用于生产线信息管理的可视化信号传送

作者：Etiido Uko, Lisa Eitel

图 1：可视化管理一词意味着提供旨在提醒人员采取行动的信息沟通——与其他工厂车间只是为了传递信息的可视化沟通不同。像这样的报警信号灯传达了危险状况的存在。（图片来源：Getty Images）


图 2：就像交通信号灯在街道十字口管理驾驶人员的行为一样，工业应用中的可视化管理设备旨在刺激人员对设定的流程要求作出反应。（图片来源：Banner Engineering）

用于货物加工、分拣、输送、组装和包装的生产线通常包含同时执行相互关联但又独立的任务的设备阵列。此类操作就有必要增加确保安全和不间断生产的组件。在这里，可视化信号传送组件就是关键。这些设备通过灯光或其他可视化（通常是彩色编码）手段快速有效地将机器数据和其他可操作信息传送给工厂人员——很少或不依赖书面指示或文字。

在工业自动化方面，可视化管理也被称为可视化控制，它是对精益生产和 IIoT 精益工厂方法的效率支持。这种可视化管理的形式可以是工厂地面上的简单标记、沟通广告牌和工件批次上的贴纸和标签、控制站或机器上的灯塔（称为安灯）和其他照明电子设备、装配站零件盒上的灯带，甚至是天花板上的平板显示器，能够向工厂人员传达实时情况和指示。

生产线可视化管理的主要目的是通过及时和主动沟通提醒操作员或技术人员做出必要的行动，确保所有的生产和装配过程尽可能安全和有效地进行下去。

可视化管理组件

自动化设施中的可视化管理组件具有三种不同的功能——传送关于生产线上机器和流程状况的可操作信息，向机器操作员和其他工厂人员发出编码指令，以及跟踪生产线的性能，以便做出更明智的企业级决策。这些功能中的每一个都与专用可视化管理工具的对应阵容有关。

为工厂人员提供可视化警报

图 3：可视化警报依赖于检测机器事件发生的传感器——并且通常还附带发出声音的报警器。这里展示的是一个压电式 LED 发光报警器，用于面板安装和通过 SAE J1939-15 协议进行 CAN 联网。报警器的声音是可配置的，以传送各种警报状况。（图片来源：Floyd Bell Inc.）

可视化警报是 LED 灯、指示灯和发光装置，以光学方式引起机器操作员和工厂管理人员的注意——通常作为一个非常具体问题的专门警告。常见的报警原因包括机器卡塞、过载、过热、泄漏、压力下降、电气故障、安全功能受阻和火灾等。对于特别危急的情况，这些可视化警报会伴有声音警报。

例如，火灾报警器集成了热量和烟雾传感器以及坚固耐用的电子元件，这些元件被编程为声音和闪光信号输出。在某些情况下，报警器还与高级控制器系统联网，如果发生一系列不祥事件，该系统可以命令特定的报警器输出其最明显的警报。

大多数工业报警器只传达有发生错误的信息——没有任何关于错误的根源或确切位置的细节。然而，工业级可视化警报器的设计方式通常能让新手也能直观地感受到存在的问题——最好能让人立即了解问题的性质。例如，安装在生产线上的警报器可能会在其相关的传感器检测到预设的废品数量时闪烁或输出一些类似的信号。这反过来又让值班人员知道，在传送带或生产线上的某个未指定的点出现了问题。在其他机器上，可视化警报器被编程为根据定时模式闪光和关闭——很像海上水路交通的航道标志——每个闪烁模式都有编码的含义。

机器状态指示器

工业环境中的机器状态指示器包括许多工程师在听到指示器这个词时想到的仪表、量具和计数器。事实上，状态指示器还包括其他自动化组件——包括控制面板灯、灯塔和人机界面功能，它们标志着机器事件的发生或需要的人员响应。

与专门传达发生危险性、非程序性或其他过程性事件的警报相比，机器状态指示器与行动性事件发生或对特定操作来说是正常的指标有关。例如，它们可以实时显示以某种可调速度或扭矩运行的过程在被监测设备轴上所消耗的电量或产生的热量。

安灯和灯塔

图 4：与警报和指示器不同，安灯是专门针对单一机器状况的装置。
安灯有各种堆叠（光色）数量和直径。工业标准的支架和预接线加速了整合。（图片来源：Menics）

安灯是当今生产设施中常见的可视化管理组件。它们是具有不同垂直叠加颜色的塔灯。术语安灯一词起源于一个日语单词，指的是一种固定的灯笼——它在制造业中的使用源于丰田公司使用安灯来指代其早期现代工厂基于灯光的问题信号系统。

