王向榮 ，韓瑋 ，張凱

(1. 山東信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濰坊 261000 ；2. 中車青島四方車輛研究所有限公司，山東 青島 266000 ；3. 青島博銳智遠(yuǎn)減振科技有限公司，山東 青島 266000)

當(dāng)前，數(shù)字化浪潮方興未艾，在數(shù)字科技的引領(lǐng)下，對(duì)產(chǎn)業(yè)的全要素?cái)?shù)字化轉(zhuǎn)型已成為企業(yè)、行業(yè)發(fā)展總趨勢(shì)。產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型對(duì)企業(yè)、行業(yè)以及宏觀經(jīng)濟(jì)都有著極其重要的影響。從微觀上看，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化重構(gòu)生產(chǎn)卸貨新局面；從宏觀上看，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化加速新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換新引擎[1]。

橡膠減振制品類制造業(yè)在新時(shí)代下面臨著生產(chǎn)效率低、用工成本增長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量提升困難等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型正成為解決這一困境的有效手段，但受戰(zhàn)略認(rèn)識(shí)、數(shù)字技能等因素影響，很多企業(yè)面臨著“ 不會(huì)轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)必死” 的難題。為應(yīng)對(duì)時(shí)代挑戰(zhàn)，提升行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，某橡膠減振制品企業(yè)基于各類生產(chǎn)資源、訂單信息、生產(chǎn)組織策略等，通過(guò)信息系統(tǒng)的建設(shè)和集成度的不斷提升，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)，應(yīng)用數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建制造流程數(shù)字生產(chǎn)管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱MES 系統(tǒng)）。

1 生產(chǎn)情況分析

1.1 生產(chǎn)制造模式分析

橡膠減振制品企業(yè)屬于流程型制造和離散型制造混合模式，主要有密煉、骨架處理、成型、硫化、組裝、試驗(yàn)檢測(cè)等工藝過(guò)程。其中密煉、骨架處理、硫化、試驗(yàn)等流程內(nèi)各工序需按照嚴(yán)格的邏輯順序開(kāi)展，屬于流程型制造模式，而成型、組裝等流程內(nèi)部分工序并無(wú)明顯的邏輯關(guān)系（圖1），屬于離散型制造模式[1]。

圖1 某橡膠減振制品企業(yè)工序路線圖

1.2 生產(chǎn)管理現(xiàn)狀問(wèn)題

1.2.1 生產(chǎn)組織管理模式落后

現(xiàn)行的生產(chǎn)安排以產(chǎn)品為導(dǎo)向，“ 以客戶指令為中心” 對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行管控，造成資源分配的不統(tǒng)一和不協(xié)調(diào)。各工序未考慮后工序情況，按自己速度生產(chǎn)，平行下推，直到最后的總裝配。長(zhǎng)線零部件進(jìn)人庫(kù)存，而短線零部件影響裝配齊套，導(dǎo)致在制品堆積占用大量庫(kù)存，影響資金周轉(zhuǎn)[2]。

1.2.2 生產(chǎn)資源配置優(yōu)化手段落后

生產(chǎn)指揮效率低下，生產(chǎn)排產(chǎn)主要依靠手工或簡(jiǎn)單電子表格，難免造成不能合理、高效配置生產(chǎn)資源，存在排產(chǎn)粗放、作業(yè)可控性差等問(wèn)題[3]。各部門間缺乏統(tǒng)一、有效、實(shí)時(shí)的生產(chǎn)信息溝通平臺(tái)，導(dǎo)致生產(chǎn)信息不準(zhǔn)確、生產(chǎn)指揮效率低下，時(shí)間浪費(fèi)于數(shù)據(jù)核對(duì)和進(jìn)度溝通。

1.2.3 生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行不力和控制薄弱

生產(chǎn)過(guò)程中的大量信息仍停留在手工統(tǒng)計(jì)分析階段，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)全過(guò)程以工序?yàn)楹诵牡耐暾麛?shù)據(jù)采集的需求。車間生產(chǎn)過(guò)程信息不清晰，導(dǎo)致產(chǎn)品可追溯性差。通過(guò)人工方式協(xié)調(diào)生產(chǎn)，信息傳遞和反饋以人為主，傳遞慢且容易出錯(cuò)，上級(jí)部門難以監(jiān)管，生產(chǎn)過(guò)程難以控制。

