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随着食品饮料行业竞争日趋激烈，企业对降低运营成本，提高生产效率的需求越来越迫切。传统食品饮料生产过程在开机准备工作可视化、生产过程直观显示、产品能耗成本统计、设备零部件及时维护等方面存在不足，严重影响生产效率，已经无法满足客户需求。

鼎茂兴智能化生产线系统（以下简称DMXISCADA）是结合全球最先进的食品饮料生产线管理理念，并结合30年的行业经验以及自身特色功能为食品饮料企业量身打造的，旨在帮助企业实现智能化生产。

1.鼎茂兴智能化生产线系统

1.1系统概述

鼎茂兴智能化生产线系统基于zenon环境设计开发，是一款高通用软件系统，广泛应用在食品饮料行业。zenon是符合人体工程学的软件开发平台，“设置参数而不是编程”的原则帮助工程师快速、无误地配置项目，帮助用户提高项目开发的灵活性和效率。

1.2 系统的5个主要特征

DMXISCADA的功能、连接、数字智能、集成、用户体验等5个特征将充分支持用户数字化工厂转型成功，实现有价值的、创造型的生产线管理系统。

功能：采用最新技术、设置简单、灵活且可扩展，以满足用户预期。

对于生产线经理来说，生产线管理系统需要对灌装生产进行实时监督和历史分析。其被授权进行快速分析、准确响应生产活动，以持续改进生产线性能。自上而下的生产信息浏览、关键指标仪表盘、事件列表和报警列表必须有效显示，这其中包括了从包装区域总览到单台机器的相关数据，性能、质量、资源消耗和相关维护的汇总指标的显示，以及参数、设定点、测量值和状态数据的详尽展现。开箱即用组件可进一步扩展生产线管理系统。例如设备层的配方管理以及与ERP的集成功能缩短生产转换时间并确保质量。过程实时记录功能帮助审查复杂场景的深层次信息，更好的生产控制是减少非正常停机的先决条件。系统还可胜任预防性和预测性概念的设备维护工作。 

连接：能够实现与当今所有灌装设备和传感器的连接，适用于所有的测量和数据收集。

一个符合工业环境的智能系统原则上应该能够与任何相关的数据源进行连接。DMXISCADA可从整个生产线中抽取数据，包括其中的每台机器，不同品牌和类型的PLC或是传感器。广泛的连接和数据集中使得整合和关联信息成为可能，包括生产线的总体设备有效性(OEE)指标和能源消费数据。获取和归档不断增加的数据量是自动化信息流的关键组成部分。在此场景下，DMXISCADA确保集成商可以进行必要的灵活的设计，能够更充分地实现想法，应变能力更快速高效，利润也将增长。

数字智能：应用嵌入式的数据处理、分析和人工智能。 

工业物联网(IIoT) 展示了混合架构的精彩示例。数字智能完全可以放置在系统、虚拟化系统或云系统等任何需要的地方。DMXISCADA可以强化传送数据的优化机制，生产线管理就像是一个数据转换(ETL)工具。系统集成商可选用最恰当的技术处理数据，如使用自动化或软件开发语言。结果就是一个可靠和高效的信息流，从生产数据中获取最大化的利润，以及可靠的生产性能分析。

集成：基于开放性的框架，可适用于更广泛的工厂自动化和IT要求，包括云布置。           

生产线管理系统是更大体系结构的一部分。DMXISCADA可避免所使用的系统成为信息孤岛。各类系统可以被安全集成，使之成SCADA、MES、ERP、IIOT或是混合和基于云的解决方案的一个有机组成部分。例如经典的ERP至HMI的通讯系统可以确保机器运行和原材料供应的连续性，帮助操作人员提高生产性能。现在，用户还可以进一步享用软件新技术的力量，例如利用基于云的数据集中分析用于全球化的组织分析，或采用基于云的机器学习功能主导设备的预防性维护。

用户体验：全面使用人机工程学原理开发用户界面和通用操作手式，赋予用户更友好的体验。

一个生产环境通常会跨越不同的设备和IT系统，简化交互性与复杂性，提升视觉效果以提高生产线数据分析效率、能源消耗和监督的质量，尤为重要。DMXISCADA 可以提供高级别的图形工具以增强其用户经验。优化机制使数据互为相关、清晰、具备可操作性，让用户易于聚焦关键设备、重要时间、生产栏目等信息。得益于先进的网络和通信技术，用户能在任意的时间和地点获取生产区域信息，如在办公室台式机上或在移动设备上。

1.3 系统架构

DMXISCADA系统架构自上而下涵盖了整个生产区域，包含了所有设备自动化 (PLC和HMI) 和人力资源互相间的通讯。以太网络是整个系统的中心通信平台，上层是中央组件、服务器PC和其他可集成组件，整个系统的布置可以是一次性或阶段性的，根据用户的要求而调整数据库服务器、客户端 PC、服务PC 以及与ERP 系统的连接。

