航空精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要 隨著智能制造的發(fā)展，傳統(tǒng)的精益生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室在信息管理方面面臨諸多挑戰(zhàn)，物料需求信息、生產(chǎn)信息和質(zhì)量信息等關(guān)鍵環(huán)節(jié)仍依賴紙質(zhì)看板傳遞，不僅效率低，而且與智能生產(chǎn)和社會(huì)需求嚴(yán)重不符。為了使航空精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)更貼合實(shí)際，提升航空生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)智能化水平，基于現(xiàn)有條件，借鑒企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)理念，構(gòu)建包括生產(chǎn)線管理系統(tǒng)、庫(kù)存管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、總控看板系統(tǒng)、各系統(tǒng)集成及系統(tǒng)分析等五個(gè)管理系統(tǒng)的航空精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)，提高智能制造背景下精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)效率。

關(guān)鍵詞 航天精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)；實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)；精益生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號(hào)：G642.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2024）20-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.20.055

0 引言

當(dāng)前，智能生產(chǎn)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為工業(yè)生產(chǎn)的主流。傳統(tǒng)的以紙質(zhì)記錄為主的精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)存在數(shù)據(jù)同步效率低、信息共享不暢、難以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和跟蹤、數(shù)據(jù)更新慢、數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)大、實(shí)時(shí)監(jiān)控能力弱等問(wèn)題，已經(jīng)落后于時(shí)代的發(fā)展，無(wú)法滿足快速而高效地對(duì)信息進(jìn)行記錄和傳遞等需求[1]。精益生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室作為創(chuàng)新和順應(yīng)社會(huì)智能生產(chǎn)需求的重要場(chǎng)所，其對(duì)于信息的管理也必須與時(shí)俱進(jìn)[2]。因此，基于現(xiàn)有企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）理念，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)，引入生產(chǎn)線管理系統(tǒng)、庫(kù)存管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、總控看板系統(tǒng)、各系統(tǒng)集成及系統(tǒng)分析等五個(gè)管理系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)的以紙質(zhì)記錄為主的精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)中存在的問(wèn)題，構(gòu)建一個(gè)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理和分析的智能化管理系統(tǒng)，通過(guò)航空精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)的建設(shè)，達(dá)到提高生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)模擬效率和實(shí)訓(xùn)質(zhì)量的目的[3]。

1 航空精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容和面臨的主要問(wèn)題

本研究聚焦沈陽(yáng)航空航天大學(xué)精益生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室，將其作為探討和分析航空精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)智能管理的典型案例。該實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的設(shè)備配置與大部分精益生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室保持一致，主要包括工作臺(tái)、動(dòng)作分析監(jiān)控儀、流水線、電子看板、立體倉(cāng)庫(kù)、中央倉(cāng)庫(kù)、電子標(biāo)簽等設(shè)備。綜合實(shí)訓(xùn)體系包括訂單需求、設(shè)施規(guī)劃、生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)工業(yè)工程、試生產(chǎn)、質(zhì)量控制、庫(kù)存管理、正式生產(chǎn)方案評(píng)價(jià)等八個(gè)模塊[4]，

通過(guò)實(shí)訓(xùn)鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，滿足工業(yè)工程、物流工程、智能制造等專業(yè)的實(shí)訓(xùn)需求。

目前，精益生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室的生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)模擬仍通過(guò)傳統(tǒng)的紙質(zhì)看板進(jìn)行實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的信息傳遞，由于手動(dòng)記錄和傳遞數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、更新共享不及時(shí)、效率低等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。為提升實(shí)訓(xùn)與現(xiàn)代社會(huì)智能化生產(chǎn)的貼合度，提高實(shí)訓(xùn)質(zhì)量，構(gòu)建航空精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)刻不容緩。

2 航空精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)需求分析

基于實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，航空精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)主要包括生產(chǎn)線管理、物料配送管理、動(dòng)作和時(shí)間分析、生產(chǎn)信息展示和信息統(tǒng)計(jì)分析等五方面。

2.1 生產(chǎn)線管理需求分析

為維持生產(chǎn)正常進(jìn)行，生產(chǎn)線管理系統(tǒng)需要具備產(chǎn)品相關(guān)信息、物料需求相關(guān)信息、工位狀態(tài)相關(guān)信息、加工相關(guān)信息等的采集、展示和傳遞功能，實(shí)時(shí)進(jìn)行記錄和更新。

2.2 物料配送管理需求分析

為確保正常供給生產(chǎn)線物料需求，物料配送管理系統(tǒng)需要具備庫(kù)存管理功能和自動(dòng)配貨功能，提高配送效率，可以對(duì)庫(kù)存品種、數(shù)量、補(bǔ)貨量等進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)并更新。

