矩陣視頻監(jiān)控系統(tǒng)與生產(chǎn)型企業(yè)過程控制的融合

    背景：

    隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，生產(chǎn)制造企業(yè)之間的競爭更加激烈，企業(yè)對自身生產(chǎn)車間的執(zhí)行過程也更加重視，但是由于產(chǎn)品種類多、批量小，在線零配件數(shù)量大，裝配工藝復雜生產(chǎn)過程多變化等原因，使得企業(yè)對生產(chǎn)進度的監(jiān)控能力逐步減弱。如何才能真正提高管理水平？

    案例分析：

    某大型汽車生產(chǎn)制造基地，引進擴建生產(chǎn)線以增加產(chǎn)能，要求對廠區(qū)內重要場所的安全運營嚴格監(jiān)管，還要求生產(chǎn)部門實施對各車間生產(chǎn)狀況的自動化監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患和突發(fā)意外，保證高效生產(chǎn)和安全生產(chǎn)。

    具體要求如下：

    1、  調控總控中心設立視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過對車間內視頻圖像的實時觀看，生產(chǎn)調度了解車間內員工的工作狀態(tài)、流水線以及重點工位的實時運轉，對突發(fā)事件應急處理；

    2、  車間內設立了多條生產(chǎn)線，大型自動化電氣設備多，生產(chǎn)流水線工位密集，需要配置較多的定點攝像機，初期設計200支以上，而且要求能夠觀察到具體操作；

    3、  對于倉庫等大范圍的場所采用高速球云臺；

    4、  對關鍵場景進行全程錄像，以便備案查找。

    5、  由于安全生產(chǎn)的需要，該系統(tǒng)要提供網(wǎng)絡視頻傳輸通道，以便行政部門和上級監(jiān)管部門了解企業(yè)基層運轉情況，加強監(jiān)管，優(yōu)化調度。

    通常傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以廠區(qū)安全保衛(wèi)和車間安全管理為主要目的，根據(jù)現(xiàn)場布局和用戶意見確定攝像機的位置即可。但是現(xiàn)代化大型制造企業(yè)，更關注產(chǎn)品的整體生命周期。企業(yè)的流程緊緊圍繞生產(chǎn)過程展開，通過對每個生產(chǎn)階段、每段生產(chǎn)過程中材料的統(tǒng)計，以及產(chǎn)品生產(chǎn)信息的詳細記錄，從而構建了產(chǎn)品生產(chǎn)生命周期的一條完整信息鏈，不僅能夠正向查詢產(chǎn)品的制造、物料、質量等信息，還可以通過這些具體信息反向追溯產(chǎn)品的來源。這就為視頻監(jiān)控系統(tǒng)開辟了更廣闊更深層的應用空間，我們以該企業(yè)逐步成熟的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)為例，去追尋新型的視頻監(jiān)控是如何為其服務的：

    生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的要求：

    生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)通過調度總控室監(jiān)控生產(chǎn)流程中的各環(huán)節(jié)，將視頻監(jiān)控技術與生產(chǎn)設備、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)計劃、物料供應、操作指導及生產(chǎn)現(xiàn)場狀況緊密結合，利用電子看板要貨，計算機處理反饋信息，產(chǎn)成品在線跟蹤等手段將整個生產(chǎn)過程信息化，構成了集成監(jiān)控調度、庫存統(tǒng)計、安全管理的綜合應用系統(tǒng)。其中，更對傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了開放性、可編程、多樣化的新要求。

    不僅是汽車制造企業(yè)，從事精密機械、電子元件生產(chǎn)等加工和制造精度高的企業(yè)，也通常要求針對每道工序/每組機床進行局部視頻監(jiān)控，車間以及外圍廠區(qū)的監(jiān)控視頻匯聚到調度中控中心，由生產(chǎn)調度/生產(chǎn)主管人員進行綜合管理。大量視頻場景需要在少量的屏幕墻上顯示，在監(jiān)測一道工序的多個工位的時候，需要及時準確的將相關圖像全部切換顯示。矩陣作為系統(tǒng)核心的控制設備，如果還停留在手動切換/自由切換/分組切換/報警切換的水平，將遠遠落后于過程監(jiān)測中的實際需求。

