一、數據采集技術(shù)的意義
制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，也是推動(dòng)工業(yè)化的原動(dòng)力，現代制造業(yè)已經(jīng)并且正在深刻地改變著(zhù)人們的生產(chǎn)方式、生活方式甚至社會(huì )文化。全球經(jīng)濟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、快速設計制造、快速檢測響應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、數據采集的方案
工業(yè)數據采集的結構是按照美國 AMR(Advanced Manufacturing Research)所提出的，即ERP(Enterprise Resources Planning,企業(yè)資源規劃)/MES(Manufacturing Execution System,制造執行系統)/PCS(Process Control System,過(guò)程控制系統)三層結構
其中MES 是一個(gè)常駐工廠(chǎng)層的信息系統，介于企業(yè)領(lǐng)導層的計劃系統與生產(chǎn)過(guò)程的直接工業(yè)控制系統之間，它以當前視角向操作人員、管理人員提供生產(chǎn)過(guò)程的全部資源(人、設備、材料、工具和客戶(hù)要求)的數據和信息，其著(zhù)重點(diǎn)是將信息技術(shù)運用于改善制造過(guò)程。
而作為MES中低層的數據采集功能，可以實(shí)現對生產(chǎn)現場(chǎng)各種數據的收集、整理工作，是進(jìn)行物料跟蹤、生產(chǎn)計劃、產(chǎn)品歷史記錄維護以及其它生產(chǎn)管理的基礎。它可以為企業(yè)中其他例如ERP等管理信息系統提供實(shí)時(shí)數據。另一方面，MES也要從其它管理系統中獲取相關(guān)的數據以保證MES自身正常運行。因此要滿(mǎn)足MES快速、實(shí)時(shí)的要求，作為各種功能模塊運行基礎的數據就顯得十分重要。一個(gè)迅速而可靠的數據采集系統是整個(gè)MES能夠正常穩定工作的有力保證。
三、工業(yè)數據采集的現狀
作為車(chē)間底層的數據采集系統，在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中卻存在著(zhù)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(zhù)以下特點(diǎn)：
生產(chǎn)過(guò)程不可視：主要體現在不能實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)現場(chǎng)中在制品、人員、設備、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(guò)程復雜性：由于產(chǎn)品結構和加工工藝的復雜性，造成生產(chǎn)過(guò)程中各制造過(guò)程的關(guān)聯(lián)性強，生產(chǎn)環(huán)境復雜多變(臨時(shí)插單、材料短缺等) 。
制造過(guò)程信息集成度低：制造過(guò)程中的各種信息不能有效進(jìn)行集成，導致產(chǎn)能不能得到充分利用。
信息不能有效與上層管理系統進(jìn)行集成：這種隔斷造成生產(chǎn)過(guò)程不透明，生產(chǎn)進(jìn)度、在制品狀況、設備利用狀況等關(guān)鍵數據不能到達管理層，增加了過(guò)程管理和生產(chǎn)決策的復雜性。
制造過(guò)程信息的真實(shí)性差：現場(chǎng)數據信息過(guò)多依賴(lài)人機交互界面通過(guò)人工錄入，增加了出錯的機率。
制造過(guò)程信息的實(shí)時(shí)性低：作業(yè)任務(wù)隨市場(chǎng)需求的頻繁調整變化，不利于制造過(guò)程信息的實(shí)時(shí)采集，再加上制造過(guò)程信息交互的速度和效率低下，造成企業(yè)對市場(chǎng)變化的響應速度慢。
企業(yè)設計層和管理層到車(chē)間層特別是車(chē)間設備層的信息采集困難，一方面車(chē)間設備層的重要信息難于采集和上傳，無(wú)法達到對生產(chǎn)過(guò)程的監控。另一方面上層系統難以深入到車(chē)間和設備層，從而影響管理信息系統的準確運行，使動(dòng)態(tài)信息成為脫離實(shí)際的無(wú)源之水難于及時(shí)下達，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(chē)間迫切需要對制造過(guò)程進(jìn)行信息化的數據采集管理，從而建立一個(gè)完整高效的離散制造車(chē)間數據采集及其分析處理系統是實(shí)現離散車(chē)間信息化的基礎。數據采集及其分析處理系統的主要功能就是將車(chē)間的各種離散數據完整實(shí)時(shí)的采集到車(chē)間數據庫中，并進(jìn)行初步的分析處理，將車(chē)間生產(chǎn)的信息實(shí)時(shí)準確的反饋到車(chē)間的管理層，加強管理人員對車(chē)間生產(chǎn)現場(chǎng)的監控和管理，并為企業(yè)管理人員制定生產(chǎn)計劃提供依據。
四、工業(yè)數據采集的幾種方式
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，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。在生產(chǎn)車(chē)間中一般存在許多的傳感節點(diǎn)，24小時(shí)監控著(zhù)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，當發(fā)現異常時(shí)可迅速反饋至上位機，可以算得上是數據采集的感官接受系統，屬于數據采集的底層環(huán)節。
傳感器在采集數據的過(guò)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)值處于穩定狀態(tài)時(shí)的輸入和輸出關(guān)系，這意味著(zhù)當輸入為常量，或變化極慢時(shí)，這一關(guān)系就稱(chēng)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(xiàn)性關(guān)系。一般情況下，輸入與輸出不會(huì )符合所要求的線(xiàn)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。因此我們不能忽視工廠(chǎng)中的外界影響。其影響程度取決于傳感器本身，可通過(guò)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POS系統、EDI、電子商務(wù)、供應鏈管理的技術(shù)基礎，是物流管理現代化的重要技術(shù)手段。條碼技術(shù)包括條碼的編碼技術(shù)、條碼標識符號的設計、快速識別技術(shù)和計算機管理技術(shù)，它是實(shí)現計算機管理和電子數據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律在平面分布的黑白相間的圖形記錄數據符號信息的，在代碼編制上巧妙的運用計算機內部邏輯基礎的“0”“1”概念，使用若干個(gè)與二進(jìn)制相對應的幾何形體來(lái)表示文字數值信息，通過(guò)圖像輸入設備或光電掃描設備自動(dòng)識讀以實(shí)現信息自動(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，具有一定的校驗功能等。同時(shí)還對不同行的信息具有自動(dòng)識別功能與處理圖形旋轉變化等特定。
3、RFID技術(shù)
RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)的數據信息。利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，達到識別目的并交換數據。RFID技術(shù)可識別高速運動(dòng)物體并可同時(shí)識別多個(gè)標簽，操作快捷方便。在工作時(shí)，RFID讀寫(xiě)器通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送出一定頻率的脈沖信號，當RFID標簽進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無(wú)源標簽或被動(dòng)標簽），或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動(dòng)標簽）；閱讀器對接收的信號進(jìn)行解調和解碼然后送到后臺主系統進(jìn)行相關(guān)處理;主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執行機構動(dòng)作。
4、其他采集工具
受限與生產(chǎn)環(huán)節的復雜性與環(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(zhù)利用人機交互的形式直接讀取數據、利用現場(chǎng)設備如PLC和儀器儀表直接采集數據的模式。在高溫高壓高輻射的生產(chǎn)環(huán)節中，企業(yè)亦可以使用打鐳射數字標號，然后手工抄取記錄的形式監控產(chǎn)品的生產(chǎn)狀況。
