唐全軍

（北京萬(wàn)集科技股份有限公司，北京 100085）

1 引言

為了響應(yīng)國(guó)家“取消全國(guó)高速公路省界收費(fèi)站”的目標(biāo)，落實(shí)國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《深化收費(fèi)公路制度改革取消高速公路省界收費(fèi)站的實(shí)施方案》，進(jìn)一步深化收費(fèi)公路制度的改革，加快取消全國(guó)高速公路省界收費(fèi)站，實(shí)現(xiàn)不停車(chē)快捷收費(fèi)；公司研發(fā)全自動(dòng)電子收費(fèi)系統(tǒng)，它是針對(duì)高速公路收費(fèi)繁忙的解決方法，實(shí)行全國(guó)聯(lián)網(wǎng)、銀行自動(dòng)結(jié)算、快速通過(guò)。在不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)(Electronic Toll Collection，ETC)中，車(chē)載電子標(biāo)簽(One Board Unit，OBU)采用專(zhuān)業(yè)短程通信(Dedicated Short Range Communication，DSRC)技術(shù)，建立與路測(cè)單元（Road Side Unit，RSU）之間微波通信鏈路，在車(chē)輛行進(jìn)途中，在不停車(chē)的情況下，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛身份識(shí)別進(jìn)行電子扣費(fèi)，實(shí)現(xiàn)不停車(chē)、免取卡，建立無(wú)人值守車(chē)輛通道；為了保障車(chē)輛行駛通暢，交易信息快速流暢，讓通行人員感知行之便利，需要不斷提升ETC系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量，系統(tǒng)全面地掌握OBU與RSU微波通信過(guò)程的鏈接，必要的生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量把控是重中之重，解決生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量的關(guān)鍵核心點(diǎn)需要構(gòu)建自動(dòng)化和數(shù)字化的生產(chǎn)監(jiān)控管理手段，全面實(shí)施全過(guò)程質(zhì)量管控工藝流程。

結(jié)合《中國(guó)制造2025》的戰(zhàn)略目標(biāo)，科學(xué)推動(dòng)信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合，同時(shí)結(jié)合企業(yè)自身的實(shí)際狀況和需求特點(diǎn)，啟動(dòng)了車(chē)載電子標(biāo)簽產(chǎn)品數(shù)字化生產(chǎn)構(gòu)建及應(yīng)用方案建設(shè)，意在將原本離散制造的整個(gè)生命周期過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的升級(jí)，從設(shè)備層、控制層、執(zhí)行層、計(jì)劃層和決策層五個(gè)層面進(jìn)行系統(tǒng)研究，開(kāi)發(fā)出一整套系統(tǒng)解決方案。通過(guò)方案的實(shí)施，確立在智能交通行業(yè)的領(lǐng)先地位，打造智能交通行業(yè)的標(biāo)桿企業(yè)，響應(yīng)國(guó)家及交通部號(hào)召，提供優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)產(chǎn)品，助力交通行業(yè)快速發(fā)展。

2 研究與方法

實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造過(guò)程的自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化車(chē)間構(gòu)建，需要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的智能升級(jí)的總體目標(biāo)是透明管理、追根溯源、把握變化、快速執(zhí)行、提升品質(zhì)及形象，具體包括。

1）生產(chǎn)以及物流環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)透明化管理，通過(guò)可視化看板和管理報(bào)表及時(shí)、準(zhǔn)時(shí)、實(shí)時(shí)把握生產(chǎn)進(jìn)度和關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)，消除信息孤島。

2）以條形碼或二維碼追蹤產(chǎn)品和物料，收集完整資料，實(shí)現(xiàn)物料的溯源性。

3）理順物料流程，實(shí)現(xiàn)物料自主撿料或送料，縮短產(chǎn)品交付周期。

4）實(shí)現(xiàn)物料壽命管理，減少庫(kù)存呆滯。

5）實(shí)現(xiàn)設(shè)備工裝精細(xì)化管理，及時(shí)提醒保養(yǎng)維護(hù)或校準(zhǔn)，提高設(shè)備使用效率，減少故障時(shí)間。

