卷煙工廠物料數(shù)字化管理模型與應(yīng)用

邵書音 羅志雪 湯圣楠 王錦金

摘? 要：針對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的卷煙工業(yè)企業(yè)在多牌號(hào)同時(shí)生產(chǎn)且頻繁換牌條件下確保零差錯(cuò)、高效率和低庫(kù)存這一多目標(biāo)管理要求時(shí)面臨的困難和挑戰(zhàn)，文章分析了卷煙生產(chǎn)業(yè)務(wù)模型、生產(chǎn)批次組織模型、過(guò)程物料屬性和過(guò)程管控策略，在此基礎(chǔ)上討論了基于物料數(shù)據(jù)流的智能化物料管理流程，構(gòu)建了物料數(shù)字化管理模型，并討論了相關(guān)應(yīng)用及效果。為卷煙工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能工廠構(gòu)建提供了一套較為有效的物料數(shù)據(jù)化管理方法和模型。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化轉(zhuǎn)型;批次;物料數(shù)據(jù)流;管理模型

中圖分類號(hào)：TP29? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）22-0144-05

Material Digital Management Model and Its Application in Cigarette Factory

SHAO Shuyin，LUO Zhixue，TANG Shengnan，WANG Jinjin

（Xiamen Tobacco Industrial Co.，Ltd.，Xiamen? 361004，China）

Abstract：Aiming at the difficulties and challenges faced by the cigarette industry enterprises in the digital transformation to ensure zero error，high efficiency and low inventory under the conditions of multi-brand simultaneous production and frequent licensing changes，the multi-objective management requirements. The article analyzes the cigarette production business model，production batch organization model，process material attributes and process control strategy. On this basis，it discusses the intelligent material management process based on material data flow，builds a material digital management model，and discusses related application and effect. It provides a set of effective material data management method and model for the digital transformation of cigarette factory and the construction of intelligent factory.

Keywords：digital transformation;batch;material data flow;management model

0? 引? 言

卷煙工廠在新一輪數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí)中，從端到端流程入手構(gòu)建新一代數(shù)字化管控平臺(tái)，全面梳理優(yōu)化企業(yè)業(yè)務(wù)架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)，以支持全面管理提升和智慧升級(jí)[1，2]。智能工廠依賴生產(chǎn)過(guò)程高度自動(dòng)化、可視化、精益化，物料流與生產(chǎn)過(guò)程融為一體，通過(guò)智能調(diào)度組成一個(gè)自適應(yīng)、反饋靈敏、可靠性強(qiáng)、可信賴的智能制造生態(tài)系統(tǒng)。而這一切都要求生產(chǎn)各階段投入和產(chǎn)出的物料以及加工狀態(tài)能夠被各類系統(tǒng)感知與控制，通過(guò)過(guò)程與物料、過(guò)程與市場(chǎng)之間的互聯(lián)互通、靈敏感知與控制，確保產(chǎn)品滿足更加靈活和個(gè)性化的市場(chǎng)需求。因此，實(shí)現(xiàn)工廠物料數(shù)字化管理是企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化的前提條件。

1? 卷煙工廠物料數(shù)字化管理現(xiàn)狀

1.1? 現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

卷煙工廠物料包括煙草原料、配方煙絲、模塊煙絲、摻配物、煙用材料、濾棒、香精香料、卷煙在制品及成品等。以廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱廈煙公司）為例，每天生產(chǎn)10余個(gè)品牌規(guī)格產(chǎn)品，涉及100余種各類物料，生產(chǎn)線上物料需求頻繁切換以滿足多牌號(hào)多規(guī)格同時(shí)生產(chǎn)要求。物料品類眾多、標(biāo)識(shí)與包裝儲(chǔ)運(yùn)方式各異且保質(zhì)期長(zhǎng)短不一。生產(chǎn)組織難度和復(fù)雜度較高。

煙草行業(yè)自成體系，產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)。卷煙工廠的物料涉及農(nóng)、工、商等多環(huán)節(jié)，如圖1所示。卷煙工廠需要有效管控物料在各環(huán)節(jié)的質(zhì)量狀態(tài)以滿足制程來(lái)料要求，過(guò)程控制需要將工藝過(guò)程與上下游相關(guān)過(guò)程工藝設(shè)備參數(shù)、質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)、物料狀態(tài)等數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)在制品關(guān)聯(lián)起來(lái)分析控制，才能保證產(chǎn)品均質(zhì)化。不管是物料精準(zhǔn)調(diào)度還是跨過(guò)程質(zhì)量保證，都高度依賴全程物料數(shù)字化管理來(lái)實(shí)現(xiàn)物料的系統(tǒng)可感知、可控制、可反饋。但物料數(shù)字化管理在實(shí)踐中存在一系列制約因素，主要體現(xiàn)在：

