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文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1003-0492（2022）12-062-04中圖分類號(hào)：TD948.9

★  殷和國(guó)，劉文玉，張樹齊（濟(jì)南希潤(rùn)自動(dòng)化科技有限公司，山東濟(jì)南250000）

摘要：定制化制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）作為4公斤干粉滅火器自動(dòng)化生產(chǎn)線項(xiàng)目配套的信息化工程，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)干粉滅火器生產(chǎn)過程的可視化、數(shù)字化和精細(xì)化，進(jìn)而優(yōu)化生產(chǎn)流程、提高企業(yè)管理水平及打造先進(jìn)的數(shù)字化生產(chǎn)車間。

關(guān)鍵詞：MES；干粉滅火器；應(yīng)用

根據(jù)公開數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年我國(guó)滅火器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到60億元人民幣^[1]。按企業(yè)數(shù)量占比估算，山東省規(guī)模在7～8億元人民幣左右。

根據(jù)中研普華的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，滅火器的需求年復(fù)合增速在10%左右^[2]，需求量逐年增加，同時(shí)，生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)暴露的“招工慌”也在逐年加劇。一方面生產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，適應(yīng)市場(chǎng)需求變化，另一方面招工困難，必然將企業(yè)的生產(chǎn)引向少人化、自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展。而實(shí)現(xiàn)智能制造的核心是生產(chǎn)過程的數(shù)字化，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是整個(gè)工廠生產(chǎn)和管理系統(tǒng)的基石^[3]，猶如人體之血液。數(shù)字化、智能化和透明化工廠需要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化制造、經(jīng)營(yíng)和服務(wù)業(yè)務(wù)過程數(shù)字化管理，以及綜合集成優(yōu)化。

1 現(xiàn)狀及存在問題

通過對(duì)山東省的滅火器生產(chǎn)企業(yè)的調(diào)研可以看出，整個(gè)山東省的滅火器生產(chǎn)基本上屬于人工作業(yè)模式，僅個(gè)別企業(yè)實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化生產(chǎn)，而整個(gè)行業(yè)自動(dòng)化水平偏低，普遍存在以下管理方面的痛點(diǎn)和難題：

（1）生產(chǎn)過程管理水平低：生產(chǎn)數(shù)據(jù)均由手工填報(bào)誤差較大、受人的影響大數(shù)據(jù)不真實(shí)、上傳下達(dá)的信息處理速度慢、執(zhí)行情況反饋不到位等問題突出。同時(shí)，各類文檔的手工填寫、錄入、審核、打印及存檔，不僅浪費(fèi)大量的人力和物力，管理成本高，而且無(wú)法進(jìn)行查案，出了問題，時(shí)間往往都浪費(fèi)在查卷宗上，管理效果不佳。

（2）工序間形成“信息化孤島”：車間各環(huán)節(jié)的信息輸出方式不同，沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理，造成信息的前后斷檔現(xiàn)象嚴(yán)重，各工序之間形成了各自獨(dú)立的操作，沒有連貫性。“信息化孤島”的存在無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)施交互，使得前后數(shù)據(jù)出現(xiàn)嚴(yán)重的滯后性，影響各類數(shù)據(jù)的進(jìn)一步利用。

（3）生產(chǎn)信息的利用程度偏低：手工錄入的原始數(shù)據(jù)需要專門的人員再次錄入才能進(jìn)行比對(duì)分析，形成統(tǒng)計(jì)報(bào)表或者曲線。這樣的工作不僅工作量大，而且容易形成二次數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，這就導(dǎo)致大部分企業(yè)的原始數(shù)據(jù)僅僅進(jìn)行簡(jiǎn)單匯總和存儲(chǔ)，無(wú)法形成數(shù)據(jù)對(duì)比表或圖，更無(wú)法形成預(yù)測(cè)曲線，因而導(dǎo)致管理層決策的及時(shí)性和正確性出現(xiàn)偏差。

為解決以上問題，4公斤干粉滅火器自動(dòng)化生產(chǎn)線項(xiàng)目配套了有針對(duì)性的信息化工程-干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。該信息化系統(tǒng)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝從鋼材卷板成型、沖壓、焊接、檢驗(yàn)、噴涂、灌裝、充氣水檢、暫存、裝箱、碼垛、儲(chǔ)存的多種設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制及運(yùn)行狀態(tài)采集、顯示和分析，并對(duì)生產(chǎn)流程實(shí)現(xiàn)物料管理、資源管理、質(zhì)量管理、問題追溯和運(yùn)營(yíng)報(bào)警，具有自動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理、畫面參數(shù)提示、報(bào)警、數(shù)據(jù)記錄、趨勢(shì)分析和打印報(bào)表等功能。

