基于數(shù)字化計劃與生產(chǎn)聯(lián)動的鈑金工廠管理系統(tǒng)設(shè)計

林萍　趙尚宇

摘要：近年來，推動數(shù)字技術(shù)深度融入實體經(jīng)濟，助力傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級已成為廣泛共識。文章針對中小鈑金企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中遇到的問題，提出了一種基于計劃和生產(chǎn)的數(shù)字化連接方案，對企業(yè)信息化系統(tǒng)進(jìn)行了集成改造和優(yōu)化，旨在構(gòu)建一套適用于鈑金行業(yè)的信息化系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠支持以下功能：生產(chǎn)計劃管理、物料管理和配送、加工作業(yè)、質(zhì)量監(jiān)測、零件入庫、供應(yīng)商管理、規(guī)則報警、車間生產(chǎn)實時監(jiān)控、訂單追蹤、智能決策分析等。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化轉(zhuǎn)型；鈑金；MES；智能化生產(chǎn)

中圖分類號：TP301 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）13-0066-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID） ：

0 引言

部分中小型企業(yè)已成功研發(fā)并實施了ERP、CRM、OA等軟件系統(tǒng)，從而顯著提升了企業(yè)管理信息化的水平。但管理系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)備自動化系統(tǒng)不能有效交互，造成信息斷層，阻礙信息化發(fā)展[1]。為此，大型企業(yè)選擇采納制造業(yè)綜合自動化系統(tǒng)，例如MES，作為一種高效技術(shù)手段，以提升生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。MES系統(tǒng)作為一種面向車間層級的管理信息系統(tǒng)，其核心職責(zé)在于確保生產(chǎn)計劃的精準(zhǔn)執(zhí)行、生產(chǎn)流程的實時跟蹤以及生產(chǎn)資源的有效管理[2]。該系統(tǒng)已經(jīng)取得了顯著的發(fā)展成果，并且市場上也涌現(xiàn)出多家專業(yè)的MES軟件和解決方案供應(yīng)商。鈑金加工行業(yè)具有多品種、小批量、訂單數(shù)據(jù)復(fù)雜等特點[3]。溫州地區(qū)的鈑金加工企業(yè)主要依靠人工分配車間資源，管理效率低。目前存在五大問題：1） 工單、流程、價值流不匹配，難以管理單件。2） 資源利用率低，成本高，缺乏數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計計劃。3） 計劃制定缺乏精確性，過度依賴于調(diào)度人員的個人經(jīng)驗，信息反饋不足導(dǎo)致對瓶頸資源的誤判。4） 計劃經(jīng)常變更，主要是由于緊急訂單的插入、設(shè)備故障以及原材料短缺等因素造成，影響生產(chǎn)效率[4]。5） 由于計劃制定不當(dāng)，設(shè)備產(chǎn)能無法滿足訂單需求，導(dǎo)致交貨延誤以及需要外協(xié)等問題的出現(xiàn)[5]。基于此，本文針對中小鈑金企業(yè)在推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型時所遭遇的難題，提出了一種基于計劃和生產(chǎn)的數(shù)字化連接方案，對企業(yè)信息化系統(tǒng)進(jìn)行了集成改造和優(yōu)化，旨在構(gòu)建一套適用于鈑金行業(yè)的信息化系統(tǒng)。

1 整體架構(gòu)

根據(jù)鈑金行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求以及行業(yè)特殊性，對鈑金MES系統(tǒng)主要設(shè)計以下四大類模塊：鈑金車間單元系統(tǒng)、系統(tǒng)模塊、企業(yè)門戶對接模塊以及數(shù)據(jù)管理分析模塊。整個系統(tǒng)開發(fā)框架采用SpringCloud+ Vue，選用HDFS作為分布式文件存儲方案，同時引入Redis作為高效的緩存中間件，并輔以MQ消息中間件。此外，系統(tǒng)設(shè)計時也預(yù)先考慮了多種接口方式的兼容性，可與多種企業(yè)管理系統(tǒng)和企業(yè)門戶進(jìn)行對接。