6）處理產(chǎn)品預(yù)測(cè)，及時(shí)進(jìn)行資源匹配和齊套性分析，快速完成工單下達(dá)，優(yōu)化排產(chǎn)效果。

7）及時(shí)反映品質(zhì)問(wèn)題，對(duì)不良品進(jìn)行追蹤，確認(rèn)改善效果，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

8）采用精益管理思維，達(dá)到省人化和少人化生產(chǎn)。

9）打通設(shè)備層、控制層和執(zhí)行層的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通，并智能管控生產(chǎn)過(guò)程。

方案目標(biāo)示意圖如圖1所示。

圖1 方案目標(biāo)示意圖

一種電子標(biāo)簽數(shù)字化生產(chǎn)方案分為信息化和自動(dòng)化兩個(gè)部分。信息化包含ERP系統(tǒng)、PLM系統(tǒng)、MES、WMS和OA系統(tǒng)，上線的信息化軟件需要結(jié)合企業(yè)自身需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)深度定制開(kāi)發(fā)。自動(dòng)化主要構(gòu)建產(chǎn)品所需的設(shè)備自動(dòng)化實(shí)時(shí)對(duì)接工作與核心自動(dòng)化設(shè)備自主開(kāi)發(fā)，結(jié)合實(shí)際需求，自動(dòng)集成設(shè)備業(yè)務(wù)板塊，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與信息化的無(wú)縫對(duì)接工作。

3 數(shù)字化車(chē)間構(gòu)建架構(gòu)

數(shù)字化生產(chǎn)車(chē)間架構(gòu)參照ISA-95和IECISO 62264標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行架設(shè)，通過(guò)分析劃分為5層：第1層為設(shè)備層，包括各類(lèi)生產(chǎn)加工設(shè)備（如貼片機(jī)、印刷機(jī)、焊接機(jī)器人）、檢測(cè)設(shè)備（如AOI、SPI、綜合測(cè)試站、三坐標(biāo)檢測(cè)儀）、輔助設(shè)備（如智能貨架、鋼網(wǎng)清洗機(jī)）和追溯設(shè)備（如鐳雕機(jī)、條碼打印機(jī)、碼槍?zhuān)┑龋坏?層為控制層，包括可編程邏輯控制器(PLC)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)、工業(yè)無(wú)線控制系統(tǒng)(WIA)，以及各類(lèi)傳感器、語(yǔ)音播報(bào)等；第3層為執(zhí)行層，包括制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)（WMS）、計(jì)劃排程系統(tǒng)（APS）、質(zhì)量管理系統(tǒng)（QMS）四個(gè)模塊；第4層為計(jì)劃層包含ERP系統(tǒng)、PLM系統(tǒng)、CRM系統(tǒng)、SCM系統(tǒng)等；第5層是決策層，主要是智能報(bào)表BI部分。

方案的基礎(chǔ)工作是第1層設(shè)備層和第2層控制層，充分研討設(shè)備的自動(dòng)化和智能化，重點(diǎn)工作是第3層執(zhí)行層，通過(guò)MES的運(yùn)行，打通第4層計(jì)劃運(yùn)營(yíng)層的必要數(shù)據(jù)，并與設(shè)備層進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換，最終形成第5層的智能報(bào)表。

方案在制定業(yè)務(wù)藍(lán)圖時(shí)充分考慮了整個(gè)生產(chǎn)制造的全過(guò)程，包含從原材料收貨、倉(cāng)儲(chǔ)，到計(jì)劃排程、加工制造、過(guò)程檢驗(yàn)，再到銷(xiāo)售發(fā)貨的全部過(guò)程，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)識(shí)別技術(shù)，將業(yè)務(wù)流程與人員作業(yè)進(jìn)行有效互動(dòng)，并提供一系列獨(dú)特的管理方式和管理工具，精確庫(kù)存管理、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品品質(zhì)、縮短生產(chǎn)周期、降低制造成本、全面防錯(cuò)防呆，實(shí)現(xiàn)全面科學(xué)的可追溯管理。

從數(shù)據(jù)交互的角度，該方案考慮數(shù)據(jù)接口的多樣性和擴(kuò)展性，滿足不同設(shè)備、不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通的需求，包括但不限于 jms、jdbc、tcp、udp、multicast、http、servlet、smtp、pop3、file、ftp、xmpp 和 Web Service 等，同時(shí)企業(yè)為了滿足多系統(tǒng)多業(yè)務(wù)多數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)量分析、數(shù)量利用的場(chǎng)景需要搭建適合自己的企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中臺(tái)，逐步規(guī)劃接口協(xié)議，便于后期高效管理。數(shù)字化車(chē)間數(shù)據(jù)中臺(tái)鏈接如圖2所示。

