一種碳纖維生產管理信息化系統

黨曉波，劉朝娥，南曄，曹志強，申培君

（1.西安康本材料有限公司，陜西西安，710025；2.高性能碳纖維制造及應用國家地方聯合工程研究中心，陜西西安，710089）

0 引言

碳纖維由于具有輕質、高強、高模量及在非氧化氣氛下耐高溫等功能特點，是發展航空航天及軍事工業等尖端技術必不可少的新型材料。目前國內專門用于碳纖維制造行業生產管理的數字信息化系統基本處于空白狀態，碳纖維生產為化工生產行業，屬于系統工程，整個生產過程產品信息數據量龐大，每束絲的產品信息均須記錄，尤其是規模較大的生產線，生產中間過程信息及產品各項測試數據全部依賴人力記錄。該種生產管理方式會導致（a）生產操作人員的工作強度及難度隨著生產規模及任務量成倍增加；（b）難以避免因人為疏忽而導致的產品信息記錄錯誤；（c）生產效率低下，產品信息統計及產品質量分析工作難度增大；（d）產品用于軍工生產的話，按照要求產品信息保存周期為15年，必然導致產品及原材料信息記錄本的大量堆積，紙質文件保存不易等問題；（e）產品質量信息溯源難度大；（f）產品所有理化分析報告存在一定程度的滯后，加上報告在部門審批流轉的過程，難以實現及時準確的根據產品理化報告數據對生產過程的工藝調整，一定程度增加了廢品率。制備高性能聚丙烯腈基碳纖維龐雜而繁瑣的過程信息管理對適用于自身特點的信息化系統的依賴性和必要性愈來愈強，因此設計一種專門用于碳纖維生產管理的信息化系統顯得尤為重要。

1 信息化系統架構

本生產管理信息化系統為基于MES的基礎上開發，MES即面向生產制造企業車間執行層的信息化管理系統，主要是針對車間層的生產管理技術，它可以跟蹤和監控從原材料到產品入庫的整個生產流程，使企業的管理人員了解生產現場的進度、質量等，調整更好的生產計劃，從而提高工作效率，降低生產成本，增強企業的競爭力。關于MES系統，具有以下幾大特點：①多方面合理的集成，MES系統屬于作業層管理系統，在標準的企業信息化三層結構中，位于上層企業的規劃管理系統和下層的作業控制系統之間，其不僅是作業層信息的管理工具，同時也是底層與ERP的數據交換通道。②MES系統具備準確完善的數據分析功能，越來越多的企業重視對生產數據的采集與整理，但數據的利用率卻很低。產品開發的原則就是要充分利用每一個數據以及數據之間的相關性，做出更多的數據分析模型，為用戶提供準確的決策支持。③MES系統具備強大的工作管理能力，用戶可以對以前的工作通過附加自定義類別、系統屬性等方式，進行井井有條地管理工作結果，提高強大的工作結果查詢和數據統計功能。④MES系統，能夠形成標準化的、優化的設備操作方法和工藝流程控制方法。⑤MES系統具備強大的數據采集能力，可實現與自動化控制系統的數據互通。ERP系統一般用于開發OA系統開發，更貼合上層管理部門使用。綜上分析MES系統相較于傳統ERP系統更加適合用于生產制造行業車間的信息化系統建設。

（1）本信息化系統包括硬件、軟件、網絡工程三大部分；硬件工程部分包含兩臺服務器、服務器機柜、標簽打印機、防塵PDA掃碼終端、工業大屏、工業平板、可通訊電子秤、掃碼槍、應用計算機；軟件工程部分包含基礎定義、生產調度、原絲作業、碳絲作業、裝箱作業、生產跟蹤、監控中心、設備管理、理化分析等九個功能模塊；網絡工程部分包含千兆網絡交換機、千兆雙頻AP、千兆路由AC管理器、POE千兆交換機、網絡機柜、光纖收發器、ODF光終端、光纖等。系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

（2）硬件工程部分中兩臺服務器做雙機熱備設置，分別安裝于服務器機柜內，作為整個信息化系統的核心處理器及數據存儲單元，當一臺服務器發生故障時，備用服務器可自動切換使用，服務器的硬盤存儲設置預警功能，當數據量達到預設值時自動發出警報，提示管理人員對硬盤數據進行備份，以免生產數據丟失，能夠有效保證本系統運行的安全性及穩定性；標簽打印機分別安裝于原絲及碳絲車間收絲處，用于打印原絲、碳絲工位碼，原絲產品信息二維碼，碳纖維產品信息二維碼，裝箱箱號二維碼等產品信息；PDA掃描終端及工業平板為手持可移動設備，便于操作人員在車間內任意位置使用。掃碼終端為IP65防護等級的工業級PDA(掌上電腦PDA)，能夠防止灰塵進入，這里起到了避免碳纖維生產中漂浮的碳絲(導電性)進入PDA的電路板而導致電源短路的危害。移動數據終端具備WLAN通訊功能，可通過無線路由器和接口服務器進行通訊，使得移動數據終端可以在無線路由器wifi信號覆蓋的碳絲生產現場任意地點進行生產信息交互，提高信息化操作的便捷性；PDA具備對一維條碼、二位碼通過掃描或成像后的解析功能，實現現場標簽信息自動采集；兩臺工業大屏分別安裝于原絲及碳絲車間內，原絲工業大屏上可實時監測到原材料使用情況，原絲每日收絲率、定軸率、合格率，原絲累積產量統計等信息。碳化工業大屏可展示碳纖維產品每日收絲率、定軸率，碳纖維累積產量統計等信息；可通訊電子秤及掃碼槍安裝于碳絲車間收絲處，配套用于碳纖維產品重量信息的登記、計量、數據上傳，電子秤精度可精確到0.1g；應用計算機安裝于單位領導及工藝技術人員辦公室內，可遠程查看監控碳纖維生產信息化系統的各項數據、產品生產進程、設備運行狀況以及對產品質量進行對應的工藝數據分析等。

