導讀：本文以A企業(yè)為例，介紹A企業(yè)生產(chǎn)運營系統(tǒng)設計的注意事項和實施過程，希望對類似案例起到借鑒作用。

　　隨著工業(yè)化進程的推進，工業(yè)信息化成為制造企業(yè)發(fā)展的趨勢，是推進制造業(yè)發(fā)展的有效工具。我國大型制造企業(yè)紛紛提出適用于本企業(yè)發(fā)展的智能制造發(fā)展戰(zhàn)略，推進企業(yè)的信息化進程;同大型制造企業(yè)不同，我國的中小型企業(yè)由于受資金和技術等方面的限制，無法像大型制造企業(yè)一樣實施信息化，更無法承受信息化失敗所帶來的風險。在競爭日益激烈的市場經(jīng)濟面前，選擇一條適合中小型制造企業(yè)的信息化路線顯得尤為重要。本文以A企業(yè)為例，介紹A企業(yè)信息化的注意事項和實施過程，希望對類似案例起到借鑒作用。

　　1. 企業(yè)案例背景

　　A企業(yè)是一家以生產(chǎn)汽車零配件為主營業(yè)務的制造公司，主要包括4個生產(chǎn)車間28條生產(chǎn)線，擁有300余臺自動化生產(chǎn)加工設備，主要生產(chǎn)流程是各條生產(chǎn)線生產(chǎn)零配件，在裝配線將各個零配件組裝成產(chǎn)品，是一家典型的離散型制造企業(yè)。目前的生產(chǎn)方式為三班倒生產(chǎn)作業(yè)，各項工作都以提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量為目的。隨著制造市場經(jīng)濟的變化，A企業(yè)接到的訂單數(shù)量逐漸增多，產(chǎn)品種類也逐漸多樣化，但是生產(chǎn)效率和銷售額卻出現(xiàn)了很大的下滑。

　　1.1 問題原因分析

　　通過會議訪談、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，造成這種現(xiàn)象的原因主要有以下幾點：

　　(1)生產(chǎn)過程的工藝調(diào)整頻繁，造成設備故障率升高，維修時間長，生產(chǎn)效率低下。

　　(2)設備故障報修和維修流程信息阻塞。傳統(tǒng)的紙質(zhì)化報修單流轉效率低，且存在維修員工工作積極性不高，互相推諉責任的現(xiàn)象。

　　(3)生產(chǎn)計劃出問題。隨著訂單的增多，沒有合理的制定生產(chǎn)計劃的工具，通過生產(chǎn)班長下達紙質(zhì)文件，對生產(chǎn)進度的管理也處于模糊狀態(tài)，不知道具體生產(chǎn)進度。

　　(4)缺乏設備運行狀況監(jiān)控和監(jiān)管機制。車間領導無法了解車間實際的生產(chǎn)狀況，導致車間管理混亂，生產(chǎn)調(diào)度出現(xiàn)問題。

　　(5)車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)計，更缺乏數(shù)據(jù)對生產(chǎn)的指導作用，大量有價值的數(shù)據(jù)被浪費。

　　1.2 信息化現(xiàn)狀

　　為了針對A企業(yè)的實際情況為A企業(yè)量身打造一套信息化系統(tǒng)，解決A企業(yè)遇到的問題，深入了解了A企業(yè)的生產(chǎn)特點以及信息化建設狀況：

　　(1)生產(chǎn)規(guī)模較小。設備產(chǎn)能在500臺/天左右，自動化程度較高;

　　(2)信息化程度不高，IT人員不足5人，網(wǎng)絡基礎設施服務較差;

　　(3)年銷售額在2000萬左右，屬于中小型企業(yè)里面中等偏上水平，但與大型企業(yè)比相差較大，無法承受巨額的軟件服務費用;

　　(4)由于企業(yè)業(yè)務模塊不大，沒有必要購買完整的信息化系統(tǒng)。

　　針對以上問題和企業(yè)特點，從提高A企業(yè)生產(chǎn)效率、報修效率、生產(chǎn)監(jiān)控數(shù)據(jù)分析角度出發(fā)，設計了如下的生產(chǎn)運營系統(tǒng)。