圖2 數(shù)字化車(chē)間數(shù)據(jù)中臺(tái)鏈接

方案執(zhí)行層的軟件采用基于RESTful風(fēng)格的面向服務(wù)（SOA）的架構(gòu)，根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景，又分為Client/Server模式和Browser/Server兩種模式，C/S面向相對(duì)固定的用戶群，更加注重流程，可以對(duì)權(quán)限多層次校驗(yàn)，對(duì)信息安全的控制能力很強(qiáng)，而通過(guò)B/S可以發(fā)布部分可公開(kāi)的信息。執(zhí)行層軟件架構(gòu)B/S部分如圖3所示。

圖3 執(zhí)行層軟件架構(gòu) B/S部分

4 數(shù)字化車(chē)間構(gòu)建實(shí)施與應(yīng)用

4.1 過(guò)程追溯方案及應(yīng)用

過(guò)程追溯的信息載體是二維碼，通過(guò)物料的RID追溯物料的批次信息、供應(yīng)商信息等，通過(guò)產(chǎn)品的PPID追溯產(chǎn)品的工藝路線、加工設(shè)備、工藝參數(shù)、作業(yè)人員和物料消耗等信息，通過(guò)箱ID或者棧板ID追溯產(chǎn)品的包裝和移動(dòng)信息。同時(shí)系統(tǒng)設(shè)置正向追溯和反向追溯兩種模式，可以按產(chǎn)品SN正向追溯所使用的物料，制造工序，負(fù)責(zé)人員，使用設(shè)備及過(guò)程數(shù)據(jù)，也可以按物料ID反向追溯供應(yīng)商、來(lái)料批次、投入訂單和成品SN等信息。過(guò)程追溯方案如圖4所示。

圖4 過(guò)程追溯方案

4.2 設(shè)備聯(lián)機(jī)方案及應(yīng)用

以IMS為核心，通過(guò)各種接口協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行分析運(yùn)算，實(shí)時(shí)反映設(shè)備的工作狀態(tài)和監(jiān)控指標(biāo)。設(shè)備聯(lián)機(jī)方案如圖5所示。

圖5 設(shè)備聯(lián)機(jī)方案

4.3 ERP系統(tǒng)&生產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)接方案及應(yīng)用

ERP系統(tǒng)對(duì)接以IMS功能為基礎(chǔ)出發(fā)點(diǎn)，以Web Service的接口方式，對(duì)物料管理的15個(gè)接口、產(chǎn)品管理的14個(gè)接口和銷(xiāo)售管理的6個(gè)接口進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)，使2個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同作業(yè)更為高效。

生產(chǎn)管理系統(tǒng)是基于產(chǎn)品測(cè)試過(guò)程追溯需求而開(kāi)發(fā)的一套信息化系統(tǒng)，在關(guān)鍵信息采集點(diǎn)與IMS進(jìn)行接口對(duì)接，接口協(xié)議為主流通用的Web Service接口。

4.4 網(wǎng)絡(luò)架設(shè)方案及應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)架設(shè)遵循可靠性、安全性、可擴(kuò)展性的要求，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)措施、設(shè)備性能、系統(tǒng)管理確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，達(dá)到最大的平均無(wú)故障時(shí)間。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，既考慮信息資源的充分共享，更注意信息的保護(hù)和隔離，建立系統(tǒng)安全機(jī)制、數(shù)據(jù)存取的權(quán)限控制等。創(chuàng)建私有云，并對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)行了物理隔離，保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全高效。