（1）物料管理缺乏系統(tǒng)規(guī)劃。物料管理顆粒度大小不一，缺乏統(tǒng)一管理標(biāo)準(zhǔn);

（2）物料數(shù)字化標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。不同過(guò)程物料標(biāo)識(shí)介質(zhì)及技術(shù)各異;

（3）缺乏跨產(chǎn)業(yè)鏈的物料編碼標(biāo)準(zhǔn)。不同過(guò)程、上下游產(chǎn)業(yè)鏈之間物料數(shù)據(jù)未能共享;

（4）跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成架構(gòu)不夠完整。各過(guò)程之間、上下游產(chǎn)業(yè)間數(shù)據(jù)未能充分關(guān)聯(lián)。

以上問(wèn)題往往導(dǎo)致各產(chǎn)業(yè)鏈間以及產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)各過(guò)程無(wú)法有效互聯(lián)互通，特別是跨工廠、跨過(guò)程之間的物料在流動(dòng)時(shí)無(wú)法鏈接物料屬性數(shù)據(jù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全過(guò)程的物料精細(xì)化管控，特別是產(chǎn)品回溯與關(guān)聯(lián)物料處置時(shí)無(wú)法快速定位問(wèn)題產(chǎn)品及其影響范圍。

1.2? 發(fā)展趨勢(shì)

企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，卷煙工廠將沿著智能化、柔性化、精益化方向發(fā)展，具備成本最低、效益最高、質(zhì)量最可靠、設(shè)備利用率綜合最優(yōu)的敏捷響應(yīng)訂單的能力。這依賴過(guò)程內(nèi)部、過(guò)程之間、產(chǎn)業(yè)鏈之間的高效協(xié)同。企業(yè)ERP根據(jù)訂單逐級(jí)分解出原輔料、香精香料、成品煙絲需求，再進(jìn)一步分解成各類原料、配方煙絲、梗絲、香原料的需求，進(jìn)而根據(jù)各類制造標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行快速調(diào)度與加工。物料種類、數(shù)量、特性、關(guān)聯(lián)關(guān)系、加工要求和加工結(jié)果能實(shí)時(shí)被智能調(diào)度和生產(chǎn)管理系統(tǒng)識(shí)別，以滿足過(guò)程控制需要，如圖2所示。物料準(zhǔn)確調(diào)度和管理需要實(shí)現(xiàn)實(shí)體物料流和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流相互轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全過(guò)程的透明化和可視化。解決以上問(wèn)題的關(guān)鍵是根據(jù)各類物料的自身質(zhì)量特性和加工工藝特征建立物料數(shù)字化管理模型，以此為基礎(chǔ)形成一套系統(tǒng)的方法跟蹤物料流動(dòng)并對(duì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)各過(guò)程精細(xì)化管控。

2? 卷煙工廠物料數(shù)字化管理模型

2.1? 卷煙生產(chǎn)業(yè)務(wù)模型

卷煙生產(chǎn)組織模型分為物理模型和邏輯模型，兩種類型如圖3（a）、圖3（b）所示[3，4]。卷煙產(chǎn)品由原料、煙用材料和在制品構(gòu)成的一個(gè)層次化、單元化的樹形結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行描述。生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)用樹形結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)清單進(jìn)行層次化、結(jié)構(gòu)化表述，每一層級(jí)的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)加工單元及對(duì)應(yīng)的工藝配方標(biāo)準(zhǔn)單元，如圖3（c）所示。其中，數(shù)據(jù)歸集表示在制品數(shù)據(jù)歸集到加工單元、管理單元、批次。

（a）工廠物理模型

（b）生產(chǎn)邏輯模型

（c）卷煙產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、加工單位、批次組織邏輯模型

卷煙生產(chǎn)業(yè)務(wù)模型包含了原料加工、煙用材料采購(gòu)與供應(yīng)、制絲生產(chǎn)、卷接與包裝、物流與調(diào)撥等過(guò)程。依托各過(guò)程具體業(yè)務(wù)流程，根據(jù)生產(chǎn)組織模型逐一建立子業(yè)務(wù)模型，如圖4所示，最終形成工廠完整業(yè)務(wù)模型。

