基于集成信息監(jiān)控系統(tǒng)的紡紗智能化管理

陳新鶴 海 洋 李光海 宋均燕

(1.新疆溢達(dá)紡織有限公司，新疆烏魯木齊，830054；2.昌吉溢達(dá)紡織有限公司，新疆昌吉，831100)

近年來(lái)，智能制造已成為紡織業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的突破口和重點(diǎn)領(lǐng)域[1]。以智能生產(chǎn)線(xiàn)為代表的生產(chǎn)過(guò)程智能化是智能制造的核心，生產(chǎn)過(guò)程控制的信息化程度直接決定了工廠(chǎng)的智能化程度。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的興起，ERP等管理軟件的應(yīng)用不斷推廣，功能日臻完善，并采用了一系列新的應(yīng)用模式，更多地與PDM、MES等應(yīng)用系統(tǒng)集成，CRM、SCM在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下更好地發(fā)揮了作用，企業(yè)管理信息化開(kāi)始步入集成、應(yīng)用的新階段。

以昌吉溢達(dá)紡織有限公司為例，該公司于2016年建成的全流程智能紡紗示范項(xiàng)目，為目前國(guó)內(nèi)智能化程度最高的全流程集聚紡生產(chǎn)線(xiàn)之一。項(xiàng)目引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備供應(yīng)商智能化生產(chǎn)設(shè)備，建成一條集自動(dòng)化、智能化、信息化于一體的現(xiàn)代化棉紡生產(chǎn)線(xiàn)[2]。和傳統(tǒng)紡紗生產(chǎn)線(xiàn)相比，工廠(chǎng)管理在信息化方面進(jìn)步顯著，信息傳遞更加及時(shí)準(zhǔn)確，停機(jī)等待時(shí)間減少，甚至能提前預(yù)警和排除設(shè)備故障，手工報(bào)表越來(lái)越少等。但也存在生產(chǎn)線(xiàn)上分布的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)較多，分別有來(lái)自不同生產(chǎn)廠(chǎng)家的蛛網(wǎng)系統(tǒng)、粗細(xì)聯(lián)調(diào)度系統(tǒng)、絡(luò)筒機(jī)管理系統(tǒng)、自動(dòng)包裝管理系統(tǒng)、絡(luò)筒清紗器專(zhuān)家系統(tǒng)、全面測(cè)試中心等。這些獨(dú)立的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)分布分散，不利于生產(chǎn)管理。需要整合各設(shè)備廠(chǎng)商的軟件系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的集成，為生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)提供高效、便捷的數(shù)據(jù)信息。為此，構(gòu)建了溢達(dá)集成信息監(jiān)控系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)IMS)，以實(shí)現(xiàn)完整的信息流、資源優(yōu)化配置、輔助遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化車(chē)間的智能化管理。

1 IMS的構(gòu)架

IMS的基本框架如圖1所示。在采集層主要實(shí)現(xiàn)與設(shè)備層的對(duì)接(含ERP系統(tǒng)對(duì)接)；業(yè)務(wù)層分(準(zhǔn))實(shí)時(shí)監(jiān)控和事后分析(KPI)、電子看板及移動(dòng)應(yīng)用等4大塊功能，并提供預(yù)警、報(bào)警功能，包含的業(yè)務(wù)監(jiān)控有設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控、能源使用情況監(jiān)控、質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控和訂單跟蹤等；系統(tǒng)管理為基礎(chǔ)設(shè)施層，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能；接入層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)使用者的接入，接入方式包括PC接入、PAD接入、MOBILE接入，不同接入方式實(shí)現(xiàn)的功能有不同的裁剪。

