陳連岳 維達紙業(yè)（中國）有限公司

在生活用紙企業(yè)中，原紙是后加工生產(chǎn)線的原料，原紙從造紙機下架后，首先進入臨時存放區(qū)待檢，檢驗合格后，會進入臨時庫存，以待后加工工序領(lǐng)用。

目前較多企業(yè)在統(tǒng)計原紙產(chǎn)量時，采用人工統(tǒng)計，統(tǒng)計頻次是每班一次或者是一天一次，這樣的統(tǒng)計方式效率相對較低，且由于數(shù)據(jù)不及時，給排產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)管理帶來滯后，所以開發(fā)出原紙產(chǎn)量自動統(tǒng)計系統(tǒng)是相當必要的。

1 射頻識別系統(tǒng)方案設(shè)計

維達公司原紙的消耗過程如圖1所示。從造紙機抄得的原紙，經(jīng)地磅稱重后，存入中間倉庫，待需要使用時從中間倉庫調(diào)出。對原紙消耗過程的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分別有三個環(huán)節(jié)完成：（1）造紙機：這個環(huán)節(jié)可以給出原紙的起始量以及產(chǎn)量；（2）地磅：這個環(huán)節(jié)是給出統(tǒng)計的主要數(shù)據(jù)——原紙質(zhì)量；（3）后加工機臺上架消耗。

圖1 原紙消耗流程簡圖

在維達公司，原紙從造紙機下架后，一直到領(lǐng)用消耗，原紙軸是不需要撥出來的。針對這一特點，選用了射頻識別（RFID，Radio Frequency Identification）技術(shù)，把RFID的芯片部分安裝在原紙軸上進行識別和跟蹤。

RFID系統(tǒng)主要包括RFID電子標簽芯片、讀寫器、終端系統(tǒng)3個部分。其工作原理是：當RFID電子標簽進入讀寫器的讀取范圍內(nèi)時，讀寫器會發(fā)射一定頻率的無線電波能量給RFID電子標簽，用以驅(qū)動電子標簽將物品的數(shù)據(jù)送出，此時讀寫器便接收并解讀數(shù)據(jù)，并傳輸給終端系統(tǒng)。在終端系統(tǒng)上解析完畢后，終端客戶就能對物品進行識別以及實時跟蹤。

電子標簽芯片安裝在紙軸（如圖2所示）的兩端，且兩端的芯片碼是一樣的，在原紙產(chǎn)出到消耗的整個生產(chǎn)流程中，它的作用就是代表紙軸的身份證號，每到一個讀寫器安裝點時，讀寫器只需要識別它的號碼即可。

RFID有3個讀寫點，分別位于造紙機、地磅和后加工設(shè)備，其中地磅使用的是手持式，比較簡單，這里不再詳談。造紙機和后加工設(shè)備是運動部分且需要裝卸紙軸，為了保護讀寫器不受碰撞，需在這兩個地方均使用氣缸的方式，將讀寫器安裝在該裝置上，當需要讀寫時，通過氣缸把讀取器接近紙軸上的芯片，同時在紙架上安裝一個接近開關(guān)，以檢測紙軸是否在位，安裝如圖3。

圖2 紙軸上的電子標簽芯片

圖3 生產(chǎn)線上的大軸讀取裝置

2 RFID系統(tǒng)架構(gòu)

目前，維達公司已經(jīng)搭建好MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集平臺，生產(chǎn)車間的水、電、氣、設(shè)備數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)等生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)基本已經(jīng)采集完畢，對我們設(shè)計這個系統(tǒng)模塊相當有利。

原紙管理系統(tǒng)屬于MES系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)，原紙管理系統(tǒng)的基本架構(gòu)如下。虛線內(nèi)的內(nèi)容是MES系統(tǒng)原有數(shù)據(jù)采集部分，已經(jīng)搭建完畢，主要把生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)庫，以備系統(tǒng)調(diào)用。Webservice的作用是獲取及處理數(shù)據(jù)，如RFID數(shù)據(jù)、MES數(shù)據(jù)采集平臺的數(shù)據(jù)，另外還有HR的人員數(shù)據(jù)等。SQL Server的作用是數(shù)據(jù)存儲，把調(diào)用及計算好的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，以供系統(tǒng)調(diào)用。

2.報表填報不規(guī)范問題。一是建議加強教育主管部門與財政部門、財政業(yè)務(wù)部門與預算編審部門之間溝通，以便在預算下達時就能保持口徑一致，避免高校財務(wù)人員憑職業(yè)判斷來填報。二是建議主管部門每年編制完決算報表后，組織編報者進行學習總結(jié)，指出不規(guī)范的地方及其原因，防止在下一年度會計核算中重復出錯。三是建議建立決算報表員交流平臺，就如何提高決算報表質(zhì)量、報表數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等相關(guān)情況展開經(jīng)驗討論，有利于統(tǒng)一和提升業(yè)務(wù)能力、操作技能。

