向 平

（博世汽車部件（長沙）有限公司，長沙 410100）

0 引言

隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展，德國工業(yè)4.0，美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，中國制造2025等相繼提出，實(shí)施智能制造逐漸成為世界大國爭奪制造業(yè)制高點(diǎn)的熱點(diǎn)問題［1]。企業(yè)如果希望在相應(yīng)領(lǐng)域保持領(lǐng)先的地位，基本的途徑就是實(shí)施智能制造，數(shù)字化工廠是智能制造必經(jīng)的階段性實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字化工廠包含3 個(gè)方面的內(nèi)容：一是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造數(shù)字化；二是企業(yè)管理數(shù)字化；三是商務(wù)運(yùn)營電子化［2]。制造過程的數(shù)字化主要指生產(chǎn)管控的數(shù)字化，以數(shù)字信息傳遞為核心，通過信息化技術(shù)改造，優(yōu)化生產(chǎn)、管理、服務(wù)等流程。需要建立數(shù)字化制造管理模式，搭建車間無紙化制造集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理無紙化，為產(chǎn)品的生產(chǎn)加工及信息追溯提供數(shù)據(jù)支撐［3]。生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)質(zhì)量管理文件的無紙化是向無紙化制造技術(shù)轉(zhuǎn)變的重要一步，生產(chǎn)現(xiàn)場的5M1E（人、機(jī)、料、法、測、環(huán)）管理是生產(chǎn)質(zhì)量管理的基本原則，本文基于生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量管理中紙質(zhì)文件的無紙化實(shí)現(xiàn)為主要對象，按照5M1E 管理的要求對生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量管理的無紙化實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行相應(yīng)的闡述。

1 基本思路

在生產(chǎn)的實(shí)際過程，基于5M1E的6大因素現(xiàn)場質(zhì)量管理主要需要關(guān)注如下的內(nèi)容。

（1）人（Man）：操作人員的質(zhì)量認(rèn)知，技能熟練程度；

（2）機(jī)（Machine）：機(jī)器，設(shè)備，工裝夾具的維護(hù)和檢查；

（3）料（Material）：生產(chǎn)的生產(chǎn)計(jì)劃，BOM 表，原材料檢測和追溯；

（4）法（Method）：工序流程和生產(chǎn)參數(shù)管理；

（5）測（Measurement）：生產(chǎn)質(zhì)量的檢測和反饋；

（6）環(huán)（Environment）：設(shè)備安全和人員安全。

本文以上述6 大因素的現(xiàn)場質(zhì)量管理文件的文件發(fā)布數(shù)字化、文件展示無紙化、過程檢查自動(dòng)化、信息反饋電子化為切入點(diǎn)，考慮到文件的生成流程和管控流程的一致性，并考慮基于微服務(wù)架構(gòu)保證系統(tǒng)的獨(dú)立性，從先進(jìn)訂單排程系統(tǒng)（APS）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、數(shù)字化作業(yè)指導(dǎo)書、培訓(xùn)管理系統(tǒng)、參數(shù)管理系統(tǒng)、電子化錄入系統(tǒng)、權(quán)限控制系統(tǒng)和電子表格這8 大類型應(yīng)用中將所需要的文件進(jìn)行相應(yīng)的無紙化和電子化，同時(shí)通過多個(gè)系統(tǒng)之間信息的協(xié)同和信息交互實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)文件的生命周期的數(shù)字化閉環(huán)管理，紙質(zhì)文件對應(yīng)的解決方案如表1 所示。

表1 5M1E紙質(zhì)文件與解決方案的對應(yīng)關(guān)系表

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 先進(jìn)訂單排程

生產(chǎn)計(jì)劃是企業(yè)對生產(chǎn)任務(wù)作出統(tǒng)籌安排，具體擬定生產(chǎn)產(chǎn)品的品種、數(shù)量和進(jìn)度的計(jì)劃，是企業(yè)經(jīng)營計(jì)劃的重要組成部分，是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)管理的重要依據(jù)，既是實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營目標(biāo)的重要手段，也是組織和指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)有計(jì)劃進(jìn)行的依據(jù)。先進(jìn)訂單排程系統(tǒng)就是基于精益化生產(chǎn)的需求，將客戶訂單進(jìn)行相應(yīng)的拆分和編排，生成生產(chǎn)計(jì)劃的電子化工具。

2.2 制造執(zhí)行系統(tǒng)

