數(shù)字化交班管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

楊曉娜 黃 河 李云豪

（廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530001）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，人們對智能工廠、智能分析的需求也越來越高。目前，南寧卷煙廠制絲車間的設(shè)備已具備基礎(chǔ)的自動化控制，且能對過程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并逐步向大數(shù)據(jù)分析和智能控制方向發(fā)展。但車間生產(chǎn)信息的記錄、流轉(zhuǎn)，以及維修故障記錄等仍采用紙質(zhì)記錄的方式，對信息流轉(zhuǎn)的及時性會產(chǎn)生影響，不利于信息的統(tǒng)計和分析。迫切需要對系統(tǒng)的建設(shè)方式進(jìn)行優(yōu)化。目前，國內(nèi)有學(xué)者對此進(jìn)行研究。王維龍［1］、鄒旺等［2］通過安裝在設(shè)備上的傳感器來對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析；何貴川等［3］對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和分析進(jìn)行研究；翟傳祥［4］借助條碼標(biāo)識對工裝檢定、庫存、使用、維修、報廢的工裝實物進(jìn)行管理，實現(xiàn)車間數(shù)字化管理應(yīng)用；陳亮等［5］以某企業(yè)制造車間工程質(zhì)量管理為例，實現(xiàn)對智能車間質(zhì)量數(shù)據(jù)的集成及可視化分析平臺的設(shè)計；張志剛等［6］通過對RFID技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究，實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場信息的實時采集；惠旋［7］通過對航天企業(yè)目前面臨著單件研制、多品種小批量制造、定型產(chǎn)品規(guī)模批產(chǎn)等生產(chǎn)任務(wù)交叉特點進(jìn)行介紹，并提出HT公司基于數(shù)字化制造技術(shù)的生產(chǎn)管理優(yōu)化方案。

綜上所述，已有的相關(guān)文獻(xiàn)是圍繞如何實現(xiàn)對底層數(shù)據(jù)的采集和系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計，而本研究是在現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過設(shè)計數(shù)字化交接班系統(tǒng)，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，助力企業(yè)決策，并找到紙質(zhì)信息流轉(zhuǎn)的替代方式，從而實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)流程的信息化。

1 現(xiàn)場信息化管理需求

煙絲的生產(chǎn)流程為煙葉出庫、切片回潮、葉片加料、切絲、烘絲、摻配、加香、梗投料、水洗、潤梗、加料、切梗、烘梗等，每一個工序中的制絲集控已實現(xiàn)對過程工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的采集。員工可根據(jù)工藝要求在紙質(zhì)交班本中記錄每批煙的過程檢驗數(shù)據(jù)，如每個工序及每批煙的料頭、料中、料尾時刻，并對入口水分、入口溫度、烘絲溫度等工藝參數(shù)進(jìn)行記錄。而紙質(zhì)信息的記錄存在以下2個問題。一是人工記錄的數(shù)據(jù)存在漏填的情況，在后期會補錄數(shù)據(jù)，但失去數(shù)據(jù)的真實性。二是紙質(zhì)交班信息不利于數(shù)據(jù)統(tǒng)計和對過往數(shù)據(jù)的查詢。因此，為了解決上述問題，采用信息化方式來代替人工錄入數(shù)據(jù)。

