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

★  殷和國，劉文玉，張樹(shù)齊（濟南希潤自動(dòng)化科技有限公司，山東濟南250000）

摘要：定制化制造執行系統（MES）作為4公斤干粉滅火器自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)項目配套的信息化工程，目標是實(shí)現干粉滅火器生產(chǎn)過(guò)程的可視化、數字化和精細化，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)的數字化生產(chǎn)車(chē)間。

關(guān)鍵詞：MES；干粉滅火器；應用

根據公開(kāi)數據統計，2021年我國滅火器市場(chǎng)規模達到60億元人民幣^[1]。按企業(yè)數量占比估算，山東省規模在7～8億元人民幣左右。

根據中研普華的預測數據，滅火器的需求年復合增速在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)擴大生產(chǎn)規模，適應市場(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)現智能制造的核心是生產(chǎn)過(guò)程的數字化，實(shí)時(shí)數據是整個(gè)工廠(chǎng)生產(chǎn)和管理系統的基石^[3]，猶如人體之血液。數字化、智能化和透明化工廠(chǎng)需要實(shí)現產(chǎn)品的數字化設計、數字化制造、經(jīng)營(yíng)和服務(wù)業(yè)務(wù)過(guò)程數字化管理，以及綜合集成優(yōu)化。

1 現狀及存在問(wèn)題

通過(guò)對山東省的滅火器生產(chǎn)企業(yè)的調研可以看出，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(guò)程管理水平低：生產(chǎn)數據均由手工填報誤差較大、受人的影響大數據不真實(shí)、上傳下達的信息處理速度慢、執行情況反饋不到位等問(wèn)題突出。同時(shí)，各類(lèi)文檔的手工填寫(xiě)、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(wú)法進(jìn)行查案，出了問(wèn)題，時(shí)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(chē)間各環(huán)節的信息輸出方式不同，沒(méi)有統一的數據管理，造成信息的前后斷檔現象嚴重，各工序之間形成了各自獨立的操作，沒(méi)有連貫性?！靶畔⒒聧u”的存在無(wú)法實(shí)現數據的實(shí)施交互，使得前后數據出現嚴重的滯后性，影響各類(lèi)數據的進(jìn)一步利用。

（3）生產(chǎn)信息的利用程度偏低：手工錄入的原始數據需要專(zhuān)門(mén)的人員再次錄入才能進(jìn)行比對分析，形成統計報表或者曲線(xiàn)。這樣的工作不僅工作量大，而且容易形成二次數據錯誤，這就導致大部分企業(yè)的原始數據僅僅進(jìn)行簡(jiǎn)單匯總和存儲，無(wú)法形成數據對比表或圖，更無(wú)法形成預測曲線(xiàn)，因而導致管理層決策的及時(shí)性和正確性出現偏差。

為解決以上問(wèn)題，4公斤干粉滅火器自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)項目配套了有針對性的信息化工程-干粉滅火器制造執行系統（MES）。該信息化系統對整個(gè)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、儲存的多種設備實(shí)現控制及運行狀態(tài)采集、顯示和分析，并對生產(chǎn)流程實(shí)現物料管理、資源管理、質(zhì)量管理、問(wèn)題追溯和運營(yíng)報警，具有自動(dòng)數據監測、計算機監控管理、畫(huà)面參數提示、報警、數據記錄、趨勢分析和打印報表等功能。

2 干粉滅火器制造執行系統的架構及組成

2.1 干粉滅火器制造執行系統的架構形式

干粉滅火器制造執行系統作為干粉滅火器自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)項目配套的信息化工程，目標是實(shí)現干粉滅火器生產(chǎn)過(guò)程的可視化、數字化和精細化，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)的數字化生產(chǎn)車(chē)間。干粉滅火器制造執行系統的架構如圖1所示。

圖1 干粉滅火器制造執行系統的架構

2.2 干粉滅火器制造執行系統的功能組成

該系統是一套完整的針對4公斤干粉滅火器生產(chǎn)線(xiàn)訂制開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)平臺，在內容上主要包括設備參數采集、生產(chǎn)數據實(shí)時(shí)交互、生產(chǎn)信息可視化、專(zhuān)家數據庫、數據查詢(xún)、設備協(xié)議定制開(kāi)發(fā)和PDA小程序（App）開(kāi)發(fā)。軟件功能模塊組成如表1所示。

表1 干粉滅火器制造執行系統的功能組成

2.3 干粉滅火器制造執行系統的底層設備

為保證該管理系統正常運行，需要一系列底層設備的支撐，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(lèi)傳感器、PLC、智能相機、網(wǎng)絡(luò )柜及網(wǎng)絡(luò )設備、主控服務(wù)器及工作站、標簽打印機、車(chē)間大屏、一體機、LED屏等。

圖2 干粉滅火器制造執行系統的底層設備一覽

3 干粉滅火器制造執行系統功能模塊及實(shí)現

干粉滅火器制造執行系統主要功能模塊包括：訂單管理模塊、質(zhì)量管理模塊、報警管理模塊、設備管理模塊、能源管理模塊、看板模塊、追溯管理模塊、系統管理模塊、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(guò)滅火器瓶體底部二維碼對單個(gè)滅火器產(chǎn)品賦予追溯碼，實(shí)現滅火器“身份證”賦值，一物一碼，與滅火器全生命周期內的生產(chǎn)全程關(guān)聯(lián)（如圖3所示），對產(chǎn)品的生產(chǎn)、倉儲、分銷(xiāo)、物流運輸、售后服務(wù)等環(huán)節進(jìn)行數據采集跟蹤，實(shí)現產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節、銷(xiāo)售環(huán)節、流通環(huán)節和物流環(huán)節的全生命周期管理。