1.2.4 應(yīng)急能力和生產(chǎn)轉(zhuǎn)換能力差

存在生產(chǎn)訂單頻繁調(diào)整、設(shè)計(jì)變更較多、研制與批量生產(chǎn)交叉的特點(diǎn)，能夠快速的切換生產(chǎn)計(jì)劃和應(yīng)對(duì)調(diào)整是生產(chǎn)管理的迫切需求。生產(chǎn)調(diào)整會(huì)引起生產(chǎn)資源的變化，這些變化對(duì)車間的質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)穩(wěn)定產(chǎn)生較大的影響。目前沒(méi)有利用信息化手段有效的調(diào)整、利用生產(chǎn)資源，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、重點(diǎn)設(shè)備的生產(chǎn)效率沒(méi)有得到充分發(fā)揮，無(wú)法滿足特殊情況下產(chǎn)品需求變化快和變化大的要求和緊急訂單的快速轉(zhuǎn)換需求等。

2 生產(chǎn)管理系統(tǒng)建設(shè)

MES 系統(tǒng)作為協(xié)同生產(chǎn)平臺(tái)建設(shè)、產(chǎn)業(yè)信息化升級(jí)改造的重要組成部分，為了實(shí)現(xiàn)的智能生產(chǎn)的目標(biāo)，MES 系統(tǒng)的應(yīng)用及涵蓋范圍至關(guān)重要。根據(jù)減振事業(yè)部的特點(diǎn)，MES 系統(tǒng)建設(shè)需要實(shí)現(xiàn)如下幾個(gè)方面的內(nèi)容：智能排產(chǎn)、精準(zhǔn)物料配送、生產(chǎn)監(jiān)控、質(zhì)量管控和追溯以及設(shè)備管理等。MES 系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖2 所示:

圖2 MES 系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)圖

2.1 智能排產(chǎn)

橡膠減振制品企業(yè)的生產(chǎn)組織方式是典型的多品種小批量，生產(chǎn)工序中存在骨架前處理、密煉、硫化、成型、組裝等多種方式，因此MES 系統(tǒng)要支持各工藝、各生產(chǎn)工序的智能排產(chǎn)（圖3）。

圖3 智能排產(chǎn)算法示意圖

智能排產(chǎn)，需要考慮銷售訂單、采購(gòu)信息、庫(kù)存、生產(chǎn)工序周轉(zhuǎn)能力、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備生產(chǎn)能力、工具工裝準(zhǔn)備情況、物料準(zhǔn)備情況等生產(chǎn)要素，同時(shí)要以關(guān)鍵工作中心為排產(chǎn)必要條件，并且可以根據(jù)加工工藝、加工批量等因素進(jìn)行作業(yè)計(jì)劃的優(yōu)先級(jí)智能排隊(duì)。

智能排產(chǎn)完成后，車間調(diào)度可以獲得每個(gè)設(shè)備的加工計(jì)劃，并可以對(duì)系統(tǒng)完成的計(jì)劃排程再次進(jìn)行人工調(diào)整，改變加工計(jì)劃的先后順序，調(diào)度確認(rèn)計(jì)劃后，操作工可以在工位獲取加工計(jì)劃信息。

2.2 精準(zhǔn)物料配送

車間的物料配送主要分為庫(kù)內(nèi)物料配送（包含大部分的物料，主要是小件）和周轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)物料配送。配送過(guò)程由MES 進(jìn)行指揮完成，由物料流轉(zhuǎn)托盤進(jìn)行周轉(zhuǎn)，同時(shí)對(duì)托盤內(nèi)的物料進(jìn)行追蹤，將物料按照時(shí)間精準(zhǔn)配送至工位。

