一、數(shù)據(jù)采集技術(shù)的意義
制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，也是推動(dòng)工業(yè)化的原動(dòng)力，現(xiàn)代制造業(yè)已經(jīng)并且正在深刻地改變著人們的生產(chǎn)方式、生活方式甚至社會(huì)文化。全球經(jīng)濟(jì)一體化的趨勢愈演愈烈，國際競爭不斷加劇，制造業(yè)的發(fā)展必須不斷提高在質(zhì)量保障、品種多樣化、快速設(shè)計(jì)制造、快速檢測響應(yīng)以及快速重組等方面的要求。于是，“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化”被提到了前所未有的高度、深度和廣度。
二、數(shù)據(jù)采集的方案
工業(yè)數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)是按照美國 AMR(Advanced Manufacturing Research)所提出的，即ERP(Enterprise Resources Planning,企業(yè)資源規(guī)劃)/MES(Manufacturing Execution System,制造執(zhí)行系統(tǒng))/PCS(Process Control System,過程控制系統(tǒng))三層結(jié)構(gòu)
其中MES 是一個(gè)常駐工廠層的信息系統(tǒng)，介于企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層的計(jì)劃系統(tǒng)與生產(chǎn)過程的直接工業(yè)控制系統(tǒng)之間，它以當(dāng)前視角向操作人員、管理人員提供生產(chǎn)過程的全部資源(人、設(shè)備、材料、工具和客戶要求)的數(shù)據(jù)和信息，其著重點(diǎn)是將信息技術(shù)運(yùn)用于改善制造過程。
而作為MES中低層的數(shù)據(jù)采集功能，可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)的收集、整理工作，是進(jìn)行物料跟蹤、生產(chǎn)計(jì)劃、產(chǎn)品歷史記錄維護(hù)以及其它生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)。它可以為企業(yè)中其他例如ERP等管理信息系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。另一方面，MES也要從其它管理系統(tǒng)中獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)以保證MES自身正常運(yùn)行。因此要滿足MES快速、實(shí)時(shí)的要求，作為各種功能模塊運(yùn)行基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)就顯得十分重要。一個(gè)迅速而可靠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個(gè)MES能夠正常穩(wěn)定工作的有力保證。
三、工業(yè)數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)狀
作為車間底層的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中卻存在著許多困難，尤其是在離散企業(yè)中由于自動(dòng)化程度較低，往往存在著以下特點(diǎn)：
生產(chǎn)過程不可視：主要體現(xiàn)在不能實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)現(xiàn)場中在制品、人員、設(shè)備、物料等制造資源和加工任務(wù)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化。
生產(chǎn)過程復(fù)雜性：由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和加工工藝的復(fù)雜性，造成生產(chǎn)過程中各制造過程的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜多變(臨時(shí)插單、材料短缺等) 。
制造過程信息集成度低：制造過程中的各種信息不能有效進(jìn)行集成，導(dǎo)致產(chǎn)能不能得到充分利用。
信息不能有效與上層管理系統(tǒng)進(jìn)行集成：這種隔斷造成生產(chǎn)過程不透明，生產(chǎn)進(jìn)度、在制品狀況、設(shè)備利用狀況等關(guān)鍵數(shù)據(jù)不能到達(dá)管理層，增加了過程管理和生產(chǎn)決策的復(fù)雜性。
制造過程信息的真實(shí)性差：現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息過多依賴人機(jī)交互界面通過人工錄入，增加了出錯(cuò)的機(jī)率。
制造過程信息的實(shí)時(shí)性低：作業(yè)任務(wù)隨市場需求的頻繁調(diào)整變化，不利于制造過程信息的實(shí)時(shí)采集，再加上制造過程信息交互的速度和效率低下，造成企業(yè)對市場變化的響應(yīng)速度慢。
企業(yè)設(shè)計(jì)層和管理層到車間層特別是車間設(shè)備層的信息采集困難，一方面車間設(shè)備層的重要信息難于采集和上傳，無法達(dá)到對生產(chǎn)過程的監(jiān)控。另一方面上層系統(tǒng)難以深入到車間和設(shè)備層，從而影響管理信息系統(tǒng)的準(zhǔn)確運(yùn)行，使動(dòng)態(tài)信息成為脫離實(shí)際的無源之水難于及時(shí)下達(dá)，從而使整個(gè)企業(yè)信息化難以產(chǎn)生更大的效益。
