基于自适应算法的采集方式在卷包生产过程中的应用

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摘要：文章通过介绍基于自适应数据变化规律的采集算法，对卷烟生产中卷接包工段的所有关键设备进行全面、准确、实时的数据采集，通过与设备自动化控制系统的有机集成，实现对卷接包生产过程、产品质量和设备运行状况全面的、准确的、实时的有效监管，实现生产过程的快速反应与敏捷制造。

关键词：自适应算法；采集方式；卷烟生产；卷接包工；数据采集 文献标识码：A

中图分类号：TP311 文章编号：1009-2374（2016）09-0043-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.020

1 概述

某卷烟厂“十二五”原地技术改造项目建设，打造行业先进卷烟生产基地，建立更加符合自主品牌和合作品牌的柔性生产制造平台，努力打造行业合作生产定点工厂。某卷烟厂卷接包搬迁改造利用现有卷接包机组，通过卷接包设备的改造提升，极大地提升了生产能力，其设计生产能力达到400亿支/年（80万箱/年）。而厂卷接包车间生产指挥调度系统（含数采）以底层数据采集为基础，建立车间级的生产指挥调度系统，通过对设备运行过程及生产过程的实时监控与分析、产品质量的实时跟踪与反馈，实现卷接包生产管控的数字化，建立员工生产操作及管理的标准流程，实现机台及辅联系统的生产协同，提升卷包生产的柔性和灵活性，最终实现卷包生产数字化总体目标。

2 关键技术

2.1 自适应算法

自适应（self-adaptive）是指处理和分析过程中，根据处理数据的数据特征自动调整处理方法、处理顺序、处理参数、边界条件或约束条件，使其与所处理数据的统计分布特征、结构特征相适应，以取得最佳的处理效果。自适应算法过程是一个不断逼近目标的过程。它所遵循的途径以数学模型表示，称为自适应算法。通常采用基于梯度的算法，其中最小均方误差算法（即LMS算法）尤为常用。算法有很多种，它的选择很重要，它决定处理系统的性能质量和可行性。

2.2 Wonderware平台

Wonderware Historian Server 2014是目前市场上安装量最高的工业级历史数据库，具有极高的数据压缩比，能够包含了最为全面的生产信息。

Wonderware Intouch 2014是Wonderware历史上最强大的InTouch版本，具备许多特点和性能，测试表明，这些新的风格和标准化的颜色能够帮助用户将状态解读时间缩短40%，而且还能把预判异常情况的能力提高五倍。

目前我厂新一轮技改后，大部分系统均采用Wonderware平台，保障不同厂家建设的不同系统能做到通用及兼容，减少数据接口类别，实现统一的接口规范。

3 应用目标

在传统的数据采集模式中，仅仅将原始数据进行收集，未对数据源的真实性及精准性进行校验。采用自适应算法将对数据的精准性提供一种保险机制，当数据变化规律异常时，通过与设备其他信号的互锁关系，对异常情况进行分析，判断是设备运行异常还是数据波动异常，如果是设备异常则判定为正常情况下的数据变化，采集频率正常；如果是设备正常则判定为数据异常，增加采集频率的同时，加入约束条件，将偏差允许范围外的数据进行剔除，同时也将异常数据进行记录并增加标识，对异常数据时间段进行统计，分析数据异常频率，警示原始数据源问题，提请是否对数据源设备进行检查。

采用目前国际常用的最小均方误差（LMS）准则和最小二乘（LS）准则的自适应算法，比较传统的线性数据采集方式，我们获取的数据更加真实及精确。

4 应用情况

卷包工段设备数据自动采集平台是本系统最重要和最基本的功能。我们针对不同厂家不同型号设备的特点，量身定制出相应的数据采集方式及数据接口规范，使用自适应算法，根据数据变化规律自归集；实时、准确地采集现场主要生产设备的各种生产、设备、质量、消耗数据，为企业和车间各级管理提供全面实时准确的现场数据，也是贯通卷包车间数字化信息链非常重要的环节。实现包括成型机、发射机、卷接机、包装机、条烟输送装封箱一条生产线的数据采集工作，数据主要包含生产数据、工艺数据、消耗数据、设备数据、质量数据、设备运行参数等。

4.1 实时监控管理

卷包生产实时监控系统是按卷接包生产的工艺流程，实现对卷接包生产中多个工段的监控与管理系统、P5大屏显示系统、视频监控系统的集成，为生产管控人员提供这种一目了然的可视画面，无需在现场即了解现场，减少生产管理人员重复工作量，实现卷接包生产管理的智能化和数字化，为开创智慧工厂打下基础。

