一種碳纖維生產(chǎn)管理信息化系統(tǒng)

黨曉波，劉朝娥，南曄，曹志強(qiáng)，申培君

（1.西安康本材料有限公司，陜西西安，710025；2.高性能碳纖維制造及應(yīng)用國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，陜西西安，710089）

0 引言

碳纖維由于具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模量及在非氧化氣氛下耐高溫等功能特點(diǎn)，是發(fā)展航空航天及軍事工業(yè)等尖端技術(shù)必不可少的新型材料。目前國(guó)內(nèi)專(zhuān)門(mén)用于碳纖維制造行業(yè)生產(chǎn)管理的數(shù)字信息化系統(tǒng)基本處于空白狀態(tài)，碳纖維生產(chǎn)為化工生產(chǎn)行業(yè)，屬于系統(tǒng)工程，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)量龐大，每束絲的產(chǎn)品信息均須記錄，尤其是規(guī)模較大的生產(chǎn)線，生產(chǎn)中間過(guò)程信息及產(chǎn)品各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)全部依賴(lài)人力記錄。該種生產(chǎn)管理方式會(huì)導(dǎo)致（a）生產(chǎn)操作人員的工作強(qiáng)度及難度隨著生產(chǎn)規(guī)模及任務(wù)量成倍增加；（b）難以避免因人為疏忽而導(dǎo)致的產(chǎn)品信息記錄錯(cuò)誤；（c）生產(chǎn)效率低下，產(chǎn)品信息統(tǒng)計(jì)及產(chǎn)品質(zhì)量分析工作難度增大；（d）產(chǎn)品用于軍工生產(chǎn)的話，按照要求產(chǎn)品信息保存周期為15年，必然導(dǎo)致產(chǎn)品及原材料信息記錄本的大量堆積，紙質(zhì)文件保存不易等問(wèn)題；（e）產(chǎn)品質(zhì)量信息溯源難度大；（f）產(chǎn)品所有理化分析報(bào)告存在一定程度的滯后，加上報(bào)告在部門(mén)審批流轉(zhuǎn)的過(guò)程，難以實(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確的根據(jù)產(chǎn)品理化報(bào)告數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的工藝調(diào)整，一定程度增加了廢品率。制備高性能聚丙烯腈基碳纖維龐雜而繁瑣的過(guò)程信息管理對(duì)適用于自身特點(diǎn)的信息化系統(tǒng)的依賴(lài)性和必要性愈來(lái)愈強(qiáng)，因此設(shè)計(jì)一種專(zhuān)門(mén)用于碳纖維生產(chǎn)管理的信息化系統(tǒng)顯得尤為重要。

1 信息化系統(tǒng)架構(gòu)

本生產(chǎn)管理信息化系統(tǒng)為基于MES的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)，MES即面向生產(chǎn)制造企業(yè)車(chē)間執(zhí)行層的信息化管理系統(tǒng)，主要是針對(duì)車(chē)間層的生產(chǎn)管理技術(shù)，它可以跟蹤和監(jiān)控從原材料到產(chǎn)品入庫(kù)的整個(gè)生產(chǎn)流程，使企業(yè)的管理人員了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的進(jìn)度、質(zhì)量等，調(diào)整更好的生產(chǎn)計(jì)劃，從而提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。關(guān)于MES系統(tǒng)，具有以下幾大特點(diǎn)：①多方面合理的集成，MES系統(tǒng)屬于作業(yè)層管理系統(tǒng)，在標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)信息化三層結(jié)構(gòu)中，位于上層企業(yè)的規(guī)劃管理系統(tǒng)和下層的作業(yè)控制系統(tǒng)之間，其不僅是作業(yè)層信息的管理工具，同時(shí)也是底層與ERP的數(shù)據(jù)交換通道。②MES系統(tǒng)具備準(zhǔn)確完善的數(shù)據(jù)分析功能，越來(lái)越多的企業(yè)重視對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集與整理，但數(shù)據(jù)的利用率卻很低。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的原則就是要充分利用每一個(gè)數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，做出更多的數(shù)據(jù)分析模型，為用戶提供準(zhǔn)確的決策支持。③MES系統(tǒng)具備強(qiáng)大的工作管理能力，用戶可以對(duì)以前的工作通過(guò)附加自定義類(lèi)別、系統(tǒng)屬性等方式，進(jìn)行井井有條地管理工作結(jié)果，提高強(qiáng)大的工作結(jié)果查詢(xún)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能。④MES系統(tǒng)，能夠形成標(biāo)準(zhǔn)化的、優(yōu)化的設(shè)備操作方法和工藝流程控制方法。⑤MES系統(tǒng)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力，可實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互通。ERP系統(tǒng)一般用于開(kāi)發(fā)OA系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，更貼合上層管理部門(mén)使用。綜上分析MES系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)ERP系統(tǒng)更加適合用于生產(chǎn)制造行業(yè)車(chē)間的信息化系統(tǒng)建設(shè)。

