數字化交班管理系統的設計與應用

楊曉娜 黃 河 李云豪

（廣西中煙工業有限責任公司，廣西 南寧 530001）

0 引言

隨著互聯網、大數據等技術的快速發展，人們對智能工廠、智能分析的需求也越來越高。目前，南寧卷煙廠制絲車間的設備已具備基礎的自動化控制，且能對過程數據進行采集，并逐步向大數據分析和智能控制方向發展。但車間生產信息的記錄、流轉，以及維修故障記錄等仍采用紙質記錄的方式，對信息流轉的及時性會產生影響，不利于信息的統計和分析。迫切需要對系統的建設方式進行優化。目前，國內有學者對此進行研究。王維龍［1］、鄒旺等［2］通過安裝在設備上的傳感器來對數據進行采集，從而實現對生產數據的分析；何貴川等［3］對生產數據的采集和分析進行研究；翟傳祥［4］借助條碼標識對工裝檢定、庫存、使用、維修、報廢的工裝實物進行管理，實現車間數字化管理應用；陳亮等［5］以某企業制造車間工程質量管理為例，實現對智能車間質量數據的集成及可視化分析平臺的設計；張志剛等［6］通過對RFID技術的應用進行研究，實現對生產現場信息的實時采集；惠旋［7］通過對航天企業目前面臨著單件研制、多品種小批量制造、定型產品規模批產等生產任務交叉特點進行介紹，并提出HT公司基于數字化制造技術的生產管理優化方案。

綜上所述，已有的相關文獻是圍繞如何實現對底層數據的采集和系統架構的設計，而本研究是在現有數據基礎上，通過設計數字化交接班系統，對生產數據進行分析，助力企業決策，并找到紙質信息流轉的替代方式，從而實現企業生產作業流程的信息化。

1 現場信息化管理需求

煙絲的生產流程為煙葉出庫、切片回潮、葉片加料、切絲、烘絲、摻配、加香、梗投料、水洗、潤梗、加料、切梗、烘梗等，每一個工序中的制絲集控已實現對過程工藝參數、設備狀態的采集。員工可根據工藝要求在紙質交班本中記錄每批煙的過程檢驗數據，如每個工序及每批煙的料頭、料中、料尾時刻，并對入口水分、入口溫度、烘絲溫度等工藝參數進行記錄。而紙質信息的記錄存在以下2個問題。一是人工記錄的數據存在漏填的情況，在后期會補錄數據，但失去數據的真實性。二是紙質交班信息不利于數據統計和對過往數據的查詢。因此，為了解決上述問題，采用信息化方式來代替人工錄入數據。

根據企業生產管理和車間智能管理需求，系統要實現對整個制絲過程數據的自動采集，避免人工干預，同時還要生成現場管理報表，以滿足企業管理分析需求。企業的生產管理需求主要有以下5個方面。①通過系統來完成生產操作步驟，在生產過程中對生產重量、入口水分、出口水分等數據進行記錄，同時記錄抽取料頭、料中、料尾3個生產過程的水分、溫度等參數，上述操作均在系統中完成，且能通過系統自動獲取數據，員工只用復核即可。②車間文檔的管理需求。操作崗位上的員工要查看工藝標準、工藝通知及其他班組消息通知，可通過系統對上述信息進行推送，員工能及時獲取班組的生產計劃信息，并能實時查看工藝標準。③車間防差錯管理。通過定時提醒來防止員工在生產過程中忘記抽取系統數據，同時對工藝參數進行防差錯設計，防止出現員工操作失誤的現象。④設備的維修管理。在系統選中相應的維修內容直接呼叫維修工，維修工在收到維修信息后，根據維修點、故障現象等信息進行維修，維修后通過確認維修記錄來形成閉環，并自動記錄維修時間。⑤報表管理。交班本信息化管理能及時掌握車間的生產情況，可實時查詢當前生產情況或對歷史交班進行記錄，方便管理層對生產進行分析。

2 現場管理過程數據的采集和分析

數字化交班系統是基于車間現場管理需求設計出的。先對車間需求進行分析，對車間生產的紙質交班本進行分析，整理業務需求，并根據業務需求整理出數據需求，數據需求是數字化交接班系統的過程數據。再對過程數據進行分類，可分為生產數據、工藝質量數據、過程檢測數據以及人員、班次的基礎信息數據。其中，生產數據包括生產工序、工單號、工單狀態、起止時間；工藝質量數據包括工藝標準、加香加料比例、切絲寬度等；工藝配方數據包括片煙的配方信息；過程檢測數據包括生產過程的水分、溫度、烘絲溫度、壓力、加水流量等實時數據。生產工單數據是通過MES系統獲取的工單信息，人員、班次信息及班組交接班信息要通過人工來獲取。

3 系統的設計與實現

數字化交班系統是車間級的生產管理系統，是企業總體架構設計中的子系統。該系統的設計是基于HTML5的架構，業務數據庫采用Oraclel數據庫、生產實時的數據庫采用SQLserver數據庫。員工通過PC端訪問數字化交接班系統，在系統上進行操作，完成業務流程，即可對整個生產流程的作業數據進行采集。設計時可結合車間員工的作業習慣，重點考慮系統操作的便捷性和易用性，因此系統的操作界面要簡潔直觀、登錄便捷。

3.1 系統架構設計

企業的系統總體架構如圖1所示，數字化交班系統獲取車間設備實時生產數據，并將數據存儲進實時數據庫中。系統設計面向的是車間及管理人員，因此數字化交接班系統是介于底層集控系統和上層管理系統之間的中間級系統。與MES系統間的數據交互是通過企業總線ESB來完成的，通過建立OPC服務來讀取底層數據，從而獲取制絲集控數據。

