伺服传动细纱机的MES系统开发_刘银浩.pdf

第 51 卷 第 8 期2023 年 8 月Cotton Textile Technology伺服传动细纱机的 MES系统开发刘银浩 向军 潘如如（江南大学，江苏无锡，214122）摘要：针对当前大部分纺纱车间生产信息化程度较低，需要人工记录系统的生产数据、手动更换齿轮来调节牵伸罗拉传动速度等情况，设计并开发出基于伺服传动细纱机的 MES系统，实现了产量管理、设备管理、智能报表等功能。使用该系统进行工艺翻改比人工翻改时间缩短约 20%，企业管理效率提高约 30%。该系统能够有效缩短翻改时长，有助于提高企业管理效率。关键词：MES系统；伺服电机；细纱机；管理效率；智能报表中图分类号：TS101.9 文献标志码：B 文章编号：1000-7415（2023）08-0015-04MES system development of servo drive spinning frameLIU Yinhao XIANG Jun PAN Ruru（Jiangnan University，Wuxi，214122，China）Abstract Aimed at the situation of low level of production informationization degree in current most spinning workshops，manually recording the production data needed，manually changing the gears to adjust the transmission speed of draft roller and so on，the MES system based on servo drive spinning frame was designed and developed.The functions of output management，equipment management and intelligent report and so on were realized.The time of process modification by the system was around 20%shortened than manual modification.The management efficiency of enterprises were improved about 30%.The system could effectively shorten the length of time to change.It was beneficial to improve the efficiency of enterprise management.Key Words MES system，servo motor，spinning frame，management efficiency，intelligent report伺服传动细纱机是指前、中、后罗拉和钢领板升降各自使用一个伺服电机直接传动，主电机用变频器调速，修改工艺品种只需要在触摸屏上设置基础参数即可。这种伺服传动装置的优势在于可高效调节牵伸罗拉转速，减少了人工更换齿轮进行品种翻改的时长，提升品种翻改效率。通过MES系统与该设备进行配合，利用计算机联网控制，实时监控细纱机工作状态，实时统计工艺参数、产量等管理数据，自动生成报表并进行分析，可高效提升企业生产效率和管理效率。随着纺织行业数字化、信息化的发展，当前许多企业已经意识到必须将先进的计算机、通信等技术运用到纺织行业，依靠其提高纺织生产效率，降低用工成本。目前，金晓华等1分析了纺织企业管理现状，论述了设计纺纱管理系统的必要性；崔士涛2设计的 MES 监控系统实现了在线质量监控，提高了纺纱的生产质量；葛陈鹏等3基于制造执行系统的纺纱方案，表明了 MES系统可以实现全方面的数字化云端管理；徐盼4提出的在线联网采集系统对织机设备进行了可视化管理，有助于提高对车间设备的监管；陈新鹤等5提出的集成信息监控系统的纺纱智能化管理，有助于实现纺纱生产过程的实时调度、效率在线监控及产品精准把控等方面的结合；董娴6设计的纺织企业能源管理信息系统实现了对系统能源统计、分析和预测，有助于对车间能耗进行很好的把控；刘月刚等7设计的竹节纱工艺管理系统实现了工艺参数的快速设置，将工艺参数存储到数据库中，实现了竹节纱的数据库管理及网络化传输；江豪OSID码基金项目：国家自然科学基金项目（61976105）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（JUSRP123001）作者简介：刘银浩（1998），男，在读硕士研究生；潘如如，通信作者，教授，收稿日期：2023-03-05】【15第 51 卷 第 8 期2023 年 8 月Cotton Textile Technology等8提出的帘子布直捻车间 MES 系统提供了很好的 MES 数据采集方式和数据处理方案。