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

    背景：

    隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)制造企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，企業(yè)對(duì)自身生產(chǎn)車間的執(zhí)行過(guò)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(fù)雜生產(chǎn)過(guò)程多變化等原因，使得企業(yè)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)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(jìn)擴(kuò)建生產(chǎn)線以增加產(chǎn)能，要求對(duì)廠區(qū)內(nèi)重要場(chǎng)所的安全運(yùn)營(yíng)嚴(yán)格監(jiān)管，還要求生產(chǎn)部門(mén)實(shí)施對(duì)各車間生產(chǎn)狀況的自動(dòng)化監(jiān)控，及時(shí)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(diào)控總控中心設(shè)立視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)車間內(nèi)視頻圖像的實(shí)時(shí)觀看，生產(chǎn)調(diào)度了解車間內(nèi)員工的工作狀態(tài)、流水線以及重點(diǎn)工位的實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)突發(fā)事件應(yīng)急處理；

    2、  車間內(nèi)設(shè)立了多條生產(chǎn)線，大型自動(dòng)化電氣設(shè)備多，生產(chǎn)流水線工位密集，需要配置較多的定點(diǎn)攝像機(jī)，初期設(shè)計(jì)200支以上，而且要求能夠觀察到具體操作；

    3、  對(duì)于倉(cāng)庫(kù)等大范圍的場(chǎng)所采用高速球云臺(tái)；

    4、  對(duì)關(guān)鍵場(chǎng)景進(jìn)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(luò)視頻傳輸通道，以便行政部門(mén)和上級(jí)監(jiān)管部門(mén)了解企業(yè)基層運(yùn)轉(zhuǎn)情況，加強(qiáng)監(jiān)管，優(yōu)化調(diào)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(chǎng)布局和用戶意見(jiàn)確定攝像機(jī)的位置即可。但是現(xiàn)代化大型制造企業(yè)，更關(guān)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(guò)程展開(kāi)，通過(guò)對(duì)每個(gè)生產(chǎn)階段、每段生產(chǎn)過(guò)程中材料的統(tǒng)計(jì)，以及產(chǎn)品生產(chǎn)信息的詳細(xì)記錄，從而構(gòu)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(zhì)量等信息，還可以通過(guò)這些具體信息反向追溯產(chǎn)品的來(lái)源。這就為視頻監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)辟了更廣闊更深層的應(yīng)用空間，我們以該企業(yè)逐步成熟的生產(chǎn)過(guò)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(wù)的：

    生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)的要求：

    生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)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(shù)與生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)計(jì)劃、物料供應(yīng)、操作指導(dǎo)及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)狀況緊密結(jié)合，利用電子看板要貨，計(jì)算機(jī)處理反饋信息，產(chǎn)成品在線跟蹤等手段將整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程信息化，構(gòu)成了集成監(jiān)控調(diào)度、庫(kù)存統(tǒng)計(jì)、安全管理的綜合應(yīng)用系統(tǒng)。其中，更對(duì)傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了開(kāi)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(jī)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(duì)每道工序/每組機(jī)床進(jìn)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(diào)度中控中心，由生產(chǎn)調(diào)度/生產(chǎn)主管人員進(jìn)行綜合管理。大量視頻場(chǎng)景需要在少量的屏幕墻上顯示，在監(jiān)測(cè)一道工序的多個(gè)工位的時(shí)候，需要及時(shí)準(zhǔn)確的將相關(guān)圖像全部切換顯示。矩陣作為系統(tǒng)核心的控制設(shè)備，如果還停留在手動(dòng)切換/自由切換/分組切換/報(bào)警切換的水平，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于過(guò)程監(jiān)測(cè)中的實(shí)際需求。

