車間生產(chǎn)智能制造可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

錢 俊，史俊杰，沈 濤，王 熠，楊順強(qiáng)

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司紅河卷煙廠，云南紅河 652300）

0 引言

以追求“優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、安全”為目標(biāo)，按照生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，完成機(jī)組生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行、產(chǎn)能、質(zhì)量、物耗指標(biāo)、目標(biāo)的完成和短板問(wèn)題分析改進(jìn)；按照SOPS 機(jī)型操作流程，規(guī)范機(jī)組作業(yè)流程；按照TPM 各機(jī)型設(shè)備保養(yǎng)規(guī)程，規(guī)范機(jī)組設(shè)備保養(yǎng)流程；對(duì)機(jī)組生產(chǎn)過(guò)程物耗管控，嚴(yán)控執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)低耗生產(chǎn)；對(duì)機(jī)組輔料上機(jī)適應(yīng)性問(wèn)題的反饋；對(duì)機(jī)組設(shè)備運(yùn)行信息、問(wèn)題的反饋；對(duì)機(jī)組在線工藝質(zhì)量管控，落實(shí)部門產(chǎn)品質(zhì)量管理規(guī)定，參與質(zhì)量問(wèn)題分析改進(jìn)。負(fù)責(zé)特殊產(chǎn)品機(jī)組生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全、產(chǎn)品安全和人身安全。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)

生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)方面存在兩個(gè)問(wèn)題：①生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢復(fù)雜費(fèi)時(shí)；②生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示對(duì)比不直觀。當(dāng)前卷包部生產(chǎn)凈效率對(duì)每個(gè)機(jī)組的要求都很高，因此需要對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)控、調(diào)整和反饋，形成以生產(chǎn)數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)力。

在推動(dòng)提升設(shè)備凈效率工作中，機(jī)組人員應(yīng)及時(shí)掌握設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息調(diào)整操作策略。然而目前機(jī)組生產(chǎn)效率數(shù)據(jù)顯示存在滯后性和片面性，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息僅能從MES（Manufacturing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)）通過(guò)一系列復(fù)雜操作讀取，且只有數(shù)字信息，不能直觀橫向、縱向?qū)Ρ取?/p>

在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組人員重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)包括：機(jī)臺(tái)產(chǎn)能月累數(shù)據(jù)、當(dāng)班實(shí)時(shí)生產(chǎn)效率、同牌號(hào)機(jī)組效率排行、同機(jī)臺(tái)班組效率排行和廢煙率5 個(gè)方面的數(shù)據(jù)信息，目前使用的MES中，這部分?jǐn)?shù)據(jù)信息顯示比對(duì)功能還不完善，對(duì)數(shù)據(jù)查詢時(shí)間統(tǒng)計(jì)記錄見(jiàn)表1。

表1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢時(shí)間統(tǒng)計(jì)記錄 s

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段查詢生產(chǎn)數(shù)據(jù)路徑繁瑣、查詢等待時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)機(jī)組人員及時(shí)掌控信息不利。

1.2 質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)

現(xiàn)階段無(wú)論卷煙機(jī)還是包裝機(jī)，質(zhì)量檢測(cè)皆使用外接檢測(cè)儀器，特別是卷煙物理指標(biāo)檢測(cè)儀器，在卷包車間每間隔2～3個(gè)機(jī)臺(tái)設(shè)置1 組設(shè)備，操作人員每次獲取質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)都需要花較多時(shí)間，導(dǎo)致時(shí)間成本較高。

此外，煙支、煙包、煙條檢測(cè)設(shè)備分散在機(jī)臺(tái)各個(gè)不同位置，機(jī)組人員獲取數(shù)據(jù)需要走到不同的地方。現(xiàn)階段沒(méi)有做到數(shù)據(jù)整合顯示，不利于工藝員、機(jī)組人員和質(zhì)量員及時(shí)關(guān)注和提前預(yù)防。

1.3 設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)

目前設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)僅單純作記錄作用，設(shè)備信息數(shù)據(jù)背后的含義沒(méi)有被挖掘。這部分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)整合分析可以幫助生產(chǎn)運(yùn)行和設(shè)備維修提供決策依據(jù)，從而幫助改善和優(yōu)化生產(chǎn)工藝過(guò)程。

1.4 維修信息數(shù)據(jù)

目前針對(duì)設(shè)備維修信息、設(shè)備停機(jī)預(yù)警、修理狀態(tài)呈現(xiàn)、修理呼叫、易損預(yù)警等信息整合還沒(méi)有做到位。

