唐全軍

（北京萬集科技股份有限公司，北京 100085）

1 引言

為了響應(yīng)國家“取消全國高速公路省界收費站”的目標，落實國務(wù)院辦公廳印發(fā)《深化收費公路制度改革取消高速公路省界收費站的實施方案》，進一步深化收費公路制度的改革，加快取消全國高速公路省界收費站，實現(xiàn)不停車快捷收費；公司研發(fā)全自動電子收費系統(tǒng)，它是針對高速公路收費繁忙的解決方法，實行全國聯(lián)網(wǎng)、銀行自動結(jié)算、快速通過。在不停車收費系統(tǒng)(Electronic Toll Collection，ETC)中，車載電子標簽(One Board Unit，OBU)采用專業(yè)短程通信(Dedicated Short Range Communication，DSRC)技術(shù)，建立與路測單元（Road Side Unit，RSU）之間微波通信鏈路，在車輛行進途中，在不停車的情況下，實現(xiàn)車輛身份識別進行電子扣費，實現(xiàn)不停車、免取卡，建立無人值守車輛通道；為了保障車輛行駛通暢，交易信息快速流暢，讓通行人員感知行之便利，需要不斷提升ETC系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量，系統(tǒng)全面地掌握OBU與RSU微波通信過程的鏈接，必要的生產(chǎn)過程質(zhì)量把控是重中之重，解決生產(chǎn)過程質(zhì)量的關(guān)鍵核心點需要構(gòu)建自動化和數(shù)字化的生產(chǎn)監(jiān)控管理手段，全面實施全過程質(zhì)量管控工藝流程。

結(jié)合《中國制造2025》的戰(zhàn)略目標，科學(xué)推動信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合，同時結(jié)合企業(yè)自身的實際狀況和需求特點，啟動了車載電子標簽產(chǎn)品數(shù)字化生產(chǎn)構(gòu)建及應(yīng)用方案建設(shè)，意在將原本離散制造的整個生命周期過程進行數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的升級，從設(shè)備層、控制層、執(zhí)行層、計劃層和決策層五個層面進行系統(tǒng)研究，開發(fā)出一整套系統(tǒng)解決方案。通過方案的實施，確立在智能交通行業(yè)的領(lǐng)先地位，打造智能交通行業(yè)的標桿企業(yè)，響應(yīng)國家及交通部號召，提供優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)產(chǎn)品，助力交通行業(yè)快速發(fā)展。

2 研究與方法

實現(xiàn)產(chǎn)品制造過程的自動化、數(shù)字化、智能化車間構(gòu)建，需要實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的智能升級的總體目標是透明管理、追根溯源、把握變化、快速執(zhí)行、提升品質(zhì)及形象，具體包括。

1）生產(chǎn)以及物流環(huán)節(jié)實現(xiàn)透明化管理，通過可視化看板和管理報表及時、準時、實時把握生產(chǎn)進度和關(guān)鍵績效指標，消除信息孤島。

2）以條形碼或二維碼追蹤產(chǎn)品和物料，收集完整資料，實現(xiàn)物料的溯源性。

3）理順物料流程，實現(xiàn)物料自主撿料或送料，縮短產(chǎn)品交付周期。

4）實現(xiàn)物料壽命管理，減少庫存呆滯。

5）實現(xiàn)設(shè)備工裝精細化管理，及時提醒保養(yǎng)維護或校準，提高設(shè)備使用效率，減少故障時間。

6）處理產(chǎn)品預(yù)測，及時進行資源匹配和齊套性分析，快速完成工單下達，優(yōu)化排產(chǎn)效果。

7）及時反映品質(zhì)問題，對不良品進行追蹤，確認改善效果，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

8）采用精益管理思維，達到省人化和少人化生產(chǎn)。

9）打通設(shè)備層、控制層和執(zhí)行層的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通，并智能管控生產(chǎn)過程。

方案目標示意圖如圖1所示。

圖1 方案目標示意圖

一種電子標簽數(shù)字化生產(chǎn)方案分為信息化和自動化兩個部分。信息化包含ERP系統(tǒng)、PLM系統(tǒng)、MES、WMS和OA系統(tǒng)，上線的信息化軟件需要結(jié)合企業(yè)自身需求，同時實現(xiàn)深度定制開發(fā)。自動化主要構(gòu)建產(chǎn)品所需的設(shè)備自動化實時對接工作與核心自動化設(shè)備自主開發(fā)，結(jié)合實際需求，自動集成設(shè)備業(yè)務(wù)板塊，最終實現(xiàn)自動化與信息化的無縫對接工作。

