汽車零配件協(xié)同生產(chǎn)管理云平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

彭長(zhǎng)超 陳濤 劉文軍 陳晨

摘要：隨著制造業(yè)數(shù)字化進(jìn)程的推進(jìn)，通過(guò)云化方式解決生產(chǎn)協(xié)同提高生產(chǎn)效益成為迫切需求。文章提出了一種針對(duì)汽車零配件行業(yè)的協(xié)同生產(chǎn)管理云平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，系統(tǒng)云端部署，多端使用，實(shí)現(xiàn)了人員、資源、生產(chǎn)、質(zhì)量管理等功能，通過(guò)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地?cái)?shù)據(jù)采集與生產(chǎn)執(zhí)行控制，解決了生產(chǎn)過(guò)程不透明、人員設(shè)備效率低、生產(chǎn)責(zé)任不明晰等典型問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的可控制、可追溯、可維護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)了降低成本，提升效率的目的。

關(guān)鍵詞：智能制造;MES系統(tǒng);協(xié)同生產(chǎn)管理;云端部署

中圖分類號(hào)：TP311? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）25-0057-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID） ：

隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展面臨新的挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì)，企業(yè)的生產(chǎn)制造正經(jīng)歷數(shù)字化、智能化的變革[1-2]。協(xié)同生產(chǎn)管理系統(tǒng)是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，通常提供生產(chǎn)管理、物料管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理等多種功能，在企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)執(zhí)行中具有廣泛的應(yīng)用[3-6]。目前生產(chǎn)加工企業(yè)普遍基于類似MES的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了車間生產(chǎn)信息集成，提高了企業(yè)的生產(chǎn)能力。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推動(dòng)下，企業(yè)已經(jīng)發(fā)展為多工廠模式，傳統(tǒng)的MES使得各工廠之間出現(xiàn)信息孤島，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下[7]。在此背景下，生產(chǎn)管理云平臺(tái)研究和應(yīng)用受到關(guān)注。該平臺(tái)相比傳統(tǒng)MES更具優(yōu)勢(shì)，不僅擁有傳統(tǒng)MES的功能屬性，而且企業(yè)無(wú)須在各工廠部署多套系統(tǒng)，集成性較高，只需有互聯(lián)網(wǎng)即可訪問(wèn)系統(tǒng)，大大降低了企業(yè)的成本。

本文提出了一種針對(duì)汽車零配件行業(yè)的協(xié)同生產(chǎn)管理云平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，平臺(tái)采用B/S架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了各種生產(chǎn)要素的接入，具備人員管理、資源管理、生產(chǎn)管理、報(bào)表管理、質(zhì)量管理等多種功能，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的可追溯、可維護(hù)，生產(chǎn)管理的可控制，從而實(shí)現(xiàn)了降低成本，提升效率的目的。

1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

平臺(tái)采用云端部署，手機(jī)、電腦、PDA多端使用模式，由物理層、存儲(chǔ)層、業(yè)務(wù)層、表現(xiàn)層組成。物理層包含硬件設(shè)備，如PLC、激光打標(biāo)機(jī)、打印機(jī)等。存儲(chǔ)層使用了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL存儲(chǔ)基本信息，非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MongoDB存儲(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，Redis存儲(chǔ)緩存信息。業(yè)務(wù)層通過(guò)SpringMVC、WebSocket和Netty等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)接收解析、消息推送以及平臺(tái)業(yè)務(wù)功能。表現(xiàn)層可以讓用戶通過(guò)移動(dòng)端、Web端、工業(yè)觸摸一體機(jī)來(lái)訪問(wèn)系統(tǒng)。圖1給出了系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)圖。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能分析

汽車零部件協(xié)同生產(chǎn)管理云平臺(tái)針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)管理實(shí)際需求，分析得出其功能模塊包括系統(tǒng)管理、資源管理，倉(cāng)儲(chǔ)管理、條碼管理、生產(chǎn)管理等六大部分，系統(tǒng)功能框圖如圖2所示。

1） 系統(tǒng)管理。該模塊由部門管理、用戶管理、角色管理和權(quán)限管理四個(gè)子模塊組成，主要用于設(shè)置部門、人員的信息以及權(quán)限。

