生活用紙?jiān)埳a(chǎn)和加工的自動(dòng)化管理系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

陳連岳 維達(dá)紙業(yè)（中國(guó)）有限公司

在生活用紙企業(yè)中，原紙是后加工生產(chǎn)線的原料，原紙從造紙機(jī)下架后，首先進(jìn)入臨時(shí)存放區(qū)待檢，檢驗(yàn)合格后，會(huì)進(jìn)入臨時(shí)庫(kù)存，以待后加工工序領(lǐng)用。

目前較多企業(yè)在統(tǒng)計(jì)原紙產(chǎn)量時(shí)，采用人工統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)頻次是每班一次或者是一天一次，這樣的統(tǒng)計(jì)方式效率相對(duì)較低，且由于數(shù)據(jù)不及時(shí)，給排產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)管理帶來(lái)滯后，所以開(kāi)發(fā)出原紙產(chǎn)量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)是相當(dāng)必要的。

1 射頻識(shí)別系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

維達(dá)公司原紙的消耗過(guò)程如圖1所示。從造紙機(jī)抄得的原紙，經(jīng)地磅稱重后，存入中間倉(cāng)庫(kù)，待需要使用時(shí)從中間倉(cāng)庫(kù)調(diào)出。對(duì)原紙消耗過(guò)程的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分別有三個(gè)環(huán)節(jié)完成：（1）造紙機(jī)：這個(gè)環(huán)節(jié)可以給出原紙的起始量以及產(chǎn)量；（2）地磅：這個(gè)環(huán)節(jié)是給出統(tǒng)計(jì)的主要數(shù)據(jù)——原紙質(zhì)量；（3）后加工機(jī)臺(tái)上架消耗。

圖1 原紙消耗流程簡(jiǎn)圖

在維達(dá)公司，原紙從造紙機(jī)下架后，一直到領(lǐng)用消耗，原紙軸是不需要撥出來(lái)的。針對(duì)這一特點(diǎn)，選用了射頻識(shí)別（RFID，Radio Frequency Identification）技術(shù)，把RFID的芯片部分安裝在原紙軸上進(jìn)行識(shí)別和跟蹤。

RFID系統(tǒng)主要包括RFID電子標(biāo)簽芯片、讀寫(xiě)器、終端系統(tǒng)3個(gè)部分。其工作原理是：當(dāng)RFID電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫(xiě)器的讀取范圍內(nèi)時(shí)，讀寫(xiě)器會(huì)發(fā)射一定頻率的無(wú)線電波能量給RFID電子標(biāo)簽，用以驅(qū)動(dòng)電子標(biāo)簽將物品的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)讀寫(xiě)器便接收并解讀數(shù)據(jù)，并傳輸給終端系統(tǒng)。在終端系統(tǒng)上解析完畢后，終端客戶就能對(duì)物品進(jìn)行識(shí)別以及實(shí)時(shí)跟蹤。

電子標(biāo)簽芯片安裝在紙軸（如圖2所示）的兩端，且兩端的芯片碼是一樣的，在原紙產(chǎn)出到消耗的整個(gè)生產(chǎn)流程中，它的作用就是代表紙軸的身份證號(hào)，每到一個(gè)讀寫(xiě)器安裝點(diǎn)時(shí)，讀寫(xiě)器只需要識(shí)別它的號(hào)碼即可。

RFID有3個(gè)讀寫(xiě)點(diǎn)，分別位于造紙機(jī)、地磅和后加工設(shè)備，其中地磅使用的是手持式，比較簡(jiǎn)單，這里不再詳談。造紙機(jī)和后加工設(shè)備是運(yùn)動(dòng)部分且需要裝卸紙軸，為了保護(hù)讀寫(xiě)器不受碰撞，需在這兩個(gè)地方均使用氣缸的方式，將讀寫(xiě)器安裝在該裝置上，當(dāng)需要讀寫(xiě)時(shí)，通過(guò)氣缸把讀取器接近紙軸上的芯片，同時(shí)在紙架上安裝一個(gè)接近開(kāi)關(guān)，以檢測(cè)紙軸是否在位，安裝如圖3。

圖2 紙軸上的電子標(biāo)簽芯片

圖3 生產(chǎn)線上的大軸讀取裝置

2 RFID系統(tǒng)架構(gòu)

目前，維達(dá)公司已經(jīng)搭建好MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，生產(chǎn)車間的水、電、氣、設(shè)備數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)等生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)基本已經(jīng)采集完畢，對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)模塊相當(dāng)有利。