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是生產(chǎn)現(xiàn)場的控制單元，MES 作為連接工廠計(jì)劃層和現(xiàn)場執(zhí)行單元的中間層，不同的企業(yè)對MES的功能要求是不同的，具有訂制性的特點(diǎn)［4]，本公司的MES主要通過以下3大功能模塊實(shí)現(xiàn)無紙化：原材料管理模塊，工具管理模塊，電子化排班表。

（1）原材料管理模塊主要實(shí)現(xiàn)以下作用：生產(chǎn)原材料的批次信息記錄，生產(chǎn)原材料的型號匹配。原材料管理模塊通過獲取物料標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)物料識別和追溯，通過基于BOM表的物料規(guī)范來實(shí)現(xiàn)對物料的管控，從而完成BOM表的電子化，借助設(shè)備加工次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，也可實(shí)現(xiàn)物料使用和剩余數(shù)量的計(jì)數(shù)。

（2）工具管理模塊通過定義工具的唯一標(biāo)識碼來實(shí)現(xiàn)對

工具生命周期的記錄，并在工具到達(dá)使用壽命時(shí)能進(jìn)行提醒，在到達(dá)維修條件后通知維修，并對超過使用壽命的使用實(shí)現(xiàn)攔截。

（3）電子排班表是實(shí)現(xiàn)MES 系統(tǒng)中生產(chǎn)計(jì)劃的電子化錄入模塊，通過電子化排班表實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)班次和計(jì)劃的無紙化，同時(shí)借助MES 的設(shè)備接口和掃描槍系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備停機(jī)錄入的電子化，實(shí)現(xiàn)停機(jī)登記表的無紙化和電子化。

2.3 電子作業(yè)指導(dǎo)書

作業(yè)指導(dǎo)書是質(zhì)量管理體系文件的重要組成部分，既是質(zhì)量手冊和程序文件的支持性文件，也是對質(zhì)量手冊和程序文件的細(xì)化和補(bǔ)充，其主要的作用在于闡明生產(chǎn)過程或活動(dòng)的具體要求和方法，用來指導(dǎo)員工為某一具體過程或者某項(xiàng)具體活動(dòng)如何進(jìn)行提供作業(yè)指導(dǎo)的文件。

系統(tǒng)通過作業(yè)指導(dǎo)書在線編輯，作業(yè)指導(dǎo)書數(shù)字化化審核，作業(yè)指導(dǎo)書的數(shù)字化審批，電子化作業(yè)指導(dǎo)書展示4 大步驟實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和安全作業(yè)指導(dǎo)書的無紙化和電子化。

2.4 培訓(xùn)管理系統(tǒng)

員工技能是指企業(yè)員工所掌握的工作技術(shù)和能力，相應(yīng)的技術(shù)和能力是確保員工勝任相應(yīng)崗位的保證，也是企業(yè)產(chǎn)品可靠性的重要保證。

培訓(xùn)管理系統(tǒng)包括5 大功能模塊：員工和培訓(xùn)者信息管理（員工信息、崗位培訓(xùn)者信息、崗位培訓(xùn)師信息和生產(chǎn)線組織）；崗位培訓(xùn)技能管理（分配崗位培訓(xùn)、登記崗位培訓(xùn)結(jié)果、培訓(xùn)效果驗(yàn)證、培訓(xùn)再鑒定）；作業(yè)指導(dǎo)書管理（指導(dǎo)書自動(dòng)更新、培訓(xùn)名稱更新）；報(bào)表功能（培訓(xùn)記錄、技能矩陣、培訓(xùn)報(bào)、崗位培訓(xùn)技能發(fā)布）；自動(dòng)報(bào)警功能（技能過期提醒、資質(zhì)復(fù)審提醒、技能釋放提醒、培訓(xùn)到期提醒、無技能人員操作提醒）。

2.5 參數(shù)管理系統(tǒng)

工藝參數(shù)表示未來完成某項(xiàng)工藝流程的一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或者指標(biāo)，這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和指標(biāo)構(gòu)成了工藝操作的內(nèi)容，工藝參數(shù)表的作用是確定預(yù)期會(huì)在生產(chǎn)和工藝控制中用到的每一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的參數(shù)范圍（關(guān)鍵參數(shù)——可以影響生產(chǎn)或者質(zhì)量的工藝參數(shù)）。