2 設(shè)計(jì)思路和解決方案

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

能夠全面整合展示生產(chǎn)方面的各類數(shù)據(jù)，能夠讓機(jī)組人員直觀了解生產(chǎn)效率，以及機(jī)臺(tái)生產(chǎn)效率在部門的排行情況，對(duì)效率幫助診斷改進(jìn)，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備、維修等方面數(shù)據(jù)應(yīng)用在生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化和決策中，最后將整套信息系統(tǒng)集中顯示于同一款屏幕上，設(shè)計(jì)出扁平化、直觀化地人機(jī)交互界面，并擴(kuò)展至手機(jī)APP 中，使管理人員不用離開(kāi)辦公桌，維修人員不用離開(kāi)巡檢路線，機(jī)臺(tái)人員不用離開(kāi)質(zhì)量控制點(diǎn)，就能查看到機(jī)臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)。

系統(tǒng)可以分析整個(gè)部門設(shè)備或指定設(shè)備的狀態(tài)，顯示當(dāng)前哪些設(shè)備是在空閑中、調(diào)試中、生產(chǎn)中或停機(jī)中。另外，還能顯示每臺(tái)設(shè)備的當(dāng)前生產(chǎn)任務(wù)和操作人員信息。顯示數(shù)據(jù)可視化可以生動(dòng)形象化體現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)，也可以稱為車間現(xiàn)場(chǎng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”，它通過(guò)更直觀的三維場(chǎng)景模式向生產(chǎn)決策者提供真實(shí)的生產(chǎn)、質(zhì)量和設(shè)備狀態(tài)信息，有效改善優(yōu)化生產(chǎn)制造過(guò)程。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析瀏覽技術(shù)，三維實(shí)景的設(shè)備模擬，友好互動(dòng)的人機(jī)對(duì)話界面，支持多種瀏覽界面和瀏覽方式，多任務(wù)的電子看板和報(bào)告圖表顯示，支持手機(jī)APP 終端運(yùn)用。

將MES 與ERP（Enterprise resource planning，企業(yè)資源計(jì)劃）無(wú)縫集成，減少資料的重復(fù)輸入與數(shù)據(jù)及時(shí)同步的問(wèn)題（圖1）。

圖1 MES 與ERP 的集成

（1）異常處理機(jī)制（圖2）。對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的異常問(wèn)題（質(zhì)量問(wèn)題/設(shè)備故障/安全問(wèn)題等）可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)終端進(jìn)行播報(bào)，也可以通過(guò)云端、PC 消息等方式定向通知相應(yīng)人員處理，相應(yīng)人員如未處理，將向上一層級(jí)人員匯報(bào)。

圖2 異常處理機(jī)制

（2）生產(chǎn)執(zhí)行（圖3）。生產(chǎn)執(zhí)行方式擺脫傳統(tǒng)PC 機(jī)，采用觸摸屏和電子看板結(jié)合。員工可以通過(guò)數(shù)據(jù)顯示看板查詢和瀏覽設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，例如設(shè)備實(shí)時(shí)效率、生產(chǎn)車速、廢品剔除數(shù)據(jù)、同牌號(hào)機(jī)組效率排行、同機(jī)臺(tái)班組效率排行等生產(chǎn)效率信息；當(dāng)前和歷史的設(shè)備報(bào)警信息；設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)信息；設(shè)備易損件及刀件更換信息等。

圖3 生產(chǎn)執(zhí)行

信息采集系統(tǒng)通過(guò)對(duì)生產(chǎn)效率、質(zhì)量及機(jī)器設(shè)備這三大主要資源的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和生成相應(yīng)的報(bào)表。所采集設(shè)備及工控網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集方案產(chǎn)生的報(bào)表或圖表能精確地反映生產(chǎn)車間當(dāng)前的運(yùn)作狀態(tài)，并同時(shí)向整個(gè)車間提供相關(guān)的信息資料。例如設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)報(bào)告可以顯示出當(dāng)前每臺(tái)機(jī)器的工作狀態(tài)，包括可知道是否空閑、狀態(tài)設(shè)置如何、正在運(yùn)行中或是發(fā)生故障等。除此以外，它還可以顯示當(dāng)前執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)的信息和設(shè)備操作者。

歷史數(shù)據(jù)查詢功能提供了豐富的可查詢數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)效率分析、停機(jī)分析、廢品剔除分析、歷史報(bào)警信息記錄等，且查詢信息的篩選條件是自定義的，機(jī)組人員可以選擇查看某一時(shí)間段的數(shù)據(jù)，瀏覽視圖可以根據(jù)需求選擇合適的界面布局，圖表的格式也可以進(jìn)行個(gè)性化選擇。

2.2 生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)

當(dāng)前存在生產(chǎn)數(shù)據(jù)的透明化、實(shí)時(shí)化的缺失，操作工無(wú)法及時(shí)了解機(jī)組目前的生產(chǎn)狀況，生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，對(duì)生產(chǎn)工作沒(méi)有一個(gè)較為清晰的安排，因此實(shí)時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行收集統(tǒng)計(jì)及展現(xiàn)實(shí)。