但整体来看，当前 MES 系统，大而全，投入高，并且对设备的数据采集要求很高。而利用伺服传动的细纱机，其车速、品种、能耗等基础数据都可以从设备直接获取，不需要额外增加传感器进行设备的数据采集，因此基于伺服传动细纱机的 MES系统具有投入成本较低、翻改效率高等特性，其逐步成为纺纱企业关注的焦点。为此，本研究以某企业改造后的细纱机为例，研发了基于伺服传动细纱机的 MES 系统。针对纺纱的生产管理过程和报表智能分析过程做了较好的设计，系统还提供了自动生成报表、产量管理、设备管理等功能，方便企业对细纱车间进行高效管理。该系统还可以通过手机端、PC端进行连接，方便管理人员进行实时监控。在功能上，亦可根据企业细纱管理过程进行定制化服务，有助于纺纱行业生产运营、生产效率的大幅提高，具有十分重要的意义。1 系统数据采集该系统根据数据来源不同，规划了 3 种数据采集方式，分别为电机数据采集、能耗数据采集和人工输入数据方式。1.1电机数据采集由于该系统伺服传动部分主要利用伺服电机与各个罗拉直接传动，主电机用变频器调速，故通过调节脉冲频率来控制电机的主轴转速，从而实现对伺服电机主轴转速的采集。1.2能耗数据采集将智能电表与各个机台设备连接，通过智能电表的 RS485 通信接口，实现对设备机台能耗数据的采集。1.3人工输入数据细纱工艺过程涉及多类数据信息，包括品种工艺单信息、生产排产信息、生产报工信息等。首先由该系统的 MES 从企业 ERP 系统读取其生产计划的品种和订单信息，然后工艺员通过触摸屏进行品种工艺单的填写，设置该品种的工艺参数，即可完成工艺的制定，相关数据信息如下。（1）品种工艺单主要包含 3 部分信息。基础信息，如订单日期、工艺员、产品名称、批号等；工艺信息，如设备机型、公定回潮率、线密度等；工艺项目信息，如传动比、细纱号数、捻向、前罗拉直径等。（2）生产排产过程中，将多种不同的制品按照工艺员制定的工序安排到相应设备上，并决定各制品的投入顺序与时间，涉及具体的订单数量、计划开工及完工日期、排产机台的相关选定等。（3）当品种生产完成后，需要进行生产报工。系统会提供各个机台的相关生产情况，工艺员根据智能电表输入所有机台的能耗数据。2 系统开发及模块设计2.1系统开发本系统利用伺服电机传动数据、智能电表和手动录入方式来采集生产数据、工艺数据、设备数据和能耗数据，并且将采集的所有数据存储到数据库中，实现数据的保存与二次利用。然后，通过产量管理、设备管理、能耗管理、报表智能分析、大屏等模块，调用数据库中的相应数据，进行相关计算，并将其进行数据可视化后传递给客户端。本系统软件部分主要有产量管理、设备管理、数据汇总、报表生成等功能，结合伺服传动细纱机，进行联合开发。前端采用 Vueelementadmin框架，其提供了一套声明式、组件化的编程模型；后端采用 springboot框架，具有约定优于配置、部署简单等特点；数据库使用 MySQL，具有体积小、速度快、成本低等特性，是目前流行的关系型数据库管理系统之一。这些技术选型，保证了整个系统不但拥有流畅性与稳定性，还便于二次开发。2.2系统模块设计基于伺服传动细纱机的 MES系统，其功能模块包含产量管理、设备管理、智能报表等。2.2.1产量管理细纱机产量的高低反映了企业的生产水平，通过采集伺服电机数据获取电机主轴的转速，根据品种工艺的不同，由挡车工输入具体工艺的罗拉传动比和纱支数，得到具体某品种的产量，如式（1）所示。|V线=V主 ai fi=V线 t bi i1 000 (1)式中：V线表示前罗拉线速度；V主表示主轴的转速；ai表示第 i种工艺的传动比；fi表示第 i种】【16第 51 卷 第 8 期2023 年 8 月Cotton Textile Technology工艺的产量（kg）；t表示设备运行时间；bi表示第 i种工艺的纱支数；i表示第 i种工艺的产量系数。生产完成后，挡车工需要进行生产报工，结合所有开台设备运行情况，进行产量汇总。结合生产过程中智能电表所采集的机台能耗数据和各品种产量数据，可以得到每种纱线的吨纱能耗，如式（2）所示。Hi=Eifi 1 000 (2)式中：Hi表示第i种工艺的吨纱能耗；Ei表示第i种工艺的能耗数据，fi表示第i种工艺的产量。2.2.2设备管理在生产过程中出现设备停机时，通过该模块对停机类型、停机前纺纱长度、停机开始和结束时间、停机次数等信息进行录入，系统会自动保存至数据库。汇总某品种生产设备停机信息时，其对应机台的各类型停机时长及设备运行效率计算如式（3）所示。|ti=te-ts =(t总-ti)100t总 （3）式中：ti表示停机时长；te表示停机结束时间；ts表示停机开始时间；表示设备运行效率；i表示各停机类型；t总表示该机台总的运行时间。2.2.3智能报表将采集的细纱机生产数据（前罗拉转速、主轴转速信号、停机次数及其对应的停机时长等）进行处理、运算和分析，生成日表、周表、月表等多种报表。下面以产量管理和设备管理的报表为例进行阐述。