    開放性要求矩陣通訊網(wǎng)絡化，開放接口與其他系統(tǒng)兼容，特別是與車間作業(yè)管理系統(tǒng)、質量控制管理系統(tǒng)、出入門禁管理系統(tǒng)的平滑對接。IP通訊方式的網(wǎng)絡矩陣將逐漸取代原有RS-422/RS-485等通信方式的矩陣，原因有二：一、矩陣可以通過網(wǎng)絡與其他外設如報警主機、碼分器、控制鍵盤等快速連接，擴展安裝便捷靈活；二、網(wǎng)絡化是發(fā)展趨勢，不僅布線更加簡單，TCP/IP方式也將成為多平臺集成接口的標準，不占用串口，數(shù)據(jù)保密準確，傳輸速率高。傳統(tǒng)的RS-422/485信號最高速率一般在19200Bps以內，在多設備通訊以及聯(lián)網(wǎng)應用時，帶寬明顯不足，通訊效率較低。隨著網(wǎng)絡矩陣的興起，通訊數(shù)據(jù)IP數(shù)字化，矩陣的數(shù)據(jù)口可以直接接入交換機。通訊數(shù)據(jù)交換的瓶頸從而得到解決。

    可編程要求矩陣這個監(jiān)控中樞將不僅是被動地執(zhí)行切換操作，而是可以智能執(zhí)行多種聯(lián)動響應，實現(xiàn)對生產(chǎn)工序/工位的自動化準確監(jiān)控定位，將人工干預的遲滯和錯誤的比例降低到最小。其中宏指令技術將發(fā)揮更加關鍵的作用，這一技術的理念核心是提供給客戶一個開放的可編程的操作指令環(huán)境，用戶根據(jù)自己系統(tǒng)的特點和操作習慣，將一系列繁瑣的操作編輯簡化為一個按鍵操作以及自動化響應操作，從而提高監(jiān)控系統(tǒng)的整體效率和準確性。

    多樣化要求矩陣視頻輸入輸出網(wǎng)絡化，不僅需要支持模擬輸入模擬輸出，具備高帶寬視頻背板、網(wǎng)絡視頻輸入輸出模塊、光纖輸入輸出模塊的多業(yè)務集成型（MSIP技術）網(wǎng)絡矩陣將得到更多應用。模擬切換的優(yōu)勢是視頻效果出眾，數(shù)字切換的優(yōu)勢是視頻錄像共享傳輸方便。新形態(tài)的模塊組合方式的矩陣可以為多級行政部門/監(jiān)管部門對生產(chǎn)現(xiàn)場的管理提供更多更方便的配置選擇。

    矩陣視頻監(jiān)控系統(tǒng)在生產(chǎn)過程控制的融合：

    1、    任務組織環(huán)節(jié)：通過生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的看板可以及時了解生產(chǎn)任務的投入、產(chǎn)出等情況，為生產(chǎn)的前期準備提供了信息，包括物料供應、設備運行、工藝文件、生產(chǎn)夾具等。視頻監(jiān)控在其中僅起到輔助作用，例如在生產(chǎn)計劃發(fā)生變更時，加強信息反饋的及時性和準確性。

    2、    生產(chǎn)實施環(huán)節(jié)：看板上只能體現(xiàn)各單位的投入和產(chǎn)出、不良率和直通率等質量情況等信息。借助視頻監(jiān)控，能夠實現(xiàn)對生產(chǎn)節(jié)奏的有效控制。管理者可以對出現(xiàn)停滯、效率低、產(chǎn)出比較慢的工位加強控制，同時調整其上一個單位的產(chǎn)出，以免造成堆積和加工搬運浪費。同時一旦出現(xiàn)了設備異常故障，控制中心可以及時發(fā)現(xiàn)，第一時間通知設備維護人員火速到達現(xiàn)場、解決問題，每延誤一秒鐘，都會給后道工序甚至整個生產(chǎn)批次帶來巨大的物料損失乃至人身傷害。

    如何在各工序和各工位之間，根據(jù)物料的完成進度進行跟蹤監(jiān)控？這就需要監(jiān)控主機具備分區(qū)隨動切換策略，以智能網(wǎng)絡矩陣為例，其內置的增強型中文宏指令通過CPU單元的快速命令行解析方式，可以根據(jù)操作工序的點位、流水線的分布、工位異常的信息預先編程設定，對預定策略和突發(fā)事件自動切換放大到屏幕墻，實現(xiàn)對車間生產(chǎn)流水線的即時監(jiān)管。針對該企業(yè)的具體要求，以總裝車間為例，圍繞前后工序，設定的定時場景同步切換指令如下：

