，此類采集難點(diǎn)一般不在技術(shù)。CNC、PLC、RFID、EOS、機(jī)器視覺、人工這個(gè)六大類數(shù)據(jù)采集方式。除人工方式外的五種，都屬于是 設(shè)備+傳感器+傳輸 的客觀數(shù)據(jù)采集的非人工模式，無(wú)人生產(chǎn)、人工干擾少、可靠性高，可信度高，數(shù)據(jù)量大，容易獲得海量數(shù)據(jù)，只要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化和分析建模的能力建立，就能快速得出各類分析結(jié)果，非常適合大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)模式下的質(zhì)量和一致性的控制。這五種模式的共同的缺點(diǎn)之一就是前期投入大，如果是初次投入最好是在投資規(guī)劃的時(shí)候一并考慮，投入產(chǎn)出比為最佳，如CNC的投入基本都是百萬(wàn)元級(jí)別的，如果是二次改造還會(huì)涉及生產(chǎn)工藝和模式的變化投資會(huì)更大，所以一定要有要有長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略考量；缺點(diǎn)之二是后期維護(hù)的技術(shù)難度高，這五種方式都是現(xiàn)代裝備制造業(yè)在數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的分支，牽涉到機(jī)械、機(jī)電、電控、圖像等很多領(lǐng)域，需要培養(yǎng)專門的人才和做必要的技術(shù)儲(chǔ)備；缺點(diǎn)之三，技術(shù)迭代更新快，當(dāng)前先進(jìn)成熟的技術(shù)可能若干年后就被淘汰而無(wú)法找到有效的第三方支持而逼不得已更新?lián)Q代。雖然有諸多的缺點(diǎn)，但自動(dòng)化和少人化是整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展大趨勢(shì)，也是制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的必經(jīng)之路，關(guān)鍵在于做好總體規(guī)劃，體系設(shè)計(jì)，人才培養(yǎng)、技術(shù)迭代。人工方式更多是一種人工作業(yè)的行為記錄，這種方式靈活度高，適應(yīng)面廣，投入的成本相對(duì)較低。缺點(diǎn)也很明顯，受精神、身體、情緒、認(rèn)知的影響比較明顯，作業(yè)的頻率不可能很高，操作的輸入的效率等也是明顯的短板。綜合以上，技術(shù)本身并沒有好壞，更多要看它適合用在哪些場(chǎng)景下。不同的設(shè)備，不同的場(chǎng)景，不同的工藝需求、質(zhì)量控制和成本考慮，就需要選擇適合的數(shù)據(jù)采集方法。盡量用流程化標(biāo)準(zhǔn)化，減少人為因素干擾，盡可能多地采集各類數(shù)據(jù)。3 MES數(shù)據(jù)采集在汽車制造實(shí)際案例分析汽車生產(chǎn)制造，不僅生產(chǎn)流程長(zhǎng)、工藝要求多，各類機(jī)加工、裝配、調(diào)整工位也很多，借助MES對(duì)各類設(shè)備的采集，不僅能對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃完成情況、質(zhì)量情況、設(shè)備情況獲取一手?jǐn)?shù)據(jù)，真實(shí)反應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，更能結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)清洗匯聚出變化點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，為后續(xù)改進(jìn)提供依據(jù)。六種采集方式，在汽車生產(chǎn)制造過(guò)程中都有應(yīng)用。一般來(lái)說(shuō)，CNC更多會(huì)用在各類機(jī)加工設(shè)備上借助已有的協(xié)議快速采集，例如缸體缸蓋的機(jī)加工。PLC更多會(huì)用在裝配工位的機(jī)器人以及裝配工裝上做數(shù)據(jù)采集，例如車身的焊接機(jī)器人和夾具。RFID一般是根據(jù)它的移動(dòng)存儲(chǔ)可跟線移動(dòng)快速讀取擦寫的特點(diǎn)多用在各類機(jī)運(yùn)上，例如總裝內(nèi)飾的地板鏈和底盤的空中鏈。