2.2.1 托盤管理

MES 系統(tǒng)提供車間內(nèi)物料托盤的管理，主要是對(duì)物料運(yùn)轉(zhuǎn)托盤進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，并對(duì)托盤內(nèi)的物料進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，通過(guò)對(duì)托盤追蹤，轉(zhuǎn)化為對(duì)物料配送的跟蹤[4]。

2.2.2 托盤配送

智能排產(chǎn)完成后，MES 會(huì)生產(chǎn)配送計(jì)劃，確定每個(gè)設(shè)備和每個(gè)生產(chǎn)線工位的物料需求時(shí)間、品種、數(shù)量等信息。配送計(jì)劃會(huì)發(fā)送給倉(cāng)庫(kù)，由庫(kù)管員按照配送計(jì)劃進(jìn)行物料出庫(kù)處理，出庫(kù)后由物流配送人員首先按照機(jī)臺(tái)和工位進(jìn)行托盤擺放，擺放完成后，將擺放的物料和托盤進(jìn)行綁定，MES 則記錄托盤中的物料信息。工位接收到托盤物資后，進(jìn)行接收確認(rèn)，則反饋MES 系統(tǒng)托盤物料已經(jīng)到達(dá)工位。

2.3 生產(chǎn)準(zhǔn)備管理

實(shí)現(xiàn)對(duì)工序生產(chǎn)所需物料、工具、工裝、圖紙、工藝文件等的管理，開(kāi)工前對(duì)未準(zhǔn)備到位的資源，能夠主動(dòng)提醒相應(yīng)人員，以確保相關(guān)生產(chǎn)資源已經(jīng)到位，保證計(jì)劃的可執(zhí)行性。

車間生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的質(zhì)量直接決定了生產(chǎn)的實(shí)際效果如何，它對(duì)整個(gè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的建立起到了關(guān)鍵的作用，它不僅清晰明確了資源準(zhǔn)備的責(zé)任，避免了停工待料的現(xiàn)象及質(zhì)量問(wèn)題，而且通過(guò)嚴(yán)格的控制和閉環(huán)反饋機(jī)制嚴(yán)控車間現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，保障了生產(chǎn)作業(yè)的有序性。

2.4 過(guò)程管控

過(guò)程管控是通過(guò)生產(chǎn)工位智能設(shè)備和智能工具的應(yīng)用，設(shè)備、工具、傳感器與MES 系統(tǒng)的集成，大大提高對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，防止生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)將生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化采集，并通過(guò)系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，提高生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2.4.1 智能設(shè)備控制

通過(guò)對(duì)設(shè)備PLC 控制系統(tǒng)的改造升級(jí)，實(shí)現(xiàn)與MES 系統(tǒng)的無(wú)縫集成，智能設(shè)備接收管理系統(tǒng)下發(fā)的作業(yè)、工藝參數(shù)等生產(chǎn)信息并進(jìn)行物料和參數(shù)校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程可智能監(jiān)控、在線診斷、實(shí)時(shí)報(bào)警等[5]。

2.4.2 智能引導(dǎo)

智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng)后與信息系統(tǒng)進(jìn)行集成，管理系統(tǒng)將標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程下發(fā)到系統(tǒng)后，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員可以根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)提示操作步驟，并且生成工藝引導(dǎo)圖，設(shè)備運(yùn)行步驟相互關(guān)聯(lián)和驗(yàn)證，對(duì)沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)步驟操作的人員進(jìn)行報(bào)警或強(qiáng)制控制，避免人為原因?qū)е碌脑O(shè)備生產(chǎn)故障或用錯(cuò)物料。

2.4.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控

通過(guò)信息化、物聯(lián)網(wǎng)手段對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)可視化輔助工具，進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋。

2.4.4 預(yù)警、報(bào)警平臺(tái)

異常預(yù)警、報(bào)警規(guī)則：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的分工，建立預(yù)警、報(bào)警的規(guī)則，首先要對(duì)異常進(jìn)行分級(jí)，不同級(jí)別的異常處理流程、處理時(shí)間分別設(shè)定；同時(shí)將責(zé)任人的責(zé)任范圍具體到地點(diǎn)、設(shè)備、產(chǎn)品工藝類型等，明確處理異常的分工。