（1）本信息化系統(tǒng)包括硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)工程三大部分；硬件工程部分包含兩臺(tái)服務(wù)器、服務(wù)器機(jī)柜、標(biāo)簽打印機(jī)、防塵PDA掃碼終端、工業(yè)大屏、工業(yè)平板、可通訊電子秤、掃碼槍、應(yīng)用計(jì)算機(jī)；軟件工程部分包含基礎(chǔ)定義、生產(chǎn)調(diào)度、原絲作業(yè)、碳絲作業(yè)、裝箱作業(yè)、生產(chǎn)跟蹤、監(jiān)控中心、設(shè)備管理、理化分析等九個(gè)功能模塊；網(wǎng)絡(luò)工程部分包含千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、千兆雙頻AP、千兆路由AC管理器、POE千兆交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、光纖收發(fā)器、ODF光終端、光纖等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（2）硬件工程部分中兩臺(tái)服務(wù)器做雙機(jī)熱備設(shè)置，分別安裝于服務(wù)器機(jī)柜內(nèi)，作為整個(gè)信息化系統(tǒng)的核心處理器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，備用服務(wù)器可自動(dòng)切換使用，服務(wù)器的硬盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)置預(yù)警功能，當(dāng)數(shù)據(jù)量達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提示管理人員對(duì)硬盤(pán)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，以免生產(chǎn)數(shù)據(jù)丟失，能夠有效保證本系統(tǒng)運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性；標(biāo)簽打印機(jī)分別安裝于原絲及碳絲車(chē)間收絲處，用于打印原絲、碳絲工位碼，原絲產(chǎn)品信息二維碼，碳纖維產(chǎn)品信息二維碼，裝箱箱號(hào)二維碼等產(chǎn)品信息；PDA掃描終端及工業(yè)平板為手持可移動(dòng)設(shè)備，便于操作人員在車(chē)間內(nèi)任意位置使用。掃碼終端為IP65防護(hù)等級(jí)的工業(yè)級(jí)PDA(掌上電腦PDA)，能夠防止灰塵進(jìn)入，這里起到了避免碳纖維生產(chǎn)中漂浮的碳絲(導(dǎo)電性)進(jìn)入PDA的電路板而導(dǎo)致電源短路的危害。移動(dòng)數(shù)據(jù)終端具備WLAN通訊功能，可通過(guò)無(wú)線路由器和接口服務(wù)器進(jìn)行通訊，使得移動(dòng)數(shù)據(jù)終端可以在無(wú)線路由器wifi信號(hào)覆蓋的碳絲生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)任意地點(diǎn)進(jìn)行生產(chǎn)信息交互，提高信息化操作的便捷性；PDA具備對(duì)一維條碼、二位碼通過(guò)掃描或成像后的解析功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)簽信息自動(dòng)采集；兩臺(tái)工業(yè)大屏分別安裝于原絲及碳絲車(chē)間內(nèi)，原絲工業(yè)大屏上可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到原材料使用情況，原絲每日收絲率、定軸率、合格率，原絲累積產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)等信息。碳化工業(yè)大屏可展示碳纖維產(chǎn)品每日收絲率、定軸率，碳纖維累積產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)等信息；可通訊電子秤及掃碼槍安裝于碳絲車(chē)間收絲處，配套用于碳纖維產(chǎn)品重量信息的登記、計(jì)量、數(shù)據(jù)上傳，電子秤精度可精確到0.1g；應(yīng)用計(jì)算機(jī)安裝于單位領(lǐng)導(dǎo)及工藝技術(shù)人員辦公室內(nèi)，可遠(yuǎn)程查看監(jiān)控碳纖維生產(chǎn)信息化系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)程、設(shè)備運(yùn)行狀況以及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行對(duì)應(yīng)的工藝數(shù)據(jù)分析等。