上述特點(diǎn)反映了制造車間迫切需要對制造過程進(jìn)行信息化的數(shù)據(jù)采集管理，從而建立一個(gè)完整高效的離散制造車間數(shù)據(jù)采集及其分析處理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)離散車間信息化的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集及其分析處理系統(tǒng)的主要功能就是將車間的各種離散數(shù)據(jù)完整實(shí)時(shí)的采集到車間數(shù)據(jù)庫中，并進(jìn)行初步的分析處理，將車間生產(chǎn)的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的反饋到車間的管理層，加強(qiáng)管理人員對車間生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)控和管理，并為企業(yè)管理人員制定生產(chǎn)計(jì)劃提供依據(jù)。
四、工業(yè)數(shù)據(jù)采集的幾種方式
1、傳感器
傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。在生產(chǎn)車間中一般存在許多的傳感節(jié)點(diǎn)，24小時(shí)監(jiān)控著整個(gè)生產(chǎn)過程，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)可迅速反饋至上位機(jī)，可以算得上是數(shù)據(jù)采集的感官接受系統(tǒng)，屬于數(shù)據(jù)采集的底層環(huán)節(jié)。
傳感器在采集數(shù)據(jù)的過程中主要特性是其輸入與輸出的關(guān)系。其靜態(tài)特性反映了傳感器在被測量各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入和輸出關(guān)系，這意味著當(dāng)輸入為常量，或變化極慢時(shí)，這一關(guān)系就稱為靜態(tài)特性。我們總是希望傳感器的輸入與輸出成唯一的對照關(guān)系，是線性關(guān)系。一般情況下，輸入與輸出不會(huì)符合所要求的線性關(guān)系，同時(shí)由于存在這遲滯、蠕變等因素的影響，使輸入輸出關(guān)系的唯一性也不能實(shí)現(xiàn)。因此我們不能忽視工廠中的外界影響。其影響程度取決于傳感器本身，可通過傳感器本身的改善加以抑制，有時(shí)也可以加對外界條件加以限制。
2、條碼技術(shù)
條碼技術(shù)是實(shí)現(xiàn)POS系統(tǒng)、EDI、電子商務(wù)、供應(yīng)鏈管理的技術(shù)基礎(chǔ)，是物流管理現(xiàn)代化的重要技術(shù)手段。條碼技術(shù)包括條碼的編碼技術(shù)、條碼標(biāo)識(shí)符號的設(shè)計(jì)、快速識(shí)別技術(shù)和計(jì)算機(jī)管理技術(shù)，它是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理和電子數(shù)據(jù)交換不可少的前端采集技術(shù)。
二維條碼是用某種特定的幾何圖案按一定規(guī)律在平面分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號信息的，在代碼編制上巧妙的運(yùn)用計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”“1”概念，使用若干個(gè)與二進(jìn)制相對應(yīng)的幾何形體來表示文字?jǐn)?shù)值信息，通過圖像輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動(dòng)識(shí)讀以實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)處理。二維條碼具有條碼技術(shù)的一些共性：每個(gè)碼制有其特定的字符集，每個(gè)字符占有一定的寬度，具有一定的校驗(yàn)功能等。同時(shí)還對不同行的信息具有自動(dòng)識(shí)別功能與處理圖形旋轉(zhuǎn)變化等特定。
3、RFID技術(shù)
RFID（Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別）技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，達(dá)到識(shí)別目的并交換數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。在工作時(shí)，RFID讀寫器通過天線發(fā)送出一定頻率的脈沖信號，當(dāng)RFID標(biāo)簽進(jìn)入磁場時(shí)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽）；閱讀器對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理;主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
4、其他采集工具
受限與生產(chǎn)環(huán)節(jié)的復(fù)雜性與環(huán)境的苛刻，在除了RFID、條碼和傳感器的采集模式之外，還包含著利用人機(jī)交互的形式直接讀取數(shù)據(jù)、利用現(xiàn)場設(shè)備如PLC和儀器儀表直接采集數(shù)據(jù)的模式。在高溫高壓高輻射的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，企業(yè)亦可以使用打鐳射數(shù)字標(biāo)號，然后手工抄取記錄的形式監(jiān)控產(chǎn)品的生產(chǎn)狀況。
