一种兆候管理设备、控制方法、控制系统及可读存储介质与流程

本发明公开涉及车辆内外饰件生产技术领域，尤其涉及一种兆候管理设备(iot)、控制方法、控制系统及可读存储介质。

背景技术：

目前，新一工厂成型课包括注塑、搪塑发泡、喷涂三大工艺，是一个产能在22万辆的内外饰件生产车间。车间主要设备是基于日本丰田工机系统开发(jtekt制),采用toyopucplc构筑的控制系统。在现场网络层面采用fl-remote网络连接各个输入输出。采取各种信号并且输出报警灯信号等。在plc控制层面采用的是fl-net网络来实现各个plc控制器之间通信，例如本机是与三菱公司plc实现通信进而控制三菱电机的伺服电机，实现同步控制。而与上位系统以及各种显示屏等又通过以太网实现其连接。

各种toyopucplc内置以太网网口以太网网线可以实现显示屏连接，并且与电脑等上位机实现高速通信。可以有助于实现标准化设计、尤其像丰田公司这样的企业实现全球标准化技术体系。节省再设计成本，同时兼具开放性网络可以吸收其他先进技术为己所用。

这套系统上位机系统比较薄弱，没有一个系统的处理方法，与其他品牌的plc无法连接，需要在it层面和plc层面对上位机系统信息出路搭建协议，实现信息处理。

此设备是成型课最为重要的一台设备，兼顾泰达三线及新一线的生产，且没有备份机，日常需要大量保全进行设备维护。繁重的生产任务使设备突发故障造成设备停机，严重制约产能输出。例如14年tim机发生的小火火情，就是因为熔融树脂包覆加热器后造成的短路异常，电打火后引发火灾，造成设备严重损毁，停工达到半年时间。

由于日常点检、清扫不到位，对加热器维护不足，特别是对于电流的变化没有监控，导致一些异常发生前的预兆均没有被发现，最终引发火灾。tim机冷却水水套堵塞问题也是由于日常维护点检不到位，未能有效做到兆候预测及故障预警。水路由于水垢、异物等慢慢堵塞，水流量不断变化、减少、直至堵塞可能都没有被及时发现，而是当树脂冷却出现问题，夹到模具内部造成损坏时才被动的发现问题，可那时再想处理，就要花费大量的工时去对应了，严重影响设备可动率。如下表1。

表1成型机故障

如上表1所示，因设备故障造成2个月内停机时间530分钟，尤其是在生产任务繁重时，日常维护管理更为困难，维护点不清楚，维护时间不充裕，形成恶性循环。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术toyopucplc构筑的控制系统，上位机系统比较薄弱，没有一个系统的处理方法，与其他品牌的plc无法连接，需要在it层面和plc层面对上位机系统信息出路搭建协议，实现信息处理。

(2)现有技术成型课设备，不能自动化对日常点检、清扫、加热器维护、电流的变化没有实时监控，导致一些异常发生前的预兆均没有被发现，最终引发火灾，严重影响设备可动率。

(3)目前的设备仅仅会制造产品，不能充分发挥设备互联互通的功能，造成设备的利用率低下；精密设备没有自动采集数据、没有远程监控导致运行状态、生产信息，甚至是故障信息都不透明，不能可视化呈现，相关人员不能及时获知出现的问题，容易造成更大的损失；由于设备没有互联互通，设备状态、生产信息无从获知，只有靠人工反馈，效率低也容易出错，从而导致不科学、不智能。

解决以上问题及缺陷的难度为：如何将设备的实时动态真实、准确的反映出来。需要将设备内各个传感器、用fl-net局域网的模式进行串接，并以0.2s频率从plc将数据给到服务器中，经数据库运算解析后，生成简单易懂的实时推移图。同时利用算法，对数据的趋势进行计算，做到心中有数。