2.2? 卷煙生產(chǎn)批次組織模型

以最小生產(chǎn)管理單元為原則對(duì)卷煙生產(chǎn)過(guò)程劃分批次管理單元。以廈煙公司為例，共劃分構(gòu)建了19種批次管理單元并進(jìn)行邏輯關(guān)聯(lián)，形成自原輔料入廠至卷煙成品的全過(guò)程批次組織模型網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示，具體為原料倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程構(gòu)建了打葉復(fù)烤批、到貨批、垛位批;輔料過(guò)程構(gòu)建了到貨批、質(zhì)量批;制絲過(guò)程構(gòu)建了葉片批、葉絲批、加香批、梗絲批、膨絲批;料香調(diào)制過(guò)程構(gòu)建了料液調(diào)制批、香液調(diào)制批;卷包過(guò)程構(gòu)建了卷包生產(chǎn)批、件煙成品批、離線煙支批、離線濾棒批等批次。卷煙工廠通過(guò)生產(chǎn)批次組織模型構(gòu)建統(tǒng)一物料管理顆粒度和流程，形成卷煙加工過(guò)程互聯(lián)互通的業(yè)務(wù)模型網(wǎng)格。

2.3? 物料數(shù)字化標(biāo)識(shí)

2.3.1? 離散物料

離散物料指離線離機(jī)臺(tái)且具有單獨(dú)包裝或容器的物料，如：一箱片煙、一包商標(biāo)紙、一卷卷煙紙、一盒濾棒、一盤煙支。利用可被系統(tǒng)識(shí)別的標(biāo)簽介質(zhì)對(duì)離散物料進(jìn)行數(shù)字化標(biāo)識(shí)管理，可根據(jù)使用環(huán)境及過(guò)程特性靈活采用條形碼、二維碼、RFID等標(biāo)識(shí)介質(zhì)[5]對(duì)物料進(jìn)行數(shù)字化標(biāo)識(shí)。物料具備數(shù)字化標(biāo)識(shí)后，生產(chǎn)管理系統(tǒng)以此為媒介導(dǎo)通內(nèi)部相鄰過(guò)程以及上下游加工單元并執(zhí)行過(guò)程控制，將批次間各時(shí)間節(jié)點(diǎn)物料、生產(chǎn)過(guò)程聯(lián)系在一起。

2.3.2? 批次物料

煙草行業(yè)卷煙工廠目前基本實(shí)現(xiàn)按各種批次屬性進(jìn)行物料管理和生產(chǎn)組織。批次物料指具備同一屬性的一組物料[6-8]。批次標(biāo)識(shí)就是對(duì)一組物料的標(biāo)識(shí)，在制造執(zhí)行系統(tǒng)中以物料加工時(shí)間軸為基準(zhǔn)建立該組物料的唯一性標(biāo)識(shí)，制造執(zhí)行系統(tǒng)識(shí)別離散物料和批次物料并進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)后建立起物料數(shù)據(jù)流。首先根據(jù)過(guò)程管控需要依據(jù)一定規(guī)則進(jìn)行物料分組，即批次劃分：

（1）最小包裝單元;

（2）最小管理單元;

（3）最小生產(chǎn)單元。

卷煙生產(chǎn)過(guò)程典型批次劃分如表1所示。批次劃分后在生產(chǎn)系統(tǒng)中用時(shí)間戳來(lái)標(biāo)識(shí)批頭和批尾，采用一組唯一性代碼標(biāo)識(shí)。加工過(guò)程基于如圖5所示的批次組織模型進(jìn)行物料調(diào)度和生產(chǎn)組織。

2.3.3? 編碼規(guī)則

如前文所述，物料標(biāo)識(shí)存在離散物料標(biāo)識(shí)和批次物料標(biāo)識(shí)兩種類型。批次標(biāo)識(shí)主要服務(wù)于生產(chǎn)內(nèi)部過(guò)程，主要關(guān)注唯一性;離散物料標(biāo)識(shí)涉及不同過(guò)程，既要唯一性，還要能承載過(guò)程關(guān)鍵信息。如片煙原料標(biāo)識(shí)除唯一性外還要能解析出打葉復(fù)烤生產(chǎn)班次等信息;煙用材料標(biāo)識(shí)需要能夠解析出生產(chǎn)日期班次、機(jī)臺(tái)、卷組盤等信息。因此企業(yè)需要制定一套標(biāo)準(zhǔn)化的編碼規(guī)范以滿足物料數(shù)字化管理的需要。

2.4? 物料數(shù)字化管理模型

構(gòu)建卷煙工廠物料數(shù)字化管理模型首先應(yīng)分析工廠業(yè)務(wù)模型，再構(gòu)建批次組織模型，通過(guò)物料數(shù)字化標(biāo)識(shí)形成批次數(shù)據(jù)流。進(jìn)而利用批次數(shù)據(jù)流進(jìn)行物料防差錯(cuò)控制、過(guò)程管控、庫(kù)存管理、產(chǎn)品追溯管理、質(zhì)量分析、工藝研究等一系列應(yīng)用。

