航空精益生產實訓管理系統設計

摘 要 隨著智能制造的發展，傳統的精益生產實驗室在信息管理方面面臨諸多挑戰，物料需求信息、生產信息和質量信息等關鍵環節仍依賴紙質看板傳遞，不僅效率低，而且與智能生產和社會需求嚴重不符。為了使航空精益生產實訓更貼合實際，提升航空生產實訓智能化水平，基于現有條件，借鑒企業制造執行系統理念，構建包括生產線管理系統、庫存管理系統、視頻監控系統、總控看板系統、各系統集成及系統分析等五個管理系統的航空精益生產實訓管理系統，提高智能制造背景下精益生產實訓效率。

關鍵詞 航天精益生產實訓；實訓管理系統；精益生產實驗室

中圖分類號：G642.44 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）20-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.20.055

0 引言

當前，智能生產和數字化轉型成為工業生產的主流。傳統的以紙質記錄為主的精益生產實訓存在數據同步效率低、信息共享不暢、難以進行數據分析和跟蹤、數據更新慢、數據丟失風險大、實時監控能力弱等問題，已經落后于時代的發展，無法滿足快速而高效地對信息進行記錄和傳遞等需求[1]。精益生產實驗室作為創新和順應社會智能生產需求的重要場所，其對于信息的管理也必須與時俱進[2]。因此，基于現有企業制造執行系統（MES）理念，結合實驗室特點，引入生產線管理系統、庫存管理系統、視頻監控系統、總控看板系統、各系統集成及系統分析等五個管理系統，解決傳統的以紙質記錄為主的精益生產實訓中存在的問題，構建一個可以對數據進行實時采集、處理和分析的智能化管理系統，通過航空精益生產實訓管理系統的建設，達到提高生產實訓模擬效率和實訓質量的目的[3]。

1 航空精益生產實訓內容和面臨的主要問題

本研究聚焦沈陽航空航天大學精益生產實驗室，將其作為探討和分析航空精益生產實訓智能管理的典型案例。該實驗室內部的設備配置與大部分精益生產實驗室保持一致，主要包括工作臺、動作分析監控儀、流水線、電子看板、立體倉庫、中央倉庫、電子標簽等設備。綜合實訓體系包括訂單需求、設施規劃、生產線設計、基礎工業工程、試生產、質量控制、庫存管理、正式生產方案評價等八個模塊[4]，

通過實訓鍛煉學生理論聯系實際的能力，滿足工業工程、物流工程、智能制造等專業的實訓需求。

目前，精益生產實驗室的生產實訓模擬仍通過傳統的紙質看板進行實訓過程中的信息傳遞，由于手動記錄和傳遞數據，數據不準確、更新共享不及時、效率低等問題時有發生。為提升實訓與現代社會智能化生產的貼合度，提高實訓質量，構建航空精益生產實訓管理系統刻不容緩。

2 航空精益生產實訓管理系統需求分析

基于實訓內容，航空精益生產實訓管理系統主要包括生產線管理、物料配送管理、動作和時間分析、生產信息展示和信息統計分析等五方面。

2.1 生產線管理需求分析

為維持生產正常進行，生產線管理系統需要具備產品相關信息、物料需求相關信息、工位狀態相關信息、加工相關信息等的采集、展示和傳遞功能，實時進行記錄和更新。

2.2 物料配送管理需求分析

為確保正常供給生產線物料需求，物料配送管理系統需要具備庫存管理功能和自動配貨功能，提高配送效率，可以對庫存品種、數量、補貨量等進行實時統計并更新。

2.3 動作和時間分析需求分析

要求工位人員在工位即可通過錄像分析完成動作分析和秒表時間測定。目前，工位人員需在實訓結束后查看統一的硬盤錄像機，過程較為煩瑣。

2.4 生產信息展示需求分析

現有系統信息均為紙質傳遞，同時無信息展示功能。生產信息展示系統應方便管理者及時了解生產實訓狀況，了解產量信息及庫存信息，面對突發故障時可以及時應對。

2.5 信息統計分析需求分析

目前，實驗室沒有一個集成系統，管理人員和實訓人員無法實時掌握生產實訓模擬的具體情況?；跀祿崟r采集，添加生產系統的統計分析功能，實時掌握整個模擬工廠各部門的進度、質量、效率等狀態，同時能夠完成對方案效率和質量等的簡單評估。

3 航空精益生產實訓管理系統功能設計

基于需求分析，同時考慮實訓內容和現有軟硬件，設計包含生產線管理系統、庫存管理系統、視頻監控系統、總控看板系統、各系統集成及系統分析等五個管理系統的航空精益生產實訓管理系統，具體如圖1所示。