2.应用DMXISCADA实现食品饮料生产线智能化

2.1 开机检查智能化、可视化

在生产线正式开工前的准备工作必须指令准确且落实到位。传统的方式是员工通过纸质文档记录其所应当完成的各项检测工作。纸质清单以各种形式出现在整个生产场所--无论是用于质量控制，还是作为与生产有关的文件用于操作设置或安全指南。员工手拿剪贴板和笔，乏味地完成一个又一个步骤。为了确认，他们会输入各种复选标记或添加手写的评论。然后再手动输入电脑，通过电子邮件发送给相应人员。费时且易错，有数据丢失风险，归档系统很容易混乱和过时。

显然，数字化工厂的要求是必须将所有的信息数据化，实现快速、高效和灵活传递。通过将纸质清单数字化，就有创造更高效的生产实践氛围，避免因为难以辨认的手写文字和堆积成山的文档所造成的管理问题。减少存放上述信息所占用的空间，增加数据处理灵活性。

智能清单功能基于ISA88国际标准开发，允许生产管理人员通过低代码的方式将各类纸质清单转换为电子文档，允许将同一清单上不同厂家设备的运行或检测状态相关联，且不需要修改或调整各设备PLC程序，灵活而高效。允许管理者通过网络远程创建清单，并监控设备运行。在校验完成清单后，系统会按用户要求自动生成数字化检测报告，也可自动发送给MES等系统或相关人员。

智能清单清晰且毫不延迟地传达最新版本的工作文档，指导生产，不仅能安装在机器旁的产线工作站上，还可使用于移动设备，授权员工无论身在何处都能得到最新的清单列表。

智能清单功能可使用用户角色分配进行指导，其教导模式自动引导操作人员一步步地完成检查表中的操作。在当前步骤完成之前，操作人员不被允许进入下一个检测步骤，因此不会产生检测遗漏。检测顺序和要求也是由生产管理人员事先用图形化的清单创建定义的。

智能清单在任何地方都可使用，方便了生产团队跨地域的信息交流。通过交互式指导和清晰概览的方式，避免错误。系统还可以为用户提供如何处理清单的建议，例如，允许用户收集测量值，并以趋势曲线的形式显示。也可在检查系统报警时合并检查清单记录，监控步骤中所添加的注释都会被储存起来，并供检索。

2.2通过录像回放优化生产过程

文件可以通过智能的文字识别来智能的检索用户所真正需要了解的信息。用户希望能够将此智能方式应用于非文字的系统中：比如对离散的生产信息系统进行智能检索。难点在于是否已掌握了过去所发生在生产线上的所有信息，这涉及采集原始数据的深度和广度，是否可以通过快速检索对所关注的事件以不同的角度和范围去观测，这涉及分析工具是否强大。

食品饮料制造过程是高度优化的系统，因故障、停工或错误的过程控制会对生产造成严重影响。为了事后分析这些影响中的关键因素，必须对来自不同设备和系统源的数据进行解读并确定其联系。因此，不仅要使用收集数据，而且还要分析，这就是过程记录器发挥作用的地方。

记录器可以完整记录生产过程中发生的一切活动，与报警信息列表或事件序列表日志等原有工具相比，其优势在于通过录像回放的方式提供有关生产操作过程中各事件精确发生过程的信息，事件和状态可以跟随时间而一一展开。记录器使用常规的过程监控画面，不仅简单地显示当前值，还可显示任何时间点的数据。通过选择这些时间点，记录的数值可以被连续播放，就像播放录音一样。运行中的项目仍然可以像现场操作时那样进行导航，用户只需回溯查看，在各个画面之间进行切换。可以在一个选定的时间点上回顾和分析过去的生产过程。回放可以根据需要自由显示，并提供关键的影响因素，而这些因素往往在第一眼时并不明显。用户还可以通过记录器确定以前未知的不同影响因素之间的关联性，深入了解所用机器和设备之间的相互作用。通过显示数据了解各种子系统或控制器的数据和操作动作，实现生产优化。

导致设备故障或停机的因素较多，比如阀门、电机故障，或PLC程序的一些参数设置等。用户通过记录器录像回溯整个生产过程，快速查看关键影响因素并分析原因，可及时排除故障，重启生产线。该系统还读取和处理了各个机器的生产和质量数据，连接了能源计量表，可计算出生产数字、能源消耗、质量指标和生产报告。在这种情况下，通过生产过程记录器可分析出不同因素，例如能源消耗和生产质量的相互关系，这样可以优化整个生产过程。

首先我们在常规的过程监控画面中点击录像回放功能按钮。其次通过时间过滤器设置回放时间段。

设置好时间段后点击开始回放，生产过程中参数可以动态显示，报警事件和信息事件可以进行快速回放，以快速定位问题原因，及时解决了直观显示和参数溯源的问题。在回放画面中，还可以选择某个时间段的报警信息跳转到当时的事件，这样就可以看到当时发生什么了，并且知道是哪个账号登录进行了操作。

2.3节省能耗，实现碳中和目标

碳中和是指国家、企业、或个人测算在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量，实现正负抵消，达到相对“零排放”。DMXISCADA提供了一整套能源管理解决方案帮助企业实现零排放，亮点包括自动化的数据采集和分析、不同时间段的能源管理、支持ISO 50001标准的实施、检测峰值和消费不正常情况、与SQL、ERP不同的系统进行数据交换等。