通過(guò)ERP 系統(tǒng)獲取生產(chǎn)中的當(dāng)班實(shí)時(shí)生產(chǎn)效率，并將相關(guān)信息傳遞給MES 系統(tǒng)，對(duì)各機(jī)組生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合統(tǒng)計(jì)后，通過(guò)PC 端顯示當(dāng)班機(jī)臺(tái)產(chǎn)能月累數(shù)據(jù)，當(dāng)班實(shí)時(shí)生產(chǎn)效率，同牌號(hào)機(jī)組效率排行，同機(jī)臺(tái)班組效率排行，機(jī)臺(tái)產(chǎn)能月累數(shù)據(jù)，同牌號(hào)機(jī)組效率排行及廢煙率等，并對(duì)相應(yīng)的不達(dá)標(biāo)指標(biāo)標(biāo)注出原因及改進(jìn)意見(jiàn)。

由于卷包生產(chǎn)線分為卷煙機(jī)和包裝機(jī)部分，在對(duì)生產(chǎn)效率進(jìn)行檢測(cè)的同時(shí)，需要對(duì)各個(gè)機(jī)組的卷煙機(jī)和包裝機(jī)進(jìn)行分別的效率統(tǒng)計(jì)，分析出卷接和包裝部分的生產(chǎn)效率（圖4）。

圖4 生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)

2.3 質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)

2.3.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量

通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的量化，通過(guò)在各個(gè)產(chǎn)品的來(lái)料、生產(chǎn)物料組合及成形點(diǎn)加裝相應(yīng)的檢測(cè)，能夠清晰地在各個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)結(jié)合及成形點(diǎn)分析顯示出當(dāng)前的產(chǎn)品的數(shù)據(jù)指標(biāo)，如煙支物理指標(biāo)數(shù)據(jù)，外觀檢測(cè)數(shù)據(jù)，漏氣、空頭、蓋帽檢測(cè)數(shù)據(jù)，煙包外觀檢測(cè)數(shù)據(jù)，煙條外觀檢測(cè)數(shù)據(jù)及相應(yīng)的質(zhì)量偏差，對(duì)不符合質(zhì)量參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的及時(shí)剔除并在操作屏幕上顯示出來(lái)，提示操作人員進(jìn)行相應(yīng)的檢查調(diào)整。

2.3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備關(guān)鍵部件的清潔程度

設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)由于關(guān)鍵工作部件表面臟污導(dǎo)致質(zhì)量異常的情況，例如：①卷煙機(jī)大壓板臟污導(dǎo)致煙支搭口燙封不好出現(xiàn)暴口，跑條煙，此外還會(huì)造成卷煙圓周波動(dòng)較大；②卷煙機(jī)水松紙切刀運(yùn)行一段時(shí)間后易粘上碎膠，導(dǎo)致卷煙搓接質(zhì)量問(wèn)題；③卷煙機(jī)搓接鼓輪表面臟污導(dǎo)致卷煙搓接質(zhì)量問(wèn)題；④卷煙機(jī)水松紙過(guò)輪粘膠導(dǎo)致水松紙掛爛；⑤包裝機(jī)商標(biāo)上膠輥表面臟污導(dǎo)致商標(biāo)上膠不好的問(wèn)題；⑥包裝機(jī)輸送帶臟污導(dǎo)致輸送不平穩(wěn)夾煙問(wèn)題。

針對(duì)以上關(guān)鍵部位，在相應(yīng)位置加裝檢測(cè)，檢測(cè)其表面的清潔程度，并對(duì)不清潔的部件進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，把具體關(guān)鍵部件顯示在操作屏幕，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)控制產(chǎn)品質(zhì)量。

通過(guò)對(duì)每天的數(shù)據(jù)上傳和統(tǒng)計(jì)，分析出每一臺(tái)設(shè)備的質(zhì)量短板和原因，并反饋機(jī)組進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)。

2.4 設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)

在1 臺(tái)設(shè)備上安裝1 個(gè)信號(hào)采集器，將所有采集到的信息全部?jī)?chǔ)存到MES 服務(wù)器上，信號(hào)采集器20 次/s 實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的狀態(tài)信息，服務(wù)器每N 秒讀取信號(hào)采集器上的數(shù)據(jù)一次，采用多級(jí)緩存設(shè)計(jì)，使得數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。通過(guò)設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控可以分析出員工的有效工時(shí)、設(shè)備利用率、待機(jī)時(shí)機(jī)等信息，全程展示生產(chǎn)流程進(jìn)度，利用可視化的圖形，直觀的展現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各項(xiàng)核心指標(biāo)達(dá)成情況，讓管理者可以以此為依據(jù)，逐項(xiàng)規(guī)劃工作改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率最大化（圖5）。