2） 條碼管理。該模塊主要用來(lái)按規(guī)則生成條碼，標(biāo)識(shí)工廠內(nèi)的物料和計(jì)劃，便于查找。

3） 資源管理。該模塊由物料管理和設(shè)備管理兩個(gè)模塊組成，用來(lái)維護(hù)工廠物料和設(shè)備的基本信息。

4） 生產(chǎn)管理。該模塊由計(jì)劃管理、生產(chǎn)執(zhí)行、工藝管理和質(zhì)量管理四個(gè)子模塊組成，主要用來(lái)統(tǒng)一管理生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)工藝，便于管理者了解到制造執(zhí)行能力和產(chǎn)品交付能力。

2.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)分析

協(xié)同管理云平臺(tái)從客戶下單、上游原材料進(jìn)入工廠開(kāi)始，到汽車零部件產(chǎn)品出廠，實(shí)現(xiàn)全程數(shù)字化管理，業(yè)務(wù)流程如圖3所示。制造企業(yè)根據(jù)客戶訂單進(jìn)行排產(chǎn)，制定生產(chǎn)計(jì)劃。生產(chǎn)過(guò)程按需對(duì)原材料進(jìn)行切割操作得到切割件，再將原材料和切割件送至沖壓站，進(jìn)行沖壓操作得到?jīng)_壓件，然后將沖壓件送至焊接站，進(jìn)行焊接操作得到焊接件，并進(jìn)行焊縫檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果判定是否需要返修，最后將檢測(cè)結(jié)果正常的焊接件送至壓裝站，進(jìn)行壓裝、點(diǎn)膠、烘干操作得到零部件成品。汽車零部件制造企業(yè)按照客戶訂單進(jìn)行產(chǎn)品出庫(kù)交付，客戶根據(jù)成品上的標(biāo)識(shí)碼可以完成質(zhì)量追溯。

2.2.1 系統(tǒng)管理

部門管理子模塊用于管理企業(yè)內(nèi)部的所有部門，設(shè)置部門的層級(jí)和可用狀態(tài)。用戶管理子模塊用于管理企業(yè)內(nèi)部的所有用戶，用戶根據(jù)所選部門和角色獲取其對(duì)應(yīng)的權(quán)限，可以修改用戶的可用狀態(tài)。角色管理子模塊用于預(yù)先設(shè)定好不同角色對(duì)應(yīng)的權(quán)限，不同的用戶給予不同的權(quán)限。角色和部門具有綁定關(guān)系，當(dāng)用戶選擇對(duì)應(yīng)部門后，可以獲得該部門對(duì)應(yīng)的權(quán)限關(guān)系。權(quán)限管理子模塊用于管理菜單權(quán)限、操作權(quán)限、數(shù)據(jù)權(quán)限，控制不同用戶可訪問(wèn)的內(nèi)容。采用用戶—角色—權(quán)限模型，對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行管理，以及用戶權(quán)限管控設(shè)計(jì)。

2.2.2 資源管理

1） 物料管理。物料管理子模塊用于管理汽車零部件的原料、半成品和產(chǎn)品，用戶根據(jù)不同的物料類別進(jìn)行分類，對(duì)每個(gè)物料類別配置自定義屬性，物料能夠繼承對(duì)應(yīng)類別的自定義屬性，對(duì)每個(gè)物料配置切割規(guī)格。每有一個(gè)物料新增成功，庫(kù)存管理會(huì)相應(yīng)新增一個(gè)庫(kù)存信息。

2） 設(shè)備管理。設(shè)備管理子模塊用于管理工廠中的各類設(shè)備，用戶根據(jù)設(shè)備類別，配置對(duì)應(yīng)的點(diǎn)檢項(xiàng)，設(shè)備可以繼承對(duì)應(yīng)類別的點(diǎn)檢項(xiàng)。系統(tǒng)可以創(chuàng)建設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，生成設(shè)備維護(hù)任務(wù)，定期進(jìn)行點(diǎn)檢保養(yǎng)。也可以根據(jù)踩點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障告警，并生成維修和維護(hù)記錄，減少設(shè)備故障發(fā)生，降低停機(jī)頻率，提高生產(chǎn)效率。

3） 條碼管理。條碼管理模塊主要用于按照指定規(guī)則生成物料、計(jì)劃的條碼，條碼可以方便查找到對(duì)應(yīng)的信息。條碼分為物料條碼和計(jì)劃條碼，物料條碼從原材料開(kāi)始申請(qǐng)條碼，到生產(chǎn)過(guò)程中的半成品條碼，再到成品的產(chǎn)品條碼以及客戶碼，貫穿整個(gè)生產(chǎn)流程，便于質(zhì)量管理能快速查找到問(wèn)題所在。