    開(kāi)放性要求矩陣通訊網(wǎng)絡(luò)化，開(kāi)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(zhì)量控制管理系統(tǒng)、出入門(mén)禁管理系統(tǒng)的平滑對(duì)接。IP通訊方式的網(wǎng)絡(luò)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(guò)網(wǎng)絡(luò)與其他外設(shè)如報(bào)警主機(jī)、碼分器、控制鍵盤(pán)等快速連接，擴(kuò)展安裝便捷靈活；二、網(wǎng)絡(luò)化是發(fā)展趨勢(shì)，不僅布線更加簡(jiǎn)單，TCP/IP方式也將成為多平臺(tái)集成接口的標(biāo)準(zhǔn)，不占用串口，數(shù)據(jù)保密準(zhǔn)確，傳輸速率高。傳統(tǒng)的RS-422/485信號(hào)最高速率一般在19200Bps以內(nèi)，在多設(shè)備通訊以及聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時(shí)，帶寬明顯不足，通訊效率較低。隨著網(wǎng)絡(luò)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(jī)。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(gè)監(jiān)控中樞將不僅是被動(dòng)地執(zhí)行切換操作，而是可以智能執(zhí)行多種聯(lián)動(dòng)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)工序/工位的自動(dòng)化準(zhǔn)確監(jiān)控定位，將人工干預(yù)的遲滯和錯(cuò)誤的比例降低到最小。其中宏指令技術(shù)將發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用，這一技術(shù)的理念核心是提供給客戶一個(gè)開(kāi)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(diǎn)和操作習(xí)慣，將一系列繁瑣的操作編輯簡(jiǎn)化為一個(gè)按鍵操作以及自動(dòng)化響應(yīng)操作，從而提高監(jiān)控系統(tǒng)的整體效率和準(zhǔn)確性。

    多樣化要求矩陣視頻輸入輸出網(wǎng)絡(luò)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(luò)視頻輸入輸出模塊、光纖輸入輸出模塊的多業(yè)務(wù)集成型（MSIP技術(shù)）網(wǎng)絡(luò)矩陣將得到更多應(yīng)用。模擬切換的優(yōu)勢(shì)是視頻效果出眾，數(shù)字切換的優(yōu)勢(shì)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(jí)行政部門(mén)/監(jiān)管部門(mén)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程控制的融合：

    1、    任務(wù)組織環(huán)節(jié)：通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)的看板可以及時(shí)了解生產(chǎn)任務(wù)的投入、產(chǎn)出等情況，為生產(chǎn)的前期準(zhǔn)備提供了信息，包括物料供應(yīng)、設(shè)備運(yùn)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(jì)劃發(fā)生變更時(shí)，加強(qiáng)信息反饋的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

    2、    生產(chǎn)實(shí)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(zhì)量情況等信息。借助視頻監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏的有效控制。管理者可以對(duì)出現(xiàn)停滯、效率低、產(chǎn)出比較慢的工位加強(qiáng)控制，同時(shí)調(diào)整其上一個(gè)單位的產(chǎn)出，以免造成堆積和加工搬運(yùn)浪費(fèi)。同時(shí)一旦出現(xiàn)了設(shè)備異常故障，控制中心可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，第一時(shí)間通知設(shè)備維護(hù)人員火速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)、解決問(wèn)題，每延誤一秒鐘，都會(huì)給后道工序甚至整個(gè)生產(chǎn)批次帶來(lái)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(jìn)度進(jìn)行跟蹤監(jiān)控？這就需要監(jiān)控主機(jī)具備分區(qū)隨動(dòng)切換策略，以智能網(wǎng)絡(luò)矩陣為例，其內(nèi)置的增強(qiáng)型中文宏指令通過(guò)CPU單元的快速命令行解析方式，可以根據(jù)操作工序的點(diǎn)位、流水線的分布、工位異常的信息預(yù)先編程設(shè)定，對(duì)預(yù)定策略和突發(fā)事件自動(dòng)切換放大到屏幕墻，實(shí)現(xiàn)對(duì)車間生產(chǎn)流水線的即時(shí)監(jiān)管。針對(duì)該企業(yè)的具體要求，以總裝車間為例，圍繞前后工序，設(shè)定的定時(shí)場(chǎng)景同步切換指令如下：

