橡膠減振制品類企業生產管理數字化轉型的規劃與建設

王向榮 ，韓瑋 ，張凱

(1. 山東信息職業技術學院，山東 濰坊 261000 ；2. 中車青島四方車輛研究所有限公司，山東 青島 266000 ；3. 青島博銳智遠減振科技有限公司，山東 青島 266000)

當前，數字化浪潮方興未艾，在數字科技的引領下，對產業的全要素數字化轉型已成為企業、行業發展總趨勢。產業數字化轉型對企業、行業以及宏觀經濟都有著極其重要的影響。從微觀上看，產業數字化重構生產卸貨新局面；從宏觀上看，產業數字化加速新舊動能轉換新引擎[1]。

橡膠減振制品類制造業在新時代下面臨著生產效率低、用工成本增長，產品質量提升困難等嚴峻挑戰，數字化轉型正成為解決這一困境的有效手段，但受戰略認識、數字技能等因素影響，很多企業面臨著“ 不會轉、轉必死” 的難題。為應對時代挑戰，提升行業競爭力，某橡膠減振制品企業基于各類生產資源、訂單信息、生產組織策略等，通過信息系統的建設和集成度的不斷提升，以數據為驅動，應用數據技術，構建制造流程數字生產管理系統（以下簡稱MES 系統）。

1 生產情況分析

1.1 生產制造模式分析

橡膠減振制品企業屬于流程型制造和離散型制造混合模式，主要有密煉、骨架處理、成型、硫化、組裝、試驗檢測等工藝過程。其中密煉、骨架處理、硫化、試驗等流程內各工序需按照嚴格的邏輯順序開展，屬于流程型制造模式，而成型、組裝等流程內部分工序并無明顯的邏輯關系（圖1），屬于離散型制造模式[1]。

圖1 某橡膠減振制品企業工序路線圖

1.2 生產管理現狀問題

1.2.1 生產組織管理模式落后

現行的生產安排以產品為導向，“ 以客戶指令為中心” 對生產進行管控，造成資源分配的不統一和不協調。各工序未考慮后工序情況，按自己速度生產，平行下推，直到最后的總裝配。長線零部件進人庫存，而短線零部件影響裝配齊套，導致在制品堆積占用大量庫存，影響資金周轉[2]。

1.2.2 生產資源配置優化手段落后

生產指揮效率低下，生產排產主要依靠手工或簡單電子表格，難免造成不能合理、高效配置生產資源，存在排產粗放、作業可控性差等問題[3]。各部門間缺乏統一、有效、實時的生產信息溝通平臺，導致生產信息不準確、生產指揮效率低下，時間浪費于數據核對和進度溝通。

1.2.3 生產過程執行不力和控制薄弱

生產過程中的大量信息仍停留在手工統計分析階段，難以滿足現場全過程以工序為核心的完整數據采集的需求。車間生產過程信息不清晰，導致產品可追溯性差。通過人工方式協調生產，信息傳遞和反饋以人為主，傳遞慢且容易出錯，上級部門難以監管，生產過程難以控制。

1.2.4 應急能力和生產轉換能力差

存在生產訂單頻繁調整、設計變更較多、研制與批量生產交叉的特點，能夠快速的切換生產計劃和應對調整是生產管理的迫切需求。生產調整會引起生產資源的變化，這些變化對車間的質量穩定、生產穩定產生較大的影響。目前沒有利用信息化手段有效的調整、利用生產資源，生產準備時間長、重點設備的生產效率沒有得到充分發揮，無法滿足特殊情況下產品需求變化快和變化大的要求和緊急訂單的快速轉換需求等。

2 生產管理系統建設

MES 系統作為協同生產平臺建設、產業信息化升級改造的重要組成部分，為了實現的智能生產的目標，MES 系統的應用及涵蓋范圍至關重要。根據減振事業部的特點，MES 系統建設需要實現如下幾個方面的內容：智能排產、精準物料配送、生產監控、質量管控和追溯以及設備管理等。MES 系統業務架構如圖2 所示:

圖2 MES 系統業務架構圖

2.1 智能排產

橡膠減振制品企業的生產組織方式是典型的多品種小批量，生產工序中存在骨架前處理、密煉、硫化、成型、組裝等多種方式，因此MES 系統要支持各工藝、各生產工序的智能排產（圖3）。

圖3 智能排產算法示意圖

智能排產，需要考慮銷售訂單、采購信息、庫存、生產工序周轉能力、設備狀態、設備生產能力、工具工裝準備情況、物料準備情況等生產要素，同時要以關鍵工作中心為排產必要條件，并且可以根據加工工藝、加工批量等因素進行作業計劃的優先級智能排隊。

智能排產完成后，車間調度可以獲得每個設備的加工計劃，并可以對系統完成的計劃排程再次進行人工調整，改變加工計劃的先后順序，調度確認計劃后，操作工可以在工位獲取加工計劃信息。

2.2 精準物料配送

車間的物料配送主要分為庫內物料配送（包含大部分的物料，主要是小件）和周轉區內物料配送。配送過程由MES 進行指揮完成，由物料流轉托盤進行周轉，同時對托盤內的物料進行追蹤，將物料按照時間精準配送至工位。