（3）軟件工程部分是基于MES開發的適用于碳纖維生產管理的信息化系統功能塊，大體上分為基礎定義、生產業務、生產管理、產品理化分析四個業務部分。系統結構如圖2所示。

圖2 系統結構圖

基礎定義模塊功能包含組織人員管理、人員權限設定、單位業務范圍定義、產品批次號定義、產品標識編碼規則設置、原絲長度及纖度合格值設定、碳絲長度及重量合格值設定、產品不達標判定參數設定、原絲及碳化工位數的設定、系統各項服務設置等。

生產業務部分包含生產調度模塊、原絲作業模塊、碳絲作業模塊、裝箱作業模塊四大模塊。生產調度模塊功能包含生產單位領導根據上級領導的生產任務制定全年生產計劃，生產任務單的制定及下達，當一個批次的生產任務單執行完畢后，可手動關閉該生產任務單，保證車間生產順利有序的進行，實現了優化組織車間人員進行生產。原絲作業模塊功能包含原材料領用、使用、庫存等信息的記錄統計，原絲紡位、收絲工位生產過程中產生的各類二維碼的生成、編輯、管理，原絲各工位產品信息的自動錄入，收絲開始與結束時間的自動跟蹤，紡速調整信息錄入，原絲長度的自動計算，原絲產品信息二維碼的自動生成及打印，原絲長度及外觀不達標的自動判定，原絲貼碼及分組，原絲產品信息的檢索、查看、編輯，原絲產品數據的導入、導出等功能。碳絲生產模塊功能包含碳絲放絲工位、收絲工位生產過程中產生的各類二維碼的生成、編輯、管理，碳絲各工位產品信息的自動錄入，碳絲產品信息與放絲工位的自動綁定識別，收絲開始與結束時間的自動跟蹤，碳纖維收絲長度的自動計算，碳絲產品信息的檢索、查看、編輯，碳纖維產品數據的導入、導出等功能。裝箱作業模塊功能包含碳絲產品稱重及信息上傳記錄，碳絲長度及外觀不達標的自動判定，碳絲產品二維碼的生成、編輯、打印，碳纖維產品裝箱碼及裝箱清單打印，裝箱碼與箱內碳纖維產品信息的自動綁定等功能。

生產管理部分包含生產跟蹤模塊、監控中心模塊、設備管理模塊三大模塊。生產跟蹤模塊功能包含碳纖維產品歷史數據的查詢、檢索，產品信息的溯源，產品數據分析，質量分析及報表、產品參數曲線的生成。監控中心模塊功能包含原絲、碳絲車間產品信息、設備運行狀況等信息的展示，產品歷史數據統計、展示，各車間月產量、年產量的統計、展示，原材料消耗量展示等。設備管理模塊功能包含生產線各類設備的運行狀況及設備保養計劃的制定、執行記錄，設備運行參數的自動上傳、記錄、查詢。

理化分析模塊功能包含原絲、碳纖維產品所有理化分析數據的測試上傳、記錄、編輯、查閱，產品理化分析數據曲線生成等。

（4）網絡工程部分通過預埋光纖，搭配千兆網絡交換機、千兆雙頻AP、千兆路由AC管理器、POE千兆交換機、網絡機柜、光纖收發器、ODF光終端等網絡設備，用于實現機房應用服務器與生產單位內各領導、工藝技術人員辦公室應用計算機及生產現場各生產執行區間終端設備的數據通訊、網絡共享。

2 信息化系統應用效果分析

本生產管理信息化系統應用于本單位碳纖維生產線后，極大程度降低了碳纖維生產中對人力的依賴性，大幅降低操作及管理人員的勞動強度，每班精減了三名操作人員，公司各級管理人員和操作人員能夠通過相應的權限利用信息化系統中所采集的數據，如原材料到貨的情況、庫存情況等，方便了車間的調度、安排生產計劃，下達生產任務，縮短了日常排產、調度材料等所浪費的時間，有效的提高了工作效率，生產過程更加透明化，產品質量數據分析及產品溯源更加簡潔方便，產品理化分析各項數據可實時在線檢索查閱，替代了產品原紙質歷史數據信息記錄本，產品歷史數據信息保存周期及效果更好，實現了本公司碳纖維生產線的無紙化辦公，每年可為公司節約人力及管理成本50萬元左右，廣受公司各級領導好評，一定程度上提升了公司在碳纖維行業的企業形象。

3 結束語

本生產管理信息化系統適用于國內碳纖維生產行業，自應用以來系統運行安全穩定，生產管理效率明顯提高，具有良好的推廣性及應用性。