卷烟厂制丝车间QC小组制丝生产线链路自动切换系统的研制创新型成果汇报

一、前言 1二、小组概况 1三、选择课题 2 (二)提出课题 4 (三)课题查新 6四、目标设定及可行性分析 6 (一)设定目标值 6 (二)目标可行性分析 7五、提出各种方案并确定最佳方案 10 (一)总体方案的选择 10 (二)制丝生产线基于虚拟链路冗余系统研制的方案分解： 191、数据传输介质的选择 202、硬件优化方案 213、网络属性的选择 29 (三)确定最佳方案 32六、制定对策 33七、对策实施 33八、效果确认 41 (一)目标值确认 41 (二)成果对制丝设备的影响 42 (三)效益分析 42九、标准化 43 十一、总结及今后打算 44制丝生产线链路自动切换系统的研制的奋战，顺利实的切换生产，现车间承担着XX中烟自有品牌“真龙”和联营加工品牌的生产任务，因此制丝生产线工艺质量的保障，对XX中烟品牌发展有着至关重要的意义。专业名称解释：OPC连接数据源和数据的使用者之间的软件接口标准。DCOM网络序对象。式最短路径优先)技术相结合，通过路径遍历算法自动寻找最短且当前有效的路径，进行数据端口组名称成立时间题名称制丝生产线链路自动切换系统的研制题类型创新型题注册号活动次数活动时间TQM培训组成员情况组成员结构分工类类1生动策划8312生任3生动实施4生动实施5生动实施6生动实施7生动实施小组活动成果荣誉榜8生动实施9动实施员作动实施运行反馈信息制参数线采集生产运行反馈信息制参数线采集生产 (一)问题提出制集成度高，现生产过程中信息流转图如下：产束设备场设备的信息进行采集和处理，完成设备的运行控制、生产信息的收集、传递等功能。Ethernet作为核心管理、控制主干网络，采用三层网络结构，如下图所示：采用的是树形网络架构，当部分设备层交换机出现死机或者网传输异常备通讯中断网络故障示意图当设备通讯中断时，生产集控系统开启自诊断功能，具体流程如下所示：断周期内，设备未恢复数据通讯，将导致生产断流。 (二)提出课题导致的生产断流数据，具体如下：3月-5月网络故障引起的生产断流统计4月5月因造成的断流成上升趋势，对烟丝工艺质量控制造成影响，为了全面评估其造成的影响，小组成员运用精益生产的TPS(全员问题解决)理念进行分析，具体情况如下：产断流损耗分析表号目体内容1损失发生断流后要将滚筒类设备中的烟丝接出，需6个劳务工用时0.25小时(15分钟)2损失异常处置完成到开机条件具备的平均耗时为0.20小时(设备空转)，同时产生50kg烟丝损耗(干头剔除)。3失程分析耗分析断流次数(次)工时 (小时)转 (小时)烟丝损耗(kg)08结讯故障造成的质量影响进行了分析，具体情况如下：——5月烟丝回掺使用跟踪表使用数50982322321 3月4月5月判定回掺使用批次数回掺涉及批次数13月2829520论即这处理这5批烟丝的耗时(掺配段)是正常生产的20/5=4倍。间正常的生产造成了极大影响，解决该问题刻不容缓，在网络系统，避免因网络通讯故障造成的断流。因此，小组决定此次活动的课题为： (三)课题查新查新目的查新手段精益QC课题的进行查新。查新报告结论根据查新报告，证实在国内同类制丝生产线链路控制系统的研制开发中，未见有实现上述 (一)设定目标值设备厂家，我车间现有集控系统的自诊断功能响应周期为2S，当网络通讯定为：网络通讯自动恢复时间<2s (二)目标可行性分析 (1)理论分析：本次课题的设计思路是采用多链路桥接节点作为备用数据通道，当连接PLC新设备层网络结构图通过备用链路恢复数据通讯的具体流程图如下： (2)模拟试验分析：试验目的测试采用链路自动切换系统后，网络出现数据传输异常时，设备是否能正常工作。