鍛造企業(yè)信息系統(tǒng)規(guī)劃分析(下)

文/梁聰明，王淑琴，劉志敏·湖北神力鍛造有限責(zé)任公司

信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

該信息系統(tǒng)作為公司信息化、數(shù)字化、智能化戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)建立基于云端、移動(dòng)端訪問(wèn)的智造協(xié)同生產(chǎn)信息系統(tǒng)管理平臺(tái)，更好地為落實(shí)標(biāo)準(zhǔn)化管理體系、質(zhì)量管理體系、管理制度在生產(chǎn)、工藝、物料、設(shè)備、質(zhì)量、倉(cāng)儲(chǔ)管控方面的規(guī)范執(zhí)行和監(jiān)督反饋；在生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、精益化上實(shí)現(xiàn)突破，實(shí)現(xiàn)企業(yè)車間數(shù)據(jù)化、智能化運(yùn)作和可視化管理，減少數(shù)據(jù)重復(fù)操作，提升生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理效率，增強(qiáng)企業(yè)質(zhì)量管理能力，提高設(shè)備運(yùn)行壽命、減少故障發(fā)生。通過(guò)建立生產(chǎn)信息系統(tǒng)平臺(tái)，提高企業(yè)的監(jiān)控預(yù)警能力、協(xié)同決策能力，提高企業(yè)信息化水平，響應(yīng)智能制造政策。

主要功能模塊實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理，即：生產(chǎn)計(jì)劃排程，生產(chǎn)車間作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)場(chǎng)記錄單據(jù)無(wú)紙化，工藝管理標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)進(jìn)度可視化。

⑴質(zhì)量管理：現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制(QC)，質(zhì)量數(shù)據(jù)可視化，質(zhì)量體系管理。

⑵倉(cāng)儲(chǔ)物料管理：線邊庫(kù)物料管理、產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程和物料全面追溯，工序物料周轉(zhuǎn)管控，公司倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)的管理，數(shù)據(jù)分析。

⑶設(shè)備管理：設(shè)備備件全生命周期管理，電子臺(tái)賬，預(yù)防性維護(hù)預(yù)警、決策，數(shù)據(jù)分析。

⑷產(chǎn)品研發(fā)管理：客戶產(chǎn)品信息、公司資源、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品信息、體系文件、變更管理、工藝流程、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行協(xié)同管理。

除了上述信息系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要功能外，要通過(guò)實(shí)施生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、重點(diǎn)設(shè)備的數(shù)字化、產(chǎn)品研發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(PDM)等信息化智造協(xié)同管理系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)及經(jīng)濟(jì)收益。

目標(biāo)

⑴全面提高面向客戶的服務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)效率，提高企業(yè)贏利能力。

⑵削減運(yùn)營(yíng)成本，提高生產(chǎn)效率，降低庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn)。

⑶提高企業(yè)設(shè)備整體管理水平和競(jìng)爭(zhēng)力。

⑷實(shí)現(xiàn)企業(yè)范圍內(nèi)科學(xué)的運(yùn)營(yíng)管理、在線聯(lián)機(jī)分析等業(yè)務(wù)。

⑸有條件實(shí)現(xiàn)獨(dú)立信息錄入人員的減少，降低人工成本。

⑹提高研發(fā)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

⑺與外界應(yīng)用系統(tǒng)及信息的集成，實(shí)現(xiàn)流程、應(yīng)用系統(tǒng)、產(chǎn)品信息的創(chuàng)建、管理、分發(fā)、應(yīng)用。

⑻降本增效，實(shí)現(xiàn)研發(fā)、工藝的協(xié)同，提升信息數(shù)據(jù)質(zhì)量，改善制造流程，降低產(chǎn)品制造成本。

⑼實(shí)現(xiàn)5 大文件的模塊化設(shè)計(jì)，協(xié)同管理。

直接收益

⑴降低設(shè)備故障率17%。

⑵降低備品備件庫(kù)存30%。

⑶提升生產(chǎn)計(jì)劃效率5%。

⑷提高生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)控水平46%。

⑸提高質(zhì)量管理水平5%。

⑹提高庫(kù)存管理水平3%。

⑺降低數(shù)據(jù)二次錄入82%。

⑻提升各部門(生產(chǎn)單元)協(xié)同管理效率34%。

間接收益

⑴無(wú)紙化信息傳遞、實(shí)現(xiàn)綠色制造。

⑵人員的減少(統(tǒng)計(jì)員等)。

信息系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)主要圍繞裝備數(shù)字化、信息化技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域在設(shè)備層、數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)分析處理層、前端應(yīng)用層進(jìn)行部署。消除公司在運(yùn)營(yíng)管理信息化方面的短板，并融合既成系統(tǒng)，開發(fā)產(chǎn)品研發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，提高信息共享程度，提高資源效率。此系統(tǒng)以迭代優(yōu)化為核心，高層次推進(jìn)基礎(chǔ)環(huán)境智能化，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，系統(tǒng)分層，J2EE 體系結(jié)構(gòu)、B/S 架構(gòu)、ORACLE11g 數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)門戶網(wǎng)站、移動(dòng)客戶端在數(shù)據(jù)平臺(tái)、系統(tǒng)接口、生產(chǎn)管理、研發(fā)管理、流程管理、文檔管理、能源管理、前端展示等方面的功能。