原紙管理系統(tǒng)屬于MES系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，原紙管理系統(tǒng)的基本架構(gòu)如下。虛線內(nèi)的內(nèi)容是MES系統(tǒng)原有數(shù)據(jù)采集部分，已經(jīng)搭建完畢，主要把生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)庫(kù)，以備系統(tǒng)調(diào)用。Webservice的作用是獲取及處理數(shù)據(jù)，如RFID數(shù)據(jù)、MES數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的數(shù)據(jù)，另外還有HR的人員數(shù)據(jù)等。SQL Server的作用是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，把調(diào)用及計(jì)算好的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，以供系統(tǒng)調(diào)用。

2.報(bào)表填報(bào)不規(guī)范問(wèn)題。一是建議加強(qiáng)教育主管部門與財(cái)政部門、財(cái)政業(yè)務(wù)部門與預(yù)算編審部門之間溝通，以便在預(yù)算下達(dá)時(shí)就能保持口徑一致，避免高校財(cái)務(wù)人員憑職業(yè)判斷來(lái)填報(bào)。二是建議主管部門每年編制完決算報(bào)表后，組織編報(bào)者進(jìn)行學(xué)習(xí)總結(jié)，指出不規(guī)范的地方及其原因，防止在下一年度會(huì)計(jì)核算中重復(fù)出錯(cuò)。三是建議建立決算報(bào)表員交流平臺(tái)，就如何提高決算報(bào)表質(zhì)量、報(bào)表數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等相關(guān)情況展開(kāi)經(jīng)驗(yàn)討論，有利于統(tǒng)一和提升業(yè)務(wù)能力、操作技能。

IIS Web服務(wù)器是Web服務(wù)器的發(fā)布平臺(tái)，Web發(fā)布功能主要是供用戶查詢數(shù)據(jù)或者報(bào)表的界面使用。

圖4 系統(tǒng)架構(gòu)[1]

3 系統(tǒng)各流程介紹

原紙是生活用紙工廠造紙工序的半成品，同時(shí)也是后加工工序的原材料，這個(gè)系統(tǒng)在MES中有相當(dāng)高的地位，所以設(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)流程時(shí)要盡可能把各種參數(shù)都納入管理，以下介紹一下原紙管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱原紙系統(tǒng)）幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的流程。

3.1 原紙軸卷取開(kāi)始

當(dāng)原紙系統(tǒng)收到造紙機(jī)新的紙軸開(kāi)始卷取的指令時(shí)，氣缸裝置會(huì)把RFID讀寫(xiě)器推上去，讀取RFID芯片的芯片號(hào)，并產(chǎn)生一個(gè)原紙ID號(hào)。產(chǎn)生ID號(hào)之后，原紙系統(tǒng)開(kāi)始根據(jù)ID號(hào)組建系列數(shù)據(jù)庫(kù)，收集生產(chǎn)信息、工藝參數(shù)、能耗（如水、電、氣等）、設(shè)備主要運(yùn)行參數(shù)等數(shù)據(jù)信息。

原紙系統(tǒng)還能根據(jù)當(dāng)前的卷取速度和原紙定量，計(jì)算出當(dāng)前在生產(chǎn)的原紙質(zhì)量（未繳庫(kù)），這樣可以在Web客戶端顯示目前有多少紙正在生產(chǎn)。

3.2 原紙軸卷取完畢

當(dāng)原紙系統(tǒng)接收到當(dāng)前原紙軸卷取完畢下架信號(hào)后，開(kāi)始收集當(dāng)前的原紙生產(chǎn)的能耗情況、工藝情況、設(shè)備運(yùn)行情況、完成人員信息、訂單情況等信息。原紙下架后，原紙系統(tǒng)通過(guò)質(zhì)檢平臺(tái)通知檢驗(yàn)系統(tǒng)人員過(guò)來(lái)取樣檢驗(yàn)，此時(shí)，該原紙ID號(hào)進(jìn)入待檢驗(yàn)狀態(tài)[2]。

3.3 稱重

原紙下架后，進(jìn)入稱重環(huán)節(jié)，在這個(gè)環(huán)節(jié)，需要人工進(jìn)行操作，所以開(kāi)發(fā)了人機(jī)界面，操作員只需操作兩步：

