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導(dǎo)讀：本文以A企業(yè)為例，介紹A企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營系統(tǒng)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)和實(shí)施過程，希望對類似案例起到借鑒作用。
隨著工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，工業(yè)信息化成為制造企業(yè)發(fā)展的趨勢，是推進(jìn)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(jìn)企業(yè)的信息化進(jìn)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(shù)等方面的限制，無法像大型制造企業(yè)一樣實(shí)施信息化，更無法承受信息化失敗所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。在競爭日益激烈的市場經(jīng)濟(jì)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(xiàng)和實(shí)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(wù)的制造公司，主要包括4個(gè)生產(chǎn)車間28條生產(chǎn)線，擁有300余臺(tái)自動(dòng)化生產(chǎn)加工設(shè)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(gè)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(xiàng)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(jì)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(huì)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(diǎn)：
（1）生產(chǎn)過程的工藝調(diào)整頻繁，造成設(shè)備故障率升高，維修時(shí)間長，生產(chǎn)效率低下。
（2）設(shè)備故障報(bào)修和維修流程信息阻塞。傳統(tǒng)的紙質(zhì)化報(bào)修單流轉(zhuǎn)效率低，且存在維修員工工作積極性不高，互相推諉責(zé)任的現(xiàn)象。
（3）生產(chǎn)計(jì)劃出問題。隨著訂單的增多，沒有合理的制定生產(chǎn)計(jì)劃的工具，通過生產(chǎn)班長下達(dá)紙質(zhì)文件，對生產(chǎn)進(jìn)度的管理也處于模糊狀態(tài)，不知道具體生產(chǎn)進(jìn)度。
（4）缺乏設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)控和監(jiān)管機(jī)制。車間領(lǐng)導(dǎo)無法了解車間實(shí)際的生產(chǎn)狀況，導(dǎo)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(jì)，更缺乏數(shù)據(jù)對生產(chǎn)的指導(dǎo)作用，大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)被浪費(fèi)。
1.2 信息化現(xiàn)狀
為了針對A企業(yè)的實(shí)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(diǎn)以及信息化建設(shè)狀況：
（1）生產(chǎn)規(guī)模較小。設(shè)備產(chǎn)能在500臺(tái)/天左右，自動(dòng)化程度較高；
（2）信息化程度不高，IT人員不足5人，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)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(wù)費(fèi)用；
（4）由于企業(yè)業(yè)務(wù)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(diǎn)，從提高A企業(yè)生產(chǎn)效率、報(bào)修效率、生產(chǎn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了如下的生產(chǎn)運(yùn)營系統(tǒng)。
2. 生產(chǎn)運(yùn)營系統(tǒng)
生產(chǎn)運(yùn)營系統(tǒng)是根據(jù)A企業(yè)的實(shí)際問題現(xiàn)狀、資金能力和技術(shù)能力提出的信息化系統(tǒng)解決方案，該方案從系統(tǒng)架構(gòu)的選擇、設(shè)備管理、設(shè)備故障報(bào)修流程重構(gòu)、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(jìn)行改善。生產(chǎn)運(yùn)營系統(tǒng)的技術(shù)路線圖如圖1所示：
圖1 系統(tǒng)技術(shù)框架圖
生產(chǎn)運(yùn)營系統(tǒng)的技術(shù)框架分為三層：物理層、網(wǎng)絡(luò)層、系統(tǒng)層。其中，物理層負(fù)責(zé)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(jìn)行采集；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸；系統(tǒng)層主要包括服務(wù)端和應(yīng)用端，是整個(gè)系統(tǒng)的軟件部分。
2.1 系統(tǒng)架構(gòu)的選擇
