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作者：

沈陽(yáng)中科博微科技股份有限公司 劉峻瑋

上海開(kāi)米科技有限公司 于文，胡紅新

中國(guó)科學(xué)院網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所，中國(guó)科學(xué)院機(jī)器人與智能制造新研究院 王宇

摘要：本文針對(duì)日化行業(yè)在生產(chǎn)制造過(guò)程中柔性制造技術(shù)和智能化生產(chǎn)管控技術(shù)的研究與應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一套個(gè)性化洗滌用品與服務(wù)智能制造MES系統(tǒng)方案，對(duì)該方案的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)描述。在生產(chǎn)車(chē)間部署實(shí)施后，對(duì)車(chē)間日常生產(chǎn)中的產(chǎn)品追溯、物料管控、設(shè)備運(yùn)營(yíng)監(jiān)控、質(zhì)量管理等方面進(jìn)行了測(cè)評(píng)，驗(yàn)證了該MES系統(tǒng)方案的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了整體產(chǎn)線的靈活性，提升柔性生產(chǎn)以及快速重構(gòu)能力，提高了生產(chǎn)效率，降低成本，滿(mǎn)足企業(yè)實(shí)際需求。

關(guān)鍵詞：個(gè)性化洗滌用品；服務(wù)智能制造；MES系統(tǒng)

Abstract:Aiming at the research and application of flexiblemanufacturing technology and intelligent production managementand control technology in the production and manufacturing processof daily chemical industry, this paper designs a set of personalizedwashing products and services Intelligent Manufacturing MES systemscheme, and describes the design of the scheme in detail. After thedeployment and implementation of the production workshop, theproduct traceability, material control, equipment operation monitoringand quality management in the daily production of the workshop areevaluated, which verifies the advantages of the MES system scheme,realizes the flexibility of the overall production line, improves theflexible production and rapid reconstruction ability, improves theproduction efficiency, reduces the cost, and meets the actual needs ofthe enterprise.

Key words: Personalized washing products; Service intelligentmanufacturing; Manufacturing execution system

1　引言

MES系統(tǒng)是智能制造的核心，MES系統(tǒng)的主要任務(wù)是對(duì)智能制造進(jìn)行過(guò)程管控，生產(chǎn)制造的整個(gè)流程都離不開(kāi)MES系統(tǒng)。個(gè)性化洗滌用品與服務(wù)智能工廠建設(shè)將全面提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時(shí)日化用品智能制造是《中國(guó)制造2025》重點(diǎn)支持方向，具有廣闊的應(yīng)用前景和行業(yè)示范作用。

努力探索個(gè)性化洗滌用品與服務(wù)智能工廠新模式，實(shí)現(xiàn)少（無(wú)）人化作業(yè)，用自動(dòng)化、信息化、智能化改造現(xiàn)有生產(chǎn)方式和管理方式，提升洗滌用品的環(huán)保水平，提升產(chǎn)品品質(zhì)和可靠性迫在眉睫。

2　MES系統(tǒng)建設(shè)方案

通過(guò)MES系統(tǒng)在個(gè)性化洗滌用品與服務(wù)智能制造中的研究與應(yīng)用，最終完成企業(yè)智能工廠的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)六大智能體系為總體目標(biāo)。

（1）實(shí)時(shí)準(zhǔn)確同步的生產(chǎn)計(jì)劃體系

考慮各種相關(guān)約束條件及資源條件，排產(chǎn)到天和工序，進(jìn)一步可精確到時(shí)序，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行計(jì)劃調(diào)整和場(chǎng)景模擬，并將確定的生產(chǎn)計(jì)劃分解推送到車(chē)間各工作崗位及各相關(guān)部門(mén)。