2.4.1? 卷煙工廠批次數(shù)據(jù)流

描述物料本身特性及加工過(guò)程特性的重要信息和物料之間進(jìn)行歸屬對(duì)應(yīng)，形成與物料流相匹配的物料數(shù)據(jù)流，以滿足加工過(guò)程建模以及過(guò)程監(jiān)視測(cè)量、分析評(píng)價(jià)的需求。描述加工過(guò)程特性的信息包含各類離線和在線檢測(cè)數(shù)據(jù)、加工過(guò)程數(shù)據(jù)、物流狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、作業(yè)行為、消費(fèi)者數(shù)據(jù)[9]。通過(guò)物料標(biāo)識(shí)和批次標(biāo)識(shí)以及它們之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行批次數(shù)據(jù)歸集[10，11]。在卷煙生產(chǎn)批次組織模型的基礎(chǔ)上，形成卷煙生產(chǎn)批次數(shù)據(jù)流，如圖6所示。

2.4.2? 模型特征

在卷煙生產(chǎn)批次數(shù)據(jù)流基礎(chǔ)上形成卷煙工廠物料數(shù)字化管理模型，通過(guò)模型建立匯集了從原料物料數(shù)據(jù)到過(guò)程在制品數(shù)據(jù)，再到煙用材料物料數(shù)據(jù)的批次過(guò)程數(shù)據(jù)流，模型將物料信息、帶有時(shí)間戳的所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和聯(lián)結(jié)，使得原本較為獨(dú)立的物料通過(guò)批次ID關(guān)聯(lián)起來(lái)，將物料數(shù)據(jù)、過(guò)程主數(shù)據(jù)、物流交接過(guò)程數(shù)據(jù)、事件及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等匯聚在一起，形成智能批次數(shù)據(jù)庫(kù)。利用智能批次數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)物料智能調(diào)度、防差錯(cuò)管理、過(guò)程管控、質(zhì)量分析、追溯管理等生產(chǎn)全過(guò)程物料數(shù)字化管理。

3? 數(shù)字化管理模型應(yīng)用

廈煙公司借助以上模型銜接了物料在原輔料供應(yīng)商、工廠、商業(yè)公司之間的過(guò)程參數(shù)和物料信息，為全程批次管理提供完整過(guò)程管控和追溯管理主線。通過(guò)梳理每類物料流動(dòng)、生產(chǎn)工序的指標(biāo)管控要求，輸出對(duì)末端因素預(yù)測(cè)預(yù)警等管控要求，借助批次信息串聯(lián)，形成物料流、管控活動(dòng)、歷史記錄的批制造信息流并以此為基礎(chǔ)支撐全過(guò)程追溯與查詢，支撐風(fēng)險(xiǎn)管理、防差錯(cuò)管理、指標(biāo)和末端因素管控、批次綜合分析等管理綜合應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)基于“智能化、精細(xì)化、協(xié)同化”的企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，如圖7所示。

通過(guò)模型應(yīng)用，一方面形成了產(chǎn)品全過(guò)程的批次數(shù)據(jù)流，增強(qiáng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)過(guò)程的感知和管控能力;另一方面通過(guò)各過(guò)程有機(jī)關(guān)聯(lián)的物料和過(guò)程信息可快速追蹤查詢制造歷史，為質(zhì)量處置和分析提供依據(jù)。

4? 結(jié)? 論

通過(guò)卷煙生產(chǎn)組織和業(yè)務(wù)模型以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流分析，建立了卷煙工廠物料數(shù)字化管理模型并討論了相關(guān)應(yīng)用，為卷煙工業(yè)企業(yè)在新一輪數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)中更好夯實(shí)企業(yè)數(shù)字化管理基礎(chǔ)提供一套系統(tǒng)的物料數(shù)字化管理模型并討論了應(yīng)用案例。物料數(shù)字化管理使得卷煙工廠上下游產(chǎn)業(yè)之間聯(lián)系更加緊密，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)間無(wú)縫協(xié)同與協(xié)作，提高企業(yè)基于數(shù)據(jù)的決策管理能力，是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型必經(jīng)之路。

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作者簡(jiǎn)介：邵書音（1968—），男，漢族，福建廈門人，工程師，本科，研究方向：生產(chǎn)管理及研究;通訊作者：羅志雪（1976—），男，漢族，福建龍巖人，高級(jí)工程師，本科，研究方向：生產(chǎn)管理。