離散型數字化車間的無紙化運行模式探索

柳學楊 胡 青 孟祥鋒

（武漢船用機械有限責任公司，武漢 430084）

數字化車間的重要特征是對生產制造過程中產生的數據進行數字化。傳統型離散制造行業的生產模式以紙質審批資料為主，在對生產車間進行數字化改造及流程再造后，一線生產人員仍難擺脫利用紙質介質進行生產組織管理的方式，數字化車間系統的線上功能難以發揮主導作用，使得數字化車間無數據可用。生產車間通過全面采用無紙化運行模式，倒逼車間人員加強對數字化車間系統線上功能的應用，從而為生產車間的數字化分析提供完整、準確的基礎信息數據。

本文所提出的“全流程無紙化”運行模式并非嚴格意義上的完全不涉及紙質介質，而是指所有的業務流程及資料介質以電子化為主，某些環節支持紙質打印功能，但紙質打印的資料不作為組織生產的依據。

1 數字化車間實行“無紙化”的目的

數字化車間實行無紙化主要解決3個方面的問題：一是業務流程審批的電子化；二是生產資料介質的電子化；三是生產信息在車間的可視化管理。只有將以上三點做到相互協調與深度統一，才能在不影響生產效率的情況下，提高車間數字化應用的廣度和深度，為精益生產提供更全面與更精準的數據信息。數字化車間的無紙化運行模式如圖1所示。

圖1 數字化車間的無紙化運行模式

2 業務流程審批電子化

業務流程是車間規范化運行的基礎，業務流程設計的科學性和操作的便利性對提升車間效率與改進管理具有較為重要的影響。業務流程審批電子化可以實現對審批全過程的監控，有效提高流程處理的效率。本文將對業務流程中較為重要的領料業務電子化、不合格品審料電子化及工藝變更電子化這3個流程進行闡述。

2.1 領料業務電子化

領料業務涉及各制造部的二級庫房管理和物供部的一級庫房管理，其中，二級庫房在制造執行管理系統（MES）中進行物資管理，一級庫房在企業資源計劃（ERP）系統中進行物資管理。二級庫房管理員根據領料計劃在MES系統發起攜帶物資基本信息的領料申請，通過集成接口發送至ERP系統的物資管理模塊，ERP系統自動接收領料申請并傳送至物供部的庫管員，庫管員根據庫存信息在ERP系統中進行審核并生成領料出庫單，同時將審核信息傳遞至MES系統，使得MES系統和ERP系統中的領料業務狀態同步更新，如圖2所示。

2.2 不合格品審理電子化

不合格品審理業務包括采購環節的物料不合格審理和生產環節的在制品不合格審理。為實現采購員、生產人員、不合格品審理委員會的線上業務聯通，系統研發人員需要打通ERP系統、MES系統和流程審批系統的數據及流程接口，如圖3所示。

2.3 工藝變更電子化

圖2 領料業務流程電子化

圖3 不合格品審理流程電子化

離散型生產車間的工藝變更較為頻繁，工藝變更業務包括臨時工藝變更和標準工藝變更，變更的時間節點可能發生在領料前、領料中和領料后，也可能發生在加工前、加工中和加工后。工藝變更電子化流程涉及產品數據管理系統（PDM）、ERP系統和MES系統，涉及的崗位角色包括技術人員、采購員、計調人員及加工人員等。對變更業務場景進行梳理，并利用系統集成實現工藝變更業務的線上審批，如圖4所示。

3 生產資料介質電子化

車間的運行離不開派工單、跟道卡、圖紙工藝、檢驗記錄表等多種紙質資料。傳統型車間需要對上述各種資料進行簽字審批后再下發到生產單元，不但審批流程長，而且由于車間的環境較為惡劣，如油污較為嚴重，導致紙質資料保存難度較大，不利于后期歸檔調閱。在實現業務流程電子審批的基礎上，系統研發人員幫助車間運行實現上述資料的電子化，使各個生產環節的資料查閱更加方便快捷。

3.1 電子派工單

派工單是生產指令的主要依據，通過數字化車間的計劃體系，實現計劃信息與派工單信息的相互融合。在作業計劃生成后，系統自動實現電子化派工單的信息集成，相關的計劃信息同時傳遞至物資、檢驗等多個環節，實現各個生產環節電子任務的互聯互通，如圖5所示。

3.2 電子跟道卡

電子跟道卡可以實現對車間在制品加工進度、檢驗數據的電子集成。工作人員通過電子跟道卡，可以即時查詢在制品的工藝路線、當前的加工進度、工藝檢驗狀態等信息，并追溯到詳細的檢驗數據，如圖6所示。