解决以上问题及缺陷的意义为：设备做到“耳聪目明”，实时给用户反馈自身状况。从而提升品质，可动率，为今后推广智能化工厂铺路。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种兆候管理设备(iot)、控制方法、控制系统及可读存储介质。

根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种兆候管理设备的控制方法，包括：

筛选设备检测点位，通过安装的多个传感器组建内部网控；

按照设备特性收集相应数据；

对数据进行预警管理，对异常及历史数据的查询以及在故障分析中进行定位；

引入改进的马氏田口算法，对设备兆候进行管理。

优选地，所述筛选设备检测点位中，点位选择的方法包括：筛选出重要管理点位多个，利用安装的多个传感器，对包括的油压、冷却、加热、伺服控制、注塑品质系统的相关的参数进行监控，与设备plc链接后，服务器通过网线与plc的tcp/ip设备链接并ping通，服务器数据服务线程通过fat协议读取plc地址数据，并实时将数据通过网络协议存到服务器数据库中；实现数据采集与实时状态监控。

优选地，所述按照设备特性收集相应数据的方法包括：

数据解析端将数据从数据库读取出来，将数据按管理内容计算并解析，将对应数据放入响应内存中等待展示；数据展示进程启动后，根据刷新时间定时从内存中读取数据并按管理内容实时刷新在数据展示界面，同时系统根据服务线程进行数据采集及计算、存储、分组、分析；后台定时查看系统资源应用情况，及时进行沉余数据内存以及释放线程。

优选地，所述对数据进行预警管理的方法包括：

按照设备特性收集相应数据根据设定值进行自动比对，发生超限时，自动产生报警信息；冷却水的温度达到25摄氏度时，进行报警。

优选地所述异常及历史数据的查询以及在故障分析中进行定位中，注塑机的所有相关项的管理数据均按时间轴进行记录，根据对历史数据的调查，追溯当时设备的状态，对不合格产品进行数据分析，找出影响品质的关键因素；并将多组数据进行计算，形成关联性波形，在进行故障分析时，利用所述关联性波形对设备状态走向及趋势性进行显示。

优选地，所述改进的马氏田口算法为：

其中,k代表系统的变量个数；md代表马氏距离；

对设备兆候进行管理的方法包括：

采用改进的马氏田口算法将项目之间的相关性分析变量的界限值异常，并将图形显示区域通过散点的形式显示出数据的离散性，通过对所述离散性的数据进行分析，预测出设备的使用情况；

mt的值越大说明数据的离散性就越大，设备工作情况越不稳定，通过将每天的数据进行存储和分析，分析出设备运行规律信息，对异常情况进行预警。

优选地，所述兆候管理设备的控制方法进一步包括：

1)、通过对数据的实时分析获取设备的动态、上下限管理幅信息，对设备进行全方位监控；

2)、对生产中无法点检的部位实时监控；

3)、对获取的步骤1)、步骤2)的数据进行历史回顾，分析异常时各个关联设备情况；

4)、对获取的步骤1)、步骤2)数据建模进行趋势分析，根据走势判定当前设备的状态；

5)、建立设备快速呼叫系统。

优选地，步骤5)所述设备快速呼叫系统包括手机app。

根据本发明公开实施例的第二方面，提供一种兆候管理设备包括：

多个传感器，用于组建内部网控，筛选设备检测点位；对包括的油压、冷却、加热、伺服控制、注塑品质系统的相关的参数进行监控；

plc，与多个传感器链接；

服务器，通过网线与plc的tcp/ip设备链接并ping通，服务器数据服务线程通过fat协议读取plc地址数据，并实时将数据通过网络协议存到服务器数据库中；实现数据采集与实时状态监控；

数据解析端，将数据从数据库读取出来，将数据按管理内容计算并解析，将对应数据放入响应内存中等待展示；数据展示进程启动后，根据刷新时间定时从内存中读取数据并按管理内容实时刷新在数据展示界面，同时根据服务线程进行数据采集及计算、存储、分组、分析；

