基于無線終端的車間生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

畢鈺珺

(南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094)

基于無線終端的車間生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

畢鈺珺

(南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094)

目前信息技術(shù)發(fā)展迅速，經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢越來越明顯，現(xiàn)代制造業(yè)面臨的競爭也越來越激烈，實(shí)施企業(yè)信息化戰(zhàn)略勢在必行。生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)已經(jīng)成為了企業(yè)信息化解決方案中的關(guān)鍵途徑，而生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集又是實(shí)施生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的攔路虎，阻礙離散制造企業(yè)的信息化發(fā)展。根據(jù)國內(nèi)離散制造企業(yè)的特點(diǎn)和需求，總結(jié)出適用于離散制造車間的生產(chǎn)管理流程，提出了信息管理系統(tǒng)的總體框架，設(shè)計(jì)了基于無線采集終端的車間生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)。

離散制造；無線終端；生產(chǎn)信息管理

0 前言

多數(shù)離散制造企業(yè)具有多品種小批量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、產(chǎn)品更新快[1]、生產(chǎn)重復(fù)程度低，涉及的工序、工種以及加工設(shè)備種類較多等特點(diǎn)。這些特征使得生產(chǎn)過程的控制與反饋?zhàn)兊卯惓?dòng)態(tài)。而目前制造加工車間的現(xiàn)場生產(chǎn)信息的采集、加工任務(wù)的指示和生產(chǎn)進(jìn)度信息的收集是通過傳統(tǒng)人工的方式[2]，它需要透過層層人工操作程序才能到達(dá)管理者手中，不能保存車間情況的歷史數(shù)據(jù)，也就不能對整個(gè)生產(chǎn)過程和相關(guān)機(jī)床人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。而建立一個(gè)車間生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)不僅能夠解決生產(chǎn)信息管理的瓶頸，還能夠?yàn)樯a(chǎn)決策提供依據(jù)。根據(jù)目前國內(nèi)離散制造企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，在對離散型制造車間生產(chǎn)管理需求分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)出適用于離散型制造車間的生產(chǎn)信息管理的一般流程，概括出此類生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的一般原則，并提出了生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的總體方案。

1 系統(tǒng)需求分析

在離散制造車間生產(chǎn)過程中，管理決策層往往需要實(shí)時(shí)了解車間現(xiàn)場的加工情況和資源情況，以便管理層能夠及時(shí)地調(diào)整車間的生產(chǎn)指令和生產(chǎn)資源。車間生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)是用來為管理人員和決策者提供日常信息的人員、過程、數(shù)據(jù)庫和設(shè)備的有組織的集合。其目標(biāo)是要在建立的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)平臺上把原有的管理模式和信息流程進(jìn)行整合、補(bǔ)充、完善?；谟?jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的車間信息管理系統(tǒng)建設(shè)的基本需求應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面[3]：

a) 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息共享。系統(tǒng)主要運(yùn)用在車間級，實(shí)現(xiàn)車間之間和車間內(nèi)部的數(shù)據(jù)共享。

b) 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與傳遞，消除生產(chǎn)信息重復(fù)錄入、大量的手工查詢和人工對帳工作。

1) 系統(tǒng)支持將現(xiàn)有設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成，以某一固定時(shí)間為單位對設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)和狀態(tài)采集一次，做到實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)器的運(yùn)行和生產(chǎn)情況，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程中歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)查詢，同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)直接用于生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、分析。

2) 根據(jù)工作崗位，設(shè)置固定數(shù)據(jù)輸入點(diǎn)，實(shí)時(shí)且不重復(fù)地把各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行逐單錄入系統(tǒng)，用于匯總、統(tǒng)計(jì)、查詢和報(bào)表輸出。

3) 準(zhǔn)確地知道當(dāng)前生產(chǎn)訂單的加工狀態(tài)。對物料進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。對生產(chǎn)進(jìn)行全過程物流跟蹤管理，隨時(shí)了解工件所處的工序位置和狀態(tài)。

4) 準(zhǔn)確地把握各個(gè)員工的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中工時(shí)定額的標(biāo)準(zhǔn)化管理。

2 系統(tǒng)總體框架

由上述的系統(tǒng)需求分析得到，此系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)分析以及可視化等三個(gè)模塊，具體功能設(shè)置如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)采集

a) 基于無線終端的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述的總體框架，以圖2來簡單描述整個(gè)車間的生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的整體布局。

圖2 車間生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)整體布局圖

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式是通過手工記錄來實(shí)現(xiàn)的，其效率低下、容易出錯(cuò)，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。20世紀(jì)90年代以后現(xiàn)場總線技術(shù)與工業(yè)以太網(wǎng)也得到了很快發(fā)展。但總線接口的種類繁多也為系統(tǒng)的整合帶來了困難，而且很多企業(yè)仍然受制于既有的生產(chǎn)格局、不容易布線或者重新布線成本太高。21世紀(jì)以來無線組網(wǎng)的技術(shù)得到了發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了通過無線網(wǎng)絡(luò)的方式來采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)采用課題組開發(fā)的手持式無線終端采集器，如圖3所示。該終端配有鍵盤，具有輸入不同類型數(shù)據(jù)的功能鍵，還有RS485、RS232和USB接口。最重要的是該終端支持WIFI與以太網(wǎng)，加上無線路由器與無線接入點(diǎn)，就構(gòu)建了無線網(wǎng)絡(luò)，通過終端就可以將生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器。