4.2 生产调度管理

4.2.1 生产统计分析。按机台、机型、牌号、班次汇总任意时间段内每个机台主要生产数据，包括机台号、总产量、总停机时间、总停机次数、总台班数、剔除总量、平均废品率，并可以按照各种指标进行对比统计分析。按牌号、时间区间（日、周、月、年）对数据进行对比分析。统计分析可以采用表格、柱形图、饼状图等方式生成相应结果并可形成报表导出打印。

统计分析模块具有以下特点：（1）在给定的时间区间及轮班等条件下对数据进行数据查询；（2）可以按机台、机型、牌号、轮班等多种条件进行分类统计；（3）对查询出来的数据做分类统计及图形分析（以及多维数据分析），通过对比分析为用户提供决策依据；（4）提供了动态分类统计分析计算功能；（5）提供了数据动态过滤查询功能。

4.2.2 过程质量统计。反映产品质量的各种信息分布在产品生产及流通的各个环节，分布面广、数据量大。采用人工方式，无法确保信息的完整、真实、及时、规范。同时，由于大量质量原始数据没有保留和共享，使得质量研究、标准优化的工作很难真正实现；质量问题的分析和追踪也很困难，难以进行科学的决策。

系统中的工艺质量管理主要包括质量总览、质量检验检测管理以及质量统计分析与报表查询等功能。

以卷接包数据采集为基础，实现质量控制实时数据采集与分析、现场检验检测设备数据采集与分析、生产过程质量状况监控与报警、质量自检记录与分析、质量问题追踪与分析、历史质量状况汇总分析、趋势对比分析等功能，使相关工艺管理人员能实时地了解现场，发现问题能得到快速协调和处理，保障产品质量。

4.2.3 设备统计分析。设备统计分析是利用数据采集平台所获取的设备实时数据，通过对现场设备的生产数据和设备运行记录的分析，建立设备故障报警机制，并区分故障报警类别，通过与P5大屏显示系统连接，实时显示设备长时间故障原因，减少问题反馈时间，提高技术人员响应速度；不断完善设备部件维护与保养的项目和周期，逐步建立一套良好的设备预防维修机制，提请进行有针对性的计划维修；通过设备状态监控的加强，逐步推行预知维修管理；提高设备有效作业率和产品质量，有效实现全面的设备管理，提升设备的运行效率和对产品质量的保证能力。

4.2.4 基础数据管理。整理和规范系统基础数据，建立良好的基础结构，是数采系统应用的基础。基础数据包括企业统一的通用基础代码，如品牌、设备编码、班次、班组、用户等基础数据等，需要与企业MES、ERP统一集成，对卷包数据采集监控系统内部需要的基础数据进行维护管理。

4.2.5 访问权限管理。按功能模块和操作权限划分多层级多职能管理角色，通过权限管理系统，建立不同权限的角色和用户。系统将提供所有角色或用户信息列表、所有的功能界面列表、每个功能界面上所有的资源操作类型列表，只要对角色或用户权限范围内的业务信息及操作权限进行打勾选择即可，配置灵活。

系统对登录用户的密码以加密形式保存，对多次（比如三次）尝试登录失败的用户进行封锁，并将IP、MAC地址等信息记入系统日志。

4.2.6 系统日志管理。日志管理模块记录所有登录人员访问系统的操作痕迹，按日期形成系统日志，记录的关键信息有系统登录信息、关键操作信息、系统更新信息、删除及修改信息，系统提供日志查询功能，能对操作日志进行分用户、分时间段、分功能操作类型的查询，支持对重大安全事件（如数据修改）的追踪和回溯，以便管理员可以对恶意破坏数据过程进行审计。

5 结语

卷接包车间生产指挥调度系统（含数采）是支撑上层业务系统应用的基础，是联系卷包底层自动化与MES系统的枢纽，是某卷烟厂“十二五”技术改造项目建设的重要内容。系统应用自适应数据采集技术、网络及信息手段，对卷烟生产中卷接包工段所有关键设备进行全面、准确、实时的数据采集，通过与设备自动化控制系统的有机集成实现对卷包生产过程中产生的大量实时数据的自动化快速收集，对实时事件及时处理，使企业更轻松地进行生产数据处理及生产管理，实现对生产现场、生产过程、产品工艺管理、质量追溯以及后续的库存追踪的有效管理，有效解决卷烟生产在对现场作业管理的难题，保证生产全过程的调度协调管理，改善车间的生产数字化管理水平，实现智慧工厂的快速反应与敏捷制造。

参考文献

[1] 李英伟.改进的变化步长LMS自适应算法研究[D].昆明理工大学，2011.

[2] 景茹.现代化的卷包数据采集系统概述[A].中国烟草学2010年学术年会论文集[C].2010.

（责任编辑：蒋建华）