试验方式利用制丝车间电工试验平台模拟设备操作环境，搭建双网卡网络连接，测试一条网线试标准验用品单123456验原理图验步骤试验结果测试序号切换时间(s)数据通讯测试序号切换时间(s)数据通讯测试序号切换时间(s)数据通讯1●●●2●●●3●●●4●●●5●●●6●●●7●●●8●●●9●●●●●●2.5210.501357911131517192123252729图例：●表示数据通讯正常，X表示数据通讯异常。结论在实验环境下，在2秒内恢复通讯的网络故障不会造成PLC异常报警。 (3)综合分析：理论分析链路自动切换系统可以消除网络通讯故障引起的生产断流，而模拟测试表明在2秒内恢复通讯的网络故障不会造成PLC异常报警，考虑传输介质和方式还存在优化空间，网络通讯自动恢复时间<2s的课题目标是可行的！成本较高施工周期短技术难度高于无线传输的网络切换于硬件拓展的网络切换外协部门协作信号易受干扰需优化网络参数按集控系统现有设备采购备件采用无线路由器传输数据技术难度低稳定性好因素基于硬件拓展的链路自动切换系统链路自动切换系统的研制基于无线传输的链路自动切换系统基于虚拟链路的链路自动切换系统设置虚拟链路用于数据交换种方案并确定最佳方案成本较高施工周期短技术难度高于无线传输的网络切换于硬件拓展的网络切换外协部门协作信号易受干扰需优化网络参数按集控系统现有设备采购备件采用无线路由器传输数据技术难度低稳定性好因素基于硬件拓展的链路自动切换系统链路自动切换系统的研制基于无线传输的链路自动切换系统基于虚拟链路的链路自动切换系统设置虚拟链路用于数据交换 (一)总体方案的选择脑风暴法”提出各种技术方案，并用亲和图进行整理如下：制丝制丝生产线链路自动切换系统的研制于虚拟链路的网络切换成本低成本低根据亲和图，小组成员决定对以下备选技术方案进行分析：案一案二案三小组成员讨论,认为需同时满足以下条件时，才能确定为最佳技术方案的选择。件基本要求要求经济性项目成本应控制在自主管理权限内的采购的采购项目预算金额应在10万元以下，安全性、设备造成伤害课题能在短期内实施完成通讯故障对产品质量和物耗影响大，车间领导和浙烟项目组技术难度技术方案的可实施程度QC围内。有效性具备链路自动切换功能实现课题目标：网络通讯自动恢复时间<2S。方案一件拓展的链路自动切换系统计路另一组设备进行网络通讯。验行综合评估。试验用12345678试验原图验验数据间(s)网络恢复时间(s)间(s)时间(s)时间(s)123456789基于硬件拓展的链路自动切换过程能力经济性安全性出标准。术难度整个集控系统的安装调试需请外协协助，不能独立完成。有效性结论方案二线传输的链路自动切换系统计路网络进行数据交换。验行综合评估。试验用123456789验验数据间(s)网络恢复时间(s)间(s)时间(s)时间(s)123456789基于无线传输的基于无线传输的自动切换的过程能力0.52.52.03.01.01.5经济性安全性患，在方案选择条件内。术难度本车间技术力量可以独立完成施工。有效性超出极限，属于能力不足型，网络自动恢复时间不满足要求结论方案三拟链路的链路自动切换系统计路换的功能。验行综合评估。12356789试验原图验验数据间(s)网络恢复时间(s)间(s)时间(s)时间(s)1234567891.2011.201.351.501.651.801.95基于虚拟链路自动切换的过程能力经济性左右，符合要求。安全性患，在方案选择条件内。本车间技术力量可以独立完成施工。有效性结论路的网络自动切换系统传输介质的选择维电缆连接拓扑结构的选择双环网拓扑结构AB1783-BMS20CL务器机接点的选择通讯模式的选择工通讯数选择 (二)制丝生产线基于虚拟链路自动切换系统的方案分解：传输介质的选择维电缆连接拓扑结构的选择双环网拓扑结构AB1783-BMS20CL务器机接点的选择通讯模式的选择工通讯数选择小组成员根据“虚拟链路”设计思路，将本次课题的总体技术方案分解如下：扑结构型拓扑结构时间频率缆缆 (1)传输介质的选择择依据根据IEEE802.3标准，工业级千兆以太网误码率≤0.5X10-10。