大數(shù)據(jù)在車間制造管控過程中的可視化應(yīng)用

■ 張瑞東 康龍 / 中國航發(fā)東安

隨著數(shù)據(jù)可視化概念的普及，通過信息化系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來輔助管理的概念深入人心，對數(shù)據(jù)價值的挖掘分析也深入到企業(yè)的各個領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用正在改變著傳統(tǒng)企業(yè)的經(jīng)營模式。

大數(shù)據(jù)技術(shù)是一系列技術(shù)的總稱，集合了數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理與分析、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)可視化等技術(shù)內(nèi)容，是一個龐大而復(fù)雜的技術(shù)體系。根據(jù)大數(shù)據(jù)從來源到應(yīng)用傳輸?shù)牧鞒?，可以將大?shù)據(jù)技術(shù)分為數(shù)據(jù)收集層、數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)治理與建模層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層，如圖1所示。近年來，大數(shù)據(jù)技術(shù)在電商、金融、通信等行業(yè)被廣泛應(yīng)用，取得了長足的發(fā)展。而在制造業(yè)領(lǐng)域，由于在數(shù)據(jù)積累和數(shù)據(jù)的廣度上還不夠，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展還較為緩慢。目前絕大多數(shù)制造企業(yè)的數(shù)據(jù)應(yīng)用都針對企業(yè)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，在外部數(shù)據(jù)取得上比較困難，但隨著制造技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代化管理理念的普及，企業(yè)的運(yùn)營將越來越依賴信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)框架為大數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供了一種通用的架構(gòu)，但具體還需要根據(jù)行業(yè)領(lǐng)域、企業(yè)技術(shù)積累以及業(yè)務(wù)場景，從業(yè)務(wù)需求、產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)選型到實現(xiàn)方案等流程上具體問題具體分析，利用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，進(jìn)一步深入，形成更為明確的應(yīng)用，包括基于大數(shù)據(jù)的交易與共享、基于開發(fā)平臺的大數(shù)據(jù)應(yīng)用、基于大數(shù)據(jù)的工具應(yīng)用等。由此可見，數(shù)據(jù)可視化是實現(xiàn)智能制造的重要環(huán)節(jié)。

圖1 大數(shù)據(jù)技術(shù)框架

車間制造數(shù)據(jù)可視化的建設(shè)目標(biāo)和內(nèi)容

建設(shè)車間制造管控數(shù)據(jù)可視化，是為更好地契合車間制造的智能化發(fā)展，有效利用數(shù)據(jù)資產(chǎn)，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)價值，并將先進(jìn)的制造技術(shù)、信息技術(shù)、智能技術(shù)進(jìn)行深度融合和綜合展示，從而滿足智能化發(fā)展的要求，解決車間生產(chǎn)管控中數(shù)據(jù)分散、處理延時、信息匯集滯后等一系列問題，從而構(gòu)建可視化應(yīng)用為車間的運(yùn)營管控提供有效的支撐。借助可視化組件及大數(shù)據(jù)技術(shù)，以應(yīng)用需求為驅(qū)動構(gòu)建各類生產(chǎn)可視化及生產(chǎn)預(yù)測性分析應(yīng)用，通過將可視化技術(shù)與車間主流流程業(yè)務(wù)融合，形成反饋循環(huán)模型，提高企業(yè)車間內(nèi)部信息交互和協(xié)同制造的水平。同時通過引入可視化數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)以人為中心的知識獲取、提煉，為車間精益生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。

為達(dá)到上述目標(biāo)，建設(shè)內(nèi)容應(yīng)包括搭建車間級制造管控綜合管理平臺，逐步實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動獲取，提升數(shù)據(jù)管理的準(zhǔn)確性、時效性和可用性；加強(qiáng)數(shù)據(jù)資源整合，以滿足車間內(nèi)生產(chǎn)管理、輔助決策的需求，為公司企業(yè)級快速建設(shè)及發(fā)展奠定基礎(chǔ)。具體而言就是搭建一個統(tǒng)一的、可擴(kuò)展的、可視性強(qiáng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理和展現(xiàn)平臺；結(jié)合AEOS理念，從生產(chǎn)計劃、質(zhì)量監(jiān)控、生產(chǎn)績效、生產(chǎn)保障等多個方面，反饋車間管理的實時狀態(tài)，為高層、中層管理者提供定制化的制造數(shù)據(jù)分析呈現(xiàn)平臺，其中應(yīng)包含生產(chǎn)任務(wù)預(yù)估、績效分析、產(chǎn)能分析、生產(chǎn)進(jìn)度分析、加工過程質(zhì)量監(jiān)控及分析、車間全景式監(jiān)控等應(yīng)用。