IIS Web服務(wù)器是Web服務(wù)器的發(fā)布平臺，Web發(fā)布功能主要是供用戶查詢數(shù)據(jù)或者報表的界面使用。

圖4 系統(tǒng)架構(gòu)[1]

3 系統(tǒng)各流程介紹

原紙是生活用紙工廠造紙工序的半成品，同時也是后加工工序的原材料，這個系統(tǒng)在MES中有相當高的地位，所以設(shè)計這個系統(tǒng)流程時要盡可能把各種參數(shù)都納入管理，以下介紹一下原紙管理系統(tǒng)（以下簡稱原紙系統(tǒng)）幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的流程。

3.1 原紙軸卷取開始

當原紙系統(tǒng)收到造紙機新的紙軸開始卷取的指令時，氣缸裝置會把RFID讀寫器推上去，讀取RFID芯片的芯片號，并產(chǎn)生一個原紙ID號。產(chǎn)生ID號之后，原紙系統(tǒng)開始根據(jù)ID號組建系列數(shù)據(jù)庫，收集生產(chǎn)信息、工藝參數(shù)、能耗（如水、電、氣等）、設(shè)備主要運行參數(shù)等數(shù)據(jù)信息。

原紙系統(tǒng)還能根據(jù)當前的卷取速度和原紙定量，計算出當前在生產(chǎn)的原紙質(zhì)量（未繳庫），這樣可以在Web客戶端顯示目前有多少紙正在生產(chǎn)。

3.2 原紙軸卷取完畢

當原紙系統(tǒng)接收到當前原紙軸卷取完畢下架信號后，開始收集當前的原紙生產(chǎn)的能耗情況、工藝情況、設(shè)備運行情況、完成人員信息、訂單情況等信息。原紙下架后，原紙系統(tǒng)通過質(zhì)檢平臺通知檢驗系統(tǒng)人員過來取樣檢驗，此時，該原紙ID號進入待檢驗狀態(tài)[2]。

3.3 稱重

原紙下架后，進入稱重環(huán)節(jié)，在這個環(huán)節(jié)，需要人工進行操作，所以開發(fā)了人機界面，操作員只需操作兩步：

圖5 稱重環(huán)節(jié)人工讀取信息操作示意圖

（1）利用自己的工號登錄，選擇當前的訂單號，系統(tǒng)會自動讀取紙的工藝信息（如訂單號、生產(chǎn)時間、機臺、操作人員等），一般情況下，如果訂單和上一次一樣，這一步可以選擇默認，所以如果和上一軸紙的訂單一致，這一步不需要操作。

（2）操作員拿著手持式RFID讀寫器，靠近安裝在卷紙軸上的RFID芯片，停留3s左右，系統(tǒng)會自動完成稱重讀取，并完成余下的當前原紙所需要的信息讀取、收集工作。

數(shù)據(jù)讀取操作完成后，原紙進入待檢驗放行狀態(tài)[3]。

3.4 原紙繳庫

原紙需經(jīng)過QC檢驗系統(tǒng)檢驗通過才可以進入繳庫流程。QC系統(tǒng)是一套具有自動讀取原紙檢測儀（如柔軟度儀）的檢測數(shù)據(jù)，并且能自動分析、制定報表和發(fā)送報表等功能的系統(tǒng)。原紙系統(tǒng)在執(zhí)行繳庫動作前，需要和QC系統(tǒng)進行確認，確認該原紙質(zhì)量達標可以放行后，原紙系統(tǒng)即向WMS系統(tǒng)繳庫。其實原紙的繳庫是一個數(shù)據(jù)繳庫過程，原紙實物仍存放在車間的暫存庫[4]。

原紙繳庫流程其實是MES和WMS的對接過程，屬于服務(wù)器后臺完成的流程，這個繳庫過程相對簡單，這里不再介紹。

3.5 原紙領(lǐng)用和消耗

在實際后加工生產(chǎn)過程中，領(lǐng)用大軸原紙需要現(xiàn)場操作人員和統(tǒng)計員做領(lǐng)用和消耗的記錄和統(tǒng)計，工作量較大。所以在開發(fā)原紙管理系統(tǒng)的流程中，原紙領(lǐng)用和消耗在后臺作為同一個動作進行統(tǒng)計。

硬件方面，當安裝在后加工設(shè)備原紙架上的接近開關(guān)感應(yīng)到有原紙軸上架后，或當系統(tǒng)收到有新的原紙軸上了機架后，原紙管理系統(tǒng)便會做出RFID讀取動作，判斷如果是新的原紙ID號上架，系統(tǒng)立即向WMS啟動領(lǐng)用流程，這樣簡化了人為干預的領(lǐng)用流程[5]。