系統(tǒng)架構(gòu)選擇了B/S開發(fā)架構(gòu)，即瀏覽器/服務(wù)器的系統(tǒng)運(yùn)行模式。該模式統(tǒng)一了客戶端，將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分集中到服務(wù)器上，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)和使用，客戶機(jī)上只需要安裝一個(gè)瀏覽器；瀏覽器通過Web Server同數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。B/S結(jié)構(gòu)框圖如圖2如所示：
圖2 B/S結(jié)構(gòu)框架
2.2 數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)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(gè)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(jìn)度，輔助管理人員根據(jù)實(shí)際產(chǎn)量做生產(chǎn)進(jìn)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(jì)劃的按時(shí)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?yàn)樵O(shè)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(jì)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(jìn)行采集。
對于一些設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)需要通過PLC對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。主要包括的參數(shù)有理論加工速率、實(shí)際加工速率、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備停機(jī)時(shí)間等。采集這些參數(shù)數(shù)據(jù)的目的是為了后期計(jì)算設(shè)備OEE使用。
2.2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸
在網(wǎng)絡(luò)布置時(shí)需要考慮以下幾個(gè)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(tái)中頻設(shè)備，中頻會(huì)對無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一定的干擾；
（3）傳輸距離的考慮。從數(shù)據(jù)采集點(diǎn)到數(shù)據(jù)接收點(diǎn)的最遠(yuǎn)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(luò)拓?fù)鋱D
經(jīng)過綜合考慮，選擇了工業(yè)級(jí)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議ZigBee對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，選擇的考慮點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：
（3）抗干擾能力強(qiáng)，能很好的適應(yīng)惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。
2.3 設(shè)備故障報(bào)修
設(shè)備故障報(bào)修流程的信息阻塞和責(zé)任劃分不明是導(dǎo)致設(shè)備維修時(shí)間過長的主要原因，因此系統(tǒng)對原有的設(shè)備故障報(bào)修流程進(jìn)行重構(gòu)。重構(gòu)后的流程如圖4所示：
圖4 設(shè)備故障報(bào)修流程圖
當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，有對應(yīng)的生產(chǎn)班長通過系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)修，提交報(bào)修單后，維修部門的負(fù)責(zé)人會(huì)收到維修任務(wù)，維修班長會(huì)下達(dá)維修任務(wù)給維修工，維修工通過搶單的形式對設(shè)備故障進(jìn)行維修；
維修工接單后，到達(dá)指定位置對設(shè)備維修，維修結(jié)束后發(fā)送維修完成的消息給生產(chǎn)班長進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收通過后由生產(chǎn)班長結(jié)束流程。在報(bào)修流程中有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是保證維修任務(wù)及時(shí)完成的關(guān)鍵點(diǎn)：
（3）報(bào)警監(jiān)督機(jī)制。系統(tǒng)設(shè)置了報(bào)警內(nèi)嵌機(jī)制，如果維修任務(wù)沒有被處理，系統(tǒng)每過指定時(shí)間（時(shí)間可調(diào)）就會(huì)自動(dòng)發(fā)送消息給相關(guān)責(zé)任人的上一級(jí)領(lǐng)導(dǎo)，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(shí)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(jì)劃