3 數(shù)字化車間構(gòu)建架構(gòu)

數(shù)字化生產(chǎn)車間架構(gòu)參照ISA-95和IECISO 62264標準進行架設(shè)，通過分析劃分為5層：第1層為設(shè)備層，包括各類生產(chǎn)加工設(shè)備（如貼片機、印刷機、焊接機器人）、檢測設(shè)備（如AOI、SPI、綜合測試站、三坐標檢測儀）、輔助設(shè)備（如智能貨架、鋼網(wǎng)清洗機）和追溯設(shè)備（如鐳雕機、條碼打印機、碼槍）等；第2層為控制層，包括可編程邏輯控制器(PLC)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)、工業(yè)無線控制系統(tǒng)(WIA)，以及各類傳感器、語音播報等；第3層為執(zhí)行層，包括制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、倉儲管理系統(tǒng)（WMS）、計劃排程系統(tǒng)（APS）、質(zhì)量管理系統(tǒng)（QMS）四個模塊；第4層為計劃層包含ERP系統(tǒng)、PLM系統(tǒng)、CRM系統(tǒng)、SCM系統(tǒng)等；第5層是決策層，主要是智能報表BI部分。

方案的基礎(chǔ)工作是第1層設(shè)備層和第2層控制層，充分研討設(shè)備的自動化和智能化，重點工作是第3層執(zhí)行層，通過MES的運行，打通第4層計劃運營層的必要數(shù)據(jù)，并與設(shè)備層進行實時的數(shù)據(jù)交換，最終形成第5層的智能報表。

方案在制定業(yè)務(wù)藍圖時充分考慮了整個生產(chǎn)制造的全過程，包含從原材料收貨、倉儲，到計劃排程、加工制造、過程檢驗，再到銷售發(fā)貨的全部過程，通過計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)識別技術(shù)，將業(yè)務(wù)流程與人員作業(yè)進行有效互動，并提供一系列獨特的管理方式和管理工具，精確庫存管理、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品品質(zhì)、縮短生產(chǎn)周期、降低制造成本、全面防錯防呆，實現(xiàn)全面科學(xué)的可追溯管理。

從數(shù)據(jù)交互的角度，該方案考慮數(shù)據(jù)接口的多樣性和擴展性，滿足不同設(shè)備、不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通的需求，包括但不限于 jms、jdbc、tcp、udp、multicast、http、servlet、smtp、pop3、file、ftp、xmpp 和 Web Service 等，同時企業(yè)為了滿足多系統(tǒng)多業(yè)務(wù)多數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)量分析、數(shù)量利用的場景需要搭建適合自己的企業(yè)級數(shù)據(jù)中臺，逐步規(guī)劃接口協(xié)議，便于后期高效管理。數(shù)字化車間數(shù)據(jù)中臺鏈接如圖2所示。

圖2 數(shù)字化車間數(shù)據(jù)中臺鏈接

方案執(zhí)行層的軟件采用基于RESTful風(fēng)格的面向服務(wù)（SOA）的架構(gòu)，根據(jù)業(yè)務(wù)場景，又分為Client/Server模式和Browser/Server兩種模式，C/S面向相對固定的用戶群，更加注重流程，可以對權(quán)限多層次校驗，對信息安全的控制能力很強，而通過B/S可以發(fā)布部分可公開的信息。執(zhí)行層軟件架構(gòu)B/S部分如圖3所示。

圖3 執(zhí)行層軟件架構(gòu) B/S部分

4 數(shù)字化車間構(gòu)建實施與應(yīng)用

4.1 過程追溯方案及應(yīng)用

過程追溯的信息載體是二維碼，通過物料的RID追溯物料的批次信息、供應(yīng)商信息等，通過產(chǎn)品的PPID追溯產(chǎn)品的工藝路線、加工設(shè)備、工藝參數(shù)、作業(yè)人員和物料消耗等信息，通過箱ID或者棧板ID追溯產(chǎn)品的包裝和移動信息。同時系統(tǒng)設(shè)置正向追溯和反向追溯兩種模式，可以按產(chǎn)品SN正向追溯所使用的物料，制造工序，負責(zé)人員，使用設(shè)備及過程數(shù)據(jù)，也可以按物料ID反向追溯供應(yīng)商、來料批次、投入訂單和成品SN等信息。過程追溯方案如圖4所示。