2 IMS的功能

以IMS為平臺(tái)，使車(chē)間內(nèi)部的人、機(jī)、料、法、環(huán)等生產(chǎn)要素實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通、互動(dòng)，進(jìn)一步邁向智能化。IMS作為車(chē)間實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”的核心，其強(qiáng)大的融合性與可擴(kuò)展性也使得車(chē)間真正成為了生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)調(diào)度、設(shè)備狀態(tài)與效率在線(xiàn)監(jiān)控、產(chǎn)品質(zhì)量線(xiàn)上精準(zhǔn)把控、車(chē)間環(huán)境智能監(jiān)測(cè)、設(shè)備與生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)協(xié)同的信息化、智能化紡紗工廠(chǎng)，在降低勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，有效提升了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量[3]。

2.1 車(chē)間看板管理

系統(tǒng)采集和處理后的數(shù)據(jù)顯示在車(chē)間中的數(shù)據(jù)看板上，可向一線(xiàn)生產(chǎn)工人及管理人員提供基本的生產(chǎn)情況數(shù)據(jù)，各層管理人員還可通過(guò)安裝APP的方式，在手機(jī)和電腦終端查看相關(guān)信息。如監(jiān)控和對(duì)比生產(chǎn)效率走勢(shì)；監(jiān)控和對(duì)比各班各工序?qū)嶋H產(chǎn)量情況；實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)控各工序不同機(jī)臺(tái)停機(jī)故障情況和報(bào)警，方便生產(chǎn)和設(shè)備保障人員第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)車(chē)間各工序停機(jī)機(jī)臺(tái)并解決問(wèn)題，減少產(chǎn)量損失影響；實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)控細(xì)紗工序總斷頭數(shù)，細(xì)紗千錠時(shí)斷頭數(shù)，空錠和壞錠數(shù)量。

2.2 關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)

生產(chǎn)效率為監(jiān)控紡紗廠(chǎng)生產(chǎn)效率完成情況的核心指標(biāo)。影響因素包括設(shè)備、工藝、操作、原料、環(huán)境等方面?？梢酝ㄟ^(guò)保證設(shè)備的完好性，采取合理的工藝提高速度，減少細(xì)紗斷頭，減少毛羽，提高設(shè)備維修人員、擋車(chē)工、落紗工的勞動(dòng)效率等措施來(lái)提高產(chǎn)能。耗棉系數(shù)為紡紗廠(chǎng)合理控制原材料(棉花)的損耗與浪費(fèi)，節(jié)約制造成本提供有力的數(shù)據(jù)支撐。實(shí)時(shí)平均紗線(xiàn)號(hào)數(shù)的統(tǒng)計(jì)可為前后工序生產(chǎn)線(xiàn)的平衡提供重要依據(jù)。機(jī)臺(tái)責(zé)任人管理可通過(guò)員工綁定機(jī)臺(tái)，了解每個(gè)員工的工序及工作量，判定員工的工作能力。產(chǎn)量查詢(xún)?yōu)樯a(chǎn)相關(guān)部門(mén)提供各種統(tǒng)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)度的總產(chǎn)量指標(biāo)，參與成本控制和勞動(dòng)生產(chǎn)率統(tǒng)計(jì)。同時(shí)也為前后工序生產(chǎn)線(xiàn)的平衡提供重要依據(jù)。

2.3 效率分析

通過(guò)匯總、分析各工序停機(jī)及故障時(shí)間，掌握各工序生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行規(guī)律，制定常發(fā)性、規(guī)律性故障應(yīng)對(duì)措施，將質(zhì)量變異、設(shè)備故障消滅于萌芽狀態(tài)，提高設(shè)備生產(chǎn)效率。通過(guò)對(duì)細(xì)紗機(jī)的總斷頭數(shù)、千錠時(shí)斷頭數(shù)、壞錠數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分類(lèi)、匯總，實(shí)時(shí)展示細(xì)紗機(jī)生產(chǎn)狀況，及時(shí)了解、處理壞錠等異常情況。通過(guò)二級(jí)子系統(tǒng)抓取各班的匯總產(chǎn)量，分析掌握當(dāng)班的實(shí)際生產(chǎn)量，可以根據(jù)不同的時(shí)間段來(lái)匯總分析各班的運(yùn)行情況，提高員工的積極性。按照每月生成各工序制成率報(bào)表和趨勢(shì)圖，用于對(duì)比分析，有利于更好地降低耗棉系數(shù)。按不同時(shí)間段，不同工序匯總統(tǒng)計(jì)機(jī)臺(tái)效率，以便進(jìn)行趨勢(shì)分析，提高設(shè)備利用率，進(jìn)行前后生產(chǎn)工序的平衡和預(yù)警。