后台，查看系统资源应用情况，及时进行沉余数据内存以及释放线程；

报警单元，按照设备特性收集相应数据根据设定值进行自动比对，发生超限时，自动产生报警信息；

注塑机，对所有相关项的管理数据均按时间轴进行记录，根据对历史数据的调查，追溯当时设备的状态，对不合格产品进行数据分析，找出影响品质的关键因素；并将多组数据进行计算，形成关联性波形，在进行故障分析时，利用所述关联性波形对设备状态走向及趋势性进行显示。

根据本发明公开实施例的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

筛选设备检测点位，通过安装的多个传感器组建内部网控；

按照设备特性收集相应数据；

对数据进行预警管理，对异常及历史数据的查询以及在故障分析中进行定位；

引入改进的马氏田口算法，对设备兆候进行管理。

本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：如图15型缔放大器测温曲线图、图16脱型油缸压力曲线图所示。型缔放大器测温、脱型油缸压力等实验数据展示，可以通过每天的温度最高值、mt值(马氏田口算法得出的偏移值)进行趋势分析。从而本发明实现设备的预防保全管理。

基于智慧工厂的理论，本发明以tim机(革新注塑机)为试点，进行工业互联网的相关探索，打造了iot兆候管理设备。分为以下几个步骤：1)、筛选设备检测点位，追加安装传感器并组建内部网控；2)、按照设备特性收集相应数据；3)、对数据进行预警管理，包含异常及历史数据的查询，可以在故障分析中更加精准定位；4)、引入算法，对设备兆候进行管理。如图17兆候管理设备(iot)的控制原理图。

本发明提供的车间数字化设备在生产设备中，嵌入传感器、集成电路、软件和其他数字化元器件，从而形成了机械、电子、信息技术深度融合的设备。数字化设备是车间进行生产的重要工具，是数字化车间建设的物理基础。本发明用数字化、网络化、智能化解决“三哑”问题，也解决了没有入网，不能自动汇报，不能进行透明化管理的问题，实现了设备与外界信息交换、资源共享、能力协同。

结合实验或试验数据和现有技术对比得到的效果和优点：数据实时显示，可视化，设备状态一目了然。一改现有设备“聋哑”状态，即直到出现设备故障才能知晓问题所在。

当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本发明实施例提供的兆候管理设备(iot)的控制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的传感器总控装置原理图。

图3是本发明实施例提供的加热器电流计监控原理图。

图4是本发明实施例提供的兆候管理设备(iot)的控制方法中数据传输示意图。

图5是本发明实施例提供的上下限报警设置界面图。

图6是本发明实施例提供的历史数据的查询界面图。

图7是本发明实施例提供的关联性波形显示界面图。

图8是本发明实施例提供的兆候管理中，mt法分析原理图。

图8(a)中采用mt算法可以把项目之间的相关性进行分析本来只能根据各个变量的界限值来判定异常；图8(b)通过本发明计算马氏距离来对生产设备的大数据进行分析，进行兆候管理。

图9是本发明实施例提供的兆候管理界面图。

图10是本发明实施例提供的通过本发明利用传感器进行监控效果图。

图11是本发明实施例提供的tim机可动率推移图。

图12是本发明实施例提供的新一工厂成型课革新注塑机iot实施方法原理图。

图13是本发明实施例提供的应用原理图。

图14是本发明实施例提供的

图15是本发明实施例提供的型缔放大器测温曲线图。

图16是本发明实施例提供的脱型油缸压力曲线图。

图17是本发明实施例提供的兆候管理设备(iot)的控制原理图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