圖3 手持式無線終端

b) 數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容(圖4)

基于無線終端的系統(tǒng)需要采集的內(nèi)容經(jīng)過總結(jié)認(rèn)為可以分為三類：生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、品質(zhì)數(shù)據(jù)。

設(shè)備數(shù)據(jù)，用來表示在生產(chǎn)過程中機(jī)器設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)。包括設(shè)備的故障信息，基于設(shè)備的統(tǒng)計(jì)信息等。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)，主要是指產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)。包括產(chǎn)品的生產(chǎn)狀態(tài)、生產(chǎn)數(shù)量、加工工序工藝、生產(chǎn)進(jìn)度以及生產(chǎn)計(jì)劃等數(shù)據(jù)。

品質(zhì)數(shù)據(jù)，主要用來表示產(chǎn)品制造過程中與品質(zhì)相關(guān)的數(shù)據(jù)。包括產(chǎn)品的品質(zhì)等級數(shù)據(jù)、不合格產(chǎn)品數(shù)量以及原因數(shù)據(jù)、品質(zhì)分析以及控制數(shù)據(jù)等。

圖4 數(shù)控采集內(nèi)容

c) 數(shù)據(jù)信息編碼

以上歸納整理了需要采集的數(shù)據(jù)的種類和內(nèi)容，那么如何對紛繁復(fù)雜的各類信息實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、規(guī)范、分類和編碼是實(shí)現(xiàn)信息化亟待解決的問題，是信息管理開發(fā)的重要組成部分。下面針對造幣機(jī)械的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，給出基本的編碼規(guī)則。

1) 設(shè)備信息，分析設(shè)備信息編碼規(guī)則。

SB為設(shè)備的漢語拼音字頭；單元碼是指制造單元的名稱，用小寫漢語拼音字頭表示，如加工車間用“jgcj”來表示；組別碼是指設(shè)備的種類，用小寫漢語拼音字頭表示，例如車床用“cc”表示，如果字頭有重復(fù)，在最后的序列號中用阿拉伯?dāng)?shù)字區(qū)分，詳細(xì)組別碼見表1；主參數(shù)碼是指代表設(shè)備的最主要的加工參數(shù)，用小寫漢語拼音字頭或數(shù)字表示，對于工、夾、量具、設(shè)備等用數(shù)字表示其主要參數(shù)，如鉆、鉸等道具用數(shù)字表示直徑，車床、鏜床用數(shù)字表示加工最大直徑，銑、刨、磨床用數(shù)字表示工作臺最大尺寸，對于無法用數(shù)字表示的類別，可用小寫漢語拼音字頭表示主要關(guān)鍵字，如NC程序可用加工的工序號來表示。序列號用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，主要用于區(qū)分前四段編碼完全相同的情況。

表1 設(shè)備分類組別碼表

2) 工人信息，分析工人信息編碼規(guī)則。

GR為工人的漢語拼音字頭；接著是三位的車間號，是為了區(qū)分各個(gè)不同的車間，可以用阿拉伯?dāng)?shù)字來標(biāo)識，例如“001”表示一號車間，也可以用小寫漢語拼音字頭來表示，例如裝配車間用“zp”來表示；生產(chǎn)單元號，也是崗位號，用來表示屬于具體哪個(gè)崗位或者生產(chǎn)單元，可以根據(jù)車間的各生產(chǎn)單元分布格局來分配上序號，然后用阿拉伯?dāng)?shù)字來表示生產(chǎn)單元號；工號是工人的最直接的標(biāo)識，可以用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。

3) 生產(chǎn)任務(wù)信息，分析生產(chǎn)任務(wù)信息編碼規(guī)則。

SCRW為生產(chǎn)任務(wù)的漢語拼音字頭；任務(wù)編號是標(biāo)識出具體生產(chǎn)任務(wù)，可以用以一定規(guī)則生成的阿拉伯?dāng)?shù)字表示；工件物號是表示此生產(chǎn)任務(wù)所需的物料信息；工人工號是表示接受并完成此生產(chǎn)任務(wù)的工人編號，以此可以迅速查詢到加工此任務(wù)的工人信息；完成度是用來表示此生產(chǎn)任務(wù)完成的情況，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，其實(shí)省去了“%”，例如“80”表示某生產(chǎn)任務(wù)完成了80%；質(zhì)檢人編號是為了方便查詢產(chǎn)品的檢驗(yàn)情況，用質(zhì)檢人的工號表示；質(zhì)檢時(shí)間是為了詳細(xì)記錄檢驗(yàn)過程，便于管理，如“2012520”表示2012年5月20日那天檢驗(yàn)該產(chǎn)品的生產(chǎn)品質(zhì)的。

