矩阵视频监控系统与生产型企业过程控制的融合

    背景：

    随着市场经济的发展，生产制造企业之间的竞争更加激烈，企业对自身生产车间的执行过程也更加重视，但是由于产品种类多、批量小，在线零配件数量大，装配工艺复杂生产过程多变化等原因，使得企业对生产进度的监控能力逐步减弱。如何才能真正提高管理水平？

    案例分析：

    某大型汽车生产制造基地，引进扩建生产线以增加产能，要求对厂区内重要场所的安全运营严格监管，还要求生产部门实施对各车间生产状况的自动化监控，及时发现安全隐患和突发意外，保证高效生产和安全生产。

    具体要求如下：

    1、  调控总控中心设立视频监控系统，通过对车间内视频图像的实时观看，生产调度了解车间内员工的工作状态、流水线以及重点工位的实时运转，对突发事件应急处理；

    2、  车间内设立了多条生产线，大型自动化电气设备多，生产流水线工位密集，需要配置较多的定点摄像机，初期设计200支以上，而且要求能够观察到具体操作；

    3、  对于仓库等大范围的场所采用高速球云台；

    4、  对关键场景进行全程录像，以便备案查找。

    5、  由于安全生产的需要，该系统要提供网络视频传输通道，以便行政部门和上级监管部门了解企业基层运转情况，加强监管，优化调度。

    通常传统的视频监控系统，以厂区安全保卫和车间安全管理为主要目的，根据现场布局和用户意见确定摄像机的位置即可。但是现代化大型制造企业，更关注产品的整体生命周期。企业的流程紧紧围绕生产过程展开，通过对每个生产阶段、每段生产过程中材料的统计，以及产品生产信息的详细记录，从而构建了产品生产生命周期的一条完整信息链，不仅能够正向查询产品的制造、物料、质量等信息，还可以通过这些具体信息反向追溯产品的来源。这就为视频监控系统开辟了更广阔更深层的应用空间，我们以该企业逐步成熟的生产过程控制系统为例，去追寻新型的视频监控是如何为其服务的：

    生产过程控制系统的要求：

    生产过程控制系统通过调度总控室监控生产流程中的各环节，将视频监控技术与生产设备、生产工艺、生产计划、物料供应、操作指导及生产现场状况紧密结合，利用电子看板要货，计算机处理反馈信息，产成品在线跟踪等手段将整个生产过程信息化，构成了集成监控调度、库存统计、安全管理的综合应用系统。其中，更对传统视频监控系统提出了开放性、可编程、多样化的新要求。

    不仅是汽车制造企业，从事精密机械、电子元件生产等加工和制造精度高的企业，也通常要求针对每道工序/每组机床进行局部视频监控，车间以及外围厂区的监控视频汇聚到调度中控中心，由生产调度/生产主管人员进行综合管理。大量视频场景需要在少量的屏幕墙上显示，在监测一道工序的多个工位的时候，需要及时准确的将相关图像全部切换显示。矩阵作为系统核心的控制设备，如果还停留在手动切换/自由切换/分组切换/报警切换的水平，将远远落后于过程监测中的实际需求。

    开放性要求矩阵通讯网络化，开放接口与其他系统兼容，特别是与车间作业管理系统、质量控制管理系统、出入门禁管理系统的平滑对接。IP通讯方式的网络矩阵将逐渐取代原有RS-422/RS-485等通信方式的矩阵，原因有二：一、矩阵可以通过网络与其他外设如报警主机、码分器、控制键盘等快速连接，扩展安装便捷灵活；二、网络化是发展趋势，不仅布线更加简单，TCP/IP方式也将成为多平台集成接口的标准，不占用串口，数据保密准确，传输速率高。传统的RS-422/485信号最高速率一般在19200Bps以内，在多设备通讯以及联网应用时，带宽明显不足，通讯效率较低。随着网络矩阵的兴起，通讯数据IP数字化，矩阵的数据口可以直接接入交换机。通讯数据交换的瓶颈从而得到解决。

    可编程要求矩阵这个监控中枢将不仅是被动地执行切换操作，而是可以智能执行多种联动响应，实现对生产工序/工位的自动化准确监控定位，将人工干预的迟滞和错误的比例降低到最小。其中宏指令技术将发挥更加关键的作用，这一技术的理念核心是提供给客户一个开放的可编程的操作指令环境，用户根据自己系统的特点和操作习惯，将一系列繁琐的操作编辑简化为一个按键操作以及自动化响应操作，从而提高监控系统的整体效率和准确性。

    多样化要求矩阵视频输入输出网络化，不仅需要支持模拟输入模拟输出，具备高带宽视频背板、网络视频输入输出模块、光纤输入输出模块的多业务集成型（MSIP技术）网络矩阵将得到更多应用。模拟切换的优势是视频效果出众，数字切换的优势是视频录像共享传输方便。新形态的模块组合方式的矩阵可以为多级行政部门/监管部门对生产现场的管理提供更多更方便的配置选择。