2 干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)的架構(gòu)及組成

2.1 干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)的架構(gòu)形式

干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)作為干粉滅火器自動(dòng)化生產(chǎn)線項(xiàng)目配套的信息化工程，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)干粉滅火器生產(chǎn)過程的可視化、數(shù)字化和精細(xì)化，進(jìn)而優(yōu)化生產(chǎn)流程、提高企業(yè)管理水平及打造先進(jìn)的數(shù)字化生產(chǎn)車間。干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

圖1 干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)的架構(gòu)

2.2 干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能組成

該系統(tǒng)是一套完整的針對(duì)4公斤干粉滅火器生產(chǎn)線訂制開發(fā)的專業(yè)平臺(tái)，在內(nèi)容上主要包括設(shè)備參數(shù)采集、生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互、生產(chǎn)信息可視化、專家數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備協(xié)議定制開發(fā)和PDA小程序（App）開發(fā)。軟件功能模塊組成如表1所示。

表1 干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能組成

2.3 干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)的底層設(shè)備

為保證該管理系統(tǒng)正常運(yùn)行，需要一系列底層設(shè)備的支撐，如圖2所示，主要包括激光打碼機(jī)、小字符噴碼機(jī)、PDA、機(jī)器人控制器、各類傳感器、PLC、智能相機(jī)、網(wǎng)絡(luò)柜及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、主控服務(wù)器及工作站、標(biāo)簽打印機(jī)、車間大屏、一體機(jī)、LED屏等。

圖2 干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)的底層設(shè)備一覽

3 干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)功能模塊及實(shí)現(xiàn)

干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)主要功能模塊包括：訂單管理模塊、質(zhì)量管理模塊、報(bào)警管理模塊、設(shè)備管理模塊、能源管理模塊、看板模塊、追溯管理模塊、系統(tǒng)管理模塊、PDA模塊等。

3.1 追溯管理（一物一碼管理）模塊

追溯管理模塊通過滅火器瓶體底部二維碼對(duì)單個(gè)滅火器產(chǎn)品賦予追溯碼，實(shí)現(xiàn)滅火器“身份證”賦值，一物一碼，與滅火器全生命周期內(nèi)的生產(chǎn)全程關(guān)聯(lián)（如圖3所示），對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)、分銷、物流運(yùn)輸、售后服務(wù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集跟蹤，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)、銷售環(huán)節(jié)、流通環(huán)節(jié)和物流環(huán)節(jié)的全生命周期管理。

圖3 生產(chǎn)過程全程一物一碼關(guān)聯(lián)

3.2 質(zhì)量管理模塊（配合PDA功能模塊）

質(zhì)量管理模塊根據(jù)4公斤干粉滅火器的生產(chǎn)工藝，配合現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備及PDA功能模塊實(shí)現(xiàn)全過程的質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計(jì)和分析并形成報(bào)表。（圖4在文中未有表述）

圖4 質(zhì)量管理模塊分類表

3.3 設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理模塊是針對(duì)不同的設(shè)備種類和標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容進(jìn)行在線配置，如圖5所示，不僅擁有設(shè)備的全周期管理、設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、設(shè)備維護(hù)管理、點(diǎn)檢表、設(shè)備備件管理、設(shè)備文檔管理等眾多模塊，還能夠?qū)崟r(shí)采集設(shè)備數(shù)據(jù)，做到實(shí)時(shí)與管理并行。

圖5 設(shè)備管理模塊

3.4 能源管理模塊

效能管理模塊，內(nèi)嵌牛頓1.0物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，通過創(chuàng)建各種機(jī)床、焊接機(jī)器人和設(shè)備的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合實(shí)時(shí)采集的各傳感器的信號(hào)統(tǒng)計(jì)每天的能耗^[4]。

（1）設(shè)備電能采集顆粒度要精確到單臺(tái)設(shè)備—使用效能管理模塊，單模塊可采集兩路三相電能。

（2）采集環(huán)境狀態(tài)（溫度、濕度等）—通過加裝環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器。

（3）用氣、用水的采集—通過加裝流量傳感器。能源管理職能及作業(yè)界面如圖6所示。

圖6 能源管理職能及作業(yè)界面

3.5 可視化（看板）管理模塊

可視化管理模塊分為生產(chǎn)中訂單、噴涂系統(tǒng)、焊接機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、能源檢測(cè)、報(bào)警信息、焊接工序、灌粉質(zhì)檢和帶保養(yǎng)設(shè)備八個(gè)功能區(qū)，如圖7所示，主要用于監(jiān)控當(dāng)前車間生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)。