圖5 設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)

2.5 維修信息數(shù)據(jù)

2.5.1 設(shè)備維修信息

通過(guò)生產(chǎn)信息綜合系統(tǒng)統(tǒng)一顯示涉及設(shè)備維修的機(jī)臺(tái)信息，包括：機(jī)臺(tái)號(hào)、卷煙機(jī)/包裝機(jī)機(jī)型、故障信息，按照停機(jī)時(shí)長(zhǎng)由高到低排列。信息的集成方便設(shè)備技術(shù)室以及生產(chǎn)運(yùn)行相關(guān)職能部門能夠第一時(shí)間掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并做出應(yīng)對(duì)。

2.5.2 修理狀態(tài)呈現(xiàn)

對(duì)應(yīng)“設(shè)備維修信息”顯示“維修狀態(tài)”（未維修/維修中/已修好），點(diǎn)擊進(jìn)去可顯示詳情，包括故障處理計(jì)時(shí)、維修人員信息。該信息的顯示方便維修人員及時(shí)、合理調(diào)配資源，為盡快恢復(fù)設(shè)備生產(chǎn)能力提供信息支撐。

2.5.3 修理呼叫

操作工可以通過(guò)生產(chǎn)信息綜合系統(tǒng)呼叫修理，由原來(lái)打電話的一對(duì)一求助改變?yōu)橐粚?duì)多，節(jié)省維修時(shí)間，提高維修效率，也方便后臺(tái)合理分配修理工資源。

2.5.4 易損預(yù)警

對(duì)每臺(tái)機(jī)的關(guān)鍵軸承、齒形帶等需要關(guān)注運(yùn)行壽命的零部件進(jìn)行倒計(jì)時(shí)監(jiān)控，由生產(chǎn)信息綜合系統(tǒng)完成信息集成和倒計(jì)時(shí)排列，形成易損預(yù)警，有助于及時(shí)關(guān)注零配件庫(kù)存信息，避免維修等配件的情況出現(xiàn)，合理、優(yōu)化安排設(shè)備檢修、輪保等設(shè)備維保工作，提高設(shè)備連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)能力。

2.6 生產(chǎn)信息綜合系統(tǒng)手機(jī)版

移動(dòng)端APP 除具有PC 端生產(chǎn)信息綜合系統(tǒng)的所有信息顯示、功能運(yùn)用外，還可兼?zhèn)湟韵? 個(gè)便捷功能，以方便其在生產(chǎn)運(yùn)行中的運(yùn)用：

（1）可設(shè)置權(quán)限登錄。針對(duì)操作工、修理工將信息有針對(duì)性分流，使信息直觀、簡(jiǎn)潔，針對(duì)各管理職能可按機(jī)型、機(jī)群組、生產(chǎn)片區(qū)細(xì)化歸類展示，便于數(shù)據(jù)對(duì)比和整體情況分析。

（2）可輔助完成日常工作。對(duì)于操作工，可利用APP 完成交接班記錄填寫、質(zhì)量反饋單填寫等工作，使辦公移動(dòng)、便捷，接班人員也可提前了解設(shè)備狀態(tài)，完善接班準(zhǔn)備工作；對(duì)于修理工可完成維修清單、備件申領(lǐng)等日常工作，避免機(jī)組電腦出現(xiàn)擁堵排隊(duì)使用的情況，也使辦公移動(dòng)化，修理工可隨時(shí)隨地完善設(shè)備維修善后工作。

（3）設(shè)備停機(jī)超時(shí)提醒。當(dāng)設(shè)備故障超過(guò)后臺(tái)設(shè)定值時(shí)，會(huì)對(duì)掛靠機(jī)臺(tái)的修理工、大機(jī)長(zhǎng)、修理組長(zhǎng)等各級(jí)管理職能的手機(jī)端發(fā)出設(shè)備停機(jī)超時(shí)通知，便于各職能最短時(shí)間內(nèi)了解、判斷設(shè)備情況并做出及時(shí)反饋。

3 總結(jié)

針對(duì)生產(chǎn)中的痛點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化、智能化的方案設(shè)計(jì)，解決卷包車間在推進(jìn)智能化生產(chǎn)中的問(wèn)題，助力生產(chǎn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗。實(shí)現(xiàn)智能制造，網(wǎng)絡(luò)化是基礎(chǔ)，數(shù)字化是工具，智能化則是目標(biāo)。智能制造不是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，需要持續(xù)推進(jìn)，提升高質(zhì)量發(fā)展和專業(yè)制造水平，繼續(xù)挖掘生產(chǎn)痛點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提高效率。