2.4 其他功能

員工績(jī)效管理功能匯總員工每天所擋機(jī)臺(tái)的產(chǎn)量來(lái)核算員工績(jī)效。通過(guò)子網(wǎng)系統(tǒng)抓取的機(jī)臺(tái)產(chǎn)量，根據(jù)人員排班、排機(jī)將產(chǎn)量匯總于所擋機(jī)臺(tái)的操作工，根據(jù)匯總的產(chǎn)量輪班排名來(lái)核算績(jī)效。設(shè)備管理功能實(shí)時(shí)顯示工廠(chǎng)的設(shè)備狀態(tài)，當(dāng)機(jī)器設(shè)備為紅色、黃色時(shí)將鼠標(biāo)移到此設(shè)備即可展示報(bào)警原因，單擊設(shè)備可進(jìn)入到機(jī)臺(tái)詳細(xì)信息頁(yè)面。通過(guò)設(shè)備報(bào)警原因分析，及時(shí)、準(zhǔn)確予以處理，提高設(shè)備生產(chǎn)效率。日志查詢(xún)功能主要是班別排班查詢(xún)、人員排班查詢(xún)和人員排機(jī)查詢(xún)等歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)與管理。半制品控制功能可實(shí)時(shí)提供車(chē)間半制品數(shù)據(jù)，保證前紡和后紡供應(yīng)平衡，按不同時(shí)間段自動(dòng)生成半制品報(bào)表，自動(dòng)生成月底盤(pán)存報(bào)表。

3 IMS的應(yīng)用

3.1 生產(chǎn)管理方面

在生產(chǎn)管理方面，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的可視化，車(chē)間一線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)管理工程師利用這些可視化的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析來(lái)指導(dǎo)和優(yōu)化生產(chǎn)。此外在改紡流程優(yōu)化和實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公方面，信息系統(tǒng)的應(yīng)用也助力不少。

以?xún)?yōu)化改紡流程為例，傳統(tǒng)的改紡流程需要超過(guò)4個(gè)部門(mén)，10多人參與，一個(gè)小小的細(xì)紗改紡可能需要將近1.5 h才能完成，中間存在著參與部門(mén)多、信息傳遞不及時(shí)、等待時(shí)間長(zhǎng)等諸多痛點(diǎn)，且所有的聯(lián)系單均是人工紙質(zhì)傳遞，效率低下。借助IMS，我們對(duì)傳統(tǒng)的改紡流程進(jìn)行優(yōu)化，大幅減少參與部門(mén)與人數(shù)，所有紙質(zhì)聯(lián)系單均以系統(tǒng)用電子聯(lián)系單的方式代替。與傳統(tǒng)改紡流程相比，節(jié)約超過(guò)60%的改紡時(shí)間，員工行走路程減少80%，效果提升明顯。

3.2 設(shè)備管理方面

無(wú)論是在單錠監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、故障信息匯總、分類(lèi)解決，還是紡紗專(zhuān)件更換周期追蹤等方面，IMS起到了至關(guān)重要的作用，可以追蹤當(dāng)班細(xì)紗連續(xù)斷頭超過(guò)3次或5次的錠子以及時(shí)檢修維護(hù)；對(duì)于快到周期的專(zhuān)件提前發(fā)出預(yù)警，減少專(zhuān)件超期帶病工作帶來(lái)的麻煩，建立一套完整的數(shù)據(jù)分析體系，以期挖掘基礎(chǔ)數(shù)據(jù)價(jià)值等。

