基于無線終端的車間生產信息管理系統設計

畢鈺珺

(南京理工大學 機械工程學院，江蘇 南京 210094)

基于無線終端的車間生產信息管理系統設計

畢鈺珺

(南京理工大學 機械工程學院，江蘇 南京 210094)

目前信息技術發展迅速，經濟全球化的趨勢越來越明顯，現代制造業面臨的競爭也越來越激烈，實施企業信息化戰略勢在必行。生產信息管理系統已經成為了企業信息化解決方案中的關鍵途徑，而生產現場的數據采集又是實施生產信息管理系統的攔路虎，阻礙離散制造企業的信息化發展。根據國內離散制造企業的特點和需求，總結出適用于離散制造車間的生產管理流程，提出了信息管理系統的總體框架，設計了基于無線采集終端的車間生產信息管理系統。

離散制造；無線終端；生產信息管理

0 前言

多數離散制造企業具有多品種小批量、產品結構復雜、產品更新快[1]、生產重復程度低，涉及的工序、工種以及加工設備種類較多等特點。這些特征使得生產過程的控制與反饋變得異常動態。而目前制造加工車間的現場生產信息的采集、加工任務的指示和生產進度信息的收集是通過傳統人工的方式[2]，它需要透過層層人工操作程序才能到達管理者手中，不能保存車間情況的歷史數據，也就不能對整個生產過程和相關機床人員進行統計分析并總結經驗教訓。而建立一個車間生產信息管理系統不僅能夠解決生產信息管理的瓶頸，還能夠為生產決策提供依據。根據目前國內離散制造企業的生產特點，在對離散型制造車間生產管理需求分析的基礎上，總結出適用于離散型制造車間的生產信息管理的一般流程，概括出此類生產信息管理系統設計開發的一般原則，并提出了生產現場數據采集的總體方案。

1 系統需求分析

在離散制造車間生產過程中，管理決策層往往需要實時了解車間現場的加工情況和資源情況，以便管理層能夠及時地調整車間的生產指令和生產資源。車間生產信息管理系統是用來為管理人員和決策者提供日常信息的人員、過程、數據庫和設備的有組織的集合。其目標是要在建立的計算機信息系統平臺上把原有的管理模式和信息流程進行整合、補充、完善。基于計算機和網絡技術的車間信息管理系統建設的基本需求應該包括以下幾個方面[3]：

a) 實現生產信息共享。系統主要運用在車間級，實現車間之間和車間內部的數據共享。

b) 實現數據實時采集與傳遞，消除生產信息重復錄入、大量的手工查詢和人工對帳工作。

1) 系統支持將現有設備的生產數據集成，以某一固定時間為單位對設備生產數據和狀態采集一次，做到實時監測機器的運行和生產情況，實現對生產過程中歷史數據的統計查詢，同時將采集的數據直接用于生產統計、分析。

2) 根據工作崗位，設置固定數據輸入點，實時且不重復地把各種生產數據，進行逐單錄入系統，用于匯總、統計、查詢和報表輸出。

3) 準確地知道當前生產訂單的加工狀態。對物料進行實時跟蹤。對生產進行全過程物流跟蹤管理，隨時了解工件所處的工序位置和狀態。

4) 準確地把握各個員工的工作狀態，實現生產中工時定額的標準化管理。

2 系統總體框架

由上述的系統需求分析得到，此系統的主要功能包括數據采集、統計分析以及可視化等三個模塊，具體功能設置如圖1所示。

圖1 系統功能設計

2.1 數據采集

a) 基于無線終端的數據采集子系統結構

根據上述的總體框架，以圖2來簡單描述整個車間的生產信息管理系統的整體布局。

圖2 車間生產信息管理系統整體布局圖

傳統的數據采集方式是通過手工記錄來實現的，其效率低下、容易出錯，無法實現數據的實時采集。20世紀90年代以后現場總線技術與工業以太網也得到了很快發展。但總線接口的種類繁多也為系統的整合帶來了困難，而且很多企業仍然受制于既有的生產格局、不容易布線或者重新布線成本太高。21世紀以來無線組網的技術得到了發展，已經出現了通過無線網絡的方式來采集生產數據。

本系統采用課題組開發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據的功能鍵，還有RS485、RS232和USB接口。最重要的是該終端支持WIFI與以太網，加上無線路由器與無線接入點，就構建了無線網絡，通過終端就可以將生產數據傳輸至服務器。

圖3 手持式無線終端

b) 數據采集的內容(圖4)