EOS是各類專用設(shè)備的默認(rèn)方式，例如檢測(cè)線的燈光和四輪定位。機(jī)器視覺更多會(huì)用在目前傳統(tǒng)手段無(wú)法檢測(cè)和重復(fù)性的，例如總裝車身外觀件錯(cuò)漏裝檢查。人工的方式多在需要人工參與的地方，例如檢測(cè)線環(huán)路測(cè)試是依靠人工檢測(cè)的。六種采集方式采用哪種，主要是看需求場(chǎng)景、設(shè)備和成本的投入、人員技能和流程等綜合因素確定。一般來(lái)說(shuō)，流程標(biāo)準(zhǔn)化后再實(shí)施自動(dòng)化的路線是制造業(yè)，特別是汽車生產(chǎn)制造的大趨勢(shì)。自動(dòng)化的采集對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的技能的要求是降低了，對(duì)專業(yè)技術(shù)人才的技術(shù)能力的大大增加了，對(duì)人才的培養(yǎng)和提升是非常重要的。無(wú)人化、自動(dòng)化、信息化是大趨勢(shì)，充分的利用底層采集的數(shù)據(jù)，集成各類生產(chǎn)、質(zhì)量、物流等信息融合到制造執(zhí)行的大數(shù)據(jù)中去，是整個(gè)汽車制造的潮流。下位數(shù)據(jù)采集技術(shù)與上位信息管理系統(tǒng)之間的關(guān)系進(jìn)一步分析。下位數(shù)據(jù)采集技術(shù)越是高效快速，對(duì)上位信息系統(tǒng)的并發(fā)處理數(shù)據(jù)的能力就會(huì)更高，對(duì)算力和存儲(chǔ)都是以幾何級(jí)數(shù)的增長(zhǎng)，這個(gè)方面的投入也是要跟上的，如果不能及時(shí)處理這些海量數(shù)據(jù)，那么這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生的價(jià)值就會(huì)大打折扣。從另外一個(gè)角度說(shuō)，也需要產(chǎn)品、工廠、工藝、車間、質(zhì)量，甚至生產(chǎn)計(jì)劃、人力資源、財(cái)務(wù)等使用數(shù)據(jù)的部門，很清楚地知道自己需要什么數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從哪里來(lái)，通過(guò)什么算法得到什么，又能到哪里去，整個(gè)脈絡(luò)很清楚，真正做到知其然，更加知其所以然。而不是為了采集而采集，為了數(shù)據(jù)而數(shù)據(jù)，舍本逐末。數(shù)據(jù)采集和最后的利用這是一個(gè)公司管理經(jīng)驗(yàn)的問題，不僅僅只是一個(gè)信息化技術(shù)部門的問題。近年IoT興起，IoT更多是一種通信方式和商業(yè)模式，借助4G或5G通信技術(shù)技術(shù)，采集的成本進(jìn)一步降低。但它是不能取代以上六大類底層采集方式。IoT能與這六大類方法結(jié)合，更高效的完成各項(xiàng)任務(wù)。以上六種方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字工廠的第一步，采集只是MES整個(gè)工作和數(shù)據(jù)流的一部分。MES要完成采集、分析、處理、反饋、存儲(chǔ)等多項(xiàng)任務(wù)。除了要跟下位結(jié)合，更要與管理要求和指標(biāo)結(jié)合，使得生產(chǎn)更符合管理目標(biāo)。從人機(jī)料法環(huán)測(cè)六個(gè)方面反應(yīng)實(shí)際狀態(tài)，更好給生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)五個(gè)W一個(gè)H的明確指令指揮生產(chǎn)。采集這個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)然是很重要的，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的第一步。后續(xù)需要結(jié)合工廠數(shù)字建模、數(shù)字孿生等數(shù)字化技術(shù)，與PLM/ERP/DMS/CRM/LES/MES/EMS進(jìn)一步跨界融合實(shí)現(xiàn)，開啟真正意義的智能制造。
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