根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)管理和車間智能管理需求，系統(tǒng)要實現(xiàn)對整個制絲過程數(shù)據(jù)的自動采集，避免人工干預(yù)，同時還要生成現(xiàn)場管理報表，以滿足企業(yè)管理分析需求。企業(yè)的生產(chǎn)管理需求主要有以下5個方面。①通過系統(tǒng)來完成生產(chǎn)操作步驟，在生產(chǎn)過程中對生產(chǎn)重量、入口水分、出口水分等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，同時記錄抽取料頭、料中、料尾3個生產(chǎn)過程的水分、溫度等參數(shù)，上述操作均在系統(tǒng)中完成，且能通過系統(tǒng)自動獲取數(shù)據(jù)，員工只用復(fù)核即可。②車間文檔的管理需求。操作崗位上的員工要查看工藝標(biāo)準(zhǔn)、工藝通知及其他班組消息通知，可通過系統(tǒng)對上述信息進(jìn)行推送，員工能及時獲取班組的生產(chǎn)計劃信息，并能實時查看工藝標(biāo)準(zhǔn)。③車間防差錯管理。通過定時提醒來防止員工在生產(chǎn)過程中忘記抽取系統(tǒng)數(shù)據(jù)，同時對工藝參數(shù)進(jìn)行防差錯設(shè)計，防止出現(xiàn)員工操作失誤的現(xiàn)象。④設(shè)備的維修管理。在系統(tǒng)選中相應(yīng)的維修內(nèi)容直接呼叫維修工，維修工在收到維修信息后，根據(jù)維修點、故障現(xiàn)象等信息進(jìn)行維修，維修后通過確認(rèn)維修記錄來形成閉環(huán)，并自動記錄維修時間。⑤報表管理。交班本信息化管理能及時掌握車間的生產(chǎn)情況，可實時查詢當(dāng)前生產(chǎn)情況或?qū)v史交班進(jìn)行記錄，方便管理層對生產(chǎn)進(jìn)行分析。

2 現(xiàn)場管理過程數(shù)據(jù)的采集和分析

數(shù)字化交班系統(tǒng)是基于車間現(xiàn)場管理需求設(shè)計出的。先對車間需求進(jìn)行分析，對車間生產(chǎn)的紙質(zhì)交班本進(jìn)行分析，整理業(yè)務(wù)需求，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求整理出數(shù)據(jù)需求，數(shù)據(jù)需求是數(shù)字化交接班系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)。再對過程數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，可分為生產(chǎn)數(shù)據(jù)、工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)、過程檢測數(shù)據(jù)以及人員、班次的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)。其中，生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)工序、工單號、工單狀態(tài)、起止時間；工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)包括工藝標(biāo)準(zhǔn)、加香加料比例、切絲寬度等；工藝配方數(shù)據(jù)包括片煙的配方信息；過程檢測數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)過程的水分、溫度、烘絲溫度、壓力、加水流量等實時數(shù)據(jù)。生產(chǎn)工單數(shù)據(jù)是通過MES系統(tǒng)獲取的工單信息，人員、班次信息及班組交接班信息要通過人工來獲取。

3 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

數(shù)字化交班系統(tǒng)是車間級的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，是企業(yè)總體架構(gòu)設(shè)計中的子系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計是基于HTML5的架構(gòu)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫采用Oraclel數(shù)據(jù)庫、生產(chǎn)實時的數(shù)據(jù)庫采用SQLserver數(shù)據(jù)庫。員工通過PC端訪問數(shù)字化交接班系統(tǒng)，在系統(tǒng)上進(jìn)行操作，完成業(yè)務(wù)流程，即可對整個生產(chǎn)流程的作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。設(shè)計時可結(jié)合車間員工的作業(yè)習(xí)慣，重點考慮系統(tǒng)操作的便捷性和易用性，因此系統(tǒng)的操作界面要簡潔直觀、登錄便捷。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

企業(yè)的系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，數(shù)字化交班系統(tǒng)獲取車間設(shè)備實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲進(jìn)實時數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)設(shè)計面向的是車間及管理人員，因此數(shù)字化交接班系統(tǒng)是介于底層集控系統(tǒng)和上層管理系統(tǒng)之間的中間級系統(tǒng)。與MES系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互是通過企業(yè)總線ESB來完成的，通過建立OPC服務(wù)來讀取底層數(shù)據(jù)，從而獲取制絲集控數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

數(shù)字化交接班系統(tǒng)采用典型的三層架構(gòu)，即由數(shù)據(jù)庫服務(wù)、業(yè)務(wù)邏輯（模型服務(wù)、集成服務(wù)、應(yīng)用邏輯服務(wù)、WEB應(yīng)用服務(wù)）、客戶端組成，采用B/S架構(gòu)，并基于谷歌瀏覽器內(nèi)核進(jìn)行開發(fā)，可通過360、火狐、谷歌等瀏覽器進(jìn)行訪問。