（2）及時(shí)準(zhǔn)確的物料拉動(dòng)體系和物料管控體系

原材料庫(kù)和半成品庫(kù)管理，按日生產(chǎn)計(jì)劃發(fā)料。拉動(dòng)生產(chǎn)所需物料同步供應(yīng)，降低因缺料導(dǎo)致的停產(chǎn)損失和現(xiàn)場(chǎng)物料積壓導(dǎo)致的生產(chǎn)浪費(fèi)。對(duì)廢品、定點(diǎn)物料進(jìn)行管控，進(jìn)行物料投入產(chǎn)出核算。

（3）實(shí)時(shí)透明的生產(chǎn)監(jiān)控體系

電子操作指導(dǎo)指示生產(chǎn)，生產(chǎn)過(guò)程多方式防差錯(cuò)，質(zhì)量監(jiān)控和報(bào)警，各類(lèi)可視化看板展示生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)時(shí)透明，且可追溯生產(chǎn)過(guò)程人、機(jī)、料、法、環(huán)各因素。系統(tǒng)進(jìn)一步延伸至現(xiàn)場(chǎng)施工安裝過(guò)程（視為工序）的追溯。

（4）智能化的設(shè)備運(yùn)營(yíng)體系

監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)及工藝參數(shù)，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，異常狀態(tài)報(bào)警及維修呼叫，周期性及緊急設(shè)備維保、點(diǎn)檢，并對(duì)異常問(wèn)題閉環(huán)關(guān)閉。建立與設(shè)備之間的集成方案，并給出設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范。

（5）持續(xù)優(yōu)化的質(zhì)量控制體系

異常趨勢(shì)QPC（質(zhì)量和過(guò)程控制）報(bào)警及問(wèn)題閉環(huán)，質(zhì)量分析改善。建立快速、高效、全過(guò)程的質(zhì)量反饋、處理、跟蹤、閉環(huán)機(jī)制，不接收、不制造、不傳遞質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)品，及時(shí)有效保證產(chǎn)品質(zhì)量。

（6）準(zhǔn)確客觀的績(jī)效評(píng)價(jià)體系

收集有效數(shù)據(jù)，設(shè)置符合公司大政方針的考核模型，對(duì)于班組績(jī)效展開(kāi)客觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，并能夠與HR系統(tǒng)等銜接，及時(shí)推送至各責(zé)任者，穩(wěn)步提升績(jī)效水平。MES系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 MES系統(tǒng)體系架構(gòu)

3　MES系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)采集層利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、人員、物料、質(zhì)量數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將生產(chǎn)采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（2）數(shù)據(jù)持久層利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)歸檔數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)并支持實(shí)時(shí)查詢(xún)，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)可采用S QLServer、MySQL等主流產(chǎn)品。

（3）業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)MES的業(yè)務(wù)邏輯，處理人、機(jī)、料、法環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，是MES系統(tǒng)的核心。

（4）服務(wù)交互層采用訂閱/發(fā)布消息的模式將生產(chǎn)事件和用戶(hù)操作信息在瀏覽器與服務(wù)器間進(jìn)行傳遞。

（5）展現(xiàn)層實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，應(yīng)用多媒體編程技術(shù)以多種形式呈現(xiàn)信息，并提供人性化的操作界面，對(duì)于操作過(guò)程比較復(fù)雜的客戶(hù)端采用胖客端應(yīng)用，對(duì)于生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析等主要以瀏覽查詢(xún)?yōu)橹鞯膽?yīng)用要求豐富的信息表現(xiàn)形式。MES系統(tǒng)的分層架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 MES系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

4　MES系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)

（1）軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)框架采用SSM框架（Spring+ Spring MVC + Mybatis）。服務(wù)端軟件的中間層基于Spring框架搭建，MVC基于Spring MVC框架搭建，數(shù)據(jù)持久層基于Mybatis框架搭建。

（2）軟件的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言使用Java語(yǔ)言。前端界面以HTML5、CSS3、JavaScript為基礎(chǔ)，利用專(zhuān)業(yè)的企業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架Bootstrap開(kāi)發(fā)。移動(dòng)端使用HTML5技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。前端與服務(wù)端通過(guò)Ajax技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息通信和數(shù)據(jù)傳遞。