    TIM 8.00 每天早上8：00開始

    AMA 1    1�？傃b線上線備警

    SWH 1.1  監(jiān)視器1＃顯示攝像機1＃（工位1）

    SWH 2.3  監(jiān)視器2＃顯示攝像機3＃（工位3）

    SWH 3.5  監(jiān)視器3＃顯示攝像機5＃（工位5）

    DWL 5

    SWH 1.2  監(jiān)視器1＃顯示攝像機2＃（工位2）

    SWH 2.4  監(jiān)視器2＃顯示攝像機4＃（工位4）

    SWH 3.6  監(jiān)視器3＃顯示攝像機6＃（工位6）

    LOP      從頭執(zhí)行

    3、    質量控制環(huán)節(jié)：對生產(chǎn)現(xiàn)場質量的及時了解控制，可以減小不良浪費，是實現(xiàn)全程質量管理的一個重要環(huán)節(jié)。通過質量看板可以及時充分體現(xiàn)各生產(chǎn)單位、各產(chǎn)品的生產(chǎn)質量信息，方便生產(chǎn)人員進行了解和控制，實現(xiàn)質量信息收集統(tǒng)計分析。在整個生產(chǎn)過程中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以與各質量控制點的隨工單一同記錄發(fā)生的質量問題，最后由質保部進行統(tǒng)計、匯總，形成文字記錄、網(wǎng)絡記錄、視頻記錄的混合存儲，以備日后溯源。該環(huán)節(jié)要求視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠提供更多的分控用戶以便協(xié)同管理。不但對分控的實現(xiàn)方式有要求（網(wǎng)絡分控和矩陣鍵盤分控），而且需要根據(jù)客戶需求提供豐富靈活的權限管理功能。以智能網(wǎng)絡矩陣為例，不但具備優(yōu)先仲裁、沖突等待和每個前端多級權限設定的功能，而且還支持脫離控制鍵盤的活動用戶組態(tài)，不同的用戶可以在同一控制設備上登錄，實現(xiàn)不同權限的操作。

    4、    大物流環(huán)節(jié)：物流包括產(chǎn)品原材料、零部件、輔助材料等的購進物流以及產(chǎn)品的制造物流等活動，涉及暫存區(qū)庫存、整機在線、入庫跟蹤等環(huán)節(jié)。容易發(fā)生現(xiàn)場標識不清、混亂擁擠、物流信息傳遞不暢的情況。每天入庫、出庫的零部件種類繁多，統(tǒng)計量大，操作易出錯，不利于庫房管理；對入庫的零部件，易出現(xiàn)統(tǒng)計帳實不符。如果車間物料管理不善，還會帶來搬運的浪費。在該企業(yè)，由于車間空間布局限制以及車輛共線生產(chǎn)的要求，時常會出現(xiàn)不同車型在裝配過程中由于物料不齊，而導致的零部件拆借挪用、折損遺失的情況，缺少憑據(jù)，無法調查。而結合視頻監(jiān)控的物料看板能夠保證及時供應、物流平衡、加強管理，從根本上解決問題。智能網(wǎng)絡矩陣提供的64級步進精度操作和全向云臺控制，配合前端的變速球云臺，在低速高倍條件下運行平穩(wěn)，定位準確，誤差精度達到0.2º，可以實現(xiàn)對于場景細節(jié)的有效監(jiān)視。

    5、    出入控制環(huán)節(jié)：企業(yè)在人員管理和流程管理上重視工作效率和準確性，通常會應用門禁系統(tǒng)對出入控制上做嚴格限制，比如某車間的工人只能在授權的時間和地點進出，保證了廠區(qū)的有序管理。同時也可對出勤情況進行統(tǒng)一管理。智能網(wǎng)絡矩陣支持與網(wǎng)絡門禁通訊，實現(xiàn)刷卡聯(lián)動場景圖像切換，保證了重要部門對門禁出入記錄添加視頻復核的要求。在該廠區(qū)的出入大門以及總裝測試中心，員工進出刷卡時，讀卡器旁邊的攝像機會將持卡人的圖像同步切換到屏幕墻并抓拍錄像存儲，實現(xiàn)了身份即時復核確認以及日后檢查備案。

    有效的經(jīng)營方法能讓企業(yè)提高效率，生產(chǎn)出高質量、低成本的產(chǎn)品。在技術交流發(fā)達的今天，各個企業(yè)所擁有的生產(chǎn)工藝技術差別不大；影響企業(yè)制造成本、提高企業(yè)競爭力的主要因素在于生產(chǎn)管理技術。對于制造業(yè)企業(yè)來說，加強對現(xiàn)場生產(chǎn)過程的質量控制是一項重要任務，生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)通過管理技術、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫等信息技術的有效結合，節(jié)省了管理人力時間，加快了信息傳遞，提高了工作效率，增強了企業(yè)的競爭力。