圖3 生產(chǎn)過(guò)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4公斤干粉滅火器的生產(chǎn)工藝，配合現場(chǎng)采集設備及PDA功能模塊實(shí)現全過(guò)程的質(zhì)量自動(dòng)檢測、數據整理、統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(lèi)表

3.3 設備管理模塊

設備管理模塊是針對不同的設備種類(lèi)和標準等內容進(jìn)行在線(xiàn)配置，如圖5所示，不僅擁有設備的全周期管理、設備數據監測、設備維護管理、點(diǎn)檢表、設備備件管理、設備文檔管理等眾多模塊，還能夠實(shí)時(shí)采集設備數據，做到實(shí)時(shí)與管理并行。

圖5 設備管理模塊

3.4 能源管理模塊

效能管理模塊，內嵌牛頓1.0物聯(lián)網(wǎng)操作系統，通過(guò)創(chuàng )建各種機床、焊接機器人和設備的數學(xué)模型，結合實(shí)時(shí)采集的各傳感器的信號統計每天的能耗^[4]。

（1）設備電能采集顆粒度要精確到單臺設備—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(guò)加裝環(huán)境監測傳感器。

（3）用氣、用水的采集—通過(guò)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、焊接機運行狀態(tài)、能源檢測、報警信息、焊接工序、灌粉質(zhì)檢和帶保養設備八個(gè)功能區，如圖7所示，主要用于監控當前車(chē)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(xún)、錄入、中止和導出生產(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。

系統管理模塊：系統管理模塊用于用戶(hù)管理、系統進(jìn)入、修改密碼和幫助內容的管理等。

PDA模塊：在質(zhì)量檢測區域人工檢測發(fā)現不合格產(chǎn)品時(shí)，使用PDA掃描瓶體二維碼，記錄不合格質(zhì)量問(wèn)題并下線(xiàn)處理；經(jīng)過(guò)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(xiàn)，繼續加工；產(chǎn)線(xiàn)末端配合PDA客戶(hù)端，將滅火器瓶體二維碼與公安貼（紅、黃標簽）二維碼進(jìn)行三碼綁定，再將客戶(hù)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 干粉滅火器制造執行系統在企業(yè)的應用效果

干粉滅火器制造執行系統實(shí)現4公斤干粉滅火器生產(chǎn)過(guò)程中的物料管理、資源管理、質(zhì)量管理、問(wèn)題追溯和運營(yíng)報警，極大地減少了生產(chǎn)過(guò)程中人為因素影響，保證了原始數據的準確性和傳遞過(guò)程的數據一致性，極大的提高了數據利用率和數據來(lái)源的穩定性。

通過(guò)干粉滅火器制造執行系統的穩定運行，形成了大量的生產(chǎn)過(guò)程數據，既可以做到數據自動(dòng)錄入、整理和存檔，又可以實(shí)時(shí)形成趨勢曲線(xiàn)和預測曲線(xiàn)，并通過(guò)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(lài)。同時(shí)直觀(guān)的對比數據（或曲線(xiàn)）可以提供更直接的決策數據依據，使管理層決策更準確。

隨著(zhù)干粉滅火器制造執行系統的應用，基本做到車(chē)間的數字化管理。例如設備的點(diǎn)檢和維保記錄等信息均在系統中有電子存檔，每臺設備的點(diǎn)檢和維保信息一目了然，提高了車(chē)間對設備的精準維護和管理水平。又例如通過(guò)“一物一碼”的身份證信息，可以直觀(guān)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(guò)數據庫的統計分析，可以直接落實(shí)到哪臺焊接機焊接和哪個(gè)檢驗員檢驗，直達產(chǎn)生問(wèn)題的源頭，大大提高了溯本求源的能力。

5 結束語(yǔ)

MES系統^[5]是常見(jiàn)于現代工廠(chǎng)的信息化平臺，數據層級一般處于制造設備和企業(yè)資源計劃（EnterpriseResourcePlanning，ERP）系統的中間平臺。在生產(chǎn)效率監控方面，MES的數據報告具有生產(chǎn)透明度，設備綜合效率（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的架構和組成，并對各個(gè)模塊的功能和實(shí)現形式進(jìn)行了探討，在實(shí)際的使用過(guò)程中，對企業(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（1978-），男，黑龍江大慶人，高級工程師，碩士，現就職于濟南希潤自動(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，山東濟南人，工程師，碩士，現就職于濟南希潤自動(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(shù)齊（1978-），男，河北滄州人，高級工程師，碩士，現就職于濟南希潤自動(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：

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

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

[3] "中國制造2025" 的核心是實(shí)現制造業(yè)的數字化、智能化轉型升級[N]. 互聯(lián)網(wǎng)快報, 2020, 12.

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

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

[6] 楊瑞朋, 王翠芝. 制造執行系統中設備效率的研究[J]. 中國設備工程, 2018 (2) : 212 - 213.

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年12月刊