3.6 原紙軸維修流程

大軸原紙的質(zhì)量包含原紙的凈質(zhì)量和原紙軸的質(zhì)量，每條原紙軸的質(zhì)量有差別，而且維修后的質(zhì)量也會變化，所以當新軸投入使用或者維修后，需要重新做一次質(zhì)量標定。大軸質(zhì)量標定操作簡單，操作前把待標定的紙軸放在地磅上，系統(tǒng)上選定標定功能，用手持式讀寫器讀取安裝在原紙軸上的RFID芯片，在操作界面上點擊修改，即可以完成原紙軸的質(zhì)量數(shù)據(jù)修改（圖6）。

圖6 大軸質(zhì)量新標定界面

3.7 不合格品處理流程

原紙從造紙機下架后，需要進入待檢才可以放行給后加工領(lǐng)用，當原紙QC系統(tǒng)（前面提到）檢測到某軸的原紙達不到要求后，此軸原紙直接進入不合格品處理的流程模塊。

4 功能模塊

原紙管理系統(tǒng)投入使用后，在產(chǎn)量管理、能源管理和產(chǎn)品追溯管理方面都給工廠管理帶來了提升，以下再介紹一下系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能。

4.1 原紙產(chǎn)量和消耗報表

此系統(tǒng)投入之前，原紙產(chǎn)量和消耗統(tǒng)計工作有3方面的缺點：一是數(shù)據(jù)不實時和不及時，二是數(shù)據(jù)有偏差，三是統(tǒng)計員工作量較大。

圖7 原紙消耗報表

新系統(tǒng)能夠達到隨時和實時統(tǒng)計產(chǎn)量，且能提供多種功能的查詢模式，如按時間查詢、按種類查詢、按機臺查詢等查詢方式，為不同需求提供不同的數(shù)據(jù)方式。

4.2 能源管理報表

維達公司在運行的能源管理中心，已經(jīng)將現(xiàn)場所有的水、電、氣使用量全部納入管理中，并能完成能源使用報表。

單位產(chǎn)品能耗的計算需要兩個數(shù)據(jù)：一是能耗，二是產(chǎn)量，能管中心可以提供生產(chǎn)過程中所使用的能源利用值，而原紙管理系統(tǒng)可以按要求統(tǒng)計出原紙的產(chǎn)量，所以單位產(chǎn)品能耗就可以順利完成計算。

4.3 追溯功能

原紙管理系統(tǒng)投入運行后，完善了產(chǎn)品的追溯鏈，從漿板開始，經(jīng)過碎漿、磨漿、儲漿、上漿到原紙產(chǎn)出，再到后加工上架、成品整條生產(chǎn)鏈，都可以以原紙的ID號進行前后鏈接，把涉及到的人、設(shè)備狀態(tài)、能源狀態(tài)、工藝狀態(tài)、品質(zhì)狀態(tài)等各種管理所需的數(shù)據(jù)全部以時間和ID號方式保存到數(shù)據(jù)庫，為日后的管理及質(zhì)量追溯提供數(shù)據(jù)[1]。

5 總結(jié)

維達公司原紙管理系統(tǒng)投入使用后，對數(shù)字化管理有很大的幫助：

（1）提高工作效率，原紙產(chǎn)量統(tǒng)計報表制定、消耗報表制定，每天減少統(tǒng)計員2h的工作時間。原紙領(lǐng)料全自動完成，每天減少機臺操作人員領(lǐng)料時間約3h。由于數(shù)據(jù)可以做到瞬時提供，負責人員排產(chǎn)時可以實時了解當前的產(chǎn)量，做出準確的排產(chǎn)計劃。

（2）能源管理，目前大部分生活用紙企業(yè)計算能源單耗基本都是用總能耗除以總產(chǎn)量，這樣的計算方式方便，但是眾所周知，原紙的單位能耗受原紙定量、蒸汽溫度、環(huán)境溫度、毛毯性能等因素影響，要綜合以上的參數(shù)按時間計算出能耗，靠人去計算相當困難。公司的能管中心和原紙管理系統(tǒng)投入運行后，可以解決指定周期內(nèi)的能耗和產(chǎn)量的計算問題，這樣形成了一個包含上述因素的單位能耗的數(shù)據(jù)庫，隨著時間推移就可以積累大量的歷史數(shù)據(jù)。通過這一數(shù)據(jù)庫，可以迅速判斷當前能耗是否合理，對節(jié)能減排有相當大的幫助。

（3）質(zhì)量追溯數(shù)據(jù)化，由于打通了從造紙到后加工的數(shù)據(jù)通道，所以對兩個質(zhì)量追溯體系的優(yōu)化起到了關(guān)鍵作用，目前維達公司的質(zhì)量追溯體系已經(jīng)可以做到從材料到成品的數(shù)據(jù)化管理，大幅提高了品質(zhì)管理工作的效率。