　　2. 生產(chǎn)運營系統(tǒng)

　　生產(chǎn)運營系統(tǒng)是根據(jù)A企業(yè)的實際問題現(xiàn)狀、資金能力和技術能力提出的信息化系統(tǒng)解決方案，該方案從系統(tǒng)架構的選擇、設備管理、設備故障報修流程重構、生產(chǎn)信息監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析等角度對A企業(yè)現(xiàn)存問題進行改善。生產(chǎn)運營系統(tǒng)的技術路線圖如圖1所示：

　　

 

　　圖1 系統(tǒng)技術框架圖

　　生產(chǎn)運營系統(tǒng)的技術框架分為三層：物理層、網(wǎng)絡層、系統(tǒng)層。其中，物理層負責數(shù)據(jù)采集，主要通過布置在生產(chǎn)現(xiàn)場的傳感器或者PLC對數(shù)據(jù)進行采集;網(wǎng)絡層負責數(shù)據(jù)的傳輸;系統(tǒng)層主要包括服務端和應用端，是整個系統(tǒng)的軟件部分。

　　2.1 系統(tǒng)架構的選擇

　　系統(tǒng)架構選擇了B/S開發(fā)架構，即瀏覽器/服務器的系統(tǒng)運行模式。該模式統(tǒng)一了客戶端，將系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心部分集中到服務器上，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用，客戶機上只需要安裝一個瀏覽器;瀏覽器通過Web Server同數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互。B/S結構框圖如圖2如所示：

　　

 

　　圖2 B/S結構框架

　　2.2 數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡傳輸

　　2.2.1 數(shù)據(jù)采集

　　數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)的核心部分，也是整個系統(tǒng)的支撐。主要采集的數(shù)據(jù)有各條產(chǎn)線的產(chǎn)品的數(shù)量和裝配顯得產(chǎn)品的數(shù)量。采集各條產(chǎn)線的零部件的數(shù)量用于監(jiān)控產(chǎn)線進度，輔助管理人員根據(jù)實際產(chǎn)量做生產(chǎn)進度，保證產(chǎn)線平衡;采集裝配線的產(chǎn)線的數(shù)量是為了保證生產(chǎn)計劃的按時完成;采集不合格品的產(chǎn)品的數(shù)量是為了監(jiān)控產(chǎn)線的穩(wěn)定性和可靠性，避免因為設備問題出現(xiàn)零部件產(chǎn)品的品質(zhì)問題。

　　采集合格產(chǎn)品采用的主要是紅外線計數(shù)器傳感器，在產(chǎn)線的最后一道工序后面安置傳感器，采集最終合格產(chǎn)品數(shù)量;對于不合格，該系統(tǒng)用的是掃碼槍的方式對數(shù)據(jù)進行采集。

　　對于一些設備的運轉參數(shù)需要通過PLC對數(shù)據(jù)進行采集。主要包括的參數(shù)有理論加工速率、實際加工速率、設備運行時間、設備停機時間等。采集這些參數(shù)數(shù)據(jù)的目的是為了后期計算設備OEE使用。

　　2.2.2 網(wǎng)絡傳輸

　　在網(wǎng)絡布置時需要考慮以下幾個問題：

　　(1)傳輸方式的選擇。有線傳輸是最穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸方式，但是由于工廠布局已經(jīng)固定，布置有線成本高且線路混亂，因此選用了無線傳輸;

　　(2)干擾的考慮。生產(chǎn)線中存在著多臺中頻設備，中頻會對無線網(wǎng)絡產(chǎn)生一定的干擾;

　　(3)傳輸距離的考慮。從數(shù)據(jù)采集點到數(shù)據(jù)接收點的最遠距離不超過200米;

　　(4)成本考慮。由于采集頻率為15s一次，且傳輸頻率比較大，因此不宜采用GPRS數(shù)據(jù)流量傳輸。

　　

 