    TIM 8.00 每天早上8：00開(kāi)始

    AMA 1    1�？傃b線上線備警

    SWH 1.1  監(jiān)視器1＃顯示攝像機(jī)1＃（工位1）

    SWH 2.3  監(jiān)視器2＃顯示攝像機(jī)3＃（工位3）

    SWH 3.5  監(jiān)視器3＃顯示攝像機(jī)5＃（工位5）

    DWL 5

    SWH 1.2  監(jiān)視器1＃顯示攝像機(jī)2＃（工位2）

    SWH 2.4  監(jiān)視器2＃顯示攝像機(jī)4＃（工位4）

    SWH 3.6  監(jiān)視器3＃顯示攝像機(jī)6＃（工位6）

    LOP      從頭執(zhí)行

    3、    質(zhì)量控制環(huán)節(jié)：對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量的及時(shí)了解控制，可以減小不良浪費(fèi)，是實(shí)現(xiàn)全程質(zhì)量管理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過(guò)質(zhì)量看板可以及時(shí)充分體現(xiàn)各生產(chǎn)單位、各產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量信息，方便生產(chǎn)人員進(jìn)行了解和控制，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量信息收集統(tǒng)計(jì)分析。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以與各質(zhì)量控制點(diǎn)的隨工單一同記錄發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題，最后由質(zhì)保部進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、匯總，形成文字記錄、網(wǎng)絡(luò)記錄、視頻記錄的混合存儲(chǔ)，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(duì)分控的實(shí)現(xiàn)方式有要求（網(wǎng)絡(luò)分控和矩陣鍵盤(pán)分控），而且需要根據(jù)客戶需求提供豐富靈活的權(quán)限管理功能。以智能網(wǎng)絡(luò)矩陣為例，不但具備優(yōu)先仲裁、沖突等待和每個(gè)前端多級(jí)權(quán)限設(shè)定的功能，而且還支持脫離控制鍵盤(pán)的活動(dòng)用戶組態(tài)，不同的用戶可以在同一控制設(shè)備上登錄，實(shí)現(xiàn)不同權(quán)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(gòu)進(jìn)物流以及產(chǎn)品的制造物流等活動(dòng)，涉及暫存區(qū)庫(kù)存、整機(jī)在線、入庫(kù)跟蹤等環(huán)節(jié)。容易發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)識(shí)不清、混亂擁擠、物流信息傳遞不暢的情況。每天入庫(kù)、出庫(kù)的零部件種類繁多，統(tǒng)計(jì)量大，操作易出錯(cuò)，不利于庫(kù)房管理；對(duì)入庫(kù)的零部件，易出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)帳實(shí)不符。如果車間物料管理不善，還會(huì)帶來(lái)搬運(yùn)的浪費(fèi)。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(shí)常會(huì)出現(xiàn)不同車型在裝配過(guò)程中由于物料不齊，而導(dǎo)致的零部件拆借挪用、折損遺失的情況，缺少憑據(jù)，無(wú)法調(diào)查。而結(jié)合視頻監(jiān)控的物料看板能夠保證及時(shí)供應(yīng)、物流平衡、加強(qiáng)管理，從根本上解決問(wèn)題。智能網(wǎng)絡(luò)矩陣提供的64級(jí)步進(jìn)精度操作和全向云臺(tái)控制，配合前端的變速球云臺(tái)，在低速高倍條件下運(yùn)行平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，誤差精度達(dá)到0.2º，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于場(chǎng)景細(xì)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(zhǔn)確性，通常會(huì)應(yīng)用門(mén)禁系統(tǒng)對(duì)出入控制上做嚴(yán)格限制，比如某車間的工人只能在授權(quán)的時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)出，保證了廠區(qū)的有序管理。同時(shí)也可對(duì)出勤情況進(jìn)行統(tǒng)一管理。智能網(wǎng)絡(luò)矩陣支持與網(wǎng)絡(luò)門(mén)禁通訊，實(shí)現(xiàn)刷卡聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景圖像切換，保證了重要部門(mén)對(duì)門(mén)禁出入記錄添加視頻復(fù)核的要求。在該廠區(qū)的出入大門(mén)以及總裝測(cè)試中心，員工進(jìn)出刷卡時(shí)，讀卡器旁邊的攝像機(jī)會(huì)將持卡人的圖像同步切換到屏幕墻并抓拍錄像存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了身份即時(shí)復(fù)核確認(rèn)以及日后檢查備案。

    有效的經(jīng)營(yíng)方法能讓企業(yè)提高效率，生產(chǎn)出高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品。在技術(shù)交流發(fā)達(dá)的今天，各個(gè)企業(yè)所擁有的生產(chǎn)工藝技術(shù)差別不大；影響企業(yè)制造成本、提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的主要因素在于生產(chǎn)管理技術(shù)。對(duì)于制造業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制是一項(xiàng)重要任務(wù)，生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)通過(guò)管理技術(shù)、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)等信息技術(shù)的有效結(jié)合，節(jié)省了管理人力時(shí)間，加快了信息傳遞，提高了工作效率，增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。