淺談數字化車間的產品全生命周期信息追溯

陳金春，丁俠勝，車豪濱

（杭州晨龍智能科技有限公司，浙江 杭州 310000）

1 信息追溯管理的需求分析

對于型材下料自動化生產線而言，要實現無人化，除了要求硬件設備具備數字化、自動化功能外，還需要從軟件系統角度考慮產品信息追溯管理，否則一旦出現質量問題，將無從查起。信息追溯管理系統它不僅可以解決材料從哪兒來的問題，還可以知曉材料將流向何處，并記錄在流轉加工的過程中所發生的一切關聯信息，對產品質量追溯提供依據。對于成百上千種型材下料件，在原有的加工方式中，通常是工人用粉筆在下料件上將工件信息進行標記，下一道工序的工人憑下料件上的信息進行取用，如果在轉運的過程中筆跡丟失，工人得重新測量下料件的信息，費時費勁，并且容易出現差錯。因此在型材下料自動化生產線中配置信息追溯管理系統勢在必行。型材下料自動化生產線追溯需求路線如圖1所示。

圖1 型材下料自動化生產線追溯需求

（1）信息集成的現實需求——數據源多，需要集中管理。實現下料件信息的全面追溯，首先得完成數據的聚合，即需要對接各數據采集系統，提取所需的信息。比如：①對接原材料信息庫以實現原材料信息追溯（預留擴展）；②對接各加工設備，實現加工設備信息的追溯（如操作管理人員信息追溯，設備狀態信息追溯）；③對接質量檢測設備，實現檢測數據的記錄；④對接總控系統，獲取與下料件相關的生產信息。（2）信息分析的現實需求——實時數據量大，需要獨立的邊緣計算和分析。在型材下料生產線中，下料件存在品種多、批量小的客觀情況，一個批次零部件往往用在多個產品型號、不同批次訂單生產中，信息追溯的信息量龐大，人工干預無法實現真正的信息追溯。從海量的數據中提取有價值的信息，現有控制系統無法實施，需要邊緣計算與分析，因此離不開信息追溯管理軟件。

2 信息追溯方案設計

（1）信息追溯系統構架。本項目內追溯系統主要為解決兩部分需求：追溯數據的集成管理與數據向外部系統提供。為解決本項目型材下料車間對信息集成與信息追溯的需求，信息追溯系統共分三層，分別是對象層，功能層，需求層。其中對象層包含打碼設備，掃碼設備，觸摸屏，質量檢測設備等；工程層包含設備數據集成、軟件數據集成、掃碼查詢、接口提供等；需求層包含追溯數據管理、數據向外提供API接口等。（2）信息追溯路線設計。信息追溯支持兩種方式：一是正向追溯：從信息追溯管理系統上進行信息追溯查詢，通過輸入下料件加工過程信息（原材料采購信息及原材料信息預留擴展接口），查詢到如某個批次的下料件信息，通過對接工廠信息管理系統，便可知道該批次下料件的流向，一旦出現質量問題，可實現精準定位、以便采取措施補救。二是逆向追溯：比如桁架車間提出下料件追溯需求，通過讀取下料件上的條形碼，鏈接下料車間信息追溯管理系統，從而獲取更多下料件信息，包含下料件信息、質量檢測信息、加工過程信息等（原材料信息及采購信息預留擴展接口）。

3 信息追溯管理系統核心功能

（1）生產線信息的交互內容和交互方式。信息化追溯管理系統是下料線各控制、軟件系統信息集成的核心，集成的信息匯合成一個動態數據庫，數據間彼此關聯映射。同時，信息追溯管理系統支持信息擴展，如：隨著原材料庫信息的標準化、統一完善后，通過掃碼槍可以獲取原材料信息，信息追溯系統便可以將追溯的邊界拓展至原材料信息。從長遠來看，根據工廠發展建設的需求，同樣可以延伸至與工廠采購系統，獲取采購信息，實現物料的全生命周期管理。型材下料自動化生產線各系統的數據交互流向如圖2。

圖2 型材下料自動化生產線各系統的數據流關系圖

目前，整個產線各系統與信息追溯管理系統的數據交互內容見表1。

表1 排程系統的數據交互內容

（2）生產線信息追溯管理系統的數據集成方案。追溯內容包含：生產信息：設備、人員、物料、班組等；物料信息：原材料廠家、編號、供應商、及原材料長度材質等信息（預留擴展）和成品的批次、日期、數量、供應商和客戶等；產品特性（檢測）信息：長度、角度等。信息管理追溯系統與其它信息系統實時交互，所得到的信息，按照順序，在數據庫進行排序，最終形成一個編碼。比如：物料編碼代碼（01），MES計劃（MT）、工序信息代碼（OP）、物流配送信息（WL）、流水號（0001）；那么在一個生產計劃中，生產的物料條形碼 即 為01MTOPWL0001，01MTOPWL0002……01MTOPWL9999。生成的條碼下發至激光打碼設備，將加工件唯一的身份標識（條碼）打印在下料件上。

接口流程如下：（1）MES與追溯系統集成。MES傳輸生產計劃、生產數量、計劃所需物料等信息，追溯系統完成新的物料編碼（物料條形碼）后，傳輸數據給MES。（2）WMS與追溯系統集成。WMS傳輸庫存信息給追溯系統，追溯系統完成新的物料編碼（物料條形碼）后，傳輸數據給WMS，WMS更新庫存。（3）總控與追溯系統集成。總控依據生產計劃傳輸物料生產信息給追溯系統；追溯系統完成新的物料編碼（物料條形碼）后，傳輸完成信號給總控。融合所有信息后的信息追溯管理系統可實現批次追溯（如班次、時段、臺套追溯）及精確追溯（下料件唯一條形碼）。

4 信息追溯管理系統的輸出

（1）信息追溯管理系統條碼打印輸出。信息追溯管理系統完成數據整合以后，將對每個下料件生成唯一條形碼，激光打碼設備通過一體機，與信息管理追溯系統交互，獲取條形碼信息，在下料件上自動打印條形碼，完成后，打碼設備上的讀碼器，進行自動讀碼校驗，如通過，則完成下料件打碼。（2）生產線配置打碼設備。激光打標機是一種可通過光源產生激光束，將其放大并通過透鏡傳導至工件上，通過激光傳遞的能量在焦點處使材料發生改變，工件表面材料受熱蒸發，材料被移除從而在表面形成標識的脈沖打標設備。由信息收集系統下發或通過手動錄入打標內容，PLC可以通訊控制光纖控制單元打標，光纖控制單元也可將生產狀態信息反饋給PLC及信息收集系統。（3）信息追溯管理系統信息可視化。系統提供了豐富的統計報表，用戶可根據需要選擇使用，如產量報表、合格率報表等；所有報表都支持數據導出，用戶可以將報表數據導出到EXCEL；系統具有計數功能，可實時記錄加工數量。平臺通過掃描物料上的條形碼，解析并調取信息管理系統中信息，展示物料狀態信息。（4）信息追溯管理系統條碼共享API。多系統集成后，可根據接口，實施傳輸數據，在各系統可以查詢條碼信息，比如：在WMS系統中，輸入條碼，可以查詢物料出入庫信息。通過掃碼槍，可查詢下料件工藝信息。