1.1 鈑金車間單元各個模塊功能設(shè)計

1） 進(jìn)度管理模塊：該模塊負(fù)責(zé)監(jiān)控生產(chǎn)進(jìn)度，確保訂單按時完成。該模塊實時更新訂單狀態(tài)，提供進(jìn)度報告，并在必要時發(fā)出延期預(yù)警。

2） 庫存管理模塊：該模塊旨在精確追蹤和統(tǒng)計原材料及半成品的數(shù)量、存儲位置，以及任何庫存變動情況，從而確保庫存管理的透明度和效率。

3） 設(shè)備管理模塊：該模塊負(fù)責(zé)監(jiān)控和維護(hù)車間設(shè)備。通過該模塊能實時追蹤設(shè)備狀態(tài)，安排預(yù)防性維護(hù)，并在設(shè)備故障時及時通知維修人員。

4） 質(zhì)量管理模塊：該模塊負(fù)責(zé)監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量，確保符合客戶要求和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

5） 工藝管理模塊：該模塊負(fù)責(zé)定義、優(yōu)化和管理生產(chǎn)工藝。

6） 計劃排程模塊：該模塊負(fù)責(zé)設(shè)置排程條件，執(zhí)行計劃排程，查看排程結(jié)果。需要考慮設(shè)備能力、物料供應(yīng)、交貨期等因素，優(yōu)化生產(chǎn)計劃以提高生產(chǎn)效率。

1.2 系統(tǒng)模塊功能設(shè)計

系統(tǒng)管理模塊是確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定、順暢運行的關(guān)鍵部分，其核心職責(zé)在于對用戶信息進(jìn)行全面的維護(hù)和管理。該模塊包括：

1） 用戶管理：允許管理員查詢和修改用戶的基礎(chǔ)信息以及權(quán)限設(shè)置。擁有高級權(quán)限的用戶不僅能夠查看其他普通用戶的信息，還能進(jìn)行修改、添加或刪除操作。

2） 系統(tǒng)日志：系統(tǒng)記錄包括執(zhí)行操作的用戶、具體操作詳情以及操作發(fā)生的時間等關(guān)鍵信息。用戶享有檢索和查閱操作記錄的權(quán)限，這些記錄一旦生成即成為不可刪除或修改的歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將按照既定規(guī)范進(jìn)行定期清理。

1.3 企業(yè)門戶對接模塊設(shè)計

1） 訂單管理：在車間管理模塊和企業(yè)門戶網(wǎng)站中設(shè)置訂單查詢接口，實現(xiàn)訂單的接收、分配、執(zhí)行、追蹤回溯等功能，提高訂單管理效率和客戶滿意度。

2） 報價支付采購管理：分析車間的報價策略、支付方式、采購渠道、采購成本等，建立報價支付采購管理模型，實現(xiàn)報價制定、支付確認(rèn)、采購申請、采購執(zhí)行等功能，提高利潤率和資金周轉(zhuǎn)率。

3） 車間生產(chǎn)實時直播與企業(yè)門戶對接：利用直播技術(shù)，將車間生產(chǎn)實況轉(zhuǎn)播到企業(yè)用戶平臺，增加透明度和信任度，并對接企業(yè)門戶網(wǎng)站，提高信息量和吸引力。

1.4 數(shù)據(jù)分析管理模塊設(shè)計

1） 通過多維度用戶分析的方法，了解用戶的特征、行為、需求和偏好，為產(chǎn)品的設(shè)計和銷售提供依據(jù)和指導(dǎo)。主要有以下幾種方式：

①用戶畫像分析：通過企業(yè)門戶中注冊的用戶信息，構(gòu)建客戶的畫像模型，將客戶分為不同的類型和標(biāo)簽，以便更好地識別和定位客戶。

②關(guān)鍵詞搜索排行：通過關(guān)鍵詞統(tǒng)計、關(guān)鍵詞排序、關(guān)鍵詞分析等方式，統(tǒng)計用戶在平臺上輸入的關(guān)鍵詞，并通過關(guān)鍵詞搜索排行模型，展示用戶的搜索需求和趨勢，并基于此為用戶提供更精準(zhǔn)的搜索結(jié)果。