4.5 計(jì)劃排程管理方案及應(yīng)用

根據(jù)銷(xiāo)售預(yù)測(cè)，SAP系統(tǒng)（ERP）會(huì)進(jìn)行MRP分析并自動(dòng)生成物料需求，對(duì)于自制產(chǎn)品，則轉(zhuǎn)化為生成訂單。訂單創(chuàng)建成功后，會(huì)同步到IMS，IMS再根據(jù)產(chǎn)品的BOM，自動(dòng)拆為到相應(yīng)的工藝段工單，例如SMT段、THT段。工單下達(dá)前可以進(jìn)行齊套分析，分析出來(lái)的缺料會(huì)自動(dòng)標(biāo)記加急，從到貨到發(fā)料的過(guò)程都會(huì)優(yōu)先處理。最后通過(guò)甘特圖或者其他圖表的方式展現(xiàn)實(shí)時(shí)的生產(chǎn)狀況。

4.6 質(zhì)量管理方案及應(yīng)用

質(zhì)量管理貫穿產(chǎn)品制造全過(guò)程，包含來(lái)料檢驗(yàn)、過(guò)程巡檢、成品檢驗(yàn)、發(fā)貨檢驗(yàn)等。IQC抽樣執(zhí)行MILSTD-105E、GB/T 2828.1標(biāo)準(zhǔn)，用戶能夠自定義AQL接收準(zhǔn)則，同時(shí)自動(dòng)生成檢驗(yàn)報(bào)告。

通過(guò)質(zhì)量紅燈管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)不合格物料的及時(shí)鎖定，例如同批次物料的庫(kù)存、使用不良物料的在制品、使用不良物料的成品，都可以通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別并加以管控。

安燈系統(tǒng)按實(shí)現(xiàn)的功能劃分為操作安燈、質(zhì)量安燈、物料安燈和電子看板安燈，通過(guò)自動(dòng)觸發(fā)或者手動(dòng)觸發(fā)的方式，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的突發(fā)問(wèn)題進(jìn)行預(yù)警處置和信息采集，用戶能夠自定義接收?qǐng)?bào)警群體，采用逐層預(yù)警的機(jī)制，自動(dòng)進(jìn)行事態(tài)升級(jí)，保證異常能及時(shí)得到響應(yīng)，通過(guò)車(chē)間工位看板，能清晰了解所有工位的生產(chǎn)狀況。安燈管理系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 安燈管理系統(tǒng)

4.7 倉(cāng)儲(chǔ)管理方案及應(yīng)用

IMS科學(xué)管理物料的保質(zhì)期和庫(kù)齡，精確管控先入先出，并對(duì)呆滯料進(jìn)行預(yù)警，借助智能貨架，實(shí)現(xiàn)物料自動(dòng)推薦，人工智能揀選，系統(tǒng)自動(dòng)扣賬。

對(duì)于濕敏元器件，IMS自動(dòng)記錄開(kāi)封暴露時(shí)間，并根據(jù)IPC-J-STD-033標(biāo)準(zhǔn)對(duì)MSD器件的要求，進(jìn)行暴露和烘烤時(shí)間管理。

4.8 員工管理方案及應(yīng)用

員工上崗前需要對(duì)其資質(zhì)進(jìn)行校驗(yàn)，不具備上崗資質(zhì)則無(wú)法上崗，但可以啟動(dòng)老帶新模式，并為上崗的員工統(tǒng)計(jì)累計(jì)上崗時(shí)間，當(dāng)達(dá)到一定熟練度后，能夠提示并申請(qǐng)考核，為員工技能等級(jí)評(píng)價(jià)提供可量化的指標(biāo)。

5 數(shù)字化車(chē)間構(gòu)建實(shí)踐效果

5.1 倉(cāng)儲(chǔ)管理上線效果

通過(guò)標(biāo)簽管理，將物料的賬務(wù)和實(shí)物由分別管理升級(jí)為合并管理，使用PDA掃描物料的RID后，IMS自動(dòng)進(jìn)行記賬并交易給SAP系統(tǒng)，取消了物料賬卡和手工記賬的工作，減少了出錯(cuò)機(jī)會(huì)，賬物相符率由上線前的91%提升到了99.6%。

細(xì)化了儲(chǔ)位管理，貨物與儲(chǔ)位進(jìn)行了綁定，既可以通過(guò)物料查找儲(chǔ)位，也可以通過(guò)儲(chǔ)位查找物料，應(yīng)用靈活。同時(shí)，導(dǎo)入了智能電子貨架，物料智能推薦和燈光導(dǎo)引，提高物料揀選效率，通過(guò)核算，項(xiàng)目上線后電子料存儲(chǔ)的空間利用率提升100%，備料效率提升50%以上。