　　圖3 網(wǎng)絡拓撲圖

　　經(jīng)過綜合考慮，選擇了工業(yè)級無線網(wǎng)絡傳輸協(xié)議ZigBee對數(shù)據(jù)進行傳輸，選擇的考慮點有以下幾點：

　　(1)多跳無線通信。ZigBee的多跳特性能夠保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中能夠的穩(wěn)定性，防止丟失數(shù)據(jù);(2)ZigBee模塊結構的分層數(shù)據(jù)使模塊性能更好，保證傳輸模塊的穩(wěn)定性;

　　(3)抗干擾能力強，能很好的適應惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。

　　2.3 設備故障報修

　　設備故障報修流程的信息阻塞和責任劃分不明是導致設備維修時間過長的主要原因，因此系統(tǒng)對原有的設備故障報修流程進行重構。重構后的流程如圖4所示：

　　

 

　　圖4 設備故障報修流程圖

　　當設備出現(xiàn)故障時，有對應的生產(chǎn)班長通過系統(tǒng)進行報修，提交報修單后，維修部門的負責人會收到維修任務，維修班長會下達維修任務給維修工，維修工通過搶單的形式對設備故障進行維修;

　　維修工接單后，到達指定位置對設備維修，維修結束后發(fā)送維修完成的消息給生產(chǎn)班長進行驗收，驗收通過后由生產(chǎn)班長結束流程。在報修流程中有幾個關鍵點是保證維修任務及時完成的關鍵點：

　　(1)信息化流轉方式。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紙質(zhì)化報修，信息傳遞速度快，防止信息流轉阻塞;(2)搶單方式。維修任務與績效掛鉤，通過搶單的方式，不僅可以調(diào)動維修員工的積極性，而且可以解決因為任務分配不均造成的不公平現(xiàn)象;

　　(3)報警監(jiān)督機制。系統(tǒng)設置了報警內(nèi)嵌機制，如果維修任務沒有被處理，系統(tǒng)每過指定時間(時間可調(diào))就會自動發(fā)送消息給相關責任人的上一級領導，最大可推送至廠長。

　　通過這種信息化和監(jiān)督的方式，維修時間可以大大縮短，維修質(zhì)量也得以保障。

　　2.4 生產(chǎn)管理

　　2.4.1 生產(chǎn)計劃

　　生產(chǎn)運營系統(tǒng)中的生產(chǎn)計劃根據(jù)總需求計劃拆解后生產(chǎn)的詳細的生產(chǎn)計劃。A 企業(yè)有28條生產(chǎn)線，生產(chǎn)計劃為每一條生產(chǎn)線制定零部件的生產(chǎn)任務，該功能也為生產(chǎn)狀況監(jiān)控提供了計劃產(chǎn)量的數(shù)據(jù)。

　　2.4.2 生產(chǎn)狀況監(jiān)控

　　生產(chǎn)監(jiān)控主要用于監(jiān)控設備的實際生產(chǎn)狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)采集模塊采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設備運行參數(shù)數(shù)據(jù)，設備故障報修功能獲取的設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過目視化的方式來監(jiān)控生產(chǎn)線的實際狀態(tài)。生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控主要包括生產(chǎn)信息顯示和指標不達標預警功能：

　　(1)生產(chǎn)信息顯示：主要包括對生產(chǎn)車間或者產(chǎn)線的計劃產(chǎn)量、實際產(chǎn)量、生產(chǎn)進度、設備綜合利用效率OEE、不合格頻率和設備狀態(tài)。

　　(2)指標不達標預警功能：對于生產(chǎn)車間來說，在一定的時間內(nèi)將生產(chǎn)計劃完成到什么程度、設備的利用率達到什么狀態(tài)、合格品率達到多少都是管理人員比較關心的數(shù)據(jù)。生產(chǎn)運營系統(tǒng)通過設置閾值參數(shù)，可以對這些數(shù)據(jù)進行預警，以及時通知管理人員，采取預防措施。

　　

 