報(bào)警推送：系統(tǒng)檢測(cè)到異常信息后，首先會(huì)進(jìn)行報(bào)警日志的記錄，并進(jìn)行報(bào)警系統(tǒng)自分析，通過(guò)管理后臺(tái)的報(bào)警設(shè)置功能，對(duì)信息的報(bào)警規(guī)則進(jìn)行設(shè)置，例如設(shè)備故障報(bào)警發(fā)送、質(zhì)量報(bào)警信息推送，包括發(fā)送形式的選擇，通過(guò)移動(dòng)終端顯示、聲光報(bào)警、微信短信郵件通知等，接收到信息的相關(guān)人員需要按照標(biāo)準(zhǔn)流程對(duì)報(bào)警項(xiàng)進(jìn)行處理，處理的信息會(huì)保存記錄形成流程處理記錄并按照層級(jí)關(guān)系繼續(xù)推送。對(duì)于報(bào)警層級(jí)高的情況，系統(tǒng)中可以設(shè)定緊急叫停功能，對(duì)設(shè)備生產(chǎn)進(jìn)行緊急制動(dòng)，以免造成更大的損失。

報(bào)警信息的記錄和分析以及異常信息的處理效率作為部門管理工作和質(zhì)量數(shù)據(jù)分析的一項(xiàng)重要依據(jù)。

2.5 質(zhì)量管控追溯

實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過(guò)程的質(zhì)量追溯，首先是要針對(duì)原材料、配件以及半成品、成品等實(shí)物進(jìn)行唯一身份標(biāo)識(shí)，對(duì)于硫化橡膠堆等大的金屬件，保留刻印號(hào)碼；對(duì)于采購(gòu)的原材料或金屬骨架采用批次條碼打印的方式進(jìn)行信息記錄，并在擺放托盤時(shí)，將批號(hào)信息和托盤信息綁定。后工序流轉(zhuǎn)進(jìn)行條碼或托盤號(hào)的掃描，實(shí)現(xiàn)全流程的信息記錄。

質(zhì)檢員錄入質(zhì)檢信息時(shí)，通過(guò)掃描批次條碼或識(shí)別刻印號(hào)碼時(shí)自動(dòng)帶出檢驗(yàn)項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)，按照實(shí)物標(biāo)識(shí)維護(hù)詳細(xì)質(zhì)檢數(shù)據(jù)，裝配時(shí)將所有的裝配件跟出廠編號(hào)綁定，形成產(chǎn)品質(zhì)量BOM。

2.6 設(shè)備管理

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接，對(duì)有條件的設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)施在線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)出現(xiàn)的異常狀況及時(shí)報(bào)警，進(jìn)行預(yù)防性檢修；記錄設(shè)備專職責(zé)任信息、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備故障、設(shè)備事故，分析事故原因，形成故障管理知識(shí)庫(kù)，如圖4。

圖4 設(shè)備管理模塊主要功能

3 結(jié)語(yǔ)

橡膠減振制品公司原有生產(chǎn)管理管理模式落后且存在諸多問(wèn)題，無(wú)法滿足業(yè)務(wù)快速發(fā)展的需求。本項(xiàng)目基于生產(chǎn)管理中存在的問(wèn)題，結(jié)合生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量、倉(cāng)儲(chǔ)、物流等各部門的需求，規(guī)劃和建設(shè)了包含計(jì)劃排產(chǎn)與調(diào)度、生產(chǎn)執(zhí)行與現(xiàn)場(chǎng)管理、物料管理、質(zhì)量管理、車間資源管理與生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控等功能模塊的MES 系統(tǒng)，并與ERP、SCADA、QMS 以及智能裝備高度實(shí)時(shí)集成，實(shí)現(xiàn)了計(jì)劃調(diào)度精細(xì)化、生產(chǎn)執(zhí)行透明化、質(zhì)量控制信息化、資源利用高效化和輔助決策實(shí)時(shí)化的目標(biāo)，優(yōu)化了生產(chǎn)資源配置，提升了生產(chǎn)管控水平。