    矩阵视频监控系统在生产过程控制的融合：

    1、    任务组织环节：通过生产过程控制系统的看板可以及时了解生产任务的投入、产出等情况，为生产的前期准备提供了信息，包括物料供应、设备运行、工艺文件、生产夹具等。视频监控在其中仅起到辅助作用，例如在生产计划发生变更时，加强信息反馈的及时性和准确性。

    2、    生产实施环节：看板上只能体现各单位的投入和产出、不良率和直通率等质量情况等信息。借助视频监控，能够实现对生产节奏的有效控制。管理者可以对出现停滞、效率低、产出比较慢的工位加强控制，同时调整其上一个单位的产出，以免造成堆积和加工搬运浪费。同时一旦出现了设备异常故障，控制中心可以及时发现，第一时间通知设备维护人员火速到达现场、解决问题，每延误一秒钟，都会给后道工序甚至整个生产批次带来巨大的物料损失乃至人身伤害。

    如何在各工序和各工位之间，根据物料的完成进度进行跟踪监控？这就需要监控主机具备分区随动切换策略，以智能网络矩阵为例，其内置的增强型中文宏指令通过CPU单元的快速命令行解析方式，可以根据操作工序的点位、流水线的分布、工位异常的信息预先编程设定，对预定策略和突发事件自动切换放大到屏幕墙，实现对车间生产流水线的即时监管。针对该企业的具体要求，以总装车间为例，围绕前后工序，设定的定时场景同步切换指令如下：

    TIM 8.00 每天早上8：00开始

    AMA 1    1＃总装线上线备警

    SWH 1.1  监视器1＃显示摄像机1＃（工位1）

    SWH 2.3  监视器2＃显示摄像机3＃（工位3）

    SWH 3.5  监视器3＃显示摄像机5＃（工位5）

    DWL 5

    SWH 1.2  监视器1＃显示摄像机2＃（工位2）

    SWH 2.4  监视器2＃显示摄像机4＃（工位4）

    SWH 3.6  监视器3＃显示摄像机6＃（工位6）

    LOP      从头执行

    3、    质量控制环节：对生产现场质量的及时了解控制，可以减小不良浪费，是实现全程质量管理的一个重要环节。通过质量看板可以及时充分体现各生产单位、各产品的生产质量信息，方便生产人员进行了解和控制，实现质量信息收集统计分析。在整个生产过程中，视频监控系统可以与各质量控制点的随工单一同记录发生的质量问题，最后由质保部进行统计、汇总，形成文字记录、网络记录、视频记录的混合存储，以备日后溯源。该环节要求视频监控系统能够提供更多的分控用户以便协同管理。不但对分控的实现方式有要求（网络分控和矩阵键盘分控），而且需要根据客户需求提供丰富灵活的权限管理功能。以智能网络矩阵为例，不但具备优先仲裁、冲突等待和每个前端多级权限设定的功能，而且还支持脱离控制键盘的活动用户组态，不同的用户可以在同一控制设备上登录，实现不同权限的操作。

    4、    大物流环节：物流包括产品原材料、零部件、辅助材料等的购进物流以及产品的制造物流等活动，涉及暂存区库存、整机在线、入库跟踪等环节。容易发生现场标识不清、混乱拥挤、物流信息传递不畅的情况。每天入库、出库的零部件种类繁多，统计量大，操作易出错，不利于库房管理；对入库的零部件，易出现统计帐实不符。如果车间物料管理不善，还会带来搬运的浪费。在该企业，由于车间空间布局限制以及车辆共线生产的要求，时常会出现不同车型在装配过程中由于物料不齐，而导致的零部件拆借挪用、折损遗失的情况，缺少凭据，无法调查。而结合视频监控的物料看板能够保证及时供应、物流平衡、加强管理，从根本上解决问题。智能网络矩阵提供的64级步进精度操作和全向云台控制，配合前端的变速球云台，在低速高倍条件下运行平稳，定位准确，误差精度达到0.2º，可以实现对于场景细节的有效监视。

    5、    出入控制环节：企业在人员管理和流程管理上重视工作效率和准确性，通常会应用门禁系统对出入控制上做严格限制，比如某车间的工人只能在授权的时间和地点进出，保证了厂区的有序管理。同时也可对出勤情况进行统一管理。智能网络矩阵支持与网络门禁通讯，实现刷卡联动场景图像切换，保证了重要部门对门禁出入记录添加视频复核的要求。在该厂区的出入大门以及总装测试中心，员工进出刷卡时，读卡器旁边的摄像机会将持卡人的图像同步切换到屏幕墙并抓拍录像存储，实现了身份即时复核确认以及日后检查备案。

    有效的经营方法能让企业提高效率，生产出高质量、低成本的产品。在技术交流发达的今天，各个企业所拥有的生产工艺技术差别不大；影响企业制造成本、提高企业竞争力的主要因素在于生产管理技术。对于制造业企业来说，加强对现场生产过程的质量控制是一项重要任务，生产过程控制系统通过管理技术、视频监控、网络数据库等信息技术的有效结合，节省了管理人力时间，加快了信息传递，提高了工作效率，增强了企业的竞争力。