2） 通過產(chǎn)品多維分析，包括產(chǎn)品搜索/銷售排行、產(chǎn)品采購覆蓋率、產(chǎn)品動銷率、產(chǎn)品交付達(dá)標(biāo)率等，為產(chǎn)品的設(shè)計和銷售提供依據(jù)和指導(dǎo)。

通過建立一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從多個數(shù)據(jù)源獲取產(chǎn)品的相關(guān)信息，包括產(chǎn)品搜索/銷售排行、產(chǎn)品采購覆蓋率和產(chǎn)品交付達(dá)標(biāo)率等數(shù)據(jù)。通過可視化展示產(chǎn)品搜索/銷售排行、產(chǎn)品采購覆蓋率和產(chǎn)品交付達(dá)標(biāo)率等指標(biāo)。

3） 通過車間運行狀態(tài)的可視化設(shè)計，提高車間運行的透明度和可管理性。可視化內(nèi)容主要包括以下幾點：

①實時監(jiān)測與反饋：設(shè)計一個車間運行狀態(tài)的可視化系統(tǒng)，該系統(tǒng)將實時監(jiān)測車間各項指標(biāo)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并將其以直觀的方式展示出來。通過這個系統(tǒng)，可以及時了解生產(chǎn)進(jìn)展、設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)效率等重要信息，并能夠立即做出反應(yīng)和調(diào)整。

②故障診斷與預(yù)警：引入故障診斷和預(yù)警功能到可視化系統(tǒng)中。通過數(shù)據(jù)分析和模型建立，可以識別出車間中的設(shè)備故障和異常情況，并及時發(fā)出預(yù)警信息。這將幫助提前識別出可能存在的故障與隱患，并針對這些問題實施相應(yīng)的診斷與修復(fù)措施，以減少生產(chǎn)中斷和損失。

③生產(chǎn)調(diào)度與優(yōu)化：通過可視化系統(tǒng)，制定更精確的生產(chǎn)調(diào)度。通過展示車間中不同設(shè)備的運行狀況和生產(chǎn)進(jìn)程，以及資源的使用情況，幫助更好地進(jìn)行資源分配和任務(wù)安排，以最大程度地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)出。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 車間數(shù)據(jù)與企業(yè)門戶數(shù)據(jù)對接

當(dāng)前，眾多鈑金企業(yè)在客戶完成訂單提交后，僅能通過銷售咨詢了解訂單生產(chǎn)進(jìn)度。部分訂單因交貨延期，加之雙方溝通不暢，往往導(dǎo)致客戶蒙受不必要的損失。通過在門戶網(wǎng)站上開辟一個查詢?nèi)肟?，客戶可實時追蹤訂單，有助于增強客戶的滿意度，優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)管理和服務(wù)流程，提高企業(yè)效率和效果。同時，車間的生產(chǎn)情況可以通過直播展示給客戶，讓客戶直觀地看到企業(yè)的生產(chǎn)水平和質(zhì)量，增加企業(yè)的透明度和信任度，促進(jìn)客戶下單和交易。

2.2 數(shù)據(jù)智能化分析

企業(yè)的數(shù)據(jù)涵蓋了各個業(yè)務(wù)領(lǐng)域，有效利用數(shù)據(jù)能幫助企業(yè)做出更好的決策。例如，通過分析車間的產(chǎn)品和物料數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)工藝中存在的損耗問題，提出工藝改進(jìn)方案，降低生產(chǎn)成本。通過分析銷售數(shù)據(jù)，可以了解產(chǎn)品的市場表現(xiàn)和競爭力，預(yù)測未來市場的需求和變化。通過分析用戶畫像，可以深入理解用戶的特征和需求，發(fā)現(xiàn)潛在用戶和市場機會。這些數(shù)據(jù)分析都能促進(jìn)企業(yè)智能決策，提升企業(yè)競爭力。

3 應(yīng)用效果

成本更加節(jié)約：通過對人員、設(shè)備和物料的協(xié)同管理，提高工序配合效率和產(chǎn)品制造質(zhì)量；通過對生產(chǎn)計劃的安排與調(diào)整，自動進(jìn)行生產(chǎn)計劃的安排和調(diào)整，減少人工參與，提高生產(chǎn)效率和精確度。