（3）模塊間消息的傳遞采用訂閱/發(fā)布的模式。訂閱/發(fā)布模式的消息傳遞方式是一種靈活有效的、基于事件的消息交換組合模式，具有異步、松耦合、多點(diǎn)通信的特點(diǎn)，能輕松地把各組件有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，使發(fā)生通信的各方在松耦合的情況下就能相互交互。這一信息傳遞方式使得各個(gè)功能模塊松耦合，減少維護(hù)更新成本，便于系統(tǒng)的維護(hù)更新。

（4）數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，持久層框架采用Mybatis輕量級(jí)框架，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更清晰、更易維護(hù)、更易單元測(cè)試，SQL和代碼的分離，提高了可維護(hù)性。

5　MES系統(tǒng)的功能模塊及描述

MES系統(tǒng)負(fù)責(zé)企業(yè)從車(chē)間訂單下達(dá)到產(chǎn)品完工整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)六大環(huán)節(jié)的信息采集、生產(chǎn)管控，對(duì)車(chē)間生產(chǎn)實(shí)時(shí)事件做出快速響應(yīng)，與其他信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高度集成和高效協(xié)同，向企業(yè)決策支持提供相關(guān)生產(chǎn)活動(dòng)的重要數(shù)據(jù)。形成“計(jì)劃—執(zhí)行—控制”三位一體的企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，為智能制造奠定基礎(chǔ)。結(jié)合需求調(diào)研與分析，開(kāi)米科技MES系統(tǒng)共開(kāi)發(fā)12個(gè)功能模塊，如圖3所示。

圖3 MES系統(tǒng)功能模塊

以生產(chǎn)訂單為主線，實(shí)現(xiàn)研發(fā)、工藝、生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備、物料、營(yíng)銷(xiāo)的業(yè)務(wù)協(xié)同；實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的信息化閉環(huán)，以及全產(chǎn)業(yè)鏈可追溯。

5.1　建模管理

建模是MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊，其核心是針對(duì)不同的企業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)底層的配置，幫助企業(yè)建立科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的制造要素模型，包括人、機(jī)、料、法、環(huán)五要素，定義了對(duì)生產(chǎn)管理中的生產(chǎn)組織、生產(chǎn)布局、人員、生產(chǎn)時(shí)間、產(chǎn)品、物料、工藝路線等基本資料進(jìn)行管理的方案，讓MES系統(tǒng)的運(yùn)行能夠與企業(yè)實(shí)際實(shí)現(xiàn)最佳的匹配，并為其他模塊提供基本的產(chǎn)品和相關(guān)信息，其定義的功能共享于其他應(yīng)用模塊。

5.2　生產(chǎn)計(jì)劃管理

銷(xiāo)售訂單經(jīng)過(guò)企業(yè)資源計(jì)劃（ E n t e r p r i s eResource Planning，ERP）后轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)訂單，生產(chǎn)計(jì)劃管理就是對(duì)經(jīng)過(guò)ERP設(shè)計(jì)后釋放生產(chǎn)的訂單進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，以確保嚴(yán)格地按訂單交貨日期組織生產(chǎn)，按時(shí)進(jìn)行成品發(fā)貨。生產(chǎn)計(jì)劃管理包括生產(chǎn)工單管理、領(lǐng)料投料計(jì)劃、生產(chǎn)工單跟蹤、完工報(bào)工等功能，從工單下達(dá)生產(chǎn)到工單生產(chǎn)結(jié)案整個(gè)生產(chǎn)的全過(guò)程生命周期內(nèi)，工單的生產(chǎn)組織、調(diào)度、跟蹤管理等活動(dòng)。