基于無線終端的系統需要采集的內容經過總結認為可以分為三類：生產數據、設備數據、品質數據。

設備數據，用來表示在生產過程中機器設備相關的數據。包括設備的故障信息，基于設備的統計信息等。

生產數據，主要是指產品生產過程中的數據。包括產品的生產狀態、生產數量、加工工序工藝、生產進度以及生產計劃等數據。

品質數據，主要用來表示產品制造過程中與品質相關的數據。包括產品的品質等級數據、不合格產品數量以及原因數據、品質分析以及控制數據等。

圖4 數控采集內容

c) 數據信息編碼

以上歸納整理了需要采集的數據的種類和內容，那么如何對紛繁復雜的各類信息實現統一、規范、分類和編碼是實現信息化亟待解決的問題，是信息管理開發的重要組成部分。下面針對造幣機械的生產數據的特點，給出基本的編碼規則。

1) 設備信息，分析設備信息編碼規則。

SB為設備的漢語拼音字頭；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，在最后的序列號中用阿拉伯數字區分，詳細組別碼見表1；主參數碼是指代表設備的最主要的加工參數，用小寫漢語拼音字頭或數字表示，對于工、夾、量具、設備等用數字表示其主要參數，如鉆、鉸等道具用數字表示直徑，車床、鏜床用數字表示加工最大直徑，銑、刨、磨床用數字表示工作臺最大尺寸，對于無法用數字表示的類別，可用小寫漢語拼音字頭表示主要關鍵字，如NC程序可用加工的工序號來表示。序列號用阿拉伯數字表示，主要用于區分前四段編碼完全相同的情況。

表1 設備分類組別碼表

2) 工人信息，分析工人信息編碼規則。

GR為工人的漢語拼音字頭；接著是三位的車間號，是為了區分各個不同的車間，可以用阿拉伯數字來標識，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；生產單元號，也是崗位號，用來表示屬于具體哪個崗位或者生產單元，可以根據車間的各生產單元分布格局來分配上序號，然后用阿拉伯數字來表示生產單元號；工號是工人的最直接的標識，可以用阿拉伯數字表示。

3) 生產任務信息，分析生產任務信息編碼規則。

SCRW為生產任務的漢語拼音字頭；任務編號是標識出具體生產任務，可以用以一定規則生成的阿拉伯數字表示；工件物號是表示此生產任務所需的物料信息；工人工號是表示接受并完成此生產任務的工人編號，以此可以迅速查詢到加工此任務的工人信息；完成度是用來表示此生產任務完成的情況，用阿拉伯數字表示，其實省去了“%”，例如“80”表示某生產任務完成了80%；質檢人編號是為了方便查詢產品的檢驗情況，用質檢人的工號表示；質檢時間是為了詳細記錄檢驗過程，便于管理，如“2012520”表示2012年5月20日那天檢驗該產品的生產品質的。

2.2 統計分析

統計分析是對一段時期內的生產進行統計分析，使相關管理人員清楚了解車間機床的性能、人員的加工效率等，同時可以對一些潛在的危險防范于未然。例如當機床存在一定的故障，精確度不高時，通過對其加工工件的品質統計便能發現問題，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，實現產品品質控制。

本模塊根據前面功能模塊記錄的內容進行三個方面的統計分析：利用率、效率和品質，以便給車間管理層的決策提供依據。

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

車間生產過程是設備、物料、工人勞動的結合過程，也是產品成形的關鍵步驟，在實際生產中經常會遇到這樣的問題：如何合理制定生產計劃，以使工人、設備等關鍵資源的負載均衡；如何了解生產計劃的執行情況并合理調度；如何了解設備的運轉情況，找出廢品率高的設備；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計分析模塊的內容按照設備、物料、工人三個方面來將其歸類，如圖5所示。

圖5 統計分析模塊

2.3 可視化(圖6)

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

圖6 可視化模塊

3 結語

生產信息管理系統所依托的管理原型必須進行精心規劃和設計，它所管理的對象主要是生產所涉及的方方面面，所以在設計生產管理信息系統的時候，要在分析生產管理技術發展概況的基礎上，并結合目前國內大型離散制造車間的整體情況，根據企業的實際情況，從總體上統籌規劃生產信息管理系統的目標、總體結構，然后針對各個模塊進行功能設計，最后提出總體系統實施方案。

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

[2] 于春平. C/S模式車間級生產管理系統的研究[D].大連：大連理工大學碩士學位論文.2008.

[3] 曹國法，盧方元，楊長輝.中小企業管理信息化研究—開放架構下的中小企業管理論叢[M].鄭州:鄭州大學出版社.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，研究方向為工業工程生產管理。

TP391

B

1671-5276(2014)02-0128-04

2014-02-14