编者按：

随着物联网、云计算、移动互联网、大数据、人工智能等新技术的飞速发展，以及I T与O T技术的进一步融合，工业制造、城市交通、电力能源、农业等各大行业领域的智慧化发展已成为必然趋势。推进各领域向智慧化发展是一项复杂而庞大的系统工程，既需要单一技术与装备的突破应用，还需要系统化的集成创新。智慧系统解决方案是推广普及智能化技术的关键手段，是促进各行业智能化水平提升的核心。

为深化智慧产业发展，进一步提升智慧产业各领域系统解决方案应用水平，现由中国自动化学会、智能制造推进合作创新联盟、工业控制系统信息安全产业联盟、边缘计算产业联盟、中国仪器仪表行业协会主办，《自动化博览》杂志社&控制网（www.kongzhi.net）承办的2019智慧系统解决方案征集活动已正式启动，面向全行业公开征集智慧系统解决方案。本刊特开设智慧系统解决方案专栏，刊发其中优秀的解决方案以飨读者。

1　目标和概述

印染企业生产主要是面向订单生产方式，有连续化、多机台、手工操作的生产特点。订单小批量、多品种，工艺复杂多变，影响生产不确定因素多，导致生产管理十分困难。很多印染企业仍然是完全依靠人工纸质化对生产调度安排，没有合理的系统平台辅助决策，以至生产效率低下，前后工序不能达到均衡生产，甚至无法保证按时按质量交货，是很多企业的痛点。具体表现大致如下所述：

（1）生产进度管理

在现有设备的生产状况下，无法实时并且准确地把握生产进度和各生产工序与机台的产能，以及生产现场操作人员的绩效统计情况等。

（2） 排产问题

目前印染企业大部分仍然采用人工对染缸进行生产调度，排产问题是一个规模较大的调度问题，排产这一薄弱环节已经成为制约印染企业发展的重要因素。

（3）数据管理

印染生产的设备数量大、范围广，涉及生产现场的设备种类繁多，每种设备数十台，每台设备又需要监控的多种参数，由于设备分布广，数量多，生产现场普遍存在上层对生产过程的数据获取实时性和全面性难以得到保障，对全部设备的生产状态很难实时便捷查看，并且设备生产状态异常不能及时掌握，从而对纺织生产的情况不能有效地把控。

（4）交货期

由于缺乏对产品生产进度的有效监控，难以实现已开工工单的查询和监视、待开工工单查询、已完成工单的查询等生产过程管理，故不能及时准确地答复客户交货日期。企业一般是由总厂计划室人工制定主生产计划，作业计划现场人员制定，导致实际生产与计划脱离，管理人员在作生产计划时，对于设备维修保养没有考虑实际，经常出现带病作业情况，不了解现场设备运行情况等，导致生产计划与实际生产状况出入较大。

（5）加料问题

对于印染企业而言，染色质量就是企业的生命线，而染料称重对染色质量的有着重要的影响。当前大多印染企业还是采用最原始的手工称料方式，这就必然存在称料人员看错、称错和称不准的可能，从而造成染色质量无法得到保障。

（6）能耗问题印染行业是纺织工业的用水大户，高能耗、高水耗、高污染一直以来都是阻碍印染行业发展的主要因素。

针对以上问题，本系统解决方案综合设备产能、订单交货期、染色和定型关键工序的产能平衡等数据，分析制定生产作业计划，使各工序之间有良好的衔接；并实现了与ERP、自动加料系统的协调运行；将生产计划、进度追踪、加料过程控制、能源管理、设备管理等集成起来；对印染企业的生产和管理行为实现全方位过程控制。

2 系统功能简介

图1 系统架构图

该系统通过底层设备控制层的数据采集、结合先进的优化算法、计算等技术，实现对制造过程的全面感知，搭建规范、统一的数据管理平台，将制造过程中的计划制定与执行、进度跟踪、加料管理、能源管理和设备管理等活动全面集成在一起，实现对制造过程的在线管理。

（1）生产进度管理

掌握每一缸布的目前进度与加工过程，通过扫描条形码获取对应布匹的相关信息，包括流程卡号、订字、品牌规格以及颜色等多种信息，并可输入工序号（染色工序时为染缸编号）、操作工号、班次、布车号、交接比例、加工匹数等信息，染色工序时还可输入当前工步，进而对生产现场操作人员绩效统计、各生产工序与机台产能进行分析，同时可以分析各加工工序布匹的实际状况，作为调整人力与生产线的参考，并能及时更新各订单的实际生产进度。以染色工序界面为例，界面如图2、图3所示。