　　圖5 生產(chǎn)信息監(jiān)控demo

　　生產(chǎn)運營系統(tǒng)采取的機制是對生產(chǎn)進度、OEE、合格品率在低于指定閾值時，系統(tǒng)會自動發(fā)送報警消息給管理人員，預警機制分為兩級：一級預警變黃，消息通知到生產(chǎn)班長，由生產(chǎn)班長進行處理;二級預警變紅，相對一級預警，二級預警事態(tài)比較嚴重，需要車間主任進行處理。這種報警機制能夠輔助管理人員對生產(chǎn)車間的生產(chǎn)狀態(tài)及時了解，并對異常事件做出及時的處理。

　　2.5 數(shù)據(jù)分析

　　數(shù)據(jù)分析是當前智能制造領域比較火的內(nèi)容，它是通過統(tǒng)計學工具對企業(yè)的大量數(shù)據(jù)進行處理，通過比較直觀的數(shù)據(jù)圖表將數(shù)據(jù)顯示出來，以顯示數(shù)據(jù)之間的邏輯關系和變化趨勢，對管理人員具有輔助決策的作用。

　　對于本案例來講，前期的數(shù)據(jù)采集和設備故障報修功能已經(jīng)為企業(yè)收集了大量的相關數(shù)據(jù)，只需要選擇各個指標和分析維度對數(shù)據(jù)進行分析即可。生產(chǎn)運營系統(tǒng)中通過數(shù)據(jù)分析，對以下指標進行考量：

　　(1)設備故障統(tǒng)計。按照故障種類、故障設備所屬產(chǎn)線、故障頻次等維度對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。可以很直觀地顯示故障主要集中的哪些方面、哪些設備，以指導管理人員制定更加合理高效的維修策略，降低故障率，縮短維修時間。(2)生產(chǎn)計劃統(tǒng)計。按照生產(chǎn)的產(chǎn)品種類、數(shù)量、需求客戶、需求時間等維度對數(shù)據(jù)進行分析，可以很清楚的看到市場對某種部件的需求變化，管理人員可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)指定更好的生產(chǎn)策略。

　　(3)設備OEE。設備OEE是衡量設備綜合利用效率的有效指標，六大損失(故障損失、換模具與調(diào)整損失、空運轉與暫停損失、減速損失、質(zhì)量缺陷和返工、開工損失)是影響設備OEE值大小的因素，對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計可以有效地找出影響設備綜合利用效率的因素，從而制定優(yōu)化設備的方案，提升設備的產(chǎn)能。

　　3. 應用效果

　　A企業(yè)利用生產(chǎn)運營系統(tǒng)，實現(xiàn)了設備維修的無紙化辦公，通過系統(tǒng)的權限分配實現(xiàn)管理的優(yōu)化和責任的劃分。明確了個流程工作人員的職責，使報修流程耗時減少，任務交接明確，相比以前效率調(diào)高了10%左右，降低了5%左右的成本。同時，及時的報修與實時的監(jiān)控，保證了生產(chǎn)的流暢性。設備點檢模塊保障了設備的及時檢修，并對設備各狀態(tài)下的時間進行分析，降低了設備的故障率，保障了生產(chǎn)。生產(chǎn)進度監(jiān)視能夠將生產(chǎn)線上的產(chǎn)品生產(chǎn)進度實時的反應的監(jiān)控面板上，能夠對生產(chǎn)狀況有一個直觀的了解，能夠對生產(chǎn)做出及時的調(diào)整，保證產(chǎn)量。

　　OEE監(jiān)測實時監(jiān)控設備的利用情況，降低了生產(chǎn)設備的空閑時間，充分利用了設備。在物料管理方面，對物料也進行了實時的監(jiān)控，保證了生產(chǎn)資料的安全庫存，同時減少了缺料情況的發(fā)生。數(shù)據(jù)分析功能的設置，使得在各個環(huán)節(jié)獲取的數(shù)據(jù)得到了充分的利用，通過數(shù)據(jù)分析，提出了對設備的點檢和維護的周期性策略，合理的維護也降低了一定的維護費用，減輕了維修人員的壓力;OEE數(shù)據(jù)分析給管理人員提供了設備使用的依據(jù)，提高了管理效率和產(chǎn)量供給;物料管理方面的數(shù)據(jù)分析，大大降低了缺料的風險，給物流部門的需求提供了明確的指示。