Details

Работа посвящена разработке и обоснованию автоматизированной системы нанесения и верификации кодов Data Matrix для  производственного участка маркировки с интеграцией в систему обязательной маркировки «Честный знак». Задачи, которые решались в ходе работы: – анализ производственного участка и расчёт базового показателя OEE; – выбор и обоснование технологии нанесения кода, системы технического зрения и ПЛК; – разработка структурной схемы комплекса, алгоритма работы и диаграммы состояний; – разработка программной реализации на языках IEC 61131-3 и архитектуры интеграции с MES (OPC-UA) и ЦРПТ (REST API HTTPS); – расчёт пропускной способности, надёжности, вероятности пропуска брака, OEE и технико-экономическое обоснование проекта. В результате разработан автоматизированный комплекс маркировки на базе принтера Markem-Imaje 2600 (TIJ), верификационной камеры Cognex DataMan 475 и ПЛК Siemens S7-1200. Показатель OEE производственной линии вырос с 76,7 % до 96,8 %, вероятность пропуска нечитаемого кода снижена в 50 раз — с 0,18 % до 0,0036 %. Пропускная способность составила 438 изд/мин при двукратном запасе к норме. Простой срок окупаемости при CAPEX 1535 тыс. руб. составляет 4,7 месяца; NPV за 5 лет — +11517 тыс. руб.

The work is devoted to the development and justification of an automated system for applying and verifying Data Matrix codes for the marking production site with integration into the "Honest Mark" mandatory marking system. Tasks that were solved during the work: – analysis of the production site and calculation of the basic OEE indicator; – selection and justification of the coding technology, vision system and PLC; – development of the structural scheme of the complex, the algorithm of operation and the diagram of states; – development of software implementation in IEC 61131-3 languages and architecture of integration with MES (OPC-UA) and CRPT (HTTPS REST API); – calculation of throughput, reliability, probability of failure, OEE and feasibility study of the project. As a result, an automated labeling system has been developed based on the Markem-Imaje 2600 (TIJ) printer, the Cognex DataMan 475 verification camera and the Siemens S7-1200 PLC. The production lines OEE index increased from 76.7% to 96.8%, and the probability of missing an unreadable code was reduced 50—fold from 0.18% to 0.0036%. The throughput was 438 ed/min with twice the normal margin. The simple payback period at CAPEX 1535 thousand rubles is 4.7 months; NPV for 5 years is +11517 thousand rubles.