2.2.3 生產(chǎn)管理

1） 計(jì)劃管理。計(jì)劃管理子模塊用于制定工廠每一階段的生產(chǎn)計(jì)劃，制定計(jì)劃需要進(jìn)行設(shè)備分配、人員以及工藝流程的選擇配置。在制定計(jì)劃之前，需要維護(hù)設(shè)備、維護(hù)人員信息，在工藝管理中維護(hù)計(jì)劃的工藝流程信息。計(jì)劃制訂完成后，可以開(kāi)始執(zhí)行計(jì)劃，待計(jì)劃完成后能夠選擇下載查看計(jì)劃對(duì)應(yīng)的報(bào)表信息。

2） 生產(chǎn)執(zhí)行。生產(chǎn)執(zhí)行子模塊主要用于對(duì)生產(chǎn)的整個(gè)流程進(jìn)行管理，操作員首先在App上領(lǐng)取生產(chǎn)任務(wù)，并進(jìn)行掃碼投產(chǎn)操作，根據(jù)配置好的工藝流程，按序執(zhí)行。如生產(chǎn)計(jì)劃配置的工藝流程為員工培訓(xùn)、設(shè)備點(diǎn)檢、上料、生產(chǎn)報(bào)工和質(zhì)量檢測(cè)。完成生產(chǎn)后執(zhí)行成品入庫(kù)操作，此過(guò)程中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)進(jìn)度、產(chǎn)品質(zhì)量的實(shí)時(shí)上報(bào)。

3） 質(zhì)量管理。質(zhì)量管理子模塊主要用于對(duì)產(chǎn)品全生產(chǎn)流程的質(zhì)量監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)從原料到產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程、流轉(zhuǎn)過(guò)程及使用過(guò)程的全流程追溯，如客戶可以基于產(chǎn)品標(biāo)識(shí)碼查詢到產(chǎn)品及其原料的基本信息和質(zhì)量信息，若產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，則可通過(guò)產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)據(jù)追溯查詢到相應(yīng)的生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)備及人員，及時(shí)做出相應(yīng)調(diào)整。

3 系統(tǒng)模塊實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)管理

角色管理如圖4所示，該頁(yè)面用于管理角色信息以及權(quán)限分配。用戶在左邊維護(hù)角色信息，選中相應(yīng)的角色，可以在右邊給角色分配相應(yīng)的權(quán)限。

3.2 生產(chǎn)管理

計(jì)劃管理頁(yè)面如圖5所示，該頁(yè)面用于管理生產(chǎn)計(jì)劃。用戶進(jìn)入計(jì)劃管理頁(yè)面可以查看所有計(jì)劃的部分信息，清楚地了解到每個(gè)計(jì)劃的當(dāng)前進(jìn)度。可以對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行配置，如分配設(shè)備、培訓(xùn)配置和工藝配置等，配置完成后，操作人員可以進(jìn)入生產(chǎn)計(jì)劃開(kāi)始執(zhí)行;已完成的計(jì)劃可以進(jìn)入查看計(jì)劃信息以及生產(chǎn)信息;當(dāng)計(jì)劃正在進(jìn)行中又不需要繼續(xù)做時(shí)可以提前結(jié)束計(jì)劃。

生產(chǎn)執(zhí)行頁(yè)面如圖6所示，該頁(yè)面用于生產(chǎn)計(jì)劃流程管理。用戶進(jìn)入生產(chǎn)執(zhí)行頁(yè)面可以看到計(jì)劃的詳細(xì)信息，以及生產(chǎn)流程中遇到的問(wèn)題。

質(zhì)量管理頁(yè)面如圖7所示，該頁(yè)面用于監(jiān)測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題。用戶進(jìn)入質(zhì)量管理頁(yè)面，可以根據(jù)產(chǎn)品條碼查詢?cè)摦a(chǎn)品及整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中原料的基本信息和質(zhì)量信息。

4 總結(jié)

針對(duì)當(dāng)前汽車零配件行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種協(xié)同管理云平臺(tái)，通過(guò)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)計(jì)劃與過(guò)程執(zhí)行控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人員、設(shè)備、物料的統(tǒng)一管理，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全鏈路追溯。通過(guò)合理規(guī)劃生產(chǎn)要素，優(yōu)化了生產(chǎn)技術(shù)，提高了設(shè)備利用率，生產(chǎn)效率顯著提升，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提升。生產(chǎn)過(guò)程的透明化，有助于管理者實(shí)時(shí)查看計(jì)劃進(jìn)度，及時(shí)做出相應(yīng)決策。

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