產(chǎn)品質(zhì)量提升：通過對每個加工過程進(jìn)行質(zhì)量檢驗和控制，確保每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量可控。對于不合格品，及時進(jìn)行返修或報廢處理，明確不合格產(chǎn)品流向，避免影響后續(xù)流程和產(chǎn)品質(zhì)量問題；統(tǒng)一的工藝流程，確保每個操作環(huán)節(jié)都遵循既定的工藝規(guī)程，減少人為錯誤和變異，提高生產(chǎn)的一致性和穩(wěn)定性；在加工過程中，根據(jù)實際需求不斷調(diào)整和優(yōu)化工藝參數(shù)，如切割速度、壓力、溫度等，完善試驗和鑒定流程審批與材料歸檔，提高了加工技藝和效率。

用戶體驗性大大提高：系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)訂單的全面管理，包括訂單錄入、跟蹤、生產(chǎn)排程和交付管理等。通過自動化完成訂單信息的輸入，并與客戶進(jìn)行實時溝通和反饋，確保每個訂單都能按時準(zhǔn)確完成。同時，系統(tǒng)能生成交付清單并提供發(fā)貨物流信息，保證訂單及時送達(dá)客戶手中。

圖2～圖4展示的是鈑金車間管理系統(tǒng)的部分關(guān)鍵模塊效果圖，這些模塊共同構(gòu)成了系統(tǒng)高效運作的基石，顯著提升了車間的管理效率和產(chǎn)品質(zhì)量。圖2中，可以清晰地看到鈑金車間大屏數(shù)據(jù)模塊所呈現(xiàn)的各項關(guān)鍵指標(biāo)。該模塊實時更新并展示了當(dāng)前重要項目的進(jìn)度，使得管理層能夠迅速掌握項目動態(tài)，做出及時調(diào)整。同時，大屏還實時顯示了當(dāng)日產(chǎn)品生產(chǎn)總數(shù)以及不合格產(chǎn)品率，幫助車間監(jiān)控生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。此外，重要材料的庫存變化狀態(tài)以及各個設(shè)備的運行狀態(tài)也在大屏上一目了然，為車間的物資管理和設(shè)備維護(hù)提供了有力支持。該大屏模塊不僅具備數(shù)據(jù)展示功能，還具備強大的交互性。通過連接車間視頻，可以實時反饋車間工作狀態(tài)，使管理層能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控車間的生產(chǎn)情況。同時，大屏模塊還提供了訂單追蹤模式和訂單估價模塊的入口，方便客戶和內(nèi)部人員快速進(jìn)入相關(guān)功能。圖3展示的是訂單查詢模塊，該模塊為內(nèi)部人員提供了一個便捷的平臺，用于查詢訂單的進(jìn)度信息。通過該模塊，銷售人員可以及時反饋和追蹤訂單狀態(tài)，確?？蛻裟軌蚣皶r獲取訂單的最新動態(tài)。圖4則展示了出入庫管理模塊，該模塊在訂單管理和物流環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用。通過該模塊，可以實時查詢訂單的付款情況以及發(fā)貨情況，確保訂單處理的準(zhǔn)確性和及時性。同時，該模塊還允許對發(fā)貨地址進(jìn)行修改，以適應(yīng)客戶的不同需求。

4 結(jié)論

本文設(shè)計了一種鈑金工廠管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于計劃和生產(chǎn)的數(shù)字化連接，對企業(yè)信息化系統(tǒng)進(jìn)行了集成改造和優(yōu)化。本文從鈑金車間單元模塊、系統(tǒng)模塊、企業(yè)門戶對接模塊和數(shù)據(jù)分析管理模塊4個方面，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的設(shè)計思路和實現(xiàn)方法。本文所設(shè)計的系統(tǒng)不僅能夠提高鈑金制造業(yè)的數(shù)字化管理水平和智能化服務(wù)質(zhì)量，還能夠在其他工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮借鑒作用，具有較高的理論價值和實際意義。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

基金項目：2023 年溫州市基礎(chǔ)性科研項目：基于計劃和生產(chǎn)的數(shù)字化連接，探索制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型-以溫州鈑金制造業(yè)為例（項目編號：G2023096）