圖7 可視化看板

3.6 其他管理模塊

訂單管理模塊：用于查詢、錄入、中止和導(dǎo)出生產(chǎn)訂單，可以查看沖壓工序、焊接工序、氣密性檢測(cè)和灌粉工序的每日產(chǎn)量。

系統(tǒng)管理模塊：系統(tǒng)管理模塊用于用戶管理、系統(tǒng)進(jìn)入、修改密碼和幫助內(nèi)容的管理等。

PDA模塊：在質(zhì)量檢測(cè)區(qū)域人工檢測(cè)發(fā)現(xiàn)不合格產(chǎn)品時(shí)，使用PDA掃描瓶體二維碼，記錄不合格質(zhì)量問題并下線處理；經(jīng)過人工加工合格后的產(chǎn)品，掃描瓶體二維碼后投入生產(chǎn)線，繼續(xù)加工；產(chǎn)線末端配合PDA客戶端，將滅火器瓶體二維碼與公安貼（紅、黃標(biāo)簽）二維碼進(jìn)行三碼綁定，再將客戶提供的包裝箱碼信息和已裝滅火器瓶體二維碼進(jìn)行綁定。

4 干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)在企業(yè)的應(yīng)用效果

干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4公斤干粉滅火器生產(chǎn)過程中的物料管理、資源管理、質(zhì)量管理、問題追溯和運(yùn)營(yíng)報(bào)警，極大地減少了生產(chǎn)過程中人為因素影響，保證了原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和傳遞過程的數(shù)據(jù)一致性，極大的提高了數(shù)據(jù)利用率和數(shù)據(jù)來(lái)源的穩(wěn)定性。

通過干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，形成了大量的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，既可以做到數(shù)據(jù)自動(dòng)錄入、整理和存檔，又可以實(shí)時(shí)形成趨勢(shì)曲線和預(yù)測(cè)曲線，并通過圖表等可視化效果展示，有效地降低了對(duì)管理人員工作經(jīng)驗(yàn)的依賴。同時(shí)直觀的對(duì)比數(shù)據(jù)（或曲線）可以提供更直接的決策數(shù)據(jù)依據(jù)，使管理層決策更準(zhǔn)確。

隨著干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)的應(yīng)用，基本做到車間的數(shù)字化管理。例如設(shè)備的點(diǎn)檢和維保記錄等信息均在系統(tǒng)中有電子存檔，每臺(tái)設(shè)備的點(diǎn)檢和維保信息一目了然，提高了車間對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)維護(hù)和管理水平。又例如通過“一物一碼”的身份證信息，可以直觀地查找每一具滅火器的生產(chǎn)信息，特別是有缺陷的產(chǎn)品，通過數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以直接落實(shí)到哪臺(tái)焊接機(jī)焊接和哪個(gè)檢驗(yàn)員檢驗(yàn)，直達(dá)產(chǎn)生問題的源頭，大大提高了溯本求源的能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

MES系統(tǒng)^[5]是常見于現(xiàn)代工廠的信息化平臺(tái)，數(shù)據(jù)層級(jí)一般處于制造設(shè)備和企業(yè)資源計(jì)劃（EnterpriseResourcePlanning，ERP）系統(tǒng)的中間平臺(tái)。在生產(chǎn)效率監(jiān)控方面，MES的數(shù)據(jù)報(bào)告具有生產(chǎn)透明度，設(shè)備綜合效率（OverallEquipmentEffectiveness，OEE）分析，是衡量企業(yè)生產(chǎn)效率的重要標(biāo)準(zhǔn)^[6]。本文介紹了MES的架構(gòu)和組成，并對(duì)各個(gè)模塊的功能和實(shí)現(xiàn)形式進(jìn)行了探討，在實(shí)際的使用過程中，對(duì)企業(yè)提升生產(chǎn)管理水平具有非常實(shí)用的推廣價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：

殷和國(guó)（1978-），男，黑龍江大慶人，高級(jí)工程師，碩士，現(xiàn)就職于濟(jì)南希潤(rùn)自動(dòng)化科技有限公司，主要從事智能制造相關(guān)研發(fā)工作。

劉文玉（1984-），男，山東濟(jì)南人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于濟(jì)南希潤(rùn)自動(dòng)化科技有限公司，主要從事智能制造相關(guān)研發(fā)工作。

張樹齊（1978-），男，河北滄州人，高級(jí)工程師，碩士，現(xiàn)就職于濟(jì)南希潤(rùn)自動(dòng)化科技有限公司，主要從事智能制造相關(guān)研發(fā)工作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 前瞻產(chǎn)業(yè)研究院. 2022-2027年中國(guó)滅火器行業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告[R]. 2021.

[2] 深圳市中研普華管理咨詢有限公司. 2022-2027年中國(guó)滅火器行業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)研究報(bào)告[R]. 2021.

[3] "中國(guó)制造2025" 的核心是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)[N]. 互聯(lián)網(wǎng)快報(bào), 2020, 12.

[4] 上海明匠智能系統(tǒng)有限公司. 牛頓1.0物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)說明書[Z]. 2000.

[5] 任德祥. MES應(yīng)用進(jìn)展述評(píng)[J]. 自動(dòng)化儀表, 2008 (2) : 1 - 8.

[6] 楊瑞朋, 王翠芝. 制造執(zhí)行系統(tǒng)中設(shè)備效率的研究[J]. 中國(guó)設(shè)備工程, 2018 (2) : 212 - 213.

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年12月刊