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文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2022）12-062-04中圖分類號：TD948.9

★  殷和國，劉文玉，張樹齊（濟南希潤自動化科技有限公司，山東濟南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化生產(chǎn)線項目配套的信息化工程，目標是實現(xiàn)干粉滅火器生產(chǎn)過程的可視化、數(shù)字化和精細化，進而優(yōu)化生產(chǎn)流程、提高企業(yè)管理水平及打造先進的數(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，2021年我國滅火器市場規(guī)模達到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，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)擴大生產(chǎn)規(guī)模，適應(yīng)市場需求變化，另一方面招工困難，必然將企業(yè)的生產(chǎn)引向少人化、自動化和智能化的方向發(fā)展。而實現(xiàn)智能制造的核心是生產(chǎn)過程的數(shù)字化，實時數(shù)據(jù)是整個工廠生產(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現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化制造、經(jīng)營和服務(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

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

（1）生產(chǎn)過程管理水平低：生產(chǎn)數(shù)據(jù)均由手工填報誤差較大、受人的影響大數(shù)據(jù)不真實、上傳下達的信息處理速度慢、執(zhí)行情況反饋不到位等問題突出。同時，各類文檔的手工填寫、錄入、審核、打印及存檔，不僅浪費大量的人力和物力，管理成本高，而且無法進行查案，出了問題，時間往往都浪費在查卷宗上，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)象嚴重，各工序之間形成了各自獨立的操作，沒有連貫性?！靶畔⒒聧u”的存在無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實施交互，使得前后數(shù)據(jù)出現(xiàn)嚴重的滯后性，影響各類數(shù)據(jù)的進一步利用。

（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行比對分析，形成統(tǒng)計報表或者曲線。這樣的工作不僅工作量大，而且容易形成二次數(shù)據(jù)錯誤，這就導(dǎo)致大部分企業(yè)的原始數(shù)據(jù)僅僅進行簡單匯總和存儲，無法形成數(shù)據(jù)對比表或圖，更無法形成預(yù)測曲線，因而導(dǎo)致管理層決策的及時性和正確性出現(xiàn)偏差。

為解決以上問題，4公斤干粉滅火器自動化生產(chǎn)線項目配套了有針對性的信息化工程-干粉滅火器制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。該信息化系統(tǒng)對整個生產(chǎn)工藝從鋼材卷板成型、沖壓、焊接、檢驗、噴涂、灌裝、充氣水檢、暫存、裝箱、碼垛、儲存的多種設(shè)備實現(xiàn)控制及運行狀態(tài)采集、顯示和分析，并對生產(chǎn)流程實現(xiàn)物料管理、資源管理、質(zhì)量管理、問題追溯和運營報警，具有自動數(shù)據(jù)監(jiān)測、計算機監(jiān)控管理、畫面參數(shù)提示、報警、數(shù)據(jù)記錄、趨勢分析和打印報表等功能。

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化生產(chǎn)線項目配套的信息化工程，目標是實現(xiàn)干粉滅火器生產(chǎn)過程的可視化、數(shù)字化和精細化，進而優(yōu)化生產(chǎn)流程、提高企業(yè)管理水平及打造先進的數(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4公斤干粉滅火器生產(chǎn)線訂制開發(fā)的專業(yè)平臺，在內(nèi)容上主要包括設(shè)備參數(shù)采集、生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時交互、生產(chǎn)信息可視化、專家數(shù)據(jù)庫、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、小字符噴碼機、PDA、機器人控制器、各類傳感器、PLC、智能相機、網(wǎng)絡(luò)柜及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、主控服務(wù)器及工作站、標簽打印機、車間大屏、一體機、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單個滅火器產(chǎn)品賦予追溯碼，實現(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），對產(chǎn)品的生產(chǎn)、倉儲、分銷、物流運輸、售后服務(wù)等環(huán)節(jié)進行數(shù)據(jù)采集跟蹤，實現(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)場采集設(shè)備及PDA功能模塊實現(xiàn)全過程的質(zhì)量自動檢測、數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計和分析并形成報表。（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)備管理模塊是針對不同的設(shè)備種類和標準等內(nèi)容進行在線配置，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、設(shè)備維護管理、點檢表、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采集設(shè)備數(shù)據(jù)，做到實時與管理并行。

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)建各種機床、焊接機器人和設(shè)備的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合實時采集的各傳感器的信號統(tǒng)計每天的能耗^[4]。

（1）設(shè)備電能采集顆粒度要精確到單臺設(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)、焊接機運行狀態(tài)、能源檢測、報警信息、焊接工序、灌粉質(zhì)檢和帶保養(yǎng)設(shè)備八個功能區(qū)，如圖7所示，主要用于監(jiān)控當前車間生產(chǎn)運行狀態(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)進入、修改密碼和幫助內(nèi)容的管理等。

PDA模塊：在質(zhì)量檢測區(qū)域人工檢測發(fā)現(xiàn)不合格產(chǎn)品時，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、黃標簽）二維碼進行三碼綁定，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、問題追溯和運營報警，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)自動錄入、整理和存檔，又可以實時形成趨勢曲線和預(yù)測曲線，并通過圖表等可視化效果展示，有效地降低了對管理人員工作經(jīng)驗的依賴。同時直觀的對比數(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)備的點檢和維保記錄等信息均在系統(tǒng)中有電子存檔，每臺設(shè)備的點檢和維保信息一目了然，提高了車間對設(shè)備的精準維護和管理水平。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)庫的統(tǒng)計分析，可以直接落實到哪臺焊接機焊接和哪個檢驗員檢驗，直達產(chǎn)生問題的源頭，大大提高了溯本求源的能力。

5 結(jié)束語

MES系統(tǒng)^[5]是常見于現(xiàn)代工廠的信息化平臺，數(shù)據(jù)層級一般處于制造設(shè)備和企業(yè)資源計劃（EnterpriseResourcePlanning，ERP）系統(tǒng)的中間平臺。在生產(chǎn)效率監(jiān)控方面，MES的數(shù)據(jù)報告具有生產(chǎn)透明度，設(shè)備綜合效率（OverallEquipmentEffectiveness，OEE）分析，是衡量企業(yè)生產(chǎn)效率的重要標準^[6]。本文介紹了MES的架構(gòu)和組成，并對各個模塊的功能和實現(xiàn)形式進行了探討，在實際的使用過程中，對企業(yè)提升生產(chǎn)管理水平具有非常實用的推廣價值。

作者簡介：

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

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

參考文獻：

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

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

[3] "中國制造2025" 的核心是實現(xiàn)制造業(yè)的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級[N]. 互聯(lián)網(wǎng)快報, 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)用進展述評[J]. 自動化儀表, 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]. 中國設(shè)備工程, 2018 (2) : 212 - 213.

摘自《自動化博覽》2022年12月刊