2.2.1 托盤管理

MES 系統提供車間內物料托盤的管理，主要是對物料運轉托盤進行唯一標識，并對托盤內的物料進行動態管理，通過對托盤追蹤，轉化為對物料配送的跟蹤[4]。

2.2.2 托盤配送

智能排產完成后，MES 會生產配送計劃，確定每個設備和每個生產線工位的物料需求時間、品種、數量等信息。配送計劃會發送給倉庫，由庫管員按照配送計劃進行物料出庫處理，出庫后由物流配送人員首先按照機臺和工位進行托盤擺放，擺放完成后，將擺放的物料和托盤進行綁定，MES 則記錄托盤中的物料信息。工位接收到托盤物資后，進行接收確認，則反饋MES 系統托盤物料已經到達工位。

2.3 生產準備管理

實現對工序生產所需物料、工具、工裝、圖紙、工藝文件等的管理，開工前對未準備到位的資源，能夠主動提醒相應人員，以確保相關生產資源已經到位，保證計劃的可執行性。

車間生產準備工作的質量直接決定了生產的實際效果如何，它對整個制造執行系統的建立起到了關鍵的作用，它不僅清晰明確了資源準備的責任，避免了停工待料的現象及質量問題，而且通過嚴格的控制和閉環反饋機制嚴控車間現場作業，保障了生產作業的有序性。

2.4 過程管控

過程管控是通過生產工位智能設備和智能工具的應用，設備、工具、傳感器與MES 系統的集成，大大提高對生產過程的控制，防止生產過程出現問題，同時將生產過程數據、檢測數據進行自動化采集，并通過系統對檢測數據進行驗證，提高生產質量的穩定性。

2.4.1 智能設備控制

通過對設備PLC 控制系統的改造升級，實現與MES 系統的無縫集成，智能設備接收管理系統下發的作業、工藝參數等生產信息并進行物料和參數校驗，實現自動化生產。設備生產過程可智能監控、在線診斷、實時報警等[5]。

2.4.2 智能引導

智能設備聯網后與信息系統進行集成，管理系統將標準作業流程下發到系統后，現場作業人員可以根據系統自動提示操作步驟，并且生成工藝引導圖，設備運行步驟相互關聯和驗證，對沒有按照標準作業步驟操作的人員進行報警或強制控制，避免人為原因導致的設備生產故障或用錯物料。

2.4.3 實時監控

通過信息化、物聯網手段對生產過程的數據進行采集后結合現場可視化輔助工具，進行生產過程的實時監控和反饋。

2.4.4 預警、報警平臺

異常預警、報警規則：根據現場作業的分工，建立預警、報警的規則，首先要對異常進行分級，不同級別的異常處理流程、處理時間分別設定；同時將責任人的責任范圍具體到地點、設備、產品工藝類型等，明確處理異常的分工。

報警推送：系統檢測到異常信息后，首先會進行報警日志的記錄，并進行報警系統自分析，通過管理后臺的報警設置功能，對信息的報警規則進行設置，例如設備故障報警發送、質量報警信息推送，包括發送形式的選擇，通過移動終端顯示、聲光報警、微信短信郵件通知等，接收到信息的相關人員需要按照標準流程對報警項進行處理，處理的信息會保存記錄形成流程處理記錄并按照層級關系繼續推送。對于報警層級高的情況，系統中可以設定緊急叫停功能，對設備生產進行緊急制動，以免造成更大的損失。

報警信息的記錄和分析以及異常信息的處理效率作為部門管理工作和質量數據分析的一項重要依據。

2.5 質量管控追溯

實現生產全過程的質量追溯，首先是要針對原材料、配件以及半成品、成品等實物進行唯一身份標識，對于硫化橡膠堆等大的金屬件，保留刻印號碼；對于采購的原材料或金屬骨架采用批次條碼打印的方式進行信息記錄，并在擺放托盤時，將批號信息和托盤信息綁定。后工序流轉進行條碼或托盤號的掃描，實現全流程的信息記錄。

質檢員錄入質檢信息時，通過掃描批次條碼或識別刻印號碼時自動帶出檢驗項目和標準，按照實物標識維護詳細質檢數據，裝配時將所有的裝配件跟出廠編號綁定，形成產品質量BOM。

2.6 設備管理

通過現場總線連接，對有條件的設備進行聯網，實施在線監測分析設備的運行狀態，對出現的異常狀況及時報警，進行預防性檢修；記錄設備專職責任信息、設備運行時間、設備故障、設備事故，分析事故原因，形成故障管理知識庫，如圖4。

圖4 設備管理模塊主要功能

3 結語

橡膠減振制品公司原有生產管理管理模式落后且存在諸多問題，無法滿足業務快速發展的需求。本項目基于生產管理中存在的問題，結合生產、工藝、質量、倉儲、物流等各部門的需求，規劃和建設了包含計劃排產與調度、生產執行與現場管理、物料管理、質量管理、車間資源管理與生產過程監控等功能模塊的MES 系統，并與ERP、SCADA、QMS 以及智能裝備高度實時集成，實現了計劃調度精細化、生產執行透明化、質量控制信息化、資源利用高效化和輔助決策實時化的目標，優化了生產資源配置，提升了生產管控水平。