卷煙工廠物料數字化管理模型與應用

邵書音 羅志雪 湯圣楠 王錦金

摘? 要：針對數字化轉型中的卷煙工業企業在多牌號同時生產且頻繁換牌條件下確保零差錯、高效率和低庫存這一多目標管理要求時面臨的困難和挑戰，文章分析了卷煙生產業務模型、生產批次組織模型、過程物料屬性和過程管控策略，在此基礎上討論了基于物料數據流的智能化物料管理流程，構建了物料數字化管理模型，并討論了相關應用及效果。為卷煙工廠數字化轉型和智能工廠構建提供了一套較為有效的物料數據化管理方法和模型。

關鍵詞：數字化轉型;批次;物料數據流;管理模型

中圖分類號：TP29? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）22-0144-05

Material Digital Management Model and Its Application in Cigarette Factory

SHAO Shuyin，LUO Zhixue，TANG Shengnan，WANG Jinjin

（Xiamen Tobacco Industrial Co.，Ltd.，Xiamen? 361004，China）

Abstract：Aiming at the difficulties and challenges faced by the cigarette industry enterprises in the digital transformation to ensure zero error，high efficiency and low inventory under the conditions of multi-brand simultaneous production and frequent licensing changes，the multi-objective management requirements. The article analyzes the cigarette production business model，production batch organization model，process material attributes and process control strategy. On this basis，it discusses the intelligent material management process based on material data flow，builds a material digital management model，and discusses related application and effect. It provides a set of effective material data management method and model for the digital transformation of cigarette factory and the construction of intelligent factory.

Keywords：digital transformation;batch;material data flow;management model

0? 引? 言

卷煙工廠在新一輪數字化轉型和智能化升級中，從端到端流程入手構建新一代數字化管控平臺，全面梳理優化企業業務架構和技術架構，以支持全面管理提升和智慧升級[1，2]。智能工廠依賴生產過程高度自動化、可視化、精益化，物料流與生產過程融為一體，通過智能調度組成一個自適應、反饋靈敏、可靠性強、可信賴的智能制造生態系統。而這一切都要求生產各階段投入和產出的物料以及加工狀態能夠被各類系統感知與控制，通過過程與物料、過程與市場之間的互聯互通、靈敏感知與控制，確保產品滿足更加靈活和個性化的市場需求。因此，實現工廠物料數字化管理是企業實現數字化、智能化的前提條件。

1? 卷煙工廠物料數字化管理現狀

1.1? 現狀與挑戰

卷煙工廠物料包括煙草原料、配方煙絲、模塊煙絲、摻配物、煙用材料、濾棒、香精香料、卷煙在制品及成品等。以廈門煙草工業有限責任公司（以下簡稱廈煙公司）為例，每天生產10余個品牌規格產品，涉及100余種各類物料，生產線上物料需求頻繁切換以滿足多牌號多規格同時生產要求。物料品類眾多、標識與包裝儲運方式各異且保質期長短不一。生產組織難度和復雜度較高。

煙草行業自成體系，產業鏈條長。卷煙工廠的物料涉及農、工、商等多環節，如圖1所示。卷煙工廠需要有效管控物料在各環節的質量狀態以滿足制程來料要求，過程控制需要將工藝過程與上下游相關過程工藝設備參數、質量檢測數據、物料狀態等數據與對應在制品關聯起來分析控制，才能保證產品均質化。不管是物料精準調度還是跨過程質量保證，都高度依賴全程物料數字化管理來實現物料的系統可感知、可控制、可反饋。但物料數字化管理在實踐中存在一系列制約因素，主要體現在：

（1）物料管理缺乏系統規劃。物料管理顆粒度大小不一，缺乏統一管理標準;

（2）物料數字化標識標準不統一。不同過程物料標識介質及技術各異;

（3）缺乏跨產業鏈的物料編碼標準。不同過程、上下游產業鏈之間物料數據未能共享;

（4）跨系統數據集成架構不夠完整。各過程之間、上下游產業間數據未能充分關聯。

以上問題往往導致各產業鏈間以及產品實現各過程無法有效互聯互通，特別是跨工廠、跨過程之間的物料在流動時無法鏈接物料屬性數據，無法實現產品全過程的物料精細化管控，特別是產品回溯與關聯物料處置時無法快速定位問題產品及其影響范圍。

