锻造企业信息系统规划分析(下)

文/梁聪明，王淑琴，刘志敏·湖北神力锻造有限责任公司

信息系统实现目标

该信息系统作为公司信息化、数字化、智能化战略的重要环节，通过建立基于云端、移动端访问的智造协同生产信息系统管理平台，更好地为落实标准化管理体系、质量管理体系、管理制度在生产、工艺、物料、设备、质量、仓储管控方面的规范执行和监督反馈；在生产标准化、精益化上实现突破，实现企业车间数据化、智能化运作和可视化管理，减少数据重复操作，提升生产运营管理效率，增强企业质量管理能力，提高设备运行寿命、减少故障发生。通过建立生产信息系统平台，提高企业的监控预警能力、协同决策能力，提高企业信息化水平，响应智能制造政策。

主要功能模块实现生产管理，即：生产计划排程，生产车间作业标准化，现场记录单据无纸化，工艺管理标准，生产进度可视化。

⑴质量管理：现场质量控制(QC)，质量数据可视化，质量体系管理。

⑵仓储物料管理：线边库物料管理、产品生产过程和物料全面追溯，工序物料周转管控，公司仓储库的管理，数据分析。

⑶设备管理：设备备件全生命周期管理，电子台账，预防性维护预警、决策，数据分析。

⑷产品研发管理：客户产品信息、公司资源、经验数据、产品信息、体系文件、变更管理、工艺流程、执行标准等进行协同管理。

除了上述信息系统要实现的主要功能外，要通过实施生产运营、重点设备的数字化、产品研发数据管理系统(PDM)等信息化智造协同管理系统平台，实现如下目标及经济收益。

目标

⑴全面提高面向客户的服务质量和业务效率，提高企业赢利能力。

⑵削减运营成本，提高生产效率，降低库存风险。

⑶提高企业设备整体管理水平和竞争力。

⑷实现企业范围内科学的运营管理、在线联机分析等业务。

⑸有条件实现独立信息录入人员的减少，降低人工成本。

⑹提高研发效率，提升产品质量，提高企业核心竞争力。

⑺与外界应用系统及信息的集成，实现流程、应用系统、产品信息的创建、管理、分发、应用。

⑻降本增效，实现研发、工艺的协同，提升信息数据质量，改善制造流程，降低产品制造成本。

⑼实现5 大文件的模块化设计，协同管理。

直接收益

⑴降低设备故障率17%。

⑵降低备品备件库存30%。

⑶提升生产计划效率5%。

⑷提高生产进度监控水平46%。

⑸提高质量管理水平5%。

⑹提高库存管理水平3%。

⑺降低数据二次录入82%。

⑻提升各部门(生产单元)协同管理效率34%。

间接收益

⑴无纸化信息传递、实现绿色制造。

⑵人员的减少(统计员等)。

信息系统方案设计与实施

系统方案设计主要围绕装备数字化、信息化技术相关领域在设备层、数据采集层、数据分析处理层、前端应用层进行部署。消除公司在运营管理信息化方面的短板，并融合既成系统，开发产品研发数据管理系统，提高信息共享程度，提高资源效率。此系统以迭代优化为核心，高层次推进基础环境智能化，采用统一的数据源，系统分层，J2EE 体系结构、B/S 架构、ORACLE11g 数据库，实现门户网站、移动客户端在数据平台、系统接口、生产管理、研发管理、流程管理、文档管理、能源管理、前端展示等方面的功能。

作为生产制造型企业，设备层和数据采集层依托公司主要生产设备125MN 热模锻生产线、前轴成品加工线、转向节成品加工线、模具制造生产线、热处理生产线以及各生产主要设备及其控制系统，如西门子、PLC、法兰克等各型设备的运行参数、管控数据等，网关模块、转网口、RFID、条码机等进行数据采集后通过标准的以太网传输到数据采集控制器，现场工业采集网关是边缘层的硬件数采产品，支持3G/4G/5G/ WIFI/ Ethernet 数据传输和云平台接入，可快速接入现场的多种设备与传感器以及视频类主机。数采服务平台是接收硬件采集网关上传数据，或者在网络条件优异的前提下直连设备控制器进行数采的软件类数据采集服务平台，主要实现协议解析、远程配置、数据缓存、可视化、数据报表等功能。其特点主要体现为全面感知、多协议、多终端接入，支持智能网关、多种通讯协议，高并发、高实时，支持大量设备接入，保障设备与云端双向大规模消息传输，低延时通信。标准统一、快速接入、数据存储、分析展现一体化、低成本运行。平台及终端全链路安全保障能力，保证数据安全传输。