2.4定期维护设备零部件，合理备用库存

食品饮料工厂生产线有大量、多品牌多品种的设备零部件，要在零部件生命周期内更换和维护，以及保持正常的库存，需要一整套管理系统。DMXISCADA提供了这一套系统，可以使管理人员定期维护设备零部件，合理备用库存。

首先使用工业设备维护管理功能创建数据库，数据保存在数据库中，插入设备维护模板，其次在建模当中添加设备维护部件即可完成配置。工业设备维护管理功能可以轻松计划和管理服务时间间隔，让管理人员一眼就可以看到哪个装置、设备、机器等需要维护，时间是今天、本周、下个月或年底。所有维护工作均被记录，以备查询。

2.5掌控设备效率，减少运营成本

整体设备效率（OEE）是食品饮料行业生产线管理的最重要指标之一，没有报警、没有次品以及按计划完成生产任务的灌装生产线（OEE达到100%）是生产管理人的理想。在没有新投入的情况下，将现有灌装生产线的OEE提高仅仅1%也会产生非常重大的收益。OEE指标会让生产管理人员将重点放在有效性、性能和合格率等三个方面的改进上。

OEE就是实际生产能力相对于理论产能的比率。现实的灌装线生产是由不同类别的设备组成的，可能其中的灌装机、贴标机等设备出自不同厂家。所以要想获得真正的OEE指标，其基础采集的数据必须是经过清洗过的无错误数据，其可能来自于集团的MES系统（生产产品批次号等）以及各设备的PLC接口，这种异构化的系统是无法实现实时传递和处理数据的。问题在于，OEE需要系统能获得基于同一时间的实际生产数据，相同时间内中处理和输出信息（类似PLC的逻辑控制）的能力。

DMXISCADA系统OEE的技术关键在于其独特的虚拟PLC功能，该模块可安装在非实时操作系统的电脑或服务器上，这样的结果是系统可根据实际要求从不同生产厂的设备、系统组成的生产线中对同一时间戳的数据（变量值）以逻辑控制的方式（IEC61131-3标准）进行处理，从而输出真正符合实际生产状态的OEE指标。

另外，该系统不仅仅能展示设备效率，还可以帮助用户管理者去解决分析设备效率不达标或质量损耗问题。当设备有效性、性能或合格率某一指标不达标时，可通过智能生产管理系统停机报表、趋势图、参数监控进行检查。当设备实际生产时间不达标时，可在停机报表查看这段时间是否出现报警，报警了几次，持续时间，直接找到设备有效性不达标问题。

2.6打通传感器层到云端数据通道

工厂增长的数字化进程对工业软件提出了越来越高的要求，面对稳步增长的数据洪流，连接性至关重要。为了满足日益增长的存储和计算能力的需求，云计算已经成为首选的解决方案。

DMXISCADA Service Grid是一个服务体系，其中的每个服务执行其特定的任务，其由模块化组件和微服务系统组成，其内置的微服务系统相互间保持着通讯，从而形成一个更大的通信网络。Service Grid基于当前最前沿的技术：Docker容器可以轻松地以容器的形式作为文件进行传输和安装。国际标准协议OAuth2.0机制更加灵活的授权认证，这使得其对Web应用程序、电脑桌面应用程序、移动设备和物联网设备进行身份验证成为可能。MQTT基于Internet/WAN的加密通信功能，在4G或5G移动网络的带宽较低区域中也能正常工作。MongoDB 快速灵活的数据库，适用于大数据。应用 Service Grid功能可基于现有互联网设施和移动终端，将分布于不同地理位置的工程设备、能源设施等进行数据交换，从而搭建出全球监控系统进行例如远程、诊断、维护更新工作，这在疫情期间显得特别重要。

3.应用案例分析

2021年新美星和达利食品集团合作，为其六家工厂提供了干法杀菌饮料生产线用于生产POOOW气泡水。在本项目中，新美星为达利集团量身定制了以DMXISCADA为基础的生产线管理系统（LMS），实现了生产线的数据采集自动化、监测控制智能化、绩效指标可视化，该系统于2021年7月在达利集团福建工厂成功实施。

系统实施后，达利食品集团获得新的管理方式，生产过程更加透明，设备运行更加高效，并为管理人员提供了各类动态的管理报表，包括能源报表、质量报表、生产性能分析报表、故障原因分析和产能时间损失报表等等，管理人员可以根据这些报表做出更明智的决策。

运行结果显示，良品率提高了5%，停机时间减少了50%，设备故障率降低了20%，运营成本降低10%。

4.结论和展望

DMXISCADA系统帮助食品饮料企业实现智能化生产，力争成为食品饮料行业智能化系统的顶级解决方案之一，未来，上海鼎茂兴自动化技术有限公司将在业界流程设备项目广泛推广此解决方案，为客户提供强劲的市场竞争力。

作者单位/上海鼎茂兴自动化技术有限公司

(完整内容见本刊135期杂志）