1.2? 發展趨勢

企業數字化轉型背景下，卷煙工廠將沿著智能化、柔性化、精益化方向發展，具備成本最低、效益最高、質量最可靠、設備利用率綜合最優的敏捷響應訂單的能力。這依賴過程內部、過程之間、產業鏈之間的高效協同。企業ERP根據訂單逐級分解出原輔料、香精香料、成品煙絲需求，再進一步分解成各類原料、配方煙絲、梗絲、香原料的需求，進而根據各類制造標準要求進行快速調度與加工。物料種類、數量、特性、關聯關系、加工要求和加工結果能實時被智能調度和生產管理系統識別，以滿足過程控制需要，如圖2所示。物料準確調度和管理需要實現實體物料流和業務數據流相互轉化，從而實現產品全過程的透明化和可視化。解決以上問題的關鍵是根據各類物料的自身質量特性和加工工藝特征建立物料數字化管理模型，以此為基礎形成一套系統的方法跟蹤物料流動并對產品實現各過程精細化管控。

2? 卷煙工廠物料數字化管理模型

2.1? 卷煙生產業務模型

卷煙生產組織模型分為物理模型和邏輯模型，兩種類型如圖3（a）、圖3（b）所示[3，4]。卷煙產品由原料、煙用材料和在制品構成的一個層次化、單元化的樹形結構模型進行描述。生產技術標準用樹形結構的標準清單進行層次化、結構化表述，每一層級的節點對應一個加工單元及對應的工藝配方標準單元，如圖3（c）所示。其中，數據歸集表示在制品數據歸集到加工單元、管理單元、批次。

（a）工廠物理模型

（b）生產邏輯模型

（c）卷煙產品結構、加工單位、批次組織邏輯模型

卷煙生產業務模型包含了原料加工、煙用材料采購與供應、制絲生產、卷接與包裝、物流與調撥等過程。依托各過程具體業務流程，根據生產組織模型逐一建立子業務模型，如圖4所示，最終形成工廠完整業務模型。

2.2? 卷煙生產批次組織模型

以最小生產管理單元為原則對卷煙生產過程劃分批次管理單元。以廈煙公司為例，共劃分構建了19種批次管理單元并進行邏輯關聯，形成自原輔料入廠至卷煙成品的全過程批次組織模型網絡，如圖5所示，具體為原料倉儲過程構建了打葉復烤批、到貨批、垛位批;輔料過程構建了到貨批、質量批;制絲過程構建了葉片批、葉絲批、加香批、梗絲批、膨絲批;料香調制過程構建了料液調制批、香液調制批;卷包過程構建了卷包生產批、件煙成品批、離線煙支批、離線濾棒批等批次。卷煙工廠通過生產批次組織模型構建統一物料管理顆粒度和流程，形成卷煙加工過程互聯互通的業務模型網格。

2.3? 物料數字化標識

2.3.1? 離散物料

離散物料指離線離機臺且具有單獨包裝或容器的物料，如：一箱片煙、一包商標紙、一卷卷煙紙、一盒濾棒、一盤煙支。利用可被系統識別的標簽介質對離散物料進行數字化標識管理，可根據使用環境及過程特性靈活采用條形碼、二維碼、RFID等標識介質[5]對物料進行數字化標識。物料具備數字化標識后，生產管理系統以此為媒介導通內部相鄰過程以及上下游加工單元并執行過程控制，將批次間各時間節點物料、生產過程聯系在一起。

2.3.2? 批次物料

煙草行業卷煙工廠目前基本實現按各種批次屬性進行物料管理和生產組織。批次物料指具備同一屬性的一組物料[6-8]。批次標識就是對一組物料的標識，在制造執行系統中以物料加工時間軸為基準建立該組物料的唯一性標識，制造執行系統識別離散物料和批次物料并進行數據關聯后建立起物料數據流。首先根據過程管控需要依據一定規則進行物料分組，即批次劃分：

（1）最小包裝單元;

（2）最小管理單元;