5.3　周轉(zhuǎn)庫(kù)管理

MES系統(tǒng)物料管控的范圍包括瓶子庫(kù)、蓋子庫(kù)、包材庫(kù)，是基于制造追溯和工廠庫(kù)存管理基礎(chǔ)上的更加精細(xì)化的車(chē)間級(jí)庫(kù)存管理方案，監(jiān)控了車(chē)間庫(kù)存物料出入庫(kù)、退料、實(shí)時(shí)消耗、盤(pán)點(diǎn)調(diào)整、原料批次制造追溯、物料報(bào)廢等整個(gè)的車(chē)間物料與ERP集成接口預(yù)留，集成后可自動(dòng)根據(jù)工單和生產(chǎn)BOM進(jìn)行物料額定用量計(jì)算，并分配到相應(yīng)工位。

5.4　過(guò)程監(jiān)控管理

MES系統(tǒng)過(guò)程監(jiān)控包括了實(shí)時(shí)采集并監(jiān)控生產(chǎn)線各種數(shù)據(jù)；通過(guò)條碼掃描進(jìn)行信息的流轉(zhuǎn)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)日生產(chǎn)計(jì)劃、當(dāng)前生產(chǎn)任務(wù)、統(tǒng)計(jì)完工進(jìn)度情況、產(chǎn)品合格率等信息等；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線邊物料情況和在制品倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存情況。通過(guò)設(shè)定線邊缺料閾值實(shí)現(xiàn)缺料報(bào)警、提示；生產(chǎn)指令調(diào)度，例如調(diào)度AGV進(jìn)行物料配送；產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控，主要是利用控制圖、產(chǎn)品質(zhì)量控制計(jì)劃設(shè)定的閾值或上下限，結(jié)合灌裝包裝生產(chǎn)線實(shí)際情況，對(duì)裝備中的關(guān)鍵工序進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

5.5　質(zhì)量管理

質(zhì)量管理功能主要對(duì)合成配料車(chē)間的液態(tài)成品質(zhì)量和灌裝包裝車(chē)間的制造產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效的管理工作。質(zhì)量管理目的在于：幫助企業(yè)規(guī)范質(zhì)檢操作和標(biāo)準(zhǔn)，防止問(wèn)題產(chǎn)品出廠；幫助企業(yè)加強(qiáng)產(chǎn)品過(guò)程質(zhì)量控制，控制連續(xù)質(zhì)量問(wèn)題；幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)完整的產(chǎn)品追溯；幫助企業(yè)加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量信息整合與分析應(yīng)用，持續(xù)推動(dòng)質(zhì)量改進(jìn)。

5.6　設(shè)備管理

設(shè)備管理功能主要對(duì)合成配料車(chē)間和灌裝包裝車(chē)間的制造單元設(shè)備進(jìn)行有效的管理工作。目的在于：幫助企業(yè)建立完整的設(shè)備基礎(chǔ)檔案；幫助企業(yè)規(guī)范設(shè)備預(yù)防性點(diǎn)檢和保養(yǎng)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提升設(shè)備保障能力和使用壽命；幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；幫助企業(yè)建立設(shè)備OEE（設(shè)備綜合效率）分析，提升設(shè)備利用率。其中，設(shè)備檔案、設(shè)備點(diǎn)檢、設(shè)備維修、設(shè)備保養(yǎng)為通用功能模塊，MES系統(tǒng)提供靈活的軟件平臺(tái)，由企業(yè)相關(guān)人員完成設(shè)備參數(shù)、表單設(shè)計(jì)、工廠事件的自定義配置和管理；設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控為平臺(tái)基于合成車(chē)間成品罐、灌裝包裝生產(chǎn)線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控。

5.7　人員管理

MES系統(tǒng)人員管理功能的目標(biāo)：規(guī)范員工崗位資質(zhì)管理，保障產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全；加強(qiáng)員工考勤與實(shí)際工時(shí)管理，規(guī)范勞動(dòng)紀(jì)律；細(xì)化生產(chǎn)人員生產(chǎn)效率、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，為人員績(jī)效考核提供依據(jù)；提供量化數(shù)據(jù)，建立公平考核機(jī)制。