安灯与其他可视化管理组件不同，因为每个组件都与特定的机器联锁、停止按钮或操作跟踪装置有关。安灯系统最明显的特点是，当出现问题时，它们为工作人员提供了停止生产线的手段。安灯的主要功能是向附近的人员传达生产线上发生了一些问题。

在安灯灯塔上，每种颜色都传达了一种行业标准的信息。

· 绿色表示生产线正在运行，没有发现问题。
· 黄色表示机器逻辑检测到一个问题 ... 尽管生产可能仍在运行。当生产线出现异常时，安灯的黄灯通常会亮起，如温度过高、短缺、机器故障或异常的废品数量。触发黄灯的问题是非关键性的，但如果不解决这些问题，可能会导致更严重的问题。
· 红色表示生产已经停止——通常是因为机器操作员触发了机器联锁或按下了电子停止按钮。当安灯系统检测到或收到需要立即关注的关键问题的警报时，安灯灯塔的红灯就会亮起——安灯系统就会停止生产。如果生产停止，但不是通过安灯系统（或因任何未被安灯系统检测到的原因而停止），红色安灯将闪烁红光。生产在问题得到解决之前会一直保持停止。

虽然最常见的安灯包括有红灯、黄灯、绿灯的堆叠，但有些只包括红灯和绿灯。还有人在堆叠中包括一个白灯和一个蓝灯。安灯灯塔上蓝灯的行业标准含义是请求援助——无论是运送补充材料、维护人员介入还是需要进行管理。另一方面，安灯灯塔上亮起的白色 LED 灯通常表示与监测到的生产力措施有关的机器特定状况。

更简单的标识方法和工厂标牌

图 5：安全标牌采用了美国国家电气制造商协会 (NEMA)、美国国家标准协会（ANSI 标准 Z535）
和国际标准化组织（ISO 标准 7010）标准化的图示法。（图片来源：Getty Images）


图 6：适度的基于标志的可视化管理可以确保工厂人员的安全。（图片来源：Clarion Safety Systems）

工业环境中的可视化管理方式不一定是电子化的。在工作单元和机器周围设置适度（低技术）的标记、标志和标签是一个设计良好的精益生产工厂的基本要求。这种标志牌的作用是指示和引导工厂人员。例如，地面标识可以引导人流沿着安全路线通过生产设施。在其他地方，基于图标的标签可以清楚地指明工具的正确位置、用于组装的分装零件、设备轴、安全门和其他对象。

基于标志的可视化管理中最重要的类型是与人员安全有关的。法律规定，凡是有高温表面、电气危险、潮湿地板或辐射风险的地方，都必须有这种标志。安全标志还提醒工人注意特定工作区域所需的个人防护设备 (PPE)，以及他们何时接近限制未经授权人员进入的区域。生产线可视化管理的其他标志类型有层压或硬塑料标签和吊牌，描述了针对特定机器或工厂状况采取的步骤，或如何操作一个简单的装置或设备。

用于 KPI 的图形板和人机界面

图 7：工厂中的操作和 KPI 板越来越多地采用数字 IIoT 连接屏幕的形式，
以展示单个工作单元和工厂整体的表现。（图片来源：Getty Images）

虽然超出了本文的范围，但值得注意的是，近年来，人们越来越依赖人机界面来传达机器级别的警报和报警。这些人机界面警报是屏幕上明显的信号，通常被图标化，类似于工厂人员已经熟悉的物理圆顶灯和安灯。

为了沟通与工厂和企业级指标有关的数据（以及一条或多条生产线的性能和当前情况的信息），工厂车间的图形板是标准的。这些图形板也有电子和非电子版之分。

非电子图形板是展示手写信息和计算机打印生产统计数据的白板和公告板，这些信息与工作单元的吞吐率、零件完工和发货、安全事故等有关。

简单的电子图形板采取了 LED 记分牌形式，能够在点阵屏幕上显示数字。相比之下，更复杂的电子图板包括数字平面显示器，可以与机器联网，实时显示设备、工厂车间、甚至企业级数据。在许多情况下，针将目标吞吐量和其他运行数量与实际吞吐量和相关数量进行对比。此类数值称为关键绩效指标或 KPI——那些为企业级决策提供信息的运行率和改进度量指标。除了关键绩效指标外，可视化管理板通常还包含与工作站订单履行、生产的零件数、机器故障、不间断运行小时数和无事故天数有关的绩效统计。

结语

工业自动化背景下的可视化管理包括向工厂人员传送非文字指令的系统和信号组件。实际上，专用于可视化管理功能的组件要么传送关于工艺和机器状态的信息，要么传达关于生产线表现和产量的可操作细节。彩色的、发光的和闪烁的标志和信号的内在显眼性是可视化管理成功的核心，也是 IIoT 可视化工厂的生产力优势。