生產(chǎn)管理系統(tǒng)在沖壓領(lǐng)域的應(yīng)用

文／吳恭銳，李堯堯，鄧先文，韓玉振，羅江巧·一汽-大眾汽車有限公司成都分公司

沖壓行業(yè)的傳統(tǒng)庫(kù)存管理容易出現(xiàn)更新不及時(shí)，導(dǎo)致庫(kù)存過(guò)多或過(guò)少的情況，出現(xiàn)庫(kù)存資源浪費(fèi)。傳統(tǒng)的排產(chǎn)方式往往依賴人工編排，容易出現(xiàn)庫(kù)存時(shí)效性不高，排產(chǎn)計(jì)劃不合理，從而導(dǎo)致生產(chǎn)線節(jié)拍不平衡。制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，圍繞管理數(shù)字化和技術(shù)數(shù)字化相結(jié)合的方向，必然值得我們?nèi)パ芯亢吞接憽?/p>

此次研究以精益生產(chǎn)為主線，通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃和分析訂單需求、設(shè)備狀態(tài)、人員能力等因素，基于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)研發(fā)了一套沖壓智能排產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一項(xiàng)先進(jìn)的沖壓行業(yè)管理和技術(shù)解決方案，旨在根據(jù)庫(kù)存深度等各方面維度智能生成排產(chǎn)計(jì)劃，以最大程度地優(yōu)化生產(chǎn)流程、提高效率并降低生產(chǎn)成本。

系統(tǒng)功能

庫(kù)存管理

通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控原材料和零部件的庫(kù)存狀態(tài)，確保在需要時(shí)能夠及時(shí)獲得所需的物料或產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)庫(kù)存信息的實(shí)時(shí)更新和共享，提高決策效率，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果設(shè)定相應(yīng)的庫(kù)存水平，如圖1所示。

圖1 庫(kù)存管理數(shù)字化頁(yè)面

人員圓點(diǎn)圖

根據(jù)生產(chǎn)零件的需求人數(shù)，結(jié)合人員出勤信息，通過(guò)可視化工具，智能調(diào)度出勤人員，確保生產(chǎn)線上的員工數(shù)量與生產(chǎn)需求相匹配，如圖2 所示。

圖2 人員圓點(diǎn)圖數(shù)字化頁(yè)面

生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控

實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的全面監(jiān)控。當(dāng)出現(xiàn)異常信息時(shí)，能及時(shí)推送至相關(guān)人員，避免無(wú)效溝通時(shí)間，減少異常停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，如圖3 所示。

圖3 生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)字化頁(yè)面

智能排產(chǎn)

利用計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能等技術(shù)，根據(jù)訂單需求、人員配置、設(shè)備能力等信息，自動(dòng)生成生產(chǎn)計(jì)劃，減少人工干預(yù)。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化以及精細(xì)化的資源利用，降低生產(chǎn)成本和庫(kù)存深度。

設(shè)計(jì)方案

數(shù)據(jù)采集和準(zhǔn)備

生產(chǎn)管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)如圖4 所示，數(shù)據(jù)采集和準(zhǔn)備是生產(chǎn)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涉及多個(gè)方面的信息，從生管目標(biāo)到設(shè)備維保時(shí)間，再到模具數(shù)量、考勤信息、設(shè)備開(kāi)動(dòng)率以及單零件庫(kù)存等多個(gè)方面。以下是關(guān)于數(shù)據(jù)采集和準(zhǔn)備的具體方案：

圖4 生產(chǎn)管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)圖

首先，通過(guò)生管系統(tǒng)的通用接口，系統(tǒng)定時(shí)獲取未來(lái)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，確保生產(chǎn)計(jì)劃和資源分配的準(zhǔn)確性。同時(shí)，沖壓日?qǐng)?bào)AKZ 的統(tǒng)計(jì)通過(guò)收集近期生產(chǎn)日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)，計(jì)算出AKZ，從而結(jié)算出最新、最準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為管理決策提供可靠依據(jù)。設(shè)備維保時(shí)間則通過(guò)手動(dòng)錄入排產(chǎn)系統(tǒng)預(yù)留的接口，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)調(diào)配。

其次，通過(guò)生管目標(biāo)計(jì)算當(dāng)日的壓機(jī)沖程，并結(jié)合模具生產(chǎn)數(shù)計(jì)算出生產(chǎn)數(shù)量，提供實(shí)時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)支持。考勤信息采集通過(guò)門禁系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取出勤數(shù)據(jù)，計(jì)算出當(dāng)天實(shí)際到崗人數(shù)，為生產(chǎn)人員智能調(diào)度提供依據(jù)。設(shè)備開(kāi)動(dòng)率的計(jì)算基于上個(gè)月的生產(chǎn)線過(guò)程記錄和PLC 采集到的設(shè)備停臺(tái)時(shí)間，通過(guò)日?qǐng)?bào)方式準(zhǔn)確計(jì)算設(shè)備的開(kāi)動(dòng)率。