测试方法。待选方案方案一双绞线方案二方案三光导纤维电缆方案图示试验数据及图表分析试验序号误码率(10误码率(10-10)方案一方案二方案三110.5012345678910误码率基准23456789验分析根据试验结果，使用双绞线作为传输介质，误码率达1.10X10-10不符合方案选择依据。据试验结果，使用同轴电作为传输介质，误码率达0.85X10-10不符合方案选择依据。根据试验结果，使用光导纤维电缆作为传输介质，误码率达0.33X10-10符合方案选择依据。结论不采用不采用采用拓扑结构 (2)网络拓扑结构的选择拓扑结构择依据虚拟链路桥接点的拓扑结构必须具备较强的抗干扰能力，线路通讯故障率≤5%。测试方法待选方案方案一星型拓扑结构方案二形拓扑结构方案三双环网拓扑结构方案图示方案思路链路与原有网络搭建链路和原有网络搭建构链路和原有网络搭建结构试验数据号123456789率 (%)测试组数方案一故障组数0010203112方案二故障组数2203132032方案三故障组数010001001030001001001000003星型拓扑结构树形拓扑结星型拓扑结构树形拓扑结构验分析力然构建简备一定结论不采用不采用采用交换机的选择AB交换机的选择AB83-US8T 小组成员综合考虑课题成本对交换机选型提出以下方案依据测试方法待选方案方案一思科WS-C2960方案二华为S5700方案三AB1783-BMS20CL方案图示试验数据及图形分析试验序号包转发率(包转发率(Mpps)方案一方案二方案三112345678910华为AB包转发率基准23456789平均值试验分析sBBMSCL65Mpps，结论不采用不采用采用方向方向三①方向方向三提下还要保障网络GBT08的要求，交换机的丢包率要控制在≤0.08%范围内，经查阅技术资料，对提升交换稳定性的三个优化方向进行试验试验目的交换机稳定性优化方向确定试验项目向化通信速率优优化数据包容量化环境温度试验方法个优化方向对丢包率影响程度进行双样本T检验，通过测试数据绘制箱线图和单值标试验一通讯速率对交换机丢包率影响的测试试验数据BSBS109299381402502619710821982998809102190丢丢包率%丢包率%的箱线图1212试验结果双样本T检验和置信区间:丢包率%,分类丢包率%双样本T分类N均值标准差均值标准误1150.049870.001362150.050130.001300.00034mu差值估计值:-0.000267差值的95%置信区间:(-0.001263,0.000729)差值=0(与≠)的T检验:T值=-0.55P值=0.587自由度=27结论结论：根据双样本T检验的结果，P值大于0.05，即通讯速率对丢包率影响不显著，不列为优化方向。试验二数据包容量对交换机丢包率影响的测试试验数据100281379466587686767888979988756786790的箱线图试验结果双样本T检验和置信区间:丢包率3,数据包丢包率3双样本T数据包N均值标准差均值标准误100150.047470.001360.00035500150.047800.001470.00038mumu0)差值估计值:-0.000333差值的95%置信区间:(-0.001394,0.000727)差值=0(与≠)的T检验:T值=-0.64P值=0.525自由度=27结论优化方向。