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

數(shù)字化交班系統(tǒng)的應(yīng)用終端是落地式計算機(jī)機(jī)柜，硬件尺寸和結(jié)構(gòu)如圖2所示。機(jī)柜包含一臺19寸的顯示器和一臺計算機(jī)主機(jī)，屏幕下方設(shè)有刷卡機(jī)。在設(shè)計之初，考慮車間的粉塵環(huán)境，對終端進(jìn)行防塵設(shè)計，盡量減少機(jī)柜門的數(shù)量，并在開門位置做好密封，防止粉塵進(jìn)入。

圖2 數(shù)字化交接班系統(tǒng)終端設(shè)計圖

對車間員工來說，每次登錄系統(tǒng)都要輸入用戶名和密碼，且因為信息安全的要求，密碼要求在8位以上，還要有大小寫、特殊字符等。對一線員工來說，操作起來確實不便。為了提高系統(tǒng)登錄的便捷性，在數(shù)字化交接班系統(tǒng)終端電腦上安裝標(biāo)準(zhǔn)的IC卡讀卡機(jī)，并自主開發(fā)系統(tǒng)免密登錄小程序［8-9］。IC卡讀卡機(jī)感應(yīng)距離為8～15 cm，讀卡機(jī)與電腦通過USB數(shù)據(jù)線進(jìn)行連接，支持Windows 7/8 32（64）位系統(tǒng)。其工作原理是用戶在首次登錄系統(tǒng)時要設(shè)置個人密碼，并對個人信息進(jìn)行配置，之后再登錄系統(tǒng)時，系統(tǒng)通過IC卡讀卡機(jī)來獲取員工的ID信息，并自動匹配核對個人信息，即可實現(xiàn)一鍵式登錄數(shù)字化交接班系統(tǒng)。每次登錄系統(tǒng)時，員工只要將員工卡放在讀卡器位置3 s，即可自動登錄個人賬戶系統(tǒng)，方便員工操作。

3.3 系統(tǒng)功能設(shè)計

數(shù)字化交接班系統(tǒng)功能模塊分為生產(chǎn)控制、工藝質(zhì)量、設(shè)備維修、文檔查看4個模塊。生產(chǎn)控制模塊主要對生產(chǎn)過程中的水分、溫度、設(shè)備等參數(shù)進(jìn)行控制，按照工藝要求的檢測時間來采集相應(yīng)的生成過程數(shù)據(jù)，并做好生產(chǎn)記錄，同時還要記錄每班生產(chǎn)中的其他作業(yè)信息；工藝質(zhì)量模塊主要用于防止差錯，通過對工藝水分進(jìn)行反復(fù)比對，確認(rèn)生產(chǎn)的加料比例、工藝水分修正值是否有誤；文檔查看模塊是將車間的各種工藝文件、生產(chǎn)信息等導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中，省去下發(fā)紙質(zhì)版工藝單的工作流程，員工可通過系統(tǒng)直接查看生產(chǎn)班組發(fā)出的工藝通知。

該系統(tǒng)有2個特色。一是設(shè)計出一鍵式刷卡登錄系統(tǒng)。通過設(shè)計的托盤小程序，所有操作人員只用刷本人的員工卡就可實現(xiàn)免密登錄系統(tǒng)，且通過權(quán)限設(shè)置，對每個員工設(shè)計出相應(yīng)的操作功能菜單，可使其了解所有的操作功能。二是增加維修呼叫功能。員工通過點擊系統(tǒng)界面上的“維修呼叫”按鈕，就能把維修信息通過短信的方式發(fā)送到維修工的手機(jī)上［10］，維修工可通過手機(jī)提前了解設(shè)備故障，經(jīng)過實際操作驗證，該方式處理故障的效率遠(yuǎn)高于電話通知的方式。同時，如果5 min內(nèi)沒有維修工應(yīng)答，系統(tǒng)會再次將維修信息推送到維修人員的手機(jī)上，直至維修工到達(dá)現(xiàn)場確認(rèn)維修為止。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