（3）軟件工程部分是基于MES開(kāi)發(fā)的適用于碳纖維生產(chǎn)管理的信息化系統(tǒng)功能塊，大體上分為基礎(chǔ)定義、生產(chǎn)業(yè)務(wù)、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品理化分析四個(gè)業(yè)務(wù)部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

基礎(chǔ)定義模塊功能包含組織人員管理、人員權(quán)限設(shè)定、單位業(yè)務(wù)范圍定義、產(chǎn)品批次號(hào)定義、產(chǎn)品標(biāo)識(shí)編碼規(guī)則設(shè)置、原絲長(zhǎng)度及纖度合格值設(shè)定、碳絲長(zhǎng)度及重量合格值設(shè)定、產(chǎn)品不達(dá)標(biāo)判定參數(shù)設(shè)定、原絲及碳化工位數(shù)的設(shè)定、系統(tǒng)各項(xiàng)服務(wù)設(shè)置等。

生產(chǎn)業(yè)務(wù)部分包含生產(chǎn)調(diào)度模塊、原絲作業(yè)模塊、碳絲作業(yè)模塊、裝箱作業(yè)模塊四大模塊。生產(chǎn)調(diào)度模塊功能包含生產(chǎn)單位領(lǐng)導(dǎo)根據(jù)上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的生產(chǎn)任務(wù)制定全年生產(chǎn)計(jì)劃，生產(chǎn)任務(wù)單的制定及下達(dá)，當(dāng)一個(gè)批次的生產(chǎn)任務(wù)單執(zhí)行完畢后，可手動(dòng)關(guān)閉該生產(chǎn)任務(wù)單，保證車(chē)間生產(chǎn)順利有序的進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化組織車(chē)間人員進(jìn)行生產(chǎn)。原絲作業(yè)模塊功能包含原材料領(lǐng)用、使用、庫(kù)存等信息的記錄統(tǒng)計(jì)，原絲紡位、收絲工位生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各類(lèi)二維碼的生成、編輯、管理，原絲各工位產(chǎn)品信息的自動(dòng)錄入，收絲開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間的自動(dòng)跟蹤，紡速調(diào)整信息錄入，原絲長(zhǎng)度的自動(dòng)計(jì)算，原絲產(chǎn)品信息二維碼的自動(dòng)生成及打印，原絲長(zhǎng)度及外觀不達(dá)標(biāo)的自動(dòng)判定，原絲貼碼及分組，原絲產(chǎn)品信息的檢索、查看、編輯，原絲產(chǎn)品數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出等功能。碳絲生產(chǎn)模塊功能包含碳絲放絲工位、收絲工位生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各類(lèi)二維碼的生成、編輯、管理，碳絲各工位產(chǎn)品信息的自動(dòng)錄入，碳絲產(chǎn)品信息與放絲工位的自動(dòng)綁定識(shí)別，收絲開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間的自動(dòng)跟蹤，碳纖維收絲長(zhǎng)度的自動(dòng)計(jì)算，碳絲產(chǎn)品信息的檢索、查看、編輯，碳纖維產(chǎn)品數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出等功能。裝箱作業(yè)模塊功能包含碳絲產(chǎn)品稱(chēng)重及信息上傳記錄，碳絲長(zhǎng)度及外觀不達(dá)標(biāo)的自動(dòng)判定，碳絲產(chǎn)品二維碼的生成、編輯、打印，碳纖維產(chǎn)品裝箱碼及裝箱清單打印，裝箱碼與箱內(nèi)碳纖維產(chǎn)品信息的自動(dòng)綁定等功能。