如图1所示，本发明公开实施例所提供的兆候管理设备(iot)的控制方法，包括：

s101、筛选设备检测点位，追加安装传感器并组建内部网控。

s102、按照设备特性收集相应数据。

s103、对数据进行预警管理，包含异常及历史数据的查询，可以在故障分析中更加精准定位。

s104、引入算法，对设备兆候进行管理。

图2是本发明实施例提供的兆候管理设备(iot)的控制方法原理图。

步骤s101点位选择包括：

通过近年来的故障清单一览表，筛选出重要管理点位138个，主要涵盖油压、冷却、加热、伺服控制、注塑品质系统，对相关的参数进行监控，如下表2所示。

表2tim机点位取样一览表(部分)

基于此表2，本发明在设备上安装了145个传感器(图2是本发明实施例提供的传感器总控装置实物图,图3是本发明实施例提供的加热器电流计监控实物图)，与设备plc调通后，服务器通过网线与plc的tcp/ip设备链接并ping通，服务器数据服务线程通过fat协议读取plc地址数据，并实时将数据通过网络协议存到服务器数据库中。

通过上述方案，实现了数据采集，解决设备的“哑”，进行了实时状态监控。

步骤s102按照设备特性收集相应数据的连接方法包括：

依托设备原有局域网，数据解析端将数据从数据库读取出来，将数据按管理内容计算并解析，将对应数据放入响应内存中等待展示。数据展示进程启动后，会根据刷新时间定时从内存中读取数据并按管理内容实时刷新在数据展示界面，同时系统根据服务线程安排数据采集及计算、存储、分组、分析等情况合理安排资源。后台定时查看系统资源应用情况，及时清楚沉余数据适当内存，释放线程。运行原理如图4所示。

步骤s103中，大数据比对包括：

数据根据设定值进行自动比对，当发生超限时，自动产生报警信息。比如当冷却水的温度达到了25摄氏度时，会影响到生产产品的质量，这个时候本发明可以设定冷却水的温度不超过25摄氏度，如果超过就报警提醒相关人员检查设备，以确保生产质量的稳定。如图5上下限报警设置界面图所示。

在本发明中，实时通知保全现阶段设备的状况，出现问题能够及时报告，将风险降至最低。图6是本发明实施例提供的历史数据的查询界面图。

在本发明中，历史数据是本系统的重中之重，注塑机的所有相关项的管理数据都会按时间轴记录下来，这在今后对产品的追溯提供了有利依据，根据对历史数据的调查，可以追溯当时设备的状态，对不合格产品进行数据分析，从而找出影响品质的关键因素。为了更好的梳理数据，易懂，本发明将多组数据进行计算，形成关联性波形，在进行故障分析时使工作开展更为精准，设备状态走向及趋势性更加明了。如图7关联性波形显示界面图。

步骤s104中，兆候管理包括：

本功能是最为重要的一部分，也是本次工业互联网探索的创新之一。本发明采用了兆候管理运用较多的mt法进行数据分析。衡量正确数值与实际值之间的偏移，利用马氏距离(马哈拉诺比斯距离)来，表示点与一个分布之间的距离。它是一种有效的计算两个未知样本集的相似度的方法。

利用马氏距离来进行多变量分析，称之为马氏田口算法，也叫mt法。用它来预测和优化制造工程的数据，从而便于诊断当前状态。

对于多元系统x′＝(x1,x2,…xk),统计距离t²的一般式为:

t²＝(x-x)s^-1(x-x)＝z′c^-1z；

而马氏田口方法中修改后马氏距离的一般式为其中,k代表系统的变量个数。由上述两个式子可知,统计距离t²与马氏田口方法中采用的修改后马氏距离性质相同,只是数值上相差整倍数而已。z是多元系统中的数与其相似数之间的差。z’是对z求导。c^-1是相关矩阵c的逆矩阵。

式中md代表马氏距离(mahalanobisdistance)x′代表多元系统。t²代表统计距离，x代表各个变量。s代表样本方差。

兆候管理中，mt法分析原理如图8所示。

采用mt算法可以把项目之间的相关性进行分析本来只能根据各个变量的界限值来判定异常，如图8(a)图。图8(b)通过本发明计算马氏距离来对生产设备的大数据进行分析，进行兆候管理。此时分析状态2为异常点，偏离正常趋势，需要及时确认。充分考虑各个变量间关系，可以更精确的预测异常状态。