車間制造數(shù)據(jù)可視化解決方案

設(shè)計原則

為企業(yè)管理者提供對外形象宣傳和對內(nèi)運(yùn)營管控的統(tǒng)一視圖，通過企業(yè)運(yùn)營狀況的實時、全域、立體展示，實現(xiàn)企業(yè)運(yùn)營的“穿透”管理，有效解決管理者“看得見、看得清、看得遠(yuǎn)”的問題，為企業(yè)資產(chǎn)經(jīng)營管理、生產(chǎn)運(yùn)營管理、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等重大決策提供支持。

以可視化為目標(biāo)，集成現(xiàn)有信息系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，整個車間制造管控可視化建設(shè)圍繞著“可視化”的目標(biāo)，實時反映生產(chǎn)狀態(tài)，快速識別生產(chǎn)風(fēng)險，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，拉動問題快速解決，保證生產(chǎn)按計劃執(zhí)行。

以企業(yè)管理者視角為切入點(diǎn)，立足車間運(yùn)營現(xiàn)狀，整合跨域資源，統(tǒng)籌企業(yè)全局，構(gòu)建以車間戰(zhàn)略目標(biāo)為導(dǎo)向，以主價值鏈為主線，以管理支撐為依托的“穿透”管理機(jī)制，促進(jìn)企業(yè)核心競爭力提升。

以個人電腦、大屏幕為主要視覺展示手段，實現(xiàn)車間運(yùn)營可視化展示的高效性、快捷性和多樣性。

應(yīng)用架構(gòu)

系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為業(yè)務(wù)系統(tǒng)和可視化兩部分。業(yè)務(wù)系統(tǒng)作為承載數(shù)據(jù)展示和流程處理的載體，基于制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理（MES）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）、SAP企業(yè)管理系列軟件等多個系統(tǒng)實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的主要管控，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)大部分也來自于相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)主要包括業(yè)務(wù)系統(tǒng)層（提供權(quán)威的生產(chǎn)分析性數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)存儲層（保存業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)）、業(yè)務(wù)實現(xiàn)層（數(shù)據(jù)抽取、建模、可視化分析）、數(shù)據(jù)展示層（可視化數(shù)據(jù)分析結(jié)果展示），如圖2所示。

車間制造數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用實踐

可視化指標(biāo)看板

針對車間內(nèi)部信息流通緩慢、信息透明度不足的問題，采用可視化指標(biāo)看板可以有效促進(jìn)車間內(nèi)部的信息流通和協(xié)同工作?？梢暬笜?biāo)看板展示內(nèi)容主要包括車間績效實時反饋、計劃跟蹤、生產(chǎn)調(diào)度管理、問題快反跟蹤、車間產(chǎn)線等多維度分析，如圖3所示。

圖2 車間數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用架構(gòu)示意

圖3 車間制造數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用示例

車間績效可以實時展示車間員工績效記錄，使作業(yè)人員直觀知悉和比較，明確各自績效信息詳情，旨在通過目標(biāo)績效的可視化管理使車間內(nèi)部形成目標(biāo)一致、緊追互趕的合作團(tuán)隊，同時也利于車間領(lǐng)導(dǎo)對車間員工的支持和工作情況的及時了解。

計劃跟蹤的主要功能就是通過車間大屏展示的形式向管理人員提供生產(chǎn)任務(wù)額批次計劃完成情況，幫助管理者及時知悉車間內(nèi)部生產(chǎn)過程和計劃完成情況。