试验三环境温度对交换机丢包率影响的测试试验数据123456789丢丢包率2试验结果双样本T检验和置信区间:丢包率2,环境温度丢包率2双样本T环境温度N均值标准差均值标准误26150.16930.02870.007440150.27530.01410.0036mumu差值估计值:-0.10600差值的95%置信区间:(-0.12319,-0.08881)差值=0(与≠)的T检验:T值=-12.86P值=0.000自由度=20结论结论：根据双样本T检验的结果，P值小于0.05，即环境温度对丢包率影响显著，列为优化方向。最佳环境温度的确定境温度，每降低1℃，空调能耗增加要找出能耗最低的环境温度值。试验项目交换机最佳环境温度的确定法确定对于能耗最低的环境温度设定值，小组成员决定采用黄金分割法来计算。验范围试验方法标越高越好。试验过程X5×0.618=27.81℃X+45-27.81=17.19℃X2X1027.81析X7.81℃X7.19℃12345123450.0160.014X2X2分析17.19℃~45℃X-27.81+17.19=34.38℃123450X2X134.84坏点跟踪试验12345标。结论小组最终确定环境温度设定值为27.81℃。 (2)桥接点的选择 方案二依据故障反馈时间≤30ms(制丝线集控系统CPU扫描周期)测试方法馈时间。待选方案方案一服务器方案二现场工控机方案三现场HMI监控机方案图示方案思路务器中搭载虚拟链路体设备工控机搭建试验序号故故障反馈时间(ms)方案一方案二方案三19350300250200000012345678910233487596786982验分析大，对数据处理长反3ms。备的通讯协议，反馈时间结论不采用不采用采用工通讯工通讯 (1)通讯方式的选择：的选择由于制丝生产集控系统的数据交换频繁，而且瞬时数据量较大，数据带宽≥1500Mbps(兆位/秒)才意图讯讯通讯析件要求：低件要求：中件要求：中负荷：低负荷：中负荷：高宽：500Mbps宽：1000Mbps宽：2000Mbps评估虽然有网路架设简但是数据带也难以满足现有数据量交需求带宽最大，满足指标要求。结论不采用不采用采用 (2参数一时间频率)核心参数的选择： (2参数一时间频率核心参数的确定定方法正交试验，设置虚拟链路的最佳参数。标S机。位级A：响应时间(ms)B：发送间隔时间(ms)C：刷新频率(Hz)122020025303000位级选择说明集控系统CPU扫描周期为30ms，如果响应时间过快(小于5ms)，集控系统负荷大容易造成系统崩溃，因此响应时间范围定位10ms-30ms。根据AB交换机说明书，可设置的信号发生间隔时间为100-300ms。根据车间设备组态软功能设置，可供设置的刷新频率为0-50Hz据L表来做9次试验，结果如下：A(响应时间)B(间隔时间)切换时间(s)11(10)1(100)3(50)22(20)11(10)33(30)12(25)412(200)252232.56321711823293333K17K28K32.62.62.32.30.90.9析 R素的影响程度，按照因素影响程度从主要到次要顺序排列为： (2)直观分析： (3)计算分析： (4)作出趋势图：864A1A2A3B1B2B3C1C2C3直观分析和计算分析组合不一致，应深入分析试验结果，详见下表。题方法(刷新频率)否A因素(响应时间)是是在其两否存在更好位B素(间隔时间)是位级有待于验参0ms这个区间内再交试验进行优选方案。