以設(shè)備故障檢修為例，檢修流程對(duì)比如圖2所示。傳統(tǒng)生產(chǎn)線(xiàn)發(fā)生設(shè)備故障，一線(xiàn)擋車(chē)工會(huì)根據(jù)情況報(bào)告給保全工，保全工修理完畢之后會(huì)通知擋車(chē)工開(kāi)車(chē)，擋車(chē)工再找工藝員取樣做試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后開(kāi)具開(kāi)車(chē)單才能正式開(kāi)車(chē)運(yùn)行，中間存在著大量的等待和找人時(shí)間，同時(shí)保全工故障處理時(shí)間不可控，全憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)天狀態(tài)。而借助IMS，對(duì)于發(fā)生的故障，車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)管理工程師會(huì)作出及時(shí)準(zhǔn)確的判斷，對(duì)于簡(jiǎn)單的故障，自己解決；對(duì)于較為復(fù)雜的故障，聯(lián)系設(shè)備解決，設(shè)備解決后再開(kāi)車(chē)，對(duì)于已經(jīng)發(fā)生過(guò)的故障可通過(guò)系統(tǒng)直接找到相應(yīng)的解決辦法，對(duì)于沒(méi)有發(fā)生的故障，通過(guò)總結(jié)后錄入系統(tǒng)，逐步形成一套完整的設(shè)備故障處理知識(shí)體系，大大減少故障停機(jī)維修時(shí)間，不斷提升車(chē)間生產(chǎn)效率。

圖2 設(shè)備故障檢修流程對(duì)比

3.3 人員管理方面

借助IMS，可以改變員工巡回路線(xiàn)，優(yōu)化排班管理，分析員工特點(diǎn)，合理匹配崗位等。員工績(jī)效考核不再存在傳統(tǒng)管理過(guò)程中的不公平現(xiàn)象，而是直接通過(guò)系統(tǒng)導(dǎo)出的多維度數(shù)據(jù)來(lái)比對(duì)，清晰透明，高效公平。

以員工巡回路線(xiàn)改變?yōu)槔?，人員值車(chē)巡回路線(xiàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比如圖3所示。傳統(tǒng)紡紗車(chē)間里面，細(xì)紗員工都是巡回找斷頭、接頭；應(yīng)用IMS的單錠監(jiān)控模塊，員工能夠準(zhǔn)確定位到自己所負(fù)責(zé)機(jī)臺(tái)的斷頭分布情況，從而做出合理的路線(xiàn)規(guī)劃，更加精準(zhǔn)地接頭，減少延時(shí)斷頭，提高效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖3 人員值車(chē)巡回路線(xiàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析前后對(duì)比

3.4 質(zhì)量管理方面

經(jīng)過(guò)不斷的摸索與實(shí)踐，依托USTER測(cè)試儀器及系統(tǒng)，建立了一套完整的質(zhì)量管理體系，質(zhì)量信息流結(jié)構(gòu)清晰、流動(dòng)快速，能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題快速響應(yīng)，快速做出正確的決策。

測(cè)試數(shù)據(jù)整合，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量信息流的流動(dòng)。我公司智能實(shí)驗(yàn)室打破原有的各類(lèi)USTER試驗(yàn)儀器測(cè)試數(shù)據(jù)相互獨(dú)立的壁壘，通過(guò)“全面測(cè)試中心”，實(shí)現(xiàn)半制品WIP離線(xiàn)測(cè)試、絡(luò)筒專(zhuān)家系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整合與處理，真正意義上實(shí)現(xiàn)了各類(lèi)質(zhì)量數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，為質(zhì)量員提供了決策所需的數(shù)據(jù)。