2.2 統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析是對一段時(shí)期內(nèi)的生產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使相關(guān)管理人員清楚了解車間機(jī)床的性能、人員的加工效率等，同時(shí)可以對一些潛在的危險(xiǎn)防范于未然。例如當(dāng)機(jī)床存在一定的故障，精確度不高時(shí)，通過對其加工工件的品質(zhì)統(tǒng)計(jì)便能發(fā)現(xiàn)問題，從而找出問題的根源所在，最后解決問題，這就避免了不必要的原材料浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)控制。

本模塊根據(jù)前面功能模塊記錄的內(nèi)容進(jìn)行三個(gè)方面的統(tǒng)計(jì)分析：利用率、效率和品質(zhì)，以便給車間管理層的決策提供依據(jù)。

利用率的分析包括機(jī)床、毛坯和刀具的利用率。效率的分析包括工人和機(jī)床兩方面的效率分析。品質(zhì)分析包括工件的合格率(工件質(zhì)量)、引起品質(zhì)差別的情況分析。

車間生產(chǎn)過程是設(shè)備、物料、工人勞動(dòng)的結(jié)合過程，也是產(chǎn)品成形的關(guān)鍵步驟，在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到這樣的問題：如何合理制定生產(chǎn)計(jì)劃，以使工人、設(shè)備等關(guān)鍵資源的負(fù)載均衡；如何了解生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行情況并合理調(diào)度；如何了解設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，找出廢品率高的設(shè)備；如何找出廢品率高的工序從而找出廢品的原因等等。那么將剛才分析的統(tǒng)計(jì)分析模塊的內(nèi)容按照設(shè)備、物料、工人三個(gè)方面來將其歸類，如圖5所示。

圖5 統(tǒng)計(jì)分析模塊

2.3 可視化(圖6)

車間的可視化使管理人員不必進(jìn)入到車間就能了解車間的實(shí)時(shí)信息，包括機(jī)床、人員和工件。它可以直觀地把車間情況呈現(xiàn)給管理者，以支持其決策。機(jī)床狀態(tài)指前面所說的四種狀態(tài)，對于每一種狀態(tài)，顯示其更詳細(xì)的狀態(tài)參數(shù)。而人員和工件的信息主要指它們自身的編號和對應(yīng)的機(jī)床編號，這些信息的顯示讓管理者對車間的人力和機(jī)床設(shè)備資源管理有一個(gè)總體了解。

圖6 可視化模塊

3 結(jié)語

生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)所依托的管理原型必須進(jìn)行精心規(guī)劃和設(shè)計(jì)，它所管理的對象主要是生產(chǎn)所涉及的方方面面，所以在設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的時(shí)候，要在分析生產(chǎn)管理技術(shù)發(fā)展概況的基礎(chǔ)上，并結(jié)合目前國內(nèi)大型離散制造車間的整體情況，根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況，從總體上統(tǒng)籌規(guī)劃生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的目標(biāo)、總體結(jié)構(gòu)，然后針對各個(gè)模塊進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，最后提出總體系統(tǒng)實(shí)施方案。

[1] 王峻喬，許昊，周思柱. 基于PDM的離散制造企業(yè)信息化[J]. 石油機(jī)械，2005,33(2):56-58.

[2] 于春平. C/S模式車間級生產(chǎn)管理系統(tǒng)的研究[D].大連：大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.2008.

[3] 曹國法，盧方元，楊長輝.中小企業(yè)管理信息化研究—開放架構(gòu)下的中小企業(yè)管理論叢[M].鄭州:鄭州大學(xué)出版社.2003.

Design of Manufacture Management System Based on Wireless Terminal

BI Yu-jun

(Mechanical Engineering College of Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094，China)

Nowadays, the globalization trend of economic development becomes more and more apparent with the rapid development of information technology and the modern manufacturing industry is faced with more and more fierce competition, so that the implementation of information-based strategy in the enterprises must be enforced. It is key method to build up a production management information system, which can be used to solve the problem of information-based construction in the enterprises. At the same time, the data collection from the production spots is the obstacle to building up the production management information system, which blocks the information-based development of the discrete manufacturing enterprises. According to the manufacturing characteristics and demands of the current domestic discrete manufacturing enterprises, this paper concludes its process which can be applicable to the discrete manufacturing workshop, puts forward the overall plan about the data collection in the production spots and designs its, the system based on wireless collection terminal.

discrete manufacturing；wireless terminal；manufacture information management.

畢鈺珺(1989-)，女，江蘇鹽城人，碩士研究生，研究方向?yàn)楣I(yè)工程生產(chǎn)管理。

TP391

B

1671-5276(2014)02-0128-04

2014-02-14