圖4 過程追溯方案

4.2 設(shè)備聯(lián)機方案及應(yīng)用

以IMS為核心，通過各種接口協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，并進行分析運算，實時反映設(shè)備的工作狀態(tài)和監(jiān)控指標。設(shè)備聯(lián)機方案如圖5所示。

圖5 設(shè)備聯(lián)機方案

4.3 ERP系統(tǒng)&生產(chǎn)管理系統(tǒng)對接方案及應(yīng)用

ERP系統(tǒng)對接以IMS功能為基礎(chǔ)出發(fā)點，以Web Service的接口方式，對物料管理的15個接口、產(chǎn)品管理的14個接口和銷售管理的6個接口進行定制開發(fā)，使2個系統(tǒng)的協(xié)同作業(yè)更為高效。

生產(chǎn)管理系統(tǒng)是基于產(chǎn)品測試過程追溯需求而開發(fā)的一套信息化系統(tǒng)，在關(guān)鍵信息采集點與IMS進行接口對接，接口協(xié)議為主流通用的Web Service接口。

4.4 網(wǎng)絡(luò)架設(shè)方案及應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)架設(shè)遵循可靠性、安全性、可擴展性的要求，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)措施、設(shè)備性能、系統(tǒng)管理確保系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，達到最大的平均無故障時間。在系統(tǒng)設(shè)計時，既考慮信息資源的充分共享，更注意信息的保護和隔離，建立系統(tǒng)安全機制、數(shù)據(jù)存取的權(quán)限控制等。創(chuàng)建私有云，并對不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進行了物理隔離，保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全高效。

4.5 計劃排程管理方案及應(yīng)用

根據(jù)銷售預(yù)測，SAP系統(tǒng)（ERP）會進行MRP分析并自動生成物料需求，對于自制產(chǎn)品，則轉(zhuǎn)化為生成訂單。訂單創(chuàng)建成功后，會同步到IMS，IMS再根據(jù)產(chǎn)品的BOM，自動拆為到相應(yīng)的工藝段工單，例如SMT段、THT段。工單下達前可以進行齊套分析，分析出來的缺料會自動標記加急，從到貨到發(fā)料的過程都會優(yōu)先處理。最后通過甘特圖或者其他圖表的方式展現(xiàn)實時的生產(chǎn)狀況。

4.6 質(zhì)量管理方案及應(yīng)用

質(zhì)量管理貫穿產(chǎn)品制造全過程，包含來料檢驗、過程巡檢、成品檢驗、發(fā)貨檢驗等。IQC抽樣執(zhí)行MILSTD-105E、GB/T 2828.1標準，用戶能夠自定義AQL接收準則，同時自動生成檢驗報告。

通過質(zhì)量紅燈管理，實現(xiàn)對不合格物料的及時鎖定，例如同批次物料的庫存、使用不良物料的在制品、使用不良物料的成品，都可以通過系統(tǒng)自動識別并加以管控。

安燈系統(tǒng)按實現(xiàn)的功能劃分為操作安燈、質(zhì)量安燈、物料安燈和電子看板安燈，通過自動觸發(fā)或者手動觸發(fā)的方式，對生產(chǎn)過程中的突發(fā)問題進行預(yù)警處置和信息采集，用戶能夠自定義接收報警群體，采用逐層預(yù)警的機制，自動進行事態(tài)升級，保證異常能及時得到響應(yīng)，通過車間工位看板，能清晰了解所有工位的生產(chǎn)狀況。安燈管理系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 安燈管理系統(tǒng)

4.7 倉儲管理方案及應(yīng)用

IMS科學(xué)管理物料的保質(zhì)期和庫齡，精確管控先入先出，并對呆滯料進行預(yù)警，借助智能貨架，實現(xiàn)物料自動推薦，人工智能揀選，系統(tǒng)自動扣賬。

對于濕敏元器件，IMS自動記錄開封暴露時間，并根據(jù)IPC-J-STD-033標準對MSD器件的要求，進行暴露和烘烤時間管理。

4.8 員工管理方案及應(yīng)用

員工上崗前需要對其資質(zhì)進行校驗，不具備上崗資質(zhì)則無法上崗，但可以啟動老帶新模式，并為上崗的員工統(tǒng)計累計上崗時間，當達到一定熟練度后，能夠提示并申請考核，為員工技能等級評價提供可量化的指標。