产量报表。由 ERP 系统读取企业生产计划的品种信息，连同操作员手动输入的工艺参数（罗拉传动比、纱支数、产量系数等）都自动存储到数据库中。待生产报工完成后，由系统自动计算出每个设备机台的产量。将订单的设备、品种、产量、能耗等进行汇总，如表 1所示。通过订单数据的汇总分析，可以对生产过程中某品种在各个机台设备上的产量和吨纱能耗做好把控。该报表汇总了纺织企业所关注的设备产量、能耗以及吨纱能耗等众多数据。设备报表。在系统运行过程中，当工艺员遇到设备停机时，通过设备管理模块对设备的停机类型、停机时长进行人工输入，由系统进行整个过程中的停机相关数据计算。将机台设备停机次数、停机时长、停机类型汇总后，如表 2所示。利用该报表所提供的数据定期公示各负责人的机台信息，将设备机台与操作工进行关联，对当班操作工的操作能力进行精准反馈，通过数据，亦可以对操作人员职位进行合理分配，激励员工更好工作。3 系统效果展示3.1系统主控台系统主控台包括每个细纱分厂的机台状况、通知公告、订单品种跟踪等信息，作为管理者，可表 1产量报表设备编号XS101XS102XS103XS104合计品种新 MD50SCPT新 MD50SCPT新 MD50SCPT新 MD50SCPT产量/m3 2402 4302 9702 29510 935产量/t1.200.901.100.854.05能耗/（kWh）4 234.923 277.173 716.242 755.4413 983.77吨纱能耗/（kWh）3 529.13 641.33 378.43 241.713 790.5表 2机台停机报表设备编号XS101XS102XS103XS104合计车间一分厂一分厂一分厂一分厂工序细纱细纱细纱细纱效率/%93.6386.7495.4497.0393.21停机总时长/h1.002.090.720.474.28停机总次数/次12115】【17第 51 卷 第 8 期2023 年 8 月Cotton Textile Technology以实时把控整个车间的生产状况，通过对应的按钮进入到对应的操作界面，进行相关操作，如人员管理、设备管理、品种管理等。如图 1所示。在系统主控台中，可以直观得到整个细纱过程的重要信息，对每个部分出现的异常问题，通过订单、设备等模块查询到具体责任人及责任设备，即可直接对人员及设备进行现场调整，防止质量等问题扩大。通过数据可视化，能够实现数据数字化展示，该主控台可根据不同细纱机构进行二次开发，达到不同机构的定制化需求。3.2大屏展示通过数据可视化技术，实现大屏展示。系统大屏包括车间品种吨纱能耗、品种产量及盈亏、最近班次产量及盈亏、今日产量趋势等 8 张数据大屏，如图 2 所示。管理者可以直观明了查看整个细纱车间品种产量、设备能耗、机台效率等数据。若有异常，则直接根据品种溯源到对应机台的人员，有助于提高企业的纺纱效率和管理效率。4 应用效果该系统在江苏无锡某企业进行实际应用后，效果较为明显，主要体现在以下两个方面。（1）对操作工来讲，只需要按照对应手册在触摸屏上输入各个工艺需要的电机传动比，无需频繁手动更换齿轮，即可完成众多纺纱工艺的更新，大大减轻了工人的任务量，减少了工艺翻改的时间，人工翻改时间缩短了约 20%。（2）对管理者而言，应用本系统后，提高了生产效率，节约了部分人力资源，可以实时查看整个车间品种、产量、能耗等众多数据；系统使用更加便利，大大减少信息的滞后性；众多报表也可以帮助管理者更好地把控整个生产过程，及时发现并解决问题，管理效率提升约 30%。5 结束语由于细纱车间多依赖手动更换齿轮来调节牵伸罗拉传动方式，存在效率低下等问题，制约了企业进一步发展和提升。本研究设计的基于伺服传动细纱机的 MES系统，能够通过采集伺服电机信号，快速进行品种翻改，降低翻改时长，实现了产量管理、设备管理、智能报表及大屏展示等功能。系统应用效果表明，该 MES系统能够帮助提高企业生产效率，具有较高的应用和推广价值。参考文献：1金晓华，谢春萍.纺织企业质量管理信息系统的开发 J.棉纺织技术，2002，30（9）：5-8.2崔士涛.利用生产在线信息系统提升纱线质量的实践 J.棉纺织技术，2019，47（6）：67-72.3葛陈鹏，季承，糜娜，等.基于制造执行系统的纺纱企 业 智 能 化 转 型 探 讨J.棉 纺 织 技 术，2021，49（10）：42-46.4徐盼.在线联网采集系统在织机设备管理中的应用J.轻纺工业与技术，2021，50（8）：13-16.5陈新鹤，海洋，李光海，等.基于集成信息监控系统的纺纱智能化管理 J.棉纺织技术，2019，47（5）：15-18.6董娴.纺织企业能源管理信息系统的研究与开发D.南京：东南大学，2016.7刘月刚，马崇启，吕汉明，等.竹节纱工艺管理信息系统的开发与应用J.纺织学报，2013，34（10）：141-145.8江豪，段琼海，王永华，等.帘子布直捻车间 MES 系统的设计与实现J.棉纺织技术，2022，50（10）：49-53.图 1系统主控台图 2大屏展示】【18