• ВВЕДЕНИЕ
• 1 Технический анализ производственного участка
  • 1.1 Характеристика базовой производственной линии
    • Текущий способ нанесения кода Data Matrix
  • 1.2 Требования к системе маркировки
    • 1.2.1 Требования по скорости нанесения
    • 1.2.2 Требования к качеству нанесения кода
    • 1.2.3 Требования к сериализации и интеграции с Центром развития перспективных технологий
    • 1.2.4 Сводная таблица требований
  • 1.3 Анализ узких мест базовой линии
    • 1.3.1 Потери доступности
    • 1.3.2 Потери производительности
    • 1.3.3 Потери качества
    • 1.3.4 Человеческий фактор при ручном контроле
    • 1.3.5 Отсутствие оперативной интеграции с Центром развития перспективных технологий
    • 1.3.6 Сводная карта потерь и показателя общей эффективности до внедрения
  • 1.4 Расчет пропускной способности базовой линии
    • 1.4.1 Модель цикла маркировки
    • 1.4.2 Параметры базовой линии (без верификации)
    • 1.4.3 Пропускная способность планируемого комплекса
    • 1.4.4 Анализ чувствительности пропускной способности
    • 1.4.5 Ограничивающее звено в проектируемом комплексе
  • 1.5 Постановка задачи проектирования
• 2 Проектирование автоматизированного комплекса маркировки
  • 2.1 Выбор технологии нанесения кода Data Matrix
    • 2.1.1 Краткая характеристика технологий-кандидатов
    • 2.1.2 Критерии сравнения
    • 2.1.3 Выбор и обоснование
  • 2.2 Выбор системы технического зрения
    • 2.2.1 Требования к верификатору
    • 2.2.2 Сравнение верификаторов
    • 2.2.3 Выбор и обоснование
  • 2.3 Структурная схема комплекса
    • 2.3.1 Состав и взаимосвязь подсистем
    • 2.3.2 Информационные потоки
  • 2.4 Алгоритм работы системы
    • 2.4.1 Алгоритм основного цикла маркировки
    • 2.4.2 Алгоритм обработки брака
    • 2.4.3 Диаграмма состояний подсистемы верификации
    • 2.4.4 Механизм буферизации при потере связи
• 3 Разработка системы управления
  • 3.1 Выбор программируемого логического контроллера и архитектуры управления
    • 3.1.1 Требования к контроллеру
    • 3.1.2 Сравнение программируемых логических контроллеров
    • 3.1.3 Выбор и обоснование
  • 3.2 Программная реализация логики управления
    • 3.2.1 Структура программы программируемого контроллера
    • 3.2.2 Обработка сигнала фотодатчика и расчет упреждений
    • 3.2.3 Управление термоструйным принтером
    • 3.2.4 Управление камерой и обработка результата верификации
    • 3.2.5 Обработка ошибок и аварийные состояния
  • 3.3 Интеграция с производственной, корпоративной и государственной информационными системами
    • 3.3.1 Архитектура интеграции
    • 3.3.2 Протокол обмена с государственной системой маркировки
    • 3.3.3 Сервер ОРС-ЮА и интеграция с системой управления производством
    • 3.3.4 Защита информации
    • 3.3.5 Диаграмма взаимодействий за один производственный цикл
• 4 Расчетная часть
  • 4.1 Расчет пропускной способности комплекса
    • 4.1.1 Время цикла маркировки одного изделия
    • 4.1.2 Максимальная пропускная способность
    • 4.1.3 Проверка соответствия требованию производительности
    • 4.1.4 Анализ чувствительности пропускной способности
    • 4.1.5 Расчет геометрического ограничения цикла
  • 4.2 Расчет надежности комплекса
    • 4.2.1 Параметры надежности компонентов
    • 4.2.2 Системные показатели надежности
    • 4.2.3 Анализ результатов
  • 4.3 Расчет вероятности пропуска брака
    • 4.3.1 Модель вероятности пропуска
    • 4.3.2 Автоматический контроль (камера Cognex DataMan 475)
    • 4.3.3 Ручной контроль (до внедрения)
    • 4.3.4 Сравнение и эффект внедрения
  • 4.4 Расчёт общей эффективности оборудования до и после внедрения
    • 4.4.1 Методика расчёта общей эффективности оборудования
    • 4.4.2 Общая эффективность до внедрения автоматизированного комплекса
    • 4.4.3 Общая эффективность после внедрения автоматизированного комплекса
    • 4.4.4 Сравнительный анализ общей эффективности оборудования
    • 4.4.5 Декомпозиция прироста общей эффективности оборудования
• 5 Экономическое обоснование
  • 5.1 Капитальные затраты
  • 5.2 Годовая экономия от внедрения
    • 5.2.1 Экономия от снижения брака и штрафных рисков
    • 5.2.2 Экономия на фонде оплаты труда
    • 5.2.3 Прирост выручки от роста общей эффективности оборудования
    • 5.2.4 Снижение прямых затрат на ручное нанесение DM-кодов
    • 5.2.5 Суммарная годовая экономия
  • 5.3 Оценка экономической эффективности инвестиций
    • 5.3.1 Ежегодные операционные расходы на эксплуатацию
    • 5.3.2 Простой срок окупаемости
    • 5.3.3 Чистая приведённая стоимость
    • 5.3.4 Внутренняя норма доходности
    • 5.3.5 Сводная таблица показателей экономической эффективности
  • 5.4 Анализ рисков
    • 5.4.1 Идентификация ключевых рисков
    • 5.4.2 Чувствительность срока окупаемости к изменению исходных параметров
• 6 Мероприятия по повышению эффективности
  • 6.1 Оптимизация алгоритмов верификации
    • 6.1.1 Текущие ограничения алгоритма верификации
    • 6.1.2 Адаптивный порог верификации
    • 6.1.3 Двухуровневая верификация с экспресс-режимом и полной проверкой
    • 6.1.4 Температурная компенсация для TIJ-принтера
  • 6.2 Совершенствование буферизации и защиты потоков данных
    • 6.2.1 Текущая схема буферизации
    • 6.2.2 Расширенный буфер с приоритетной очередью
    • 6.2.3 Верификация целостности КИЗ на уровне контроллера
    • 6.2.4 Watchdog-мониторинг потока данных
  • 6.3 Сводная оценка мероприятий
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