車間操作員工通過操作數(shù)字化交班系統(tǒng)，來完成生產(chǎn)過程中所需的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)信息記錄等內(nèi)容，如果不按時按規(guī)定進(jìn)行操作，系統(tǒng)會報警提醒，并進(jìn)行記錄，不僅保證作業(yè)流程的及時性，還確保采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)采集記錄見表1。

表1 系統(tǒng)生產(chǎn)過程部分?jǐn)?shù)據(jù)采集表

另外，在系統(tǒng)中可查看各崗位的歷史交班記錄，如表2所示。在生產(chǎn)班次信息統(tǒng)計方面，只用幾秒的時間就能得到統(tǒng)計數(shù)據(jù)，而以往要翻看交班記錄才能查到相關(guān)數(shù)據(jù)。另外，可對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如通過前后工序的生產(chǎn)有效開機(jī)和停機(jī)時間來分析作業(yè)效率，進(jìn)而優(yōu)化作業(yè)調(diào)度計劃。

表2 生產(chǎn)交班功能數(shù)據(jù)表

數(shù)字化交班管理系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于引入維修呼叫、一鍵式刷卡登錄功能。員工通過維修呼叫功能可直接將維修信息發(fā)送到維修工手機(jī)上，系統(tǒng)維修過程記錄見表3。通過刷卡登錄可避免操作終端直接輸入密碼的不便，在提高員工登錄系統(tǒng)便捷性的同時，也提高系統(tǒng)的安全性，運用信息化技術(shù)來提升車間的信息化水平。

表3 維修過程記錄數(shù)據(jù)表

數(shù)字化交班管理系統(tǒng)是基于制絲生產(chǎn)作業(yè)工程而開發(fā)的管理系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計中引入先進(jìn)的管理理念，規(guī)范員工的作業(yè)行為，加強生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)傳遞的實時性和準(zhǔn)確性，推動管理創(chuàng)新，實現(xiàn)企業(yè)設(shè)備管理水平的快速提升。應(yīng)用效果表明：①數(shù)字化現(xiàn)場管理系統(tǒng)實現(xiàn)紙質(zhì)信息到數(shù)字信息的轉(zhuǎn)化，奠定車間信息數(shù)字化基礎(chǔ)，改變車間生產(chǎn)層面的紙質(zhì)信息傳輸方式。②將生產(chǎn)過程中的自檢、抽檢、作業(yè)記錄等業(yè)務(wù)中的所有信息都匯總到管理系統(tǒng)中，從而形成報表，能滿足管理人員隨時隨地查詢歷史數(shù)據(jù)的需求。同時，還會激發(fā)基于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的二次分析需求，使員工從原來反復(fù)抄寫記錄轉(zhuǎn)換為關(guān)注過程生產(chǎn)控制。③將生產(chǎn)過程的技術(shù)數(shù)據(jù)全部納入車間的管理中，通過數(shù)據(jù)的綜合分析為決策提數(shù)據(jù)支撐，改變以往經(jīng)驗式管理模式，促進(jìn)管理模式由經(jīng)驗式管理向數(shù)據(jù)決策管理模式的轉(zhuǎn)變。

5 結(jié)語

本研究通過建設(shè)基于B/S架構(gòu)的數(shù)字化交接班系統(tǒng)，用來取代紙質(zhì)交接班的方式，實現(xiàn)生產(chǎn)信息的數(shù)據(jù)化流轉(zhuǎn)，同時系統(tǒng)基于生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對車間管理的多維度分析，可通過作業(yè)時間自動統(tǒng)計有效作業(yè)時間、停機(jī)時間等，提高車間管理人員對車間有效作業(yè)率的分析水平。數(shù)字化現(xiàn)場管理系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)計時充分考慮車間員工操作的便捷性，提供了維修呼叫功能和刷卡登錄等功能，將現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)控制中，促進(jìn)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。