2.3 動(dòng)作和時(shí)間分析需求分析

要求工位人員在工位即可通過(guò)錄像分析完成動(dòng)作分析和秒表時(shí)間測(cè)定。目前，工位人員需在實(shí)訓(xùn)結(jié)束后查看統(tǒng)一的硬盤錄像機(jī)，過(guò)程較為煩瑣。

2.4 生產(chǎn)信息展示需求分析

現(xiàn)有系統(tǒng)信息均為紙質(zhì)傳遞，同時(shí)無(wú)信息展示功能。生產(chǎn)信息展示系統(tǒng)應(yīng)方便管理者及時(shí)了解生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)狀況，了解產(chǎn)量信息及庫(kù)存信息，面對(duì)突發(fā)故障時(shí)可以及時(shí)應(yīng)對(duì)。

2.5 信息統(tǒng)計(jì)分析需求分析

目前，實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有一個(gè)集成系統(tǒng)，管理人員和實(shí)訓(xùn)人員無(wú)法實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)模擬的具體情況?；跀?shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，添加生產(chǎn)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析功能，實(shí)時(shí)掌握整個(gè)模擬工廠各部門的進(jìn)度、質(zhì)量、效率等狀態(tài)，同時(shí)能夠完成對(duì)方案效率和質(zhì)量等的簡(jiǎn)單評(píng)估。

3 航空精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于需求分析，同時(shí)考慮實(shí)訓(xùn)內(nèi)容和現(xiàn)有軟硬件，設(shè)計(jì)包含生產(chǎn)線管理系統(tǒng)、庫(kù)存管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、總控看板系統(tǒng)、各系統(tǒng)集成及系統(tǒng)分析等五個(gè)管理系統(tǒng)的航空精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)，具體如圖1所示。

3.1 生產(chǎn)線管理系統(tǒng)

該生產(chǎn)線共生產(chǎn)三種產(chǎn)品，分別命名為A、B、C，每個(gè)工位有相應(yīng)的裝配任務(wù)，需要從線邊料盒取出一些零部件裝配在傳送帶運(yùn)送過(guò)來(lái)的產(chǎn)品上。每個(gè)工位有阻擋器，產(chǎn)品到達(dá)工位前被阻停，裝配完后摁下阻擋器開(kāi)關(guān)，放走產(chǎn)品。每個(gè)產(chǎn)品在每個(gè)工位的裝配任務(wù)均有差別。工位上方有觸控一體機(jī)，工人通過(guò)觸控屏執(zhí)行信息采集和傳送工作，編程主要針對(duì)觸控屏展開(kāi)。生產(chǎn)線管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是對(duì)工位看板控制系統(tǒng)和生產(chǎn)線電視看板控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到對(duì)生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)采集、管理的目的。

3.1.1 工位看板控制系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)工位看板控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以達(dá)成以下目標(biāo)：

1）實(shí)現(xiàn)零件到達(dá)、離開(kāi)時(shí)間采集并統(tǒng)計(jì)工位停留時(shí)間；

2）實(shí)現(xiàn)線邊庫(kù)存缺貨要貨功能（數(shù)量）；

3）實(shí)現(xiàn)故障申告功能（故障類型）；

4）實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)攝像頭采集動(dòng)作錄像回放功能（經(jīng)過(guò)硬盤攝像機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信）；

5）實(shí)現(xiàn)工位完成產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量和平均停留時(shí)間統(tǒng)計(jì)。

工位看板控制系統(tǒng)具體功能如表1所示。

3.1.2 生產(chǎn)線電視看板控制系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)線電視看板控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以達(dá)成以下目標(biāo)：

1）實(shí)現(xiàn)計(jì)劃完成量以及已經(jīng)完成量實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)并繪餅圖；

2）實(shí)現(xiàn)拖期或超期統(tǒng)計(jì)以及日生產(chǎn)量預(yù)估；

3）實(shí)現(xiàn)各工位狀態(tài)采集并顯示；

4）實(shí)現(xiàn)各工位作業(yè)時(shí)間波動(dòng)統(tǒng)計(jì)并繪圖。

生產(chǎn)線電視看板控制系統(tǒng)具體功能見(jiàn)表2。

3.2 庫(kù)存管理系統(tǒng)

庫(kù)存管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是對(duì)物料配送管理系統(tǒng)、流利貨架庫(kù)存管理系統(tǒng)、立體倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存管理系統(tǒng)和庫(kù)存電視看板控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到對(duì)庫(kù)存進(jìn)行智能化管理的目的。

3.2.1 物料配送管理系統(tǒng)