图2 染色工序界面

图3 生产进度统计

（2）车间排产与作业调度

车间排产与作业调度主要包括车间生产计划与工序生产计划的制定。

车间生产计划目标是安排本班次需要加工的流程卡，其中包括安排需染色的流程卡、需预缩的流程卡、需白坯预定型的流程卡、需其他定型的流程卡。车间生产计划的目标是使车间设备产能利用率最大。

工序生产计划主要分为染缸位置工序生产计划和定型机位置工序生产计划，其中染缸位置工序生产计划的目标是使染缸利用率最大、洗缸时间最少，定型机位置工序生产计划的目标是定型机利用率最大、清洗机器次数最少。

以定型排产为例说明，界面支持对未排产的流程卡根据开卡时间或者具体的流程卡号进行查询，之后可将选中的未排产的流程卡进行排产，并且实现了对已排产流程卡进行修改、提前生产、推后生产等功能。且支持对所有机台上的排产结果的查询，并做出正在生产或者是交货紧张等提示功能。界面如图4所示。

图4 染缸排产界面

车间排产不仅实现车间生产计划、工序生产计划快速制定，减轻工作人员负荷，同时实现生产进程的实时化管理控制，在保证订单交货期的前提下，实现设备生产均衡化、生产效益最大化。

（3）基础数据维护基础数据描述了工艺产线自身功能，具有相对稳定的特性，实现对车间设备基础信息及用途的管理。

基础数据维护包括：染缸对应颜色深度表、定型对应颜色深度表、布匹和染缸种类表、染缸工步相互影响表、颜色切换表以及颜色种类表。实现界面数据的录入，通过界面对数据库信息实现增加、修改和删除功能。以染缸对应颜色深度表为例，界面如图5所示。

图5 染缸对应颜色深度表界面

（4）加料管理

染料仓人工称料容易拿错料、放错料、称料误差大、浪费严重等现象经常发生而设计。通过扫描条形码确认打料清单，用料历史记录。具体的界面功能，通过扫描条形码获取该流程卡的卡号、订字、规格、颜色、机缸号等信息，还可输入加料员和班次的信息，并可以获取该流程卡所需加工的工序显示到界面上，点击要加工的工序，报表中显示此工序可加的所有原料以供加料员选择，最后点击确实加料，完成加料过程。用料历史统计中还可以支持通过卡编号、助燃剂类别、称料人、机缸号、班次条件来查询某段时间内的用料历史记录。加料界面如图6所示。

图6 加料界面图

（5）能耗统计
能耗统计主要包括实时能耗、流程卡能耗和工序能耗。实时能耗可以实时显示某个具体工序或者某个车间的当日、当月、当季、当年的耗电量和耗气量。流程卡能耗支持查询某个工序在某段时间内的能耗以及其他多种信息。工序能耗支持查询车间、工序、机台或者班组在某段时间内的耗电量和耗气量的信息。能耗展示界面如图7、图8所示。

图7 流程卡能耗界面

图8 工序能耗界面

（6）产能统计

实现了通过界面来查找数据库中某些信息的功能，可支持查找某个具体班次的某段时间内所加工的工序以及该工序对应加工匹数，界面通过表格和图形两种形式展示，界面如图9、图10所示。

图9 产能统计界面

图10 产能图形展示界面

（7）设备停机记录

对设备故障造成长时间停机事件进行记录统计，通知生产计划相应协调变动。记录包括正在维修和已经维修完成的故障信息，具体包括维修时的工序、机台号、维修工、维修开始和结束时间、预计维修时长和维修内容等信息，实时维修界面提供了增加、删除、修改和维修完成等操作，历史维修界面提供了可通过以上信息去数据库中查找已经完成的维修单的功能。以历史维修工单界面为例，界面如图11所示。

图11 历史维修界面

3　代表性及推广价值

（1）可定制化需求

管控一体化可组态MES产品——KingFusion平台，可使系统分布式执行，模型集中开发，工程分布式部署，模型化的实现方式，更容易满足客户需求的变化。

展示监控平台（KingSCADA）是大量历史数据、计算数据、报警数据的分析展示平台，管理人员可通过趋势、报表、逼真的实时工艺流程展示等手段了解各工厂的运行状况、分析过去及未来的趋势。除了具备数据展示功能外，同时具备数据读写监控功能。配置在工厂级监控系统中。

（2）智能化排程

车间排产、工序作业排序功能，可实现智能化排程，确保订单的准确交付，同时保证设备生产效率优化；同时对生产进行实时的管理和分析，可提高生产灵活性、计划准确性，减少停机等待时间，优化生产性能。

（3）行业可扩展性

该系统具有良好的模块性，可扩展性强，支持跨平台、多数据库；系统提供多种外部数据接口，可轻松实现与各应用软件（如ERP、辅助加料系统等）的无缝衔接，实现数据共享；系统简洁、实用，易学、易用，具有很强的针对性、适应性与实用性。

摘自《自动化博览》2019年4月刊