備料方式由傳統(tǒng)的整工單備料方式調(diào)整為“首套料備料+低位預(yù)警備料”的方式，首套料備料完成后，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況自動(dòng)推算2 h的物料需求并進(jìn)行低位預(yù)警，庫(kù)管員按照預(yù)警信息進(jìn)行補(bǔ)料操作，以此來(lái)減少大量的在制品庫(kù)存，并節(jié)約了管理成本和線邊庫(kù)的面積，以SMT產(chǎn)線為例，取消了200 m的線邊庫(kù)，降幅為8.3%。同時(shí)IMS對(duì)于整盤(pán)發(fā)料自動(dòng)結(jié)算，節(jié)省了庫(kù)管員手工統(tǒng)計(jì)的工作。

5.2 計(jì)劃排程上線效果

OBU產(chǎn)品存在客戶定制化的內(nèi)容，定制信息從客戶到銷(xiāo)售，銷(xiāo)售到運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)到計(jì)劃，計(jì)劃到生產(chǎn)，層層傳遞容易遺漏和誤傳，導(dǎo)致給客戶提供錯(cuò)誤的產(chǎn)品。本次項(xiàng)目梳理了各個(gè)客戶的需求差異并錄入IMS，然后將SAP系統(tǒng)和IMS進(jìn)行信息融合，在銷(xiāo)售合同簽訂后，IMS自動(dòng)從SAP系統(tǒng)捕捉客戶信息，識(shí)別客戶的定制化要求，例如程序版本、SN號(hào)規(guī)則等，并能夠自動(dòng)調(diào)整工藝路線和工藝參數(shù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行防錯(cuò)驗(yàn)證，及時(shí)準(zhǔn)確地完成產(chǎn)品的加工制造。

5.3 溯管理帶來(lái)的效果

通過(guò)一種電子標(biāo)簽的產(chǎn)品數(shù)字化車(chē)間的建設(shè)，將原本單個(gè)的信息孤島串聯(lián)成一個(gè)完整的信息流，實(shí)現(xiàn)了一種電子標(biāo)簽產(chǎn)品的全流程追溯，通過(guò)一個(gè)SN號(hào)，可以追溯產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝信息、設(shè)備信息、人員信息、物料信息，當(dāng)發(fā)生客戶投訴問(wèn)題時(shí)，可以鎖定問(wèn)題批次，避免因全面返工導(dǎo)致的成本損失。

同時(shí)售后服務(wù)也由被動(dòng)式服務(wù)進(jìn)化到主動(dòng)式服務(wù)，客戶服務(wù)滿意度顯著提升。

6 結(jié)束語(yǔ)

一種電子標(biāo)簽（OBU）產(chǎn)品數(shù)字化生產(chǎn)已穩(wěn)定運(yùn)行，項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了前期制定的目標(biāo)計(jì)劃，即透明管理、追根溯源、把握變化、快速執(zhí)行、提升品質(zhì)，為構(gòu)建多元化、柔性化、自動(dòng)化的生產(chǎn)線，保有最高彈性的制造環(huán)境和變革創(chuàng)新（心）力提供了有力保障；同時(shí)我們將持續(xù)完善精益管理體系，立足精益6S理念和VSM價(jià)值流分析，為提升生產(chǎn)效率，監(jiān)控制造成本，打造透明化的數(shù)字化工廠奠定了有力基石；從而為構(gòu)建智能化的數(shù)字工廠不斷賦能，持續(xù)不斷地在業(yè)務(wù)流程進(jìn)行梳理、診斷、優(yōu)化，打造落地信息化系統(tǒng)解決方案，能夠更好地將企業(yè)財(cái)務(wù)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、采購(gòu)、庫(kù)存有序整合在一起，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)供銷(xiāo)完美協(xié)同。全面推廣自動(dòng)化及數(shù)字化管理工作實(shí)施TQM理念，以自動(dòng)化和數(shù)字化為核心提升全員質(zhì)量意識(shí)，一切為用戶著想、一切以預(yù)防為主、一切用數(shù)據(jù)說(shuō)話、一切按PDCA循環(huán)。為交通行業(yè)持續(xù)提供優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)產(chǎn)品而貢獻(xiàn)最大力量。