（3）最小生產單元。

卷煙生產過程典型批次劃分如表1所示。批次劃分后在生產系統中用時間戳來標識批頭和批尾，采用一組唯一性代碼標識。加工過程基于如圖5所示的批次組織模型進行物料調度和生產組織。

2.3.3? 編碼規則

如前文所述，物料標識存在離散物料標識和批次物料標識兩種類型。批次標識主要服務于生產內部過程，主要關注唯一性;離散物料標識涉及不同過程，既要唯一性，還要能承載過程關鍵信息。如片煙原料標識除唯一性外還要能解析出打葉復烤生產班次等信息;煙用材料標識需要能夠解析出生產日期班次、機臺、卷組盤等信息。因此企業需要制定一套標準化的編碼規范以滿足物料數字化管理的需要。

2.4? 物料數字化管理模型

構建卷煙工廠物料數字化管理模型首先應分析工廠業務模型，再構建批次組織模型，通過物料數字化標識形成批次數據流。進而利用批次數據流進行物料防差錯控制、過程管控、庫存管理、產品追溯管理、質量分析、工藝研究等一系列應用。

2.4.1? 卷煙工廠批次數據流

描述物料本身特性及加工過程特性的重要信息和物料之間進行歸屬對應，形成與物料流相匹配的物料數據流，以滿足加工過程建模以及過程監視測量、分析評價的需求。描述加工過程特性的信息包含各類離線和在線檢測數據、加工過程數據、物流狀態、環境狀態、作業行為、消費者數據[9]。通過物料標識和批次標識以及它們之間的邏輯關系進行批次數據歸集[10，11]。在卷煙生產批次組織模型的基礎上，形成卷煙生產批次數據流，如圖6所示。

2.4.2? 模型特征

在卷煙生產批次數據流基礎上形成卷煙工廠物料數字化管理模型，通過模型建立匯集了從原料物料數據到過程在制品數據，再到煙用材料物料數據的批次過程數據流，模型將物料信息、帶有時間戳的所有相關數據進行收集和聯結，使得原本較為獨立的物料通過批次ID關聯起來，將物料數據、過程主數據、物流交接過程數據、事件及業務數據等匯聚在一起，形成智能批次數據庫。利用智能批次數據庫，實現物料智能調度、防差錯管理、過程管控、質量分析、追溯管理等生產全過程物料數字化管理。

3? 數字化管理模型應用

廈煙公司借助以上模型銜接了物料在原輔料供應商、工廠、商業公司之間的過程參數和物料信息，為全程批次管理提供完整過程管控和追溯管理主線。通過梳理每類物料流動、生產工序的指標管控要求，輸出對末端因素預測預警等管控要求，借助批次信息串聯，形成物料流、管控活動、歷史記錄的批制造信息流并以此為基礎支撐全過程追溯與查詢，支撐風險管理、防差錯管理、指標和末端因素管控、批次綜合分析等管理綜合應用，從而實現基于“智能化、精細化、協同化”的企業數字化轉型升級，如圖7所示。

通過模型應用，一方面形成了產品全過程的批次數據流，增強生產管理系統對過程的感知和管控能力;另一方面通過各過程有機關聯的物料和過程信息可快速追蹤查詢制造歷史，為質量處置和分析提供依據。

4? 結? 論

通過卷煙生產組織和業務模型以及業務數據流分析，建立了卷煙工廠物料數字化管理模型并討論了相關應用，為卷煙工業企業在新一輪數字化轉型升級中更好夯實企業數字化管理基礎提供一套系統的物料數字化管理模型并討論了應用案例。物料數字化管理使得卷煙工廠上下游產業之間聯系更加緊密，增強產業間無縫協同與協作，提高企業基于數據的決策管理能力，是企業數字化轉型必經之路。

參考文獻：

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[11] 布勞克曼.智能制造：未來工業模式和業態的顛覆與重構 [M].張瀟，郁汲，譯.北京：機械工業出版社，2015.

作者簡介：邵書音（1968—），男，漢族，福建廈門人，工程師，本科，研究方向：生產管理及研究;通訊作者：羅志雪（1976—），男，漢族，福建龍巖人，高級工程師，本科，研究方向：生產管理。