定制化報(bào)表推送，更快更準(zhǔn)確地作出決策。紡紗廠(chǎng)受益于數(shù)據(jù)處理及傳感器技術(shù)的發(fā)展，每天都會(huì)產(chǎn)生大量的質(zhì)量信息數(shù)據(jù)，復(fù)雜且多樣，在智能實(shí)驗(yàn)室，依托“全面測(cè)試中心”能夠在第一時(shí)間篩選出關(guān)鍵KPI數(shù)據(jù)，加以分析并作出決策，紡紗廠(chǎng)質(zhì)量員能夠?qū)⒏嗟臅r(shí)間用來(lái)思考、改善，不用花費(fèi)大量時(shí)間遴選有用數(shù)據(jù)。

異常數(shù)據(jù)報(bào)警-防呆法，全面監(jiān)控質(zhì)量數(shù)據(jù)。智能實(shí)驗(yàn)室在監(jiān)控半制品WIP及絡(luò)筒清紗器在線(xiàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)生產(chǎn)中的異常數(shù)據(jù)(異常數(shù)據(jù)體現(xiàn)為質(zhì)量超標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)波動(dòng))進(jìn)行報(bào)警，打破原有的數(shù)據(jù)上下限異常報(bào)警模式，結(jié)合數(shù)據(jù)趨勢(shì)穩(wěn)定性報(bào)警來(lái)加強(qiáng)監(jiān)控。進(jìn)行全面的控制能夠預(yù)防和監(jiān)測(cè)質(zhì)量的異常，保證紗線(xiàn)質(zhì)量。

模擬布面。智能實(shí)驗(yàn)室涵蓋了從棉纖維檢測(cè)、半制品WIP測(cè)試、成品紗測(cè)試、專(zhuān)家系統(tǒng)在線(xiàn)質(zhì)量監(jiān)控等各個(gè)方面，是整個(gè)紡紗廠(chǎng)質(zhì)量控制的心臟?；诟黝?lèi)交互數(shù)據(jù)的分析、建模，結(jié)合USTER多年紡紗的經(jīng)驗(yàn)，“全面測(cè)試中心”從織物外觀(guān)、織造性能、抗起毛起球三個(gè)方面實(shí)時(shí)對(duì)紗線(xiàn)進(jìn)行等級(jí)預(yù)判，同時(shí)在線(xiàn)生成紗線(xiàn)黑板及模擬布面，使得紗線(xiàn)在生產(chǎn)過(guò)程中就能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測(cè)布面表現(xiàn)。

4 展望

集成信息監(jiān)控系統(tǒng)從搭建、試運(yùn)行、不斷更新到正式投入使用與逐步應(yīng)用的過(guò)程中，我們走了很多彎路，最終取得了卓越的成效。但無(wú)論是智能化設(shè)備的使用，還是集成信息監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，先進(jìn)的生產(chǎn)線(xiàn)都要有與之相匹配的現(xiàn)代人才培養(yǎng)模式，建立人才培訓(xùn)中心，實(shí)現(xiàn)知識(shí)管理，逐步實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)擋車(chē)工向現(xiàn)場(chǎng)管理工程師的轉(zhuǎn)變；打破人員、設(shè)備和數(shù)據(jù)之間壁壘，實(shí)現(xiàn)人機(jī)結(jié)合，向著精益大生產(chǎn)的創(chuàng)新管理模式發(fā)展，這是未來(lái)工廠(chǎng)管理的發(fā)展方向；不管是自動(dòng)化、信息化還是智能化、智慧化、無(wú)人化，工廠(chǎng)的基礎(chǔ)管理與建設(shè)依舊很重要?；ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代也是數(shù)據(jù)信息爆炸的時(shí)代，每條生產(chǎn)線(xiàn)都能帶來(lái)無(wú)盡的數(shù)據(jù)與信息，唯有將數(shù)據(jù)與信息轉(zhuǎn)化為價(jià)值，升華為智慧，才能讓紡織智能化工廠(chǎng)“數(shù)盡其用，智慧轉(zhuǎn)型”。