圖5 稱重環(huán)節(jié)人工讀取信息操作示意圖

（1）利用自己的工號(hào)登錄，選擇當(dāng)前的訂單號(hào)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)讀取紙的工藝信息（如訂單號(hào)、生產(chǎn)時(shí)間、機(jī)臺(tái)、操作人員等），一般情況下，如果訂單和上一次一樣，這一步可以選擇默認(rèn)，所以如果和上一軸紙的訂單一致，這一步不需要操作。

（2）操作員拿著手持式RFID讀寫(xiě)器，靠近安裝在卷紙軸上的RFID芯片，停留3s左右，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)完成稱重讀取，并完成余下的當(dāng)前原紙所需要的信息讀取、收集工作。

數(shù)據(jù)讀取操作完成后，原紙進(jìn)入待檢驗(yàn)放行狀態(tài)[3]。

3.4 原紙繳庫(kù)

原紙需經(jīng)過(guò)QC檢驗(yàn)系統(tǒng)檢驗(yàn)通過(guò)才可以進(jìn)入繳庫(kù)流程。QC系統(tǒng)是一套具有自動(dòng)讀取原紙檢測(cè)儀（如柔軟度儀）的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并且能自動(dòng)分析、制定報(bào)表和發(fā)送報(bào)表等功能的系統(tǒng)。原紙系統(tǒng)在執(zhí)行繳庫(kù)動(dòng)作前，需要和QC系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)該原紙質(zhì)量達(dá)標(biāo)可以放行后，原紙系統(tǒng)即向WMS系統(tǒng)繳庫(kù)。其實(shí)原紙的繳庫(kù)是一個(gè)數(shù)據(jù)繳庫(kù)過(guò)程，原紙實(shí)物仍存放在車間的暫存庫(kù)[4]。

原紙繳庫(kù)流程其實(shí)是MES和WMS的對(duì)接過(guò)程，屬于服務(wù)器后臺(tái)完成的流程，這個(gè)繳庫(kù)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，這里不再介紹。

3.5 原紙領(lǐng)用和消耗

在實(shí)際后加工生產(chǎn)過(guò)程中，領(lǐng)用大軸原紙需要現(xiàn)場(chǎng)操作人員和統(tǒng)計(jì)員做領(lǐng)用和消耗的記錄和統(tǒng)計(jì)，工作量較大。所以在開(kāi)發(fā)原紙管理系統(tǒng)的流程中，原紙領(lǐng)用和消耗在后臺(tái)作為同一個(gè)動(dòng)作進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

硬件方面，當(dāng)安裝在后加工設(shè)備原紙架上的接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)到有原紙軸上架后，或當(dāng)系統(tǒng)收到有新的原紙軸上了機(jī)架后，原紙管理系統(tǒng)便會(huì)做出RFID讀取動(dòng)作，判斷如果是新的原紙ID號(hào)上架，系統(tǒng)立即向WMS啟動(dòng)領(lǐng)用流程，這樣簡(jiǎn)化了人為干預(yù)的領(lǐng)用流程[5]。

3.6 原紙軸維修流程

大軸原紙的質(zhì)量包含原紙的凈質(zhì)量和原紙軸的質(zhì)量，每條原紙軸的質(zhì)量有差別，而且維修后的質(zhì)量也會(huì)變化，所以當(dāng)新軸投入使用或者維修后，需要重新做一次質(zhì)量標(biāo)定。大軸質(zhì)量標(biāo)定操作簡(jiǎn)單，操作前把待標(biāo)定的紙軸放在地磅上，系統(tǒng)上選定標(biāo)定功能，用手持式讀寫(xiě)器讀取安裝在原紙軸上的RFID芯片，在操作界面上點(diǎn)擊修改，即可以完成原紙軸的質(zhì)量數(shù)據(jù)修改（圖6）。

圖6 大軸質(zhì)量新標(biāo)定界面

3.7 不合格品處理流程

原紙從造紙機(jī)下架后，需要進(jìn)入待檢才可以放行給后加工領(lǐng)用，當(dāng)原紙QC系統(tǒng)（前面提到）檢測(cè)到某軸的原紙達(dá)不到要求后，此軸原紙直接進(jìn)入不合格品處理的流程模塊。

4 功能模塊

原紙管理系統(tǒng)投入使用后，在產(chǎn)量管理、能源管理和產(chǎn)品追溯管理方面都給工廠管理帶來(lái)了提升，以下再介紹一下系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能。