當(dāng)生產(chǎn)線發(fā)出缺貨指令或生產(chǎn)線末端工位對(duì)應(yīng)產(chǎn)品完工時(shí)（可以在生產(chǎn)線末端工位看板處發(fā)信號(hào)或監(jiān)控生產(chǎn)進(jìn)度數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)信息來(lái)發(fā)現(xiàn)完工信號(hào)），向物料管理員發(fā)出相應(yīng)物料配送任務(wù)信號(hào)。

3.2.2 流利貨架庫(kù)存管理系統(tǒng)

流利貨架庫(kù)存管理系統(tǒng)的功能分為入庫(kù)和出庫(kù)兩部分，具體功能如表3所示。

3.2.3 立體倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存管理系統(tǒng)

現(xiàn)有的立體倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)貨物信息不流暢，導(dǎo)致儲(chǔ)存和取貨效率低。將現(xiàn)有立體倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)改善成與流利貨架管理系統(tǒng)出庫(kù)和入庫(kù)類似的功能，唯一不同的是立體倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存管理系統(tǒng)的入庫(kù)和出庫(kù)通過(guò)堆垛機(jī)完成。

3.2.4 庫(kù)存電視看板控制系統(tǒng)

庫(kù)存電視看板控制系統(tǒng)包括立體倉(cāng)庫(kù)看板和流利貨架倉(cāng)庫(kù)看板，其功能為：可以實(shí)現(xiàn)庫(kù)存品種和數(shù)量的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)并顯示；設(shè)定庫(kù)存各產(chǎn)品數(shù)量預(yù)警線，當(dāng)達(dá)到該數(shù)量時(shí)，該庫(kù)存品種用紅字顯示或突出顯示，并發(fā)出庫(kù)存補(bǔ)貨指令（包括補(bǔ)貨品種和數(shù)量，發(fā)送到庫(kù)存補(bǔ)貨數(shù)據(jù)庫(kù)）；實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存各品種需求變動(dòng)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)并繪圖；實(shí)現(xiàn)庫(kù)存利用情況的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)并繪圖。

3.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有12個(gè)視頻監(jiān)控?cái)z像頭，視頻監(jiān)控內(nèi)容目前統(tǒng)一傳送到硬盤錄像機(jī)，具體功能為：實(shí)現(xiàn)硬盤攝像機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控影像在總控電視上的同步顯示；實(shí)現(xiàn)八個(gè)工位視頻監(jiān)控內(nèi)容實(shí)時(shí)傳送到對(duì)應(yīng)工位觸控一體機(jī)，方便作業(yè)人員分析。

3.4 總控看板系統(tǒng)

總控看板是一臺(tái)獨(dú)立的電視，通過(guò)網(wǎng)線與局域網(wǎng)相連，具體功能為：實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)線、各倉(cāng)庫(kù)狀態(tài)和總體統(tǒng)計(jì)量的實(shí)時(shí)顯示；實(shí)現(xiàn)車間各部門計(jì)劃完成情況的實(shí)時(shí)顯示；實(shí)現(xiàn)車間各部門效率及其變動(dòng)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)并顯示；實(shí)現(xiàn)各部位的故障報(bào)警顯示并實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警提示。

3.5 各系統(tǒng)集成及系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)

將上述系統(tǒng)控制、監(jiān)測(cè)功能集成到統(tǒng)一服務(wù)器（兩臺(tái)，其中一臺(tái)用作備份），管理人員能夠在服務(wù)器上實(shí)時(shí)掌握整個(gè)模擬工廠各部門狀態(tài)（視頻、進(jìn)度、質(zhì)量、效率變化）。該系統(tǒng)具備中央數(shù)據(jù)庫(kù)，采集生產(chǎn)時(shí)間、質(zhì)量、效率信息，具備基于層次分析法的綜合評(píng)價(jià)功能，能夠完成系統(tǒng)整體生產(chǎn)任務(wù)成本和效率計(jì)算并評(píng)估方案的效率與質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述功能的構(gòu)建，精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息自動(dòng)采集、傳遞和智能分析，推動(dòng)精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)向智能化方向發(fā)展。該系統(tǒng)可以有效解決傳統(tǒng)的以紙質(zhì)記錄為主的精益生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)存在的問(wèn)題，使實(shí)訓(xùn)更加貼合智能生產(chǎn)發(fā)展趨勢(shì)，為實(shí)訓(xùn)提供與現(xiàn)代生產(chǎn)實(shí)際相符的教學(xué)環(huán)境，讓學(xué)生在畢業(yè)后能迅速適應(yīng)智能生產(chǎn)線上的工作環(huán)境，滿足社會(huì)對(duì)高素質(zhì)技能人才的需求。

5 參考文獻(xiàn)

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