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. 青島博銳智遠減振科技有限公司，山東 青島 266000)

當前，數(shù)字化浪潮方興未艾，在數(shù)字科技的引領(lǐng)下，對產(chǎn)業(yè)的全要素數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為企業(yè)、行業(yè)發(fā)展總趨勢。產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型對企業(yè)、行業(yè)以及宏觀經(jīng)濟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)字化加速新舊動能轉(zhuǎn)換新引擎[1]。

橡膠減振制品類制造業(yè)在新時代下面臨著生產(chǎn)效率低、用工成本增長，產(chǎn)品質(zhì)量提升困難等嚴峻挑戰(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)略認識、數(shù)字技能等因素影響，很多企業(yè)面臨著“ 不會轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)必死” 的難題。為應(yīng)對時代挑戰(zhàn)，提升行業(yè)競爭力，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，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、試驗檢測等工藝過程。其中密煉、骨架處理、硫化、試驗等流程內(nèi)各工序需按照嚴格的邏輯順序開展，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” 對生產(chǎn)進行管控，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。長線零部件進人庫存，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)可控性差等問題[3]。各部門間缺乏統(tǒng)一、有效、實時的生產(chǎn)信息溝通平臺，導(dǎo)致生產(chǎn)信息不準確、生產(chǎn)指揮效率低下，時間浪費于數(shù)據(jù)核對和進度溝通。

1.2.3 生產(chǎn)過程執(zhí)行不力和控制薄弱

生產(chǎn)過程中的大量信息仍停留在手工統(tǒng)計分析階段，難以滿足現(xiàn)場全過程以工序為核心的完整數(shù)據(jù)采集的需求。車間生產(chǎn)過程信息不清晰，導(dǎo)致產(chǎn)品可追溯性差。通過人工方式協(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，上級部門難以監(jiān)管，生產(chǎn)過程難以控制。

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)計變更較多、研制與批量生產(chǎn)交叉的特點，能夠快速的切換生產(chǎn)計劃和應(yīng)對調(diào)整是生產(chǎn)管理的迫切需求。生產(chǎn)調(diào)整會引起生產(chǎn)資源的變化，這些變化對車間的質(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)準備時間長、重點設(shè)備的生產(chǎn)效率沒有得到充分發(fā)揮，無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)平臺建設(shè)、產(chǎn)業(yè)信息化升級改造的重要組成部分，為了實現(xiàn)的智能生產(chǎn)的目標，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，MES 系統(tǒng)建設(shè)需要實現(xiàn)如下幾個方面的內(nèi)容：智能排產(chǎn)、精準物料配送、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、采購信息、庫存、生產(chǎn)工序周轉(zhuǎn)能力、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備生產(chǎn)能力、工具工裝準備情況、物料準備情況等生產(chǎn)要素，同時要以關(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、加工批量等因素進行作業(yè)計劃的優(yōu)先級智能排隊。

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

2.2 精準物料配送

車間的物料配送主要分為庫內(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。配送過程由MES 進行指揮完成，由物料流轉(zhuǎn)托盤進行周轉(zhuǎn)，同時對托盤內(nèi)的物料進行追蹤，將物料按照時間精準配送至工位。

2.2.1 托盤管理

MES 系統(tǒng)提供車間內(nèi)物料托盤的管理，主要是對物料運轉(zhuǎn)托盤進行唯一標識，并對托盤內(nèi)的物料進行動態(tài)管理，通過對托盤追蹤，轉(zhuǎn)化為對物料配送的跟蹤[4]。

2.2.2 托盤配送

智能排產(chǎn)完成后，MES 會生產(chǎn)配送計劃，確定每個設(shè)備和每個生產(chǎn)線工位的物料需求時間、品種、數(shù)量等信息。配送計劃會發(fā)送給倉庫，由庫管員按照配送計劃進行物料出庫處理，出庫后由物流配送人員首先按照機臺和工位進行托盤擺放，擺放完成后，將擺放的物料和托盤進行綁定，MES 則記錄托盤中的物料信息。工位接收到托盤物資后，進行接收確認，則反饋MES 系統(tǒng)托盤物料已經(jīng)到達工位。

2.3 生產(chǎn)準備管理

實現(xiàn)對工序生產(chǎn)所需物料、工具、工裝、圖紙、工藝文件等的管理，開工前對未準備到位的資源，能夠主動提醒相應(yīng)人員，以確保相關(guān)生產(chǎn)資源已經(jīng)到位，保證計劃的可執(zhí)行性。