5.8　系統(tǒng)集成

系統(tǒng)集成的方法有很多，本項(xiàng)目采用中間數(shù)據(jù)庫(kù)+Restful API方式與各信息化系統(tǒng)（Java、C#等高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)）進(jìn)行交互；采用中間數(shù)據(jù)庫(kù)+OPC方式與各組態(tài)軟件系統(tǒng)（PLC、WinCC、SCADA）進(jìn)行交互；采用儀表數(shù)據(jù)采集模塊與動(dòng)力輔助車(chē)間各儀器儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

5.9　看板管理

看板具有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)分析引擎和豐富的分析內(nèi)容，因此能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的集成；而且當(dāng)系統(tǒng)中有用戶(hù)需要可操作性智能時(shí)，隨時(shí)可以為其提供。通過(guò)看板內(nèi)容，可以縱觀整個(gè)車(chē)間系統(tǒng)，監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程是否違反六西格瑪或其他標(biāo)準(zhǔn)，找出問(wèn)題根源，在必要時(shí)采取措施予以糾正。根據(jù)特定的組織需求可以配罝看板中顯示的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）；警報(bào)可用于提高績(jī)效,從而實(shí)現(xiàn)卓越制造。企業(yè)將會(huì)根據(jù)目標(biāo)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn),每年節(jié)約的生產(chǎn)成本和提高的產(chǎn)品質(zhì)量都將高于行業(yè)的平均水平。

5.10　手持終端管理

滿(mǎn)足個(gè)性化自定義業(yè)務(wù)操作、信息錄入、查詢(xún)等移動(dòng)需求，具體需要實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)端的錄入、查詢(xún)功能，無(wú)紙化目標(biāo)在項(xiàng)目藍(lán)圖設(shè)計(jì)階段定義。

6　MES系統(tǒng)工作流程

總體業(yè)務(wù)流程描述了MES系統(tǒng)每個(gè)功能模塊間是如何協(xié)同、配合完成生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行管理的，可以讓客戶(hù)對(duì)MES系統(tǒng)的功能作業(yè)有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)和感受。

MES系統(tǒng)總體業(yè)務(wù)流程如圖4所示。

圖4 MES系統(tǒng)工作流程

7　應(yīng)用效果

MES系統(tǒng)在個(gè)性化洗滌用品與服務(wù)智能制造中的研究與應(yīng)用，為開(kāi)米實(shí)現(xiàn)了智能制造新模式應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的產(chǎn)品與服務(wù)，提升開(kāi)米品牌的知名度和美譽(yù)度。通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施運(yùn)行，顯著提高生產(chǎn)效率20%以上，降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本20%以上，縮短產(chǎn)品研制周期30%以上，降低產(chǎn)品不良率20%以上，能源利用率可以提高10%左右。同時(shí)開(kāi)米公司將成為洗滌行業(yè)智能化應(yīng)用的示范企業(yè)，提高行業(yè)的先進(jìn)制造水平，帶動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步轉(zhuǎn)型升級(jí)。通過(guò)提高洗滌行業(yè)企業(yè)的技術(shù)裝備水平，縮短行業(yè)技術(shù)裝備與國(guó)外的差距，帶動(dòng)輕工行業(yè)裝備制造商的快速發(fā)展。

本項(xiàng)目受工信部智能制造專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目“個(gè)性化洗滌用品與服務(wù)智能化制造新模式”資助。

作者簡(jiǎn)介：

劉峻瑋（1990-），男，遼寧沈陽(yáng)人，工程師，本科，現(xiàn)就職于沈陽(yáng)中科博微科技股份有限公司，從事信息管理與信息系統(tǒng)相關(guān)研究。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2021年10月刊