生產(chǎn)運(yùn)營系統(tǒng)中的生產(chǎn)計(jì)劃根據(jù)總需求計(jì)劃拆解后生產(chǎn)的詳細(xì)的生產(chǎn)計(jì)劃。A 企業(yè)有28條生產(chǎn)線，生產(chǎn)計(jì)劃為每一條生產(chǎn)線制定零部件的生產(chǎn)任務(wù)，該功能也為生產(chǎn)狀況監(jiān)控提供了計(jì)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(shè)備的實(shí)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(shè)備運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，設(shè)備故障報(bào)修功能獲取的設(shè)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(shí)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(biāo)不達(dá)標(biāo)預(yù)警功能：
（2）指標(biāo)不達(dá)標(biāo)預(yù)警功能：對于生產(chǎn)車間來說，在一定的時(shí)間內(nèi)將生產(chǎn)計(jì)劃完成到什么程度、設(shè)備的利用率達(dá)到什么狀態(tài)、合格品率達(dá)到多少都是管理人員比較關(guān)心的數(shù)據(jù)。生產(chǎn)運(yùn)營系統(tǒng)通過設(shè)置閾值參數(shù)，可以對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警，以及時(shí)通知管理人員，采取預(yù)防措施。
圖5 生產(chǎn)信息監(jiān)控demo
生產(chǎn)運(yùn)營系統(tǒng)采取的機(jī)制是對生產(chǎn)進(jìn)度、OEE、合格品率在低于指定閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)送報(bào)警消息給管理人員，預(yù)警機(jī)制分為兩級(jí)：一級(jí)預(yù)警變黃，消息通知到生產(chǎn)班長，由生產(chǎn)班長進(jìn)行處理；二級(jí)預(yù)警變紅，相對一級(jí)預(yù)警，二級(jí)預(yù)警事態(tài)比較嚴(yán)重，需要車間主任進(jìn)行處理。這種報(bào)警機(jī)制能夠輔助管理人員對生產(chǎn)車間的生產(chǎn)狀態(tài)及時(shí)了解，并對異常事件做出及時(shí)的處理。
2.5 數(shù)據(jù)分析
數(shù)據(jù)分析是當(dāng)前智能制造領(lǐng)域比較火的內(nèi)容，它是通過統(tǒng)計(jì)學(xué)工具對企業(yè)的大量數(shù)據(jù)進(jìn)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(guān)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(shè)備故障報(bào)修功能已經(jīng)為企業(yè)收集了大量的相關(guān)數(shù)據(jù)，只需要選擇各個(gè)指標(biāo)和分析維度對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析即可。生產(chǎn)運(yùn)營系統(tǒng)中通過數(shù)據(jù)分析，對以下指標(biāo)進(jìn)行考量：
（3）設(shè)備OEE。設(shè)備OEE是衡量設(shè)備綜合利用效率的有效指標(biāo)，六大損失（故障損失、換模具與調(diào)整損失、空運(yùn)轉(zhuǎn)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(shè)備OEE值大小的因素，對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)可以有效地找出影響設(shè)備綜合利用效率的因素，從而制定優(yōu)化設(shè)備的方案，提升設(shè)備的產(chǎn)能。
3. 應(yīng)用效果
A企業(yè)利用生產(chǎn)運(yùn)營系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備維修的無紙化辦公，通過系統(tǒng)的權(quán)限分配實(shí)現(xiàn)管理的優(yōu)化和責(zé)任的劃分。明確了個(gè)流程工作人員的職責(zé)，使報(bào)修流程耗時(shí)減少，任務(wù)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(shí)，及時(shí)的報(bào)修與實(shí)時(shí)的監(jiān)控，保證了生產(chǎn)的流暢性。設(shè)備點(diǎn)檢模塊保障了設(shè)備的及時(shí)檢修，并對設(shè)備各狀態(tài)下的時(shí)間進(jìn)行分析，降低了設(shè)備的故障率，保障了生產(chǎn)。生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)視能夠?qū)⑸a(chǎn)線上的產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度實(shí)時(shí)的反應(yīng)的監(jiān)控面板上，能夠?qū)ιa(chǎn)狀況有一個(gè)直觀的了解，能夠?qū)ιa(chǎn)做出及時(shí)的調(diào)整，保證產(chǎn)量。
OEE監(jiān)測實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的利用情況，降低了生產(chǎn)設(shè)備的空閑時(shí)間，充分利用了設(shè)備。在物料管理方面，對物料也進(jìn)行了實(shí)時(shí)的監(jiān)控，保證了生產(chǎn)資料的安全庫存，同時(shí)減少了缺料情況的發(fā)生。數(shù)據(jù)分析功能的設(shè)置，使得在各個(gè)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(shè)備的點(diǎn)檢和維護(hù)的周期性策略，合理的維護(hù)也降低了一定的維護(hù)費(fèi)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(shè)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(fēng)險(xiǎn)，給物流部門的需求提供了明確的指示。