为保障数据服务平台的系统功能，其物理系统网络(图6)铺设，按照工业级以太网标准设计建设，具体方案如下：首先，干线网络系统总体使用双星型网络拓扑(或者光纤环网)，干线网络布置2 台汇聚层交换机，接入层交换机使用单模光纤、双链路上行，与汇聚层交换机连接，提高网络可靠性；其次，区域网络厂内设备根据实际分布位置以及网络接口占用情况，首先连接到附近工业交换机，最后连接到工厂接入层交换机；车间产线设备存在电磁干扰，加上设备振动、金属粉尘等恶劣环境，很容易造成区域网络不稳定情况，这对工业以太网建设提出了较高要求，可采取的措施包括采用超5 类品牌屏蔽网线、屏蔽层良好接地、工业级防松接口、工业级交换机等；最后，网络安全(需增加网络安全设备)，办公网络与车间网络通过服务器中心的防火墙隔离，服务器中心与车间网络通过防火墙隔离，防止病毒入侵、系统攻击，影响生产安全，设备网络单独建设，通过汇聚层交换机进行管理和安全防护，防止系统攻击和入侵。

图6 物理系统网络

数据分析处理层主要依托各生产线通过各业务端口进行实时录入、通讯，实现数据统计、分析、挖掘，数据质量处理、数据价值评估、数据访问、日志服务、消息服务等。前端应用层通过多语言管理，基础定义，统一数据源，以及设备层和数据采集层等进行工业数据采集处理、图像采集处理，利用新一代信息技术如商业智能(BI)、大数据、云计算、5G 技术实现数据准备、存储管理、数据处理分析、知识展现，通过控制中心、客户端、移动端实时查看生产车间的数字化孪生工厂，设备间点对点生产、质量、仓储物料以实现及设备管理在计划、SOP、质量控制、设备TPM、设备OEE、设备预警及维护等方面管理数据的看板管理、报表分析、智能决策。

业务流程方面，主要根据产品研发需求实现从原材料、工艺路线、生产任务、设备部署、采购环节、仓储水平及管理能力、质量水平和体系建设方面的流程设计(图7)，实现闭环协同设计开发及生产管理。通过原材料信息、质量信息、生产信息、物流信息、客户信息等进行生产排程，工艺设备路线最优选择，围绕客户产品质量要求进行生产运营管理，避免因设备、工艺路线不合理、计划紧急程度、质量要求等因素造成资源浪费、质量浪费，既降低了效率又增加了成本，最终实现提质、增效、降本的绩效目标。

图7 流程设计

系统集成方面，主要应用API 标准接口、通用型中间件、TCP/IP 等符合《数字化车间、智能工厂》国标的新一代信息技术要求，在关键技术、基础共性和三维维度方面进行标准化建设。数据对接接口使用现有标准的RESTful-API，如实际应用场景需要更多功能的接口，将根据项目实际对接需求开发RESTful-API。对于实时性要求较高的应用场景的数据回传需求，MES 将根据具体情况开发Webhook(轻量事件处理应用)以保证对接程序性能。接口可采用多样化的对接方式，如WebService、中间表或直接向ERP 访问数据表等方式。重点强调智能工厂和数字化车间层级关系，体现智能生产、智能管理等集成优化，在数字化车间尤其是各生产线的运行数据、维护保养、备件备品生命周期预警等方面和平台系统进行信息交互，来指导和决策生产运营。

前端显示层实现各生产车间(生产线)设备运行数据的智能映射，各生产单元设备运行状态的监控，异常事件报告、处置，生产进度实时监控预警，质量信息实时监控预警，重点设备区域的安全监测，停工事件的信息，各型数据的报表分析、智能决策。在移动端利用移动通信技术，实时实现异常事件(设备故障、停工时间、产品质量、物流预警)的上报、通知、处理、关闭等预警监控。如图8 所示，公司在能源管理方面的前端显示，将各类数据实时汇总，形成关键数据图表进行管理，并结合公司相关绩效指标，对各项管理数据进行管理、分析、决策。

图8 能源管理前端显示

结束语

通过上述对企业信息化的规划建设，重新定义了企业的业务流程、决策分析、生产运营管理等实现的目标范围。设备运营数据、生产数据、质量数据更加透明、决策更加准确。移动端有效地实现了员工、管理员、管理者在异常事件录入、处置、决策上的便捷处理。线下数据线上化、无纸化，提高数据收集、分析效率，为公司提供科学有效决策。系统上线，质量体系落地了，管理制度，标准化落地了，效率提升了、资源节约了，工作习惯改变了，最终实现了降本、提质、增效的目标。