為了確保生產(chǎn)現(xiàn)場的參數(shù)設(shè)置在合理合規(guī)的范圍，在公司的現(xiàn)場質(zhì)量管理流程中，增加了生產(chǎn)準(zhǔn)備檢查表，需要在每次產(chǎn)品型號更換時(shí)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的檢查，同時(shí)，公司的工藝工程師也需月度進(jìn)行產(chǎn)線現(xiàn)場檢查并填寫生產(chǎn)參數(shù)檢查表，確保參數(shù)設(shè)置的合規(guī)性。

為了實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)電子化的閉環(huán)系統(tǒng)，生產(chǎn)參數(shù)管理系統(tǒng)主要包括以下3大功能：工藝參數(shù)表電子化（生產(chǎn)參數(shù)檢查表電子化），參數(shù)檢查自動(dòng)化（生產(chǎn)準(zhǔn)備檢查表和工藝參數(shù)檢查表電子化），參數(shù)修改在線化。生產(chǎn)參數(shù)管理系統(tǒng)的3大模塊的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)參數(shù)管理系統(tǒng)的3 大模塊的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.6 電子化錄入系統(tǒng)

設(shè)備檢查（設(shè)備點(diǎn)檢，傳感器狀態(tài)檢查，對中檢查，關(guān)鍵設(shè)備清潔檢查）是設(shè)備維護(hù)中的重要內(nèi)容，與日常保養(yǎng)相結(jié)合，借以掌握設(shè)備運(yùn)行情況、工作性能和磨損情況，為生產(chǎn)工作做好準(zhǔn)備，同時(shí)可以及時(shí)查明和消除設(shè)備隱患，縮短修理時(shí)間和降低修理成本，提高設(shè)備生產(chǎn)效率［5]。生產(chǎn)品質(zhì)控制（開班首件產(chǎn)品測量、換型產(chǎn)品測量、過程控制檢、設(shè)備重啟換型檢）是指物料入庫后到成品入庫前各個(gè)階段的生產(chǎn)活動(dòng)的品質(zhì)控制。

從流程而言，公司的規(guī)范是定義設(shè)備和生產(chǎn)品質(zhì)檢測的上下限數(shù)值范圍或者文字標(biāo)簽，為了擴(kuò)大系統(tǒng)的兼容程度，在系統(tǒng)開發(fā)初期，對于此類應(yīng)用均通過電子化錄入系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，通過輸入相應(yīng)的數(shù)值型數(shù)據(jù)或者文字?jǐn)?shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)無紙化和電子化。

2.7 權(quán)限控制系統(tǒng)

從生產(chǎn)的5M1E管理循環(huán)的角度，生產(chǎn)現(xiàn)場的人員管理是生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)，生產(chǎn)現(xiàn)場人員管理的內(nèi)容包括考勤管理（考勤登記表、離崗登記表、崗位登記表），技能管理（員工技能矩陣、作業(yè)指導(dǎo)培訓(xùn)記錄、安全培訓(xùn)記錄），權(quán)限管理系統(tǒng)的作用是通過現(xiàn)場人員考勤信息采集、技能管理和設(shè)備管控，通過技能進(jìn)行員工操作權(quán)限和設(shè)備動(dòng)作的電子閉環(huán)管理。

2.8 電子表格（Excel）

在無紙化的實(shí)施過程中，存在部分使用頻次低，并且只需要特定人員操作的文件（質(zhì)檢的交接班記錄、線長的交接班記錄），基于成本的考量，沒有采用開發(fā)軟件實(shí)現(xiàn)電子化，而是通過使用Excel 電子表格共享和錄入的方式來實(shí)現(xiàn)無紙化和電子化。

2.9 跨系統(tǒng)集成

2.9.1 生產(chǎn)計(jì)劃管理的數(shù)字化閉環(huán)

生產(chǎn)計(jì)劃管理的數(shù)字化閉環(huán)的目的是將生產(chǎn)計(jì)劃，生產(chǎn)狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)可視化展示，以方便決策層的現(xiàn)場管理和決策。為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃管理在制造流程的數(shù)字化，需要確保先進(jìn)訂單排程系統(tǒng)和MES 的信息交互，同時(shí)在MES 側(cè)，需要通過安燈（Andon）和網(wǎng)頁（Web）進(jìn)行相應(yīng)的可視化實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示。

圖2 先進(jìn)訂單排程和制造執(zhí)行系統(tǒng)信息交互系統(tǒng)架構(gòu)

2.9.2 作業(yè)指導(dǎo)書數(shù)字化生命周期的管理閉環(huán)