生產(chǎn)管理部分包含生產(chǎn)跟蹤模塊、監(jiān)控中心模塊、設(shè)備管理模塊三大模塊。生產(chǎn)跟蹤模塊功能包含碳纖維產(chǎn)品歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)、檢索，產(chǎn)品信息的溯源，產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析，質(zhì)量分析及報(bào)表、產(chǎn)品參數(shù)曲線的生成。監(jiān)控中心模塊功能包含原絲、碳絲車(chē)間產(chǎn)品信息、設(shè)備運(yùn)行狀況等信息的展示，產(chǎn)品歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、展示，各車(chē)間月產(chǎn)量、年產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)、展示，原材料消耗量展示等。設(shè)備管理模塊功能包含生產(chǎn)線各類(lèi)設(shè)備的運(yùn)行狀況及設(shè)備保養(yǎng)計(jì)劃的制定、執(zhí)行記錄，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)上傳、記錄、查詢(xún)。

理化分析模塊功能包含原絲、碳纖維產(chǎn)品所有理化分析數(shù)據(jù)的測(cè)試上傳、記錄、編輯、查閱，產(chǎn)品理化分析數(shù)據(jù)曲線生成等。

（4）網(wǎng)絡(luò)工程部分通過(guò)預(yù)埋光纖，搭配千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、千兆雙頻AP、千兆路由AC管理器、POE千兆交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、光纖收發(fā)器、ODF光終端等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)房應(yīng)用服務(wù)器與生產(chǎn)單位內(nèi)各領(lǐng)導(dǎo)、工藝技術(shù)人員辦公室應(yīng)用計(jì)算機(jī)及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各生產(chǎn)執(zhí)行區(qū)間終端設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊、網(wǎng)絡(luò)共享。

2 信息化系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

本生產(chǎn)管理信息化系統(tǒng)應(yīng)用于本單位碳纖維生產(chǎn)線后，極大程度降低了碳纖維生產(chǎn)中對(duì)人力的依賴(lài)性，大幅降低操作及管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，每班精減了三名操作人員，公司各級(jí)管理人員和操作人員能夠通過(guò)相應(yīng)的權(quán)限利用信息化系統(tǒng)中所采集的數(shù)據(jù)，如原材料到貨的情況、庫(kù)存情況等，方便了車(chē)間的調(diào)度、安排生產(chǎn)計(jì)劃，下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)，縮短了日常排產(chǎn)、調(diào)度材料等所浪費(fèi)的時(shí)間，有效的提高了工作效率，生產(chǎn)過(guò)程更加透明化，產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)分析及產(chǎn)品溯源更加簡(jiǎn)潔方便，產(chǎn)品理化分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)在線檢索查閱，替代了產(chǎn)品原紙質(zhì)歷史數(shù)據(jù)信息記錄本，產(chǎn)品歷史數(shù)據(jù)信息保存周期及效果更好，實(shí)現(xiàn)了本公司碳纖維生產(chǎn)線的無(wú)紙化辦公，每年可為公司節(jié)約人力及管理成本50萬(wàn)元左右，廣受公司各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)好評(píng)，一定程度上提升了公司在碳纖維行業(yè)的企業(yè)形象。

3 結(jié)束語(yǔ)

本生產(chǎn)管理信息化系統(tǒng)適用于國(guó)內(nèi)碳纖維生產(chǎn)行業(yè)，自應(yīng)用以來(lái)系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，生產(chǎn)管理效率明顯提高，具有良好的推廣性及應(yīng)用性。