車間生產(chǎn)準備工作的質(zhì)量直接決定了生產(chǎn)的實際效果如何，它對整個制造執(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備的責任，避免了停工待料的現(xiàn)象及質(zhì)量問題，而且通過嚴格的控制和閉環(huán)反饋機制嚴控車間現(xiàn)場作業(yè)，保障了生產(chǎn)作業(yè)的有序性。

2.4 過程管控

過程管控是通過生產(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，大大提高對生產(chǎn)過程的控制，防止生產(chǎn)過程出現(xiàn)問題，同時將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)進行自動化采集，并通過系統(tǒng)對檢測數(shù)據(jù)進行驗證，提高生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2.4.1 智能設(shè)備控制

通過對設(shè)備PLC 控制系統(tǒng)的改造升級，實現(xiàn)與MES 系統(tǒng)的無縫集成，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)信息并進行物料和參數(shù)校驗，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。設(shè)備生產(chǎn)過程可智能監(jiān)控、在線診斷、實時報警等[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)進行集成，管理系統(tǒng)將標準作業(yè)流程下發(fā)到系統(tǒng)后，現(xiàn)場作業(yè)人員可以根據(jù)系統(tǒng)自動提示操作步驟，并且生成工藝引導(dǎo)圖，設(shè)備運行步驟相互關(guān)聯(lián)和驗證，對沒有按照標準作業(yè)步驟操作的人員進行報警或強制控制，避免人為原因?qū)е碌脑O(shè)備生產(chǎn)故障或用錯物料。

2.4.3 實時監(jiān)控

通過信息化、物聯(lián)網(wǎng)手段對生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)進行采集后結(jié)合現(xiàn)場可視化輔助工具，進行生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控和反饋。

2.4.4 預(yù)警、報警平臺

異常預(yù)警、報警規(guī)則：根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的分工，建立預(yù)警、報警的規(guī)則，首先要對異常進行分級，不同級別的異常處理流程、處理時間分別設(shè)定；同時將責任人的責任范圍具體到地點、設(shè)備、產(chǎn)品工藝類型等，明確處理異常的分工。

報警推送：系統(tǒng)檢測到異常信息后，首先會進行報警日志的記錄，并進行報警系統(tǒng)自分析，通過管理后臺的報警設(shè)置功能，對信息的報警規(guī)則進行設(shè)置，例如設(shè)備故障報警發(fā)送、質(zhì)量報警信息推送，包括發(fā)送形式的選擇，通過移動終端顯示、聲光報警、微信短信郵件通知等，接收到信息的相關(guān)人員需要按照標準流程對報警項進行處理，處理的信息會保存記錄形成流程處理記錄并按照層級關(guān)系繼續(xù)推送。對于報警層級高的情況，系統(tǒng)中可以設(shè)定緊急叫停功能，對設(shè)備生產(chǎn)進行緊急制動，以免造成更大的損失。

報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)分析的一項重要依據(jù)。

2.5 質(zhì)量管控追溯

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

質(zhì)檢員錄入質(zhì)檢信息時，通過掃描批次條碼或識別刻印號碼時自動帶出檢驗項目和標準，按照實物標識維護詳細質(zhì)檢數(shù)據(jù)，裝配時將所有的裝配件跟出廠編號綁定，形成產(chǎn)品質(zhì)量BOM。

2.6 設(shè)備管理

通過現(xiàn)場總線連接，對有條件的設(shè)備進行聯(lián)網(wǎng)，實施在線監(jiān)測分析設(shè)備的運行狀態(tài)，對出現(xiàn)的異常狀況及時報警，進行預(yù)防性檢修；記錄設(shè)備專職責任信息、設(shè)備運行時間、設(shè)備故障、設(shè)備事故，分析事故原因，形成故障管理知識庫，如圖4。

圖4 設(shè)備管理模塊主要功能

3 結(jié)語

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題，無法滿足業(yè)務(wù)快速發(fā)展的需求。本項目基于生產(chǎn)管理中存在的問題，結(jié)合生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量、倉儲、物流等各部門的需求，規(guī)劃和建設(shè)了包含計劃排產(chǎn)與調(diào)度、生產(chǎn)執(zhí)行與現(xiàn)場管理、物料管理、質(zhì)量管理、車間資源管理與生產(chǎn)過程監(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時集成，實現(xiàn)了計劃調(diào)度精細化、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時化的目標，優(yōu)化了生產(chǎn)資源配置，提升了生產(chǎn)管控水平。