圖1 系統總體架構圖

數字化交接班系統采用典型的三層架構，即由數據庫服務、業務邏輯（模型服務、集成服務、應用邏輯服務、WEB應用服務）、客戶端組成，采用B/S架構，并基于谷歌瀏覽器內核進行開發，可通過360、火狐、谷歌等瀏覽器進行訪問。

3.2 系統硬件設計

數字化交班系統的應用終端是落地式計算機機柜，硬件尺寸和結構如圖2所示。機柜包含一臺19寸的顯示器和一臺計算機主機，屏幕下方設有刷卡機。在設計之初，考慮車間的粉塵環境，對終端進行防塵設計，盡量減少機柜門的數量，并在開門位置做好密封，防止粉塵進入。

圖2 數字化交接班系統終端設計圖

對車間員工來說，每次登錄系統都要輸入用戶名和密碼，且因為信息安全的要求，密碼要求在8位以上，還要有大小寫、特殊字符等。對一線員工來說，操作起來確實不便。為了提高系統登錄的便捷性，在數字化交接班系統終端電腦上安裝標準的IC卡讀卡機，并自主開發系統免密登錄小程序［8-9］。IC卡讀卡機感應距離為8～15 cm，讀卡機與電腦通過USB數據線進行連接，支持Windows 7/8 32（64）位系統。其工作原理是用戶在首次登錄系統時要設置個人密碼，并對個人信息進行配置，之后再登錄系統時，系統通過IC卡讀卡機來獲取員工的ID信息，并自動匹配核對個人信息，即可實現一鍵式登錄數字化交接班系統。每次登錄系統時，員工只要將員工卡放在讀卡器位置3 s，即可自動登錄個人賬戶系統，方便員工操作。

3.3 系統功能設計

數字化交接班系統功能模塊分為生產控制、工藝質量、設備維修、文檔查看4個模塊。生產控制模塊主要對生產過程中的水分、溫度、設備等參數進行控制，按照工藝要求的檢測時間來采集相應的生成過程數據，并做好生產記錄，同時還要記錄每班生產中的其他作業信息；工藝質量模塊主要用于防止差錯，通過對工藝水分進行反復比對，確認生產的加料比例、工藝水分修正值是否有誤；文檔查看模塊是將車間的各種工藝文件、生產信息等導入到數據庫中，省去下發紙質版工藝單的工作流程，員工可通過系統直接查看生產班組發出的工藝通知。

該系統有2個特色。一是設計出一鍵式刷卡登錄系統。通過設計的托盤小程序，所有操作人員只用刷本人的員工卡就可實現免密登錄系統，且通過權限設置，對每個員工設計出相應的操作功能菜單，可使其了解所有的操作功能。二是增加維修呼叫功能。員工通過點擊系統界面上的“維修呼叫”按鈕，就能把維修信息通過短信的方式發送到維修工的手機上［10］，維修工可通過手機提前了解設備故障，經過實際操作驗證，該方式處理故障的效率遠高于電話通知的方式。同時，如果5 min內沒有維修工應答，系統會再次將維修信息推送到維修人員的手機上，直至維修工到達現場確認維修為止。

4 系統應用

車間操作員工通過操作數字化交班系統，來完成生產過程中所需的數據采集、生產信息記錄等內容，如果不按時按規定進行操作，系統會報警提醒，并進行記錄，不僅保證作業流程的及時性，還確保采集到的生產數據的準確性，生產過程中數據采集記錄見表1。

表1 系統生產過程部分數據采集表

另外，在系統中可查看各崗位的歷史交班記錄，如表2所示。在生產班次信息統計方面，只用幾秒的時間就能得到統計數據，而以往要翻看交班記錄才能查到相關數據。另外，可對生產過程數據進行分析，如通過前后工序的生產有效開機和停機時間來分析作業效率，進而優化作業調度計劃。

表2 生產交班功能數據表

數字化交班管理系統的創新之處在于引入維修呼叫、一鍵式刷卡登錄功能。員工通過維修呼叫功能可直接將維修信息發送到維修工手機上，系統維修過程記錄見表3。通過刷卡登錄可避免操作終端直接輸入密碼的不便，在提高員工登錄系統便捷性的同時，也提高系統的安全性，運用信息化技術來提升車間的信息化水平。

表3 維修過程記錄數據表

數字化交班管理系統是基于制絲生產作業工程而開發的管理系統，在系統設計中引入先進的管理理念，規范員工的作業行為，加強生產過程數據傳遞的實時性和準確性，推動管理創新，實現企業設備管理水平的快速提升。應用效果表明：①數字化現場管理系統實現紙質信息到數字信息的轉化，奠定車間信息數字化基礎，改變車間生產層面的紙質信息傳輸方式。②將生產過程中的自檢、抽檢、作業記錄等業務中的所有信息都匯總到管理系統中，從而形成報表，能滿足管理人員隨時隨地查詢歷史數據的需求。同時，還會激發基于生產過程數據的二次分析需求，使員工從原來反復抄寫記錄轉換為關注過程生產控制。③將生產過程的技術數據全部納入車間的管理中，通過數據的綜合分析為決策提數據支撐，改變以往經驗式管理模式，促進管理模式由經驗式管理向數據決策管理模式的轉變。

5 結語

本研究通過建設基于B/S架構的數字化交接班系統，用來取代紙質交接班的方式，實現生產信息的數據化流轉，同時系統基于生產過程的數據分析，實現對車間管理的多維度分析，可通過作業時間自動統計有效作業時間、停機時間等，提高車間管理人員對車間有效作業率的分析水平。數字化現場管理系統在系統設計時充分考慮車間員工操作的便捷性，提供了維修呼叫功能和刷卡登錄等功能，將現代信息技術應用于生產控制中，促進企業的數字化轉型。