5 數(shù)字化車間構(gòu)建實踐效果

5.1 倉儲管理上線效果

通過標簽管理，將物料的賬務(wù)和實物由分別管理升級為合并管理，使用PDA掃描物料的RID后，IMS自動進行記賬并交易給SAP系統(tǒng)，取消了物料賬卡和手工記賬的工作，減少了出錯機會，賬物相符率由上線前的91%提升到了99.6%。

細化了儲位管理，貨物與儲位進行了綁定，既可以通過物料查找儲位，也可以通過儲位查找物料，應(yīng)用靈活。同時，導(dǎo)入了智能電子貨架，物料智能推薦和燈光導(dǎo)引，提高物料揀選效率，通過核算，項目上線后電子料存儲的空間利用率提升100%，備料效率提升50%以上。

備料方式由傳統(tǒng)的整工單備料方式調(diào)整為“首套料備料+低位預(yù)警備料”的方式，首套料備料完成后，根據(jù)生產(chǎn)實際情況自動推算2 h的物料需求并進行低位預(yù)警，庫管員按照預(yù)警信息進行補料操作，以此來減少大量的在制品庫存，并節(jié)約了管理成本和線邊庫的面積，以SMT產(chǎn)線為例，取消了200 m的線邊庫，降幅為8.3%。同時IMS對于整盤發(fā)料自動結(jié)算，節(jié)省了庫管員手工統(tǒng)計的工作。

5.2 計劃排程上線效果

OBU產(chǎn)品存在客戶定制化的內(nèi)容，定制信息從客戶到銷售，銷售到運營，運營到計劃，計劃到生產(chǎn)，層層傳遞容易遺漏和誤傳，導(dǎo)致給客戶提供錯誤的產(chǎn)品。本次項目梳理了各個客戶的需求差異并錄入IMS，然后將SAP系統(tǒng)和IMS進行信息融合，在銷售合同簽訂后，IMS自動從SAP系統(tǒng)捕捉客戶信息，識別客戶的定制化要求，例如程序版本、SN號規(guī)則等，并能夠自動調(diào)整工藝路線和工藝參數(shù)，實時進行防錯驗證，及時準確地完成產(chǎn)品的加工制造。

5.3 溯管理帶來的效果

通過一種電子標簽的產(chǎn)品數(shù)字化車間的建設(shè)，將原本單個的信息孤島串聯(lián)成一個完整的信息流，實現(xiàn)了一種電子標簽產(chǎn)品的全流程追溯，通過一個SN號，可以追溯產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝信息、設(shè)備信息、人員信息、物料信息，當發(fā)生客戶投訴問題時，可以鎖定問題批次，避免因全面返工導(dǎo)致的成本損失。

同時售后服務(wù)也由被動式服務(wù)進化到主動式服務(wù)，客戶服務(wù)滿意度顯著提升。

6 結(jié)束語

一種電子標簽（OBU）產(chǎn)品數(shù)字化生產(chǎn)已穩(wěn)定運行，項目實現(xiàn)了前期制定的目標計劃，即透明管理、追根溯源、把握變化、快速執(zhí)行、提升品質(zhì)，為構(gòu)建多元化、柔性化、自動化的生產(chǎn)線，保有最高彈性的制造環(huán)境和變革創(chuàng)新（心）力提供了有力保障；同時我們將持續(xù)完善精益管理體系，立足精益6S理念和VSM價值流分析，為提升生產(chǎn)效率，監(jiān)控制造成本，打造透明化的數(shù)字化工廠奠定了有力基石；從而為構(gòu)建智能化的數(shù)字工廠不斷賦能，持續(xù)不斷地在業(yè)務(wù)流程進行梳理、診斷、優(yōu)化，打造落地信息化系統(tǒng)解決方案，能夠更好地將企業(yè)財務(wù)、生產(chǎn)、銷售、采購、庫存有序整合在一起，最終實現(xiàn)產(chǎn)供銷完美協(xié)同。全面推廣自動化及數(shù)字化管理工作實施TQM理念，以自動化和數(shù)字化為核心提升全員質(zhì)量意識，一切為用戶著想、一切以預(yù)防為主、一切用數(shù)據(jù)說話、一切按PDCA循環(huán)。為交通行業(yè)持續(xù)提供優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)產(chǎn)品而貢獻最大力量。