4.1 原紙產(chǎn)量和消耗報(bào)表

此系統(tǒng)投入之前，原紙產(chǎn)量和消耗統(tǒng)計(jì)工作有3方面的缺點(diǎn)：一是數(shù)據(jù)不實(shí)時(shí)和不及時(shí)，二是數(shù)據(jù)有偏差，三是統(tǒng)計(jì)員工作量較大。

圖7 原紙消耗報(bào)表

新系統(tǒng)能夠達(dá)到隨時(shí)和實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量，且能提供多種功能的查詢模式，如按時(shí)間查詢、按種類查詢、按機(jī)臺(tái)查詢等查詢方式，為不同需求提供不同的數(shù)據(jù)方式。

4.2 能源管理報(bào)表

維達(dá)公司在運(yùn)行的能源管理中心，已經(jīng)將現(xiàn)場(chǎng)所有的水、電、氣使用量全部納入管理中，并能完成能源使用報(bào)表。

單位產(chǎn)品能耗的計(jì)算需要兩個(gè)數(shù)據(jù)：一是能耗，二是產(chǎn)量，能管中心可以提供生產(chǎn)過(guò)程中所使用的能源利用值，而原紙管理系統(tǒng)可以按要求統(tǒng)計(jì)出原紙的產(chǎn)量，所以單位產(chǎn)品能耗就可以順利完成計(jì)算。

4.3 追溯功能

原紙管理系統(tǒng)投入運(yùn)行后，完善了產(chǎn)品的追溯鏈，從漿板開(kāi)始，經(jīng)過(guò)碎漿、磨漿、儲(chǔ)漿、上漿到原紙產(chǎn)出，再到后加工上架、成品整條生產(chǎn)鏈，都可以以原紙的ID號(hào)進(jìn)行前后鏈接，把涉及到的人、設(shè)備狀態(tài)、能源狀態(tài)、工藝狀態(tài)、品質(zhì)狀態(tài)等各種管理所需的數(shù)據(jù)全部以時(shí)間和ID號(hào)方式保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，為日后的管理及質(zhì)量追溯提供數(shù)據(jù)[1]。

5 總結(jié)

維達(dá)公司原紙管理系統(tǒng)投入使用后，對(duì)數(shù)字化管理有很大的幫助：

（1）提高工作效率，原紙產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)報(bào)表制定、消耗報(bào)表制定，每天減少統(tǒng)計(jì)員2h的工作時(shí)間。原紙領(lǐng)料全自動(dòng)完成，每天減少機(jī)臺(tái)操作人員領(lǐng)料時(shí)間約3h。由于數(shù)據(jù)可以做到瞬時(shí)提供，負(fù)責(zé)人員排產(chǎn)時(shí)可以實(shí)時(shí)了解當(dāng)前的產(chǎn)量，做出準(zhǔn)確的排產(chǎn)計(jì)劃。

（2）能源管理，目前大部分生活用紙企業(yè)計(jì)算能源單耗基本都是用總能耗除以總產(chǎn)量，這樣的計(jì)算方式方便，但是眾所周知，原紙的單位能耗受原紙定量、蒸汽溫度、環(huán)境溫度、毛毯性能等因素影響，要綜合以上的參數(shù)按時(shí)間計(jì)算出能耗，靠人去計(jì)算相當(dāng)困難。公司的能管中心和原紙管理系統(tǒng)投入運(yùn)行后，可以解決指定周期內(nèi)的能耗和產(chǎn)量的計(jì)算問(wèn)題，這樣形成了一個(gè)包含上述因素的單位能耗的數(shù)據(jù)庫(kù)，隨著時(shí)間推移就可以積累大量的歷史數(shù)據(jù)。通過(guò)這一數(shù)據(jù)庫(kù)，可以迅速判斷當(dāng)前能耗是否合理，對(duì)節(jié)能減排有相當(dāng)大的幫助。

（3）質(zhì)量追溯數(shù)據(jù)化，由于打通了從造紙到后加工的數(shù)據(jù)通道，所以對(duì)兩個(gè)質(zhì)量追溯體系的優(yōu)化起到了關(guān)鍵作用，目前維達(dá)公司的質(zhì)量追溯體系已經(jīng)可以做到從材料到成品的數(shù)據(jù)化管理，大幅提高了品質(zhì)管理工作的效率。