3.3 電子圖紙及工藝卡片

電子圖紙及工藝卡片的電子化可以實現車間對圖紙工藝的線上審簽與即時下發，大大提高了該流程的下發效率，并且確保了圖紙的接收對象持有唯一有效的版本，降低錯誤發生率。

3.4 檢驗數據電子化

檢驗數據的保存對產品的質量控制及追溯起到至關重要的作用。針對結構較為復雜的零件，由于其測量尺寸與檢驗記錄較多，不利于車間保存有關數據。系統研發人員利用信息化技術，實現對零件檢驗數據的電子化錄入，并建立電子檔案，為質量數據分析及質量改進提供數據分析的基礎。

3.5 條碼物料標識

離散型船舶配套企業的原材料、配套件等物料呈現批量級小、形狀大的特點，傳統車間的物料標識方法主要靠人為判斷，或者用記號筆直接在物料表面進行統一標記，以上方法均存在易錯易毀的弊端。此外，傳統的庫房出入庫均依靠手工賬本進行管理，導致出入庫工作量大且數據追溯困難。系統研發人員開發了二維碼標識技術，實現對物料軌跡的全數字化管理，具體實現方式，如圖7所示。

圖4 工藝變更流程電子化

圖5 派工單電子化

圖6 跟道卡電子化

圖7 物料標識電子化

4 可視化管理

流程電子化和資料介質電子化為離散型數字車間的無紙化運行提供了最基本的技術手段。為進一步提高車間運行各環節信息傳遞的及時性、準確性及共享效率，數字化車間的運行仍需借助可視化技術手段，使無紙化運行效率更加高效。可視化管理主要通過電子看板系統和安燈系統兩個系統予以實現。

4.1 電子看板系統

電子看板是精益生產的核心工具之一，不僅可以實現車間生產過程管理便利化、信息傳遞快捷化、工序過程透明化，以及提高生產組織效率，還可以解決實時數據跟蹤不及時、生產任務傳達滯后、統計分析報表來源數據匱乏等問題。

按照數字化車間的管理需求，面向不同的崗位角色，形成如圖8所示的生產管理看板體系。

生產管理看板體系綜合展示車間在生產、質量、設備、人員、異常、安全等方面的業績進展和問題，使生產過程處于可控狀態。同時，車間合理利用該體系可實現對數據的實時采集，以及對效率和品質的實時監控，達到提高部門協同效率、提升管理效率、降低生產成本及節省人力資源等目的。

4.2 安燈系統

船舶配套物料生產車間的生產模式以離散型加工為主，生產過程涉及材料準備、轉運吊裝、技術處理、設備除障、檢驗響應等諸多環節，異常處理涉及物供部、資產管理部、技術中心、品質部等多個責任部門，若過程中任何一個環節出現異常都會直接導致生產效率降低。

圖8 看板體系

數字化車間建立以分布于車間各處的燈光和聲音報警裝置為核心的安燈系統，充分發揮安燈系統的可視化效果，使異常反饋端、異常處理端、異常監督端均有同步的異常狀態及進度狀態提醒功能，并將任意異常處理責任部門分成3個層次（異常處理直接責任人、主管和領導），完善基于異常處理等待時間與異常推送等級相匹配的分級處理機制，使得異常處理更加及時高效。

對于復雜的裝配過程，一個裝配任務有時需要上百種物料，每種物料也有上百件，傳統的領料過程需要進行重復的查詢和領料，生產效率低且容易出錯。車間建立基于裝配任務驅動的物料安燈出庫系統，使物料準備過程實現可視化，其實現方式是在每個庫位安裝安燈面板，當有裝配任務進行派工時，配套工在MES系統中驅動裝配物料清單，清單對應物料相應庫位的安燈會亮，同時會顯示所需的數量。配套工根據安燈的位置和數量進行物料的準備，并在物料領取完成后將安燈拍滅。當所有的安燈均被拍滅時，表示物料齊套。上述安燈可視化的手段可提高物料的準備效率，降低錯誤發生的概率。

5 結束語

車間無紙化運行模式是數字化車間運行的重要特征之一，其運行情況在一定程度上也決定了車間數字化水平管理水平的高低。同時，無紙化運行也是數字化車間在實際運行過程中探索出的倒逼傳統車間各個環節擺脫對原有紙質介質管理模式的依賴，向基于信息化技術的數字化管理轉型的有效途徑。在實現無紙化運行的環境條件下，數字化車間必須著重解決電子流程的便利化及信息傳遞與共享的有效性問題。