從公司的文件管理流程角度，作業(yè)指導(dǎo)文件，包括生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)書，安全作業(yè)文件，質(zhì)量異常停止表的整個(gè)生命周期都包含編輯、審批、培訓(xùn)、發(fā)布4 個(gè)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè)文指導(dǎo)書件存在管理工作重，需要紙質(zhì)文件可視化，紙質(zhì)文件成本高，文件更新取決于人工操作，更新不及時(shí)等，員工的培訓(xùn)可能不到位等問題。

在公司的系統(tǒng)架構(gòu)和應(yīng)用中通過數(shù)字化的作業(yè)指導(dǎo)書系統(tǒng)來進(jìn)行相應(yīng)操作文件的數(shù)字化，通過培訓(xùn)管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)操作文件培訓(xùn)和記錄的數(shù)字化閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)指導(dǎo)書的全數(shù)字化生命周期，系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 作業(yè)指導(dǎo)書的數(shù)字化閉環(huán)流程

2.9.3 人員管理的數(shù)字化生命周期管理閉環(huán)

權(quán)限管理系統(tǒng)的作用是人和設(shè)備實(shí)時(shí)可控的關(guān)聯(lián)，通過培訓(xùn)管理系統(tǒng)，可以將員工技能管理信息得以電子化，為了實(shí)現(xiàn)技能和權(quán)限的防錯(cuò)，需要實(shí)現(xiàn)權(quán)限管控系統(tǒng)和培訓(xùn)管理系統(tǒng)的信息交互和集成，從而將人和設(shè)備基于員工技能有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)人員管理全生命周期的電子化，如圖4所示。

圖4 人員管理的數(shù)字化閉環(huán)流程

2.9.4 和PLC的通信

除了和MES的數(shù)據(jù)交互外，與PLC的通信也是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)檢查自動(dòng)化的關(guān)鍵，在本系統(tǒng)中，通過采用OPC UA（新設(shè)備）/OPC DA（老舊設(shè)備）通信技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備工藝參數(shù)采集的標(biāo)準(zhǔn)化。

3 結(jié)束語

本方案基于5M1E 質(zhì)量文件管理的要求，根據(jù)文件的生成和管控流程的一致性，通過多個(gè)獨(dú)立應(yīng)用實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場文件的全數(shù)字化，通過生產(chǎn)參數(shù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)從產(chǎn)生、發(fā)布、檢查、修改全周期的數(shù)字化管理，通過作業(yè)指導(dǎo)書和培訓(xùn)管理系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)指導(dǎo)文件的數(shù)字化閉環(huán)，通過授權(quán)系統(tǒng)和培訓(xùn)管理系統(tǒng)的跨系統(tǒng)集成，完成設(shè)備操作人員管理的數(shù)字化閉環(huán)。在實(shí)際使用中，本應(yīng)用在生產(chǎn)文件的數(shù)字化生命周期管理、工作效率、生產(chǎn)過程管控水平、生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量管理、綠色制造等5個(gè)方面取得了建設(shè)成效。

（1）實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)文件數(shù)字化生命周期管理。通過多應(yīng)用的協(xié)同和信息交互，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)指導(dǎo)書和權(quán)限管控的全生命周期的數(shù)字化管理的閉環(huán)控制。

（2）提高了工作效率。通過電子化的文件管理審批錄入流程，節(jié)省了人員的工作時(shí)間，通過本方案，每個(gè)部門減少了文件管理人員1/4的工作量，提高了工作效率。

（3）提高了生產(chǎn)過程的管控水平。通過基于5M1E 現(xiàn)場質(zhì)量管理文件的無紙化，減少手工數(shù)據(jù)錄入和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作，通過紙質(zhì)文件數(shù)字化提高了生產(chǎn)過程的管控水平［6]，電子化的文件和數(shù)據(jù)記錄，可為大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘的智能化應(yīng)用提供數(shù)據(jù)。

（4）優(yōu)化了生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量管理。生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量管理的無紙化方案可以有效地解決加工車間的管理復(fù)雜多變、自動(dòng)化水平參差不齊、系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求高等問題。

（5）助力綠色制造。通過無紙化的現(xiàn)場質(zhì)量管理，公司每條產(chǎn)線每年可減少約3000張A4紙，從而極大地節(jié)省了現(xiàn)場的紙質(zhì)文件的使用，降低了成本和浪費(fèi)，為真正實(shí)現(xiàn)綠色制造提供有力的支撐和途徑。