在tim机iot管理系统中，分析管理会显示出分析的具体结果，图形显示区域会通过散点的形式显示出数据的离散性，通过对这些离散性的数据进行分析，就可以预测出设备的使用情况。其中mt的值越大说明数据的离散性就越大，证明设备工作情况越不稳定，可以通过将每天的数据进行存储和分析，就可以从中找到规律，预警设备的使用情况。当然，通过图9中的离散点也可以结合报警信息分析出设备究竟什么时间什么情况出现问题，对于现场预防保全起到了非常积极的推动和指向作用。

下面结合具体应用例对本发明作进一步描述。

现场实际运用改善应用实施例1

2019年10月19日，iot设备报警，显示pj4冷却水流量发生异常，保全于两班之间对设备管路及水箱进行了调查和确认，发现管路有堵塞，水槽脏污，由于此部位处于设备内部，平时不易发现问题，在安装外部监视流量计后，可以迅速发现问题点并及时对策，保证了设备的正常运转及制品品质。

如图10本发明利用传感器进行监控效果图。

通过本发明的改进，设备不再聋哑，保全的工作效率也在迅速提升，为打造整体智巧透明工厂做铺垫。

在导入iot系统后，tim机稼动率稳中有进，整体保险杠品质实时可控，避免了因为设备不良造成的损失，保全工数大幅下降，品质不良节省111.66万元，保全费用递减46万元。通过本发明，结合智能设备，让整体车间充满智慧力，以点带面打造了智能工厂。如图11tim机可动率推移图。

基于it系统开发的云计算，以其为核心的云服务为本发明搭建起更加广阔的天地，信息实达手机app，一键掌握车间所有动态及数据报表，本发明以tim机的iot兆候设备为起点，知行合一，在分析工业物联网的过程中实现智巧工厂的实施。实现了丰田首个在tnga(toyotanewglobalarchitecture)工厂，打造了超一流的树脂成型车间，引领树脂成型行业的不断发展，推动了该制造业的不断前进。

应用实施例2

如图12新一工厂成型课革新注塑机iot实施方法原理图。

iot的定义：

为了实现人、机、物的互联，进行信息的交换和通信，从而以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

成型课的具体应用：

以tim注塑成型机为试点，对往年设备故障情况进行分析，筛选出监测点并进行传感器的加装与信号采集。包括：

1)、通过对数据的实时分析来把握设备的动态，上下限管理幅对设备进行全方位监控。

2)、平时生产中无法点检的部位可以实时监控，解决了生产繁忙无法进行点检的问题。

3)、数据可以进行历史回顾，分析异常时各个关联设备情况。

4)、数据还可建模进行趋势分析，根据走势判定当前设备的状态。

5)、设备快速呼叫系统的建立。

应用实施例3

图13是本发明实施例提供的应用原理图。

应用实施例4

以电流计为例，对整体电机、泵的电流值监视。原理如图14。

在本发明中，如图15型缔放大器测温曲线图、图16脱型油缸压力曲线图所示。型缔放大器测温、脱型油缸压力等实验数据展示，可以通过每天的温度最高值、mt值(马氏田口算法得出的偏移值)进行趋势分析。从而实现设备的预防保全管理。本发明以tim机(革新注塑机)为试点，进行工业互联网的相关探索，打造了iot兆候管理设备。

如图17兆候管理设备(iot)的控制原理包括：

筛选设备检测点位，追加安装传感器并组建内部网控；

按照设备特性收集相应数据；

对数据进行预警管理，包含异常及历史数据的查询，可以在故障分析中更加精准定位；

引入算法，对设备兆候进行管理。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。