3.1 生產線管理系統

該生產線共生產三種產品，分別命名為A、B、C，每個工位有相應的裝配任務，需要從線邊料盒取出一些零部件裝配在傳送帶運送過來的產品上。每個工位有阻擋器，產品到達工位前被阻停，裝配完后摁下阻擋器開關，放走產品。每個產品在每個工位的裝配任務均有差別。工位上方有觸控一體機，工人通過觸控屏執行信息采集和傳送工作，編程主要針對觸控屏展開。生產線管理系統設計主要是對工位看板控制系統和生產線電視看板控制系統進行設計，以達到對生產線的數據信息實時采集、管理的目的。

3.1.1 工位看板控制系統

通過對工位看板控制系統的設計，可以達成以下目標：

1）實現零件到達、離開時間采集并統計工位停留時間；

2）實現線邊庫存缺貨要貨功能（數量）；

3）實現故障申告功能（故障類型）；

4）實現對應攝像頭采集動作錄像回放功能（經過硬盤攝像機網絡通信）；

5）實現工位完成產品數量、質量和平均停留時間統計。

工位看板控制系統具體功能如表1所示。

3.1.2 生產線電視看板控制系統

通過對生產線電視看板控制系統的設計，可以達成以下目標：

1）實現計劃完成量以及已經完成量實時統計并繪餅圖；

2）實現拖期或超期統計以及日生產量預估；

3）實現各工位狀態采集并顯示；

4）實現各工位作業時間波動統計并繪圖。

生產線電視看板控制系統具體功能見表2。

3.2 庫存管理系統

庫存管理系統的設計主要是對物料配送管理系統、流利貨架庫存管理系統、立體倉庫庫存管理系統和庫存電視看板控制系統進行設計，以達到對庫存進行智能化管理的目的。

3.2.1 物料配送管理系統

當生產線發出缺貨指令或生產線末端工位對應產品完工時（可以在生產線末端工位看板處發信號或監控生產進度數據庫相關信息來發現完工信號），向物料管理員發出相應物料配送任務信號。

3.2.2 流利貨架庫存管理系統

流利貨架庫存管理系統的功能分為入庫和出庫兩部分，具體功能如表3所示。

3.2.3 立體倉庫庫存管理系統

現有的立體倉庫管理系統貨物信息不流暢，導致儲存和取貨效率低。將現有立體倉庫管理系統改善成與流利貨架管理系統出庫和入庫類似的功能，唯一不同的是立體倉庫庫存管理系統的入庫和出庫通過堆垛機完成。

3.2.4 庫存電視看板控制系統

庫存電視看板控制系統包括立體倉庫看板和流利貨架倉庫看板，其功能為：可以實現庫存品種和數量的實時統計并顯示；設定庫存各產品數量預警線，當達到該數量時，該庫存品種用紅字顯示或突出顯示，并發出庫存補貨指令（包括補貨品種和數量，發送到庫存補貨數據庫）；實現儲存各品種需求變動的實時統計并繪圖；實現庫存利用情況的實時統計并繪圖。

3.3 視頻監控系統

實驗室現有12個視頻監控攝像頭，視頻監控內容目前統一傳送到硬盤錄像機，具體功能為：實現硬盤攝像機實時監控影像在總控電視上的同步顯示；實現八個工位視頻監控內容實時傳送到對應工位觸控一體機，方便作業人員分析。

3.4 總控看板系統

總控看板是一臺獨立的電視，通過網線與局域網相連，具體功能為：實現各生產線、各倉庫狀態和總體統計量的實時顯示；實現車間各部門計劃完成情況的實時顯示；實現車間各部門效率及其變動的實時統計并顯示；實現各部位的故障報警顯示并實現聲音報警提示。

3.5 各系統集成及系統分析設計

將上述系統控制、監測功能集成到統一服務器（兩臺，其中一臺用作備份），管理人員能夠在服務器上實時掌握整個模擬工廠各部門狀態（視頻、進度、質量、效率變化）。該系統具備中央數據庫，采集生產時間、質量、效率信息，具備基于層次分析法的綜合評價功能，能夠完成系統整體生產任務成本和效率計算并評估方案的效率與質量。

4 結束語

通過上述功能的構建，精益生產實訓可以實現生產信息自動采集、傳遞和智能分析，推動精益生產實訓向智能化方向發展。該系統可以有效解決傳統的以紙質記錄為主的精益生產實訓存在的問題，使實訓更加貼合智能生產發展趨勢，為實訓提供與現代生產實際相符的教學環境，讓學生在畢業后能迅速適應智能生產線上的工作環境，滿足社會對高素質技能人才的需求。

5 參考文獻

[1] 李俊義.A公司成型車間精益生產改善研究[D].廈門：廈門大學，2020.

[2] 劉寧.基于精益生產的航空制造企業生產管理能力提升策略研究[J].中國機械，2024（5）：7-11.

[3] 宮天龍，董澤宇，苗立岐.基于精益生產理念的產教融合實踐培訓[J].時代汽車，2023（21）：77-79.

[4] 曹陽華，陳彥海，王曉燕.精益生產綜合實訓體系建設

研究[J].中國教育技術裝備，2019（18）：130-131，136.