作為生產(chǎn)制造型企業(yè)，設(shè)備層和數(shù)據(jù)采集層依托公司主要生產(chǎn)設(shè)備125MN 熱模鍛生產(chǎn)線、前軸成品加工線、轉(zhuǎn)向節(jié)成品加工線、模具制造生產(chǎn)線、熱處理生產(chǎn)線以及各生產(chǎn)主要設(shè)備及其控制系統(tǒng)，如西門子、PLC、法蘭克等各型設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、管控?cái)?shù)據(jù)等，網(wǎng)關(guān)模塊、轉(zhuǎn)網(wǎng)口、RFID、條碼機(jī)等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集控制器，現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)采集網(wǎng)關(guān)是邊緣層的硬件數(shù)采產(chǎn)品，支持3G/4G/5G/ WIFI/ Ethernet 數(shù)據(jù)傳輸和云平臺(tái)接入，可快速接入現(xiàn)場(chǎng)的多種設(shè)備與傳感器以及視頻類主機(jī)。數(shù)采服務(wù)平臺(tái)是接收硬件采集網(wǎng)關(guān)上傳數(shù)據(jù)，或者在網(wǎng)絡(luò)條件優(yōu)異的前提下直連設(shè)備控制器進(jìn)行數(shù)采的軟件類數(shù)據(jù)采集服務(wù)平臺(tái)，主要實(shí)現(xiàn)協(xié)議解析、遠(yuǎn)程配置、數(shù)據(jù)緩存、可視化、數(shù)據(jù)報(bào)表等功能。其特點(diǎn)主要體現(xiàn)為全面感知、多協(xié)議、多終端接入，支持智能網(wǎng)關(guān)、多種通訊協(xié)議，高并發(fā)、高實(shí)時(shí)，支持大量設(shè)備接入，保障設(shè)備與云端雙向大規(guī)模消息傳輸，低延時(shí)通信。標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、快速接入、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析展現(xiàn)一體化、低成本運(yùn)行。平臺(tái)及終端全鏈路安全保障能力，保證數(shù)據(jù)安全傳輸。

為保障數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)的系統(tǒng)功能，其物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(圖6)鋪設(shè)，按照工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建設(shè)，具體方案如下：首先，干線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總體使用雙星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?或者光纖環(huán)網(wǎng))，干線網(wǎng)絡(luò)布置2 臺(tái)匯聚層交換機(jī)，接入層交換機(jī)使用單模光纖、雙鏈路上行，與匯聚層交換機(jī)連接，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性；其次，區(qū)域網(wǎng)絡(luò)廠內(nèi)設(shè)備根據(jù)實(shí)際分布位置以及網(wǎng)絡(luò)接口占用情況，首先連接到附近工業(yè)交換機(jī)，最后連接到工廠接入層交換機(jī)；車間產(chǎn)線設(shè)備存在電磁干擾，加上設(shè)備振動(dòng)、金屬粉塵等惡劣環(huán)境，很容易造成區(qū)域網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定情況，這對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)建設(shè)提出了較高要求，可采取的措施包括采用超5 類品牌屏蔽網(wǎng)線、屏蔽層良好接地、工業(yè)級(jí)防松接口、工業(yè)級(jí)交換機(jī)等；最后，網(wǎng)絡(luò)安全(需增加網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備)，辦公網(wǎng)絡(luò)與車間網(wǎng)絡(luò)通過(guò)服務(wù)器中心的防火墻隔離，服務(wù)器中心與車間網(wǎng)絡(luò)通過(guò)防火墻隔離，防止病毒入侵、系統(tǒng)攻擊，影響生產(chǎn)安全，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)建設(shè)，通過(guò)匯聚層交換機(jī)進(jìn)行管理和安全防護(hù)，防止系統(tǒng)攻擊和入侵。