位级表 (第二次试验)A：响应时间(ms)B：发送间隔时间(ms)C：刷新频率(Hz)1823传输介质的选择光导纤维电缆双环网拓扑结构AB1783-US8T桥接点的选择现场HMI监控机工通讯通讯模式的选择 响应时间(10ms)发送间隔时间(200ms)数选择传输介质的选择光导纤维电缆双环网拓扑结构AB1783-US8T桥接点的选择现场HMI监控机工通讯通讯模式的选择 响应时间(10ms)发送间隔时间(200ms)数选择析 (第二次试验)A(响应时间)B(间隔时间)切换时间(s)18)1(150)3(50)22(10)11(10)33(12)12(25)412(200)252236321711823293333K1K25K32.72.50.4图864A1A2A3B1B2B3C1C2C3从试验结果可以看出，看一看和算一算的方案相同，为A2B2C3，此次试验可以确认响应时间结论 (三)确定最佳方案根据以上分析，小组最终确定研制基于虚拟链路冗余系统的最佳方案为：基基于虚拟链路的网络自动切换系统刷刷新频率(25Hz)号策施负责人参与人点1光导纤维讯成功率纸；2环网拓构2、构建双环网拓扑结构；3、测试网络通讯故障率%；3络AB3-US8T发率≥包率≤0.08%2、构建虚拟链路；测试包转发率；4置桥接点馈时间≤2、建立桥接点；测试故障反馈时间；5工通带宽≥6参数切换时间≤2S络核心参数链路切换时间。7测试时间铺设光导纤维电缆人员杨晓娜石磊郑传增时间实施过程。效果检查数量(台)覆盖台数常数111111111段111构建双环网拓扑结构人员将、石磊、韦文时间实施过程行构建双环网拓扑结构果查完成双环网拓扑结构后,对数据通讯的故障率进行测试。组数组数1060207131804090500(%)论ST人员覃洪汉石磊杨晓娜转发率≥1.488Mpps,包率≤0.08%时间程过程链路路由信息。查完成硬件的安装与网络配置后,对所有交换机的包转发率和丢包率进行测试：号率 (Mpps)(%)号率 (Mpps)(%)11#234567890转发率平均值(Mpps)值(%)论由测试结果可知交换机包转发率平均值=1.610Mpps，丢包率平均值=0.016%。现场HMI监控机设置桥接点人员石磊韦文覃洪汉反馈时间≤30ms时间实施过程DECDEC数据源OPCOPC据源2、配置服务器的+DCOM及访问权限实施过程点功能。效果检查段HMI监控机设置桥接点后,对其故障反馈时间进行测试：工段 (ms)工段 (ms)192834475867788999段7889790故障反馈时间平均值(ms)论的通讯方式人员石磊杨晓娜黄干将数据带宽≥1500Mbps时间过程方式果查讯方式后,对整个数据链路的带宽进行测试。带宽(Mbps)带宽(Mbps)162738495(Mbps)论宽为1604Mbps，小目标实现！心参数人员韦文黄干将杨晓娜路切换时间≤2S时间程1、与HMI服务器建立通讯.参数果查设置网络核心参数后,对数据链路切换时间进行测试。链路切换时间(s)链路切换时间(s)162738495时间平均值(s)论由测试结果虚拟链路自动切换时间为0.8s，小目标实现！测试虚拟链路自动切换系统人员韦文石磊杨晓娜根据活动目标设定：网络通讯自动恢时间<2S时间实施过程Ethernet间的物通讯)虚拟链路进行切换设备通讯恢复正常效果检查小组成员对虚拟链路冗余系统对于网络故障的反馈记录如下：123456789间平均值(s)论效果确认 (一)目标值确认查看服务器后台数据，统计网络通讯自动恢复时间，具体如下：10月网络自动恢复时间统计表序号月份时间(s)号时间(s)1日日2日0日3日1日4日3日5日5日6日6日75日6日88日95日4日5日5日网络自动恢复时间控制图2.252s2s1.751.50_1.25X=1.2581.251.000.750.501357911131517192123观测值每 (二)成果对制丝设备的影响：0000000008月9月10月同时，质量检验科也调阅了20XX年8至10月的质量数据，统计网络故障引起的烟丝回掺数据，具体情况如下掺使10.510.500000008月9月10月判定回掺使用批次数回掺涉及批次数00000000 (三)效益分