熱煨彎管數字化生產管理系統的研究與應用

周鑫

（四川石油天然氣建設工程有限責任公司容器制造廠，四川 內江 641000）

隨著信息化的深入發展及中國產業升級的內在需求，傳統的企業生產管理方式已經不能滿足企業發展的要求。針對企業的現狀，本文以構建信息化的彎管生產管理系統為基礎，實現彎管生產流程標準化、彎管工藝知識庫、生產自動排料等主要方面進行研究，使熱煨彎管生產企業規范、優化生產流程和生產工藝，提效、保質、降本以及科學崗位管理效果顯著，也為下一步全面的數字化生產管理奠定了基礎。在國家傳統產業升級以及行業信息化、數字化趨勢的指引下，熱煨彎管生產信息化系統的建設，也是公司自身為適應市場需求，提升企業管理的內在需求。以彎管生產過程管理系統建設為起點，逐步推向縱深，提高公司的整體管理水平和效率，向管理要效益，向管理要質量，使公司保持行業優勢，引領行業的信息化建設。

1 彎管生產管理系統的設計與實現

彎管生產管理系統建設遵循SOA設計原則，系統之間采用服務的形式進行互聯，相互松散耦合，系統采用分層的體系架構，分離中間業務邏輯，便于復用；業務邏輯實現組件化，基于框架進行開發，提高開發效率以及穩定程度；客戶端基于瀏覽器設計，客戶端與服務端基于HTTP/HTTPS協議進行交互。以上特點使系統具有高彈性、高擴展的服務交付能力，為彎管生產提供按需服務，系統的應用架構如圖1所示。

2 彎管生產標準化流程設計與模塊實現

圖1 彎管系統構架

業務流程設計從實際生產工藝出發，以項目為主線，采用模塊化的設計。各環節之間按順序依次銜接，每一個環節有輸入和輸出，上一環節的輸出作為下一環節的輸入；每個環節是誰操作的（WHO），什么時候操作的（WHEN），操作了什么（WHAT），結果是怎么樣都（RESULT），系統按照WWWR事務模型設計思想，實現嚴格、嚴謹的業務控制，能最大限度的提高銜接效率和確保追溯性，以及為系統的后續優化提供數據基礎。

彎管生產流程以工程項目為起點，實時反映工程項目的生產信息及進度。通過材料檢驗、材料入庫、排料、領料、推制、校口、坡口加工、熱處理、噴砂除銹、無損探傷、外防腐、檢驗、入庫、裝運出廠等一系列的流程，完成系統標準流程實現，彎管生產制造流程如圖2。

本模塊涉及企業的五大主要部門，十余種角色，二十余個環節，需求設計靈活、可視化的流程、界面和權限。例如：車間現場應用盡量減少需要輸入系統的項目，基本上除基本運行工藝參數外，只需確認彎管完成即可，替代了原有的工藝流轉卡，大大方便車間現場使用，同時實現生產數據交互，便于生產過程管理和控制。

圖2 彎管生產制造流程

3 彎管工藝知識庫模塊設計與實現

在彎管生產過程中，彎管的規格、材質及壁厚種類較多，母管廠家及其母管性能數據量龐大，造成彎管MPS工藝、正式工藝、熱處理工藝、理化試驗結果等數據量巨大且關系復雜，故對彎管工藝技術人員的知識水平和工作經驗均要求較高且工作量較大，需要解決工藝知識的數字化存儲管理及數字化表達的問題。首先，系統根據不同種類母管建立不同的彎管工藝模板，將彎管工藝模板按照工藝屬性、工藝參數、工序列表等主要類別進行標準化的設計和輸入，便于工藝知識的錄入和計算機識別。其中，工藝屬性包括了母管類型、母管廠家、材質、壁厚、化學成分、力學性能等；工藝參數包括推制溫度、推制速度、冷卻水流量、感應加熱頻率、熱處理參數、坡口參數等；工序列表包括了彎管推制及彎管防腐有可能存在的所有制造工序。其次，工藝知識庫不能僅僅停留于知識展示、局部應用的層次，更要與實際生產過程相結合，通過將工藝與具體生產工序相關聯，在生產制造環節展示相應工序工藝要求及實際操作數據輸入頁面，從而到達工藝知識庫與生產實際的數字化結合，為技術和檢驗人員實時監測生產中的工藝數據，及時發現錯誤及校對工藝流程，提供了有效的技術支持。最后，對于完成編制的彎管MPS和正式生產工藝按照工程項目、工藝屬性、工藝參數進行列表并分類存放在數據庫中，可隨時條件篩選、查閱或調用，做到信息化工藝數據管理，見圖3。

圖3 彎管工藝庫

4 自動排料模塊設計與實現

在實際生產過程中，排料方法的優劣直接與產品成本及企業經濟效益有關。排料是彎管制造的第一道工序，不同的排料方案具有不同的材料利用率，而原材料的利用率直接影響產品的成本，降低廢料率提高原材料利用率是企業追求的目標。

針對企業彎管人工排料的現狀，并結合企業的實際需求，本文總結出以下約束條件：（1）根據母管存放位置，可以進行局部選擇易拿易取的母管；（2）根據彎管生產計劃，確定彎管生產的優先級；（3）原材料母管剩余總余量最小；（4）所用原材料母管總根數最少。

針對約束條件（1)、（2），通過在操作頁面，在系統中選取待加工母管及待生產的彎管，并將選取的母管、彎管作為本批次計算數據。

針對約束條件（3）、（4），采用線性規劃建立數學模型，通過單純形法求解從而實現了排料的最優化，保證了管材利用率的最大化。完成后的自動排料頁面，見圖4。

圖4 自動排料頁面

5 結語

本文通過對彎管生產管理系統的深入研究與實現，構建了適合企業實際情況的生產標準流程，完成了彎管工藝知識庫的建設與應用，并實現了自動排料模塊，解決了企業在生產管理、知識管理、成本管理上的緊迫需求。通過軟件系統的方式，使生產工藝流程規范有序，實現各工藝流程無縫銜接，嚴控產品質量；生產全流程無紙化辦公，提高各工作崗位人員工作效率，降低產品成本；實時采集各生產流程中的數據，對各工藝進行數據分析，為優化生產工藝提供決策依據；采集各崗位的操作數據，分析各崗位的工作效率以及工作質量。系統建設還需要在排料算法的優化、知識庫的深入分析及挖掘、生產裝備與軟件實時數據交互以及生產數據的分析上進行深入研究與實踐。