最后，單零件庫(kù)存的實(shí)時(shí)獲取通過(guò)庫(kù)存管理模塊、RFID技術(shù)等手段，確保單零件庫(kù)存容量信息的準(zhǔn)確性。為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量和一致性，系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、去重、格式化等預(yù)處理，以提高數(shù)據(jù)的可靠性和一致性。這一系列的數(shù)據(jù)采集和準(zhǔn)備方案將確保生產(chǎn)管理系統(tǒng)擁有可靠、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而支持科學(xué)決策和高效調(diào)度。

算法選擇和優(yōu)化

在算法選擇和優(yōu)化方面，精心采用了多種先進(jìn)的算法，確保生產(chǎn)管理系統(tǒng)在面對(duì)多樣化的需求和場(chǎng)景時(shí)能夠高效運(yùn)作。以下是我們所選用的關(guān)鍵算法及其優(yōu)勢(shì)：

首先，貪心算法的引入充分體現(xiàn)了高效性和簡(jiǎn)單性的優(yōu)勢(shì)。利用貪心算法在每一步都選擇當(dāng)前狀態(tài)下的最優(yōu)解以及易于實(shí)現(xiàn)的方案思路，使系統(tǒng)能夠迅速做出局部最優(yōu)決策，為整體生產(chǎn)管理提供了實(shí)時(shí)而有效的支持。

其次，遺傳算法被應(yīng)用于排產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化，旨在快速找到問(wèn)題的最優(yōu)解。通過(guò)靈活調(diào)整策略和參數(shù)設(shè)置，遺傳算法能夠適應(yīng)不同類型的問(wèn)題和多樣的優(yōu)化目標(biāo)，為生產(chǎn)排程的復(fù)雜性提供了可靠而高效的解決方案。

最后，融入了AI 人工智能技術(shù)，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的深度分析和挖掘，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)流程的智能優(yōu)化。此技術(shù)不僅用于歷史數(shù)據(jù)的分析，還能在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)異常現(xiàn)象，通過(guò)智能診斷迅速應(yīng)對(duì)異常停機(jī)，從而提高整體生產(chǎn)效率。

這三種算法的綜合運(yùn)用使得生產(chǎn)管理系統(tǒng)更具智能性和適應(yīng)性，為企業(yè)提供了可靠的決策支持和高效的生產(chǎn)優(yōu)化策略。

系統(tǒng)架構(gòu)

采用前后端分離的架構(gòu)，使系統(tǒng)更加靈活。前端使用Vue 框架，后端使用Spring Boot 等構(gòu)建，如圖5所示。

圖5 生產(chǎn)管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理

在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理方面，我們精心選擇了適用于生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和大數(shù)據(jù)處理策略，以確保高效、可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理。

首先，我們采用了MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，作為主要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)引擎。MySQL 的可靠性和穩(wěn)定性使其成為理想的選擇，用于存儲(chǔ)各類關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)量、生產(chǎn)進(jìn)度等。其靈活性和廣泛支持的特性使得我們能夠高效地組織和檢索數(shù)據(jù)，從而滿足生產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的要求。

其次，針對(duì)大規(guī)模的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，我們引入了大數(shù)據(jù)處理技術(shù)。通過(guò)這一策略，我們能夠有效地處理和存儲(chǔ)龐大的數(shù)據(jù)集，以支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和報(bào)告生成需求。大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的高擴(kuò)展性和并行處理能力，使得系統(tǒng)能夠應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量，為決策提供更為深入的洞察力。

這兩者的結(jié)合，使得我們的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)具備了對(duì)各類數(shù)據(jù)的高效處理和可靠存儲(chǔ)的能力，為生產(chǎn)管理系統(tǒng)提供了穩(wěn)固的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以支持各類決策和業(yè)務(wù)需求。

安全性和可維護(hù)性

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高度重視數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)可維護(hù)性，確保生產(chǎn)管理系統(tǒng)的穩(wěn)健性和可持續(xù)性。

首先，數(shù)據(jù)安全是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心之一。采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)加密技術(shù)，以保障數(shù)據(jù)在傳輸和存儲(chǔ)過(guò)程中的機(jī)密性。此外，嚴(yán)格的身份驗(yàn)證措施被實(shí)施，確保只有經(jīng)過(guò)授權(quán)的用戶才能訪問(wèn)敏感數(shù)據(jù)。這種綜合的安全措施旨在防范潛在的數(shù)據(jù)泄露和篡改風(fēng)險(xiǎn)，為企業(yè)數(shù)據(jù)提供了可靠的保護(hù)。

