数据采集应用与智能制造

 为什么要进行数据采集？

传统企业面临着内外部的压力，推动了企业数据采集与数字化转型的需求。

随着企业规模的扩大，内部问题逐渐显现，如：良品率的瓶颈、资源浪费、对经验的过度依赖、库存积压、设备故障、信息孤岛和管理障碍等。同时，外部竞争日益激烈，成本上升、利润逐渐缩水、客户定制化需求增加、质量要求更为严格等，都给传统制造业带来了前所未有的压力。因此，企业需要通过数据采集来应对这些挑战，提升生产效率，降低运营成本，并增强市场竞争力。

数据采集采集什么？

数据采集的核心是生产过程中“人、机、料、法、环”五要素的数据。

人的数据：主要依赖人工录入、扫描枪或 PDA 设备进行采集。

设备数据：设备数据的采集较为复杂，通常需要借助传感器和设备控制系统来完成。

料的数据：一般通过 PDA 或人工录入进行采集。

环境数据（环）：包括设备内的环境数据，如温度、湿度、气压等参数。

方法数据（法）：生产过程中使用的工程方法数据，例如质量分析中的 SPC、8D 方法、5W1H 等，用于追溯问题和优化工艺。

人/料/环要素是生产过程中的主要输入变量，可随生产需求不断调整;

机/法要素是生产过程中的主要系统变量，需要连续实时监控(因为生产过程可能会发生不稳)；

机和法的数据

状态表现数据：限位开关，点位状态，逻辑状态，位置值等;

效率表现数据：转速，进给速度，切削时间，切削量等；

性能表现参数：振动，温度，噪声等传感器数据；

如何采集数据？

工业数据特点就是数据量大，垃圾数据比较多，在数据采集的过程中要做数据清洗；数据结构非常多，数据量大，随着时间的变化，数据类数据量也积累越来越多，不管是设备的种类，物料的种类，人员的信息都是数据采集的痛点。

在设备数据中，通常需要采集这两方面的数据：协议数据和传感数据。

协议数据：通常在设备控制器中；一般只需低频采集；蕴含大部分工艺数据(设计据、实际数据)，通常与制造 过程效率密切相关；容易实施采集；

传感数据：设备控制器中不含该类数据；一般需要高频采集；蕴含设备的性能表现，通常制造过程的质量密切相关；不太容易实施采集；

协议数据采集，通过通讯协议从设备控制系统获取相应的数据值。数控系统（CNC），可编程逻辑控制器（PLC），工业机器人控制器，专用控制器。

协议采集方式

软件直接采集：设备控制器——服务器——协议采集软件/应用服务软件；

采集盒子采集：设备控制器——采集盒子——服务器；

协议转换模块采集：设备控制器——协议或接口转换模块——服务器；

传感数据采集，信号类型一般是 IEPE 信号，电流信号，电压信号，脉冲信号，I/0 信号，电阻变化信号；传感类型一般是振动，噪声，电流，电压，功率，压力，扭矩，角度，应力/应变，流量，电度，计数，位移，温度；采集的频率一般在 1Hz 到 10KHz 之间，不在这个区间的频率采集不到。

目前市面上主流的数据采集系统有两类，第一类是面向数控机床行业的通常叫 MDC 系统,主要采集设备开关机状态、报警、设备工作日志以及统计设备利用率。另外一类叫 SCADA 系统，在电力、化工等流程制造行业比较多，主要利用组态技术对 PLC 进行逻辑控制以及实现 PLC 数据采集。

数据怎么应用？

工业数据一般应用在这三个场景。

设备故障的预测：通过对设备状态数据的监控，预测设备的潜在故障，提前进行维护，避免停机；

图表分析：通过对历史数据的分析，绘制图表，帮助生产人员做出决策；

制造过程的优化：通过实时数据反馈和分析，优化生产工艺，提高生产效率和产品质量。

实施数据采集与分析的流程

确定数据应用的目标——选择数据应用方式(实时应用、非实时应用、算法等)——反向分析需要采集的数据项——确定数据采集的方式(频率、内容等)——实时数据采集，积累数据，迭代算法

数据采集的疑问与解答 Q&A

Q：数据清洗方法有哪些？

A：数据清洗方法只有数据中台和数据弧的一种，主要是把这个一些算法，放到网关里面，把不要的垃圾数据把它清理出来，然后把我们所需要的数据藏到数据库里面去。

Q：中小企业对于数据预测、知识模型、专家库等有没有一些低成本的解决方案？

A：目前市面上出现了这样一种产品，把行业设备的协议开发完，做了一个集成，按照设备台数收费，包括设备管理，报警，OE 分析等，但是这类产品也是刚刚起步，不太成熟，所以到目前为止还没有一个确切的解决方案，只有大企业有成本有能力来做专家库这方面的东西。

Q：中小企业怎么规避掉一些大企业踩过的坑，获取可以借鉴的行业经验？

A：从成本的角度来说，专业性的方面本身就是比较贵的，只有变成通用性的方案，成本才会降低，变得便宜；从应用层面上，想低成本获取行业经验，要看行业成熟度，行业成熟度高了，案例与方案就会比较多，同时，现在很多的厂商也会在意数据分析，工艺优化，做素材接口等等，类似现在的焊接，厂家都配套了焊接枪啊，焊接机器人，智能化的东西，也能自动调节焊接的参数等等。像汽车行业通用性方案比较多，对行业经验，成本方面还是相对可以的。