生產(chǎn)調(diào)度管理是基于公司內(nèi)部局域網(wǎng)建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)全過程信息化，對于異常進(jìn)行預(yù)警和告警，通過大數(shù)據(jù)分析，全面掌握車間產(chǎn)線飽和程度、產(chǎn)品質(zhì)量、訂單處理能力等。

車間產(chǎn)線則是在車間現(xiàn)場放置大屏幕看板，通過看板內(nèi)容及時反映出各個不同班組的工作狀態(tài)信息等，管理人員可以在第一時間對裝配問題進(jìn)行解決，從而減少處理問題的時間，使裝配效率得到最大化。

可視化數(shù)據(jù)挖掘

為了實現(xiàn)企業(yè)“協(xié)同制造、精益生產(chǎn)”的要求，需要不斷對車間生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化。一旦發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的瓶頸，應(yīng)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，實現(xiàn)生產(chǎn)信息實時交互、生產(chǎn)過程透明的管理，結(jié)合企業(yè)實際需要，對企業(yè)車間生產(chǎn)管理提供各種可視化表示，做到對生產(chǎn)計劃制訂情況、執(zhí)行情況、工段作業(yè)情況、質(zhì)量和設(shè)備等幾乎所有的生產(chǎn)信息進(jìn)行綜合分析展示，為車間層的管理和決策提供可靠的量化數(shù)據(jù)。

如果傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘完全依賴機(jī)器智能來獲取數(shù)據(jù)中的知識，則理論模型和算法復(fù)雜，學(xué)習(xí)過程時間長，而且機(jī)器智能在面臨許多復(fù)雜情況時仍然遠(yuǎn)不及人腦水平。此外，數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果通常也會受到多方面的因素干擾，必須經(jīng)過人工解釋和濾波，而這都需要高效的人工交互界面才能完成。

在數(shù)據(jù)挖掘過程中，使用可視化技術(shù)，可以幫助用戶更緊密地參與到整個數(shù)據(jù)挖掘過程中，更好地發(fā)揮人的感知與判斷能力，使數(shù)據(jù)挖掘過程從以計算機(jī)為中心轉(zhuǎn)向以人為中心。可視化的引入使整個數(shù)據(jù)挖掘的過程清晰可見。

車間制造數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用效果

大數(shù)據(jù)在車間制造管控過程中的可視化應(yīng)用融入了很多的技術(shù)及管理方面的創(chuàng)新點(diǎn)，包括利用豐富強(qiáng)大的人機(jī)交互界面，快速搭建前端分析界面和分析流程，可以在短時間內(nèi)針對可分析數(shù)據(jù)進(jìn)行實時展現(xiàn)，縮短了周期，降低了因車間生產(chǎn)管控所造成的成本損耗，最大限度地優(yōu)化工作模式；通過輕量級解決方案實現(xiàn)靈活的大數(shù)據(jù)可視化，數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)處理、元數(shù)據(jù)管理相互松耦合；構(gòu)建了車間級的統(tǒng)一信息展示平臺，面向管理層構(gòu)建了標(biāo)準(zhǔn)的展示規(guī)范，建立統(tǒng)一的展示平臺，同時促進(jìn)了相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)“表達(dá)層”的建設(shè)。也正是因為有了這些創(chuàng)新點(diǎn)的融入，才使得車間的運(yùn)營管控及生產(chǎn)建設(shè)過程規(guī)范且能保證高效產(chǎn)出，為車間運(yùn)營及企業(yè)的良好發(fā)展奠定了扎實的基礎(chǔ)。

結(jié)束語

在大數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)時代，企業(yè)從傳統(tǒng)的流程式管理方式過渡到基于數(shù)據(jù)的管理方式將會成為必然的趨勢，大數(shù)據(jù)可視化能夠幫助分析人員對數(shù)據(jù)有更全面的認(rèn)識。數(shù)據(jù)可視化的發(fā)展，將改變傳統(tǒng)的管理方式，讓數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)更及時、更直觀、更簡單，同時讓數(shù)據(jù)的管理更客觀、針對性更強(qiáng)。掌握并利用大數(shù)據(jù)，有助于實現(xiàn)精細(xì)化運(yùn)營、提升企業(yè)的競爭力、激發(fā)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新活力。