其次，系統(tǒng)可維護(hù)性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要考量。設(shè)計(jì)系統(tǒng)要使其便于日常維護(hù)和升級(jí)。錯(cuò)誤日志記錄系統(tǒng)被充分整合，以便及時(shí)追蹤和解決潛在問(wèn)題。系統(tǒng)監(jiān)控功能的引入使得管理員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并采取相應(yīng)措施。此外，還實(shí)施了自動(dòng)化任務(wù)，以簡(jiǎn)化例行性維護(hù)工作，提高系統(tǒng)的整體可維護(hù)性。

通過(guò)這兩方面的設(shè)計(jì)，確保了數(shù)據(jù)的安全性，防范了潛在的威脅，同時(shí)保障了系統(tǒng)的可維護(hù)性，降低了維護(hù)成本，為企業(yè)提供了一個(gè)健壯、穩(wěn)定的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。

系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

該生產(chǎn)管理系統(tǒng)在多個(gè)方面展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在創(chuàng)新性和可推廣性兩個(gè)方面。

首先，系統(tǒng)具有卓越的創(chuàng)新性。通過(guò)結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計(jì)劃的智能化和優(yōu)化，將創(chuàng)新融入整個(gè)制造流程。這種創(chuàng)新性不僅提升了生產(chǎn)效率，降低了成本，還縮短了交付周期，使生產(chǎn)計(jì)劃更加靈活和高效。這種創(chuàng)新不僅符合當(dāng)前制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，更為企業(yè)帶來(lái)了巨大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

其次，系統(tǒng)具備良好的可推廣性。首先，在適用領(lǐng)域方面，該系統(tǒng)不僅適用于汽車制造、電子制造、航空航天、醫(yī)療設(shè)備、消費(fèi)品制造等各種制造業(yè)領(lǐng)域，而且能夠靈活應(yīng)用于不同規(guī)模的制造企業(yè)。其次，該系統(tǒng)可以在全球范圍內(nèi)應(yīng)用，不受制造工廠所在國(guó)家或地區(qū)的限制，為全球制造企業(yè)提供了一致的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

最后，系統(tǒng)不僅適用于離散制造過(guò)程，還能夠適用于連續(xù)制造和批量制造，使其具備更廣泛的適用性和靈活性。

綜合而言，該生產(chǎn)管理系統(tǒng)以其創(chuàng)新性和可推廣性為制造企業(yè)提供了獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，為不同行業(yè)和規(guī)模的制造企業(yè)帶來(lái)了更高效、靈活、可持續(xù)的生產(chǎn)管理解決方案。

核心技術(shù)——智能排產(chǎn)實(shí)現(xiàn)步驟

生管目標(biāo)確定

確定每個(gè)產(chǎn)品當(dāng)天需要的數(shù)量，分配到各沖壓生產(chǎn)線，并將數(shù)量換算成沖程。根據(jù)近期的日?qǐng)?bào)AKZ計(jì)算完成當(dāng)天沖程所需分鐘數(shù)。

排班規(guī)則

根據(jù)沖程分鐘數(shù)，設(shè)置生產(chǎn)時(shí)間分段(0 ～480分鐘，480 ～960 分鐘，960 ～1440 分鐘)，結(jié)合該生產(chǎn)線的模具分類確定生產(chǎn)班次。例如：在超出1440 分鐘且當(dāng)前生產(chǎn)線滿負(fù)載時(shí)，將部分模具轉(zhuǎn)移到低負(fù)載生產(chǎn)線，采取先跑原則。

排產(chǎn)基本邏輯

(1)安全時(shí)間計(jì)算。根據(jù)當(dāng)天早班時(shí)的截止庫(kù)存和當(dāng)天的生管目標(biāo)計(jì)算庫(kù)存深度，換算成零件庫(kù)存安全時(shí)間。

(2)生產(chǎn)順序。基于庫(kù)存安全時(shí)間排序，選擇最小安全時(shí)間的零件進(jìn)行生產(chǎn)，以最快補(bǔ)庫(kù)為目標(biāo)。

(3)模具分配。按照模具的可用情況優(yōu)先選擇能夠滿足產(chǎn)量且可用的模具進(jìn)行分配。

(4)單零件計(jì)劃產(chǎn)量。每個(gè)零件的產(chǎn)量取決于庫(kù)存器具，確保滿足外部準(zhǔn)備時(shí)間。

結(jié)束語(yǔ)

在不斷發(fā)展的制造業(yè)環(huán)境中，我們的生產(chǎn)管理系統(tǒng)以其創(chuàng)新性和可推廣性為企業(yè)帶來(lái)了前所未有的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能化生產(chǎn)計(jì)劃和系統(tǒng)的廣泛適用性，為制造企業(yè)提供了高效、靈活、可持續(xù)的解決方案。這不僅令企業(yè)在提高生產(chǎn)效率、降低成本、加速交付周期等方面取得了顯著成果，還使其在全球范圍內(nèi)贏得了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。隨著制造業(yè)的不斷演進(jìn)，我們的系統(tǒng)將繼續(xù)為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值，助力其在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，迎接未來(lái)的挑戰(zhàn)。