數據采集應用與智能制造

傳統企業面臨著內外部的壓力，推動了企業數據采集與數字化轉型的需求。

隨著企業規模的擴大，內部問題逐漸顯現，如：良品率的瓶頸、資源浪費、對經驗的過度依賴、庫存積壓、設備故障、信息孤島和管理障礙等。同時，外部競爭日益激烈，成本上升、利潤逐漸縮水、客戶定制化需求增加、質量要求更為嚴格等，都給傳統制造業帶來了前所未有的壓力。因此，企業需要通過數據采集來應對這些挑戰，提升生產效率，降低運營成本，并增強市場競爭力。

數據采集采集什么？

數據采集的核心是生產過程中“人、機、料、法、環”五要素的數據。

人的數據：主要依賴人工錄入、掃描槍或PDA設備進行采集。

設備數據：設備數據的采集較為復雜，通常需要借助傳感器和設備控制系統來完成。

料的數據：一般通過PDA或人工錄入進行采集。

環境數據（環）：包括設備內的環境數據，如溫度、濕度、氣壓等參數。

方法數據（法）：生產過程中使用的工程方法數據，例如質量分析中的SPC、8D方法、5W1H等，用于追溯問題和優化工藝。

人/料/環要素是生產過程中的主要輸入變量，可隨生產需求不斷調整;

機/法要素是生產過程中的主要系統變量，需要連續實時監控(因為生產過程可能會發生不穩)；

機和法的數據

狀態表現數據：限位開關，點位狀態，邏輯狀態，位置值等;

效率表現數據：轉速，進給速度，切削時間，切削量等；

性能表現參數：振動，溫度，噪聲等傳感器數據；

如何采集數據？

工業數據特點就是數據量大，垃圾數據比較多，在數據采集的過程中要做數據清洗；數據結構非常多，數據量大，隨著時間的變化，數據類數據量也積累越來越多，不管是設備的種類，物料的種類，人員的信息都是數據采集的痛點。

在設備數據中，通常需要采集這兩方面的數據：協議數據和傳感數據。

協議數據：通常在設備控制器中；一般只需低頻采集；蘊含大部分工藝數據(設計據、實際數據)，通常與制造 過程效率密切相關；容易實施采集；

傳感數據：設備控制器中不含該類數據；一般需要高頻采集；蘊含設備的性能表現，通常制造過程的質量密切相關；不太容易實施采集；

協議數據采集，通過通訊協議從設備控制系統獲取相應的數據值。數控系統（CNC），可編程邏輯控制器（PLC），工業機器人控制器，專用控制器。

協議采集方式

軟件直接采集：設備控制器——服務器——協議采集軟件/應用服務軟件；

采集盒子采集：設備控制器——采集盒子——服務器；

協議轉換模塊采集：設備控制器——協議或接口轉換模塊——服務器；

傳感數據采集，信號類型一般是IEPE信號，電流信號，電壓信號，脈沖信號，I/0信號，電阻變化信號；傳感類型一般是振動，噪聲，電流，電壓，功率，壓力，扭矩，角度，應力/應變，流量，電度，計數，位移，溫度；采集的頻率一般在1Hz到10KHz之間，不在這個區間的頻率采集不到。

目前市面上主流的數據采集系統有兩類，第一類是面向數控機床行業的通常叫MDC系統,主要采集設備開關機狀態、報警、設備工作日志以及統計設備利用率。另外一類叫SCADA系統，在電力、化工等流程制造行業比較多，主要利用組態技術對PLC進行邏輯控制以及實現PLC數據采集。

數據怎么應用？

工業數據一般應用在這三個場景。

設備故障的預測：通過對設備狀態數據的監控，預測設備的潛在故障，提前進行維護，避免停機；

圖表分析：通過對歷史數據的分析，繪制圖表，幫助生產人員做出決策；

制造過程的優化：通過實時數據反饋和分析，優化生產工藝，提高生產效率和產品質量。

實施數據采集與分析的流程

確定數據應用的目標——選擇數據應用方式(實時應用、非實時應用、算法等)——反向分析需要采集的數據項——確定數據采集的方式(頻率、內容等)——實時數據采集，積累數據，迭代算法

數據采集的疑問與解答Q&A

Q：數據清洗方法有哪些？

A：數據清洗方法只有數據中臺和數據弧的一種，主要是把這個一些算法，放到網關里面，把不要的垃圾數據把它清理出來，然后把我們所需要的數據藏到數據庫里面去。

Q：中小企業對于數據預測、知識模型、專家庫等有沒有一些低成本的解決方案？

A：目前市面上出現了這樣一種產品，把行業設備的協議開發完，做了一個集成，按照設備臺數收費，包括設備管理，報警，OE分析等，但是這類產品也是剛剛起步，不太成熟，所以到目前為止還沒有一個確切的解決方案，只有大企業有成本有能力來做專家庫這方面的東西。

Q：中小企業怎么規避掉一些大企業踩過的坑，獲取可以借鑒的行業經驗？

A：從成本的角度來說，專業性的方面本身就是比較貴的，只有變成通用性的方案，成本才會降低，變得便宜；從應用層面上，想低成本獲取行業經驗，要看行業成熟度，行業成熟度高了，案例與方案就會比較多，同時，現在很多的廠商也會在意數據分析，工藝優化，做素材接口等等，類似現在的焊接，廠家都配套了焊接槍啊，焊接機器人，智能化的東西，也能自動調節焊接的參數等等。像汽車行業通用性方案比較多，對行業經驗，成本方面還是相對可以的。