圖6 物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)分析處理層主要依托各生產(chǎn)線通過(guò)各業(yè)務(wù)端口進(jìn)行實(shí)時(shí)錄入、通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析、挖掘，數(shù)據(jù)質(zhì)量處理、數(shù)據(jù)價(jià)值評(píng)估、數(shù)據(jù)訪問(wèn)、日志服務(wù)、消息服務(wù)等。前端應(yīng)用層通過(guò)多語(yǔ)言管理，基礎(chǔ)定義，統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，以及設(shè)備層和數(shù)據(jù)采集層等進(jìn)行工業(yè)數(shù)據(jù)采集處理、圖像采集處理，利用新一代信息技術(shù)如商業(yè)智能(BI)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G 技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)處理分析、知識(shí)展現(xiàn)，通過(guò)控制中心、客戶端、移動(dòng)端實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)車間的數(shù)字化孿生工廠，設(shè)備間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)生產(chǎn)、質(zhì)量、倉(cāng)儲(chǔ)物料以實(shí)現(xiàn)及設(shè)備管理在計(jì)劃、SOP、質(zhì)量控制、設(shè)備TPM、設(shè)備OEE、設(shè)備預(yù)警及維護(hù)等方面管理數(shù)據(jù)的看板管理、報(bào)表分析、智能決策。

業(yè)務(wù)流程方面，主要根據(jù)產(chǎn)品研發(fā)需求實(shí)現(xiàn)從原材料、工藝路線、生產(chǎn)任務(wù)、設(shè)備部署、采購(gòu)環(huán)節(jié)、倉(cāng)儲(chǔ)水平及管理能力、質(zhì)量水平和體系建設(shè)方面的流程設(shè)計(jì)(圖7)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)協(xié)同設(shè)計(jì)開發(fā)及生產(chǎn)管理。通過(guò)原材料信息、質(zhì)量信息、生產(chǎn)信息、物流信息、客戶信息等進(jìn)行生產(chǎn)排程，工藝設(shè)備路線最優(yōu)選擇，圍繞客戶產(chǎn)品質(zhì)量要求進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理，避免因設(shè)備、工藝路線不合理、計(jì)劃緊急程度、質(zhì)量要求等因素造成資源浪費(fèi)、質(zhì)量浪費(fèi)，既降低了效率又增加了成本，最終實(shí)現(xiàn)提質(zhì)、增效、降本的績(jī)效目標(biāo)。

圖7 流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)集成方面，主要應(yīng)用API 標(biāo)準(zhǔn)接口、通用型中間件、TCP/IP 等符合《數(shù)字化車間、智能工廠》國(guó)標(biāo)的新一代信息技術(shù)要求，在關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)共性和三維維度方面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。數(shù)據(jù)對(duì)接接口使用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的RESTful-API，如實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景需要更多功能的接口，將根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際對(duì)接需求開發(fā)RESTful-API。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景的數(shù)據(jù)回傳需求，MES 將根據(jù)具體情況開發(fā)Webhook(輕量事件處理應(yīng)用)以保證對(duì)接程序性能。接口可采用多樣化的對(duì)接方式，如WebService、中間表或直接向ERP 訪問(wèn)數(shù)據(jù)表等方式。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)智能工廠和數(shù)字化車間層級(jí)關(guān)系，體現(xiàn)智能生產(chǎn)、智能管理等集成優(yōu)化，在數(shù)字化車間尤其是各生產(chǎn)線的運(yùn)行數(shù)據(jù)、維護(hù)保養(yǎng)、備件備品生命周期預(yù)警等方面和平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，來(lái)指導(dǎo)和決策生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。

前端顯示層實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)車間(生產(chǎn)線)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的智能映射，各生產(chǎn)單元設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，異常事件報(bào)告、處置，生產(chǎn)進(jìn)度實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警，質(zhì)量信息實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警，重點(diǎn)設(shè)備區(qū)域的安全監(jiān)測(cè)，停工事件的信息，各型數(shù)據(jù)的報(bào)表分析、智能決策。在移動(dòng)端利用移動(dòng)通信技術(shù)，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)異常事件(設(shè)備故障、停工時(shí)間、產(chǎn)品質(zhì)量、物流預(yù)警)的上報(bào)、通知、處理、關(guān)閉等預(yù)警監(jiān)控。如圖8 所示，公司在能源管理方面的前端顯示，將各類數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯總，形成關(guān)鍵數(shù)據(jù)圖表進(jìn)行管理，并結(jié)合公司相關(guān)績(jī)效指標(biāo)，對(duì)各項(xiàng)管理數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、分析、決策。

圖8 能源管理前端顯示

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)企業(yè)信息化的規(guī)劃建設(shè)，重新定義了企業(yè)的業(yè)務(wù)流程、決策分析、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理等實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)范圍。設(shè)備運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)更加透明、決策更加準(zhǔn)確。移動(dòng)端有效地實(shí)現(xiàn)了員工、管理員、管理者在異常事件錄入、處置、決策上的便捷處理。線下數(shù)據(jù)線上化、無(wú)紙化，提高數(shù)據(jù)收集、分析效率，為公司提供科學(xué)有效決策。系統(tǒng)上線，質(zhì)量體系落地了，管理制度，標(biāo)準(zhǔn)化落地了，效率提升了、資源節(jié)約了，工作習(xí)慣改變了，最終實(shí)現(xiàn)了降本、提質(zhì)、增效的目標(biāo)。