基于无线终端的车间生产信息管理系统设计

毕钰珺

(南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京 210094)

基于无线终端的车间生产信息管理系统设计

毕钰珺

(南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京 210094)

目前信息技术发展迅速，经济全球化的趋势越来越明显，现代制造业面临的竞争也越来越激烈，实施企业信息化战略势在必行。生产信息管理系统已经成为了企业信息化解决方案中的关键途径，而生产现场的数据采集又是实施生产信息管理系统的拦路虎，阻碍离散制造企业的信息化发展。根据国内离散制造企业的特点和需求，总结出适用于离散制造车间的生产管理流程，提出了信息管理系统的总体框架，设计了基于无线采集终端的车间生产信息管理系统。

离散制造；无线终端；生产信息管理

0 前言

多数离散制造企业具有多品种小批量、产品结构复杂、产品更新快[1]、生产重复程度低，涉及的工序、工种以及加工设备种类较多等特点。这些特征使得生产过程的控制与反馈变得异常动态。而目前制造加工车间的现场生产信息的采集、加工任务的指示和生产进度信息的收集是通过传统人工的方式[2]，它需要透过层层人工操作程序才能到达管理者手中，不能保存车间情况的历史数据，也就不能对整个生产过程和相关机床人员进行统计分析并总结经验教训。而建立一个车间生产信息管理系统不仅能够解决生产信息管理的瓶颈，还能够为生产决策提供依据。根据目前国内离散制造企业的生产特点，在对离散型制造车间生产管理需求分析的基础上，总结出适用于离散型制造车间的生产信息管理的一般流程，概括出此类生产信息管理系统设计开发的一般原则，并提出了生产现场数据采集的总体方案。

1 系统需求分析

在离散制造车间生产过程中，管理决策层往往需要实时了解车间现场的加工情况和资源情况，以便管理层能够及时地调整车间的生产指令和生产资源。车间生产信息管理系统是用来为管理人员和决策者提供日常信息的人员、过程、数据库和设备的有组织的集合。其目标是要在建立的计算机信息系统平台上把原有的管理模式和信息流程进行整合、补充、完善。基于计算机和网络技术的车间信息管理系统建设的基本需求应该包括以下几个方面[3]：

a) 实现生产信息共享。系统主要运用在车间级，实现车间之间和车间内部的数据共享。

b) 实现数据实时采集与传递，消除生产信息重复录入、大量的手工查询和人工对帐工作。

1) 系统支持将现有设备的生产数据集成，以某一固定时间为单位对设备生产数据和状态采集一次，做到实时监测机器的运行和生产情况，实现对生产过程中历史数据的统计查询，同时将采集的数据直接用于生产统计、分析。

2) 根据工作岗位，设置固定数据输入点，实时且不重复地把各种生产数据，进行逐单录入系统，用于汇总、统计、查询和报表输出。

3) 准确地知道当前生产订单的加工状态。对物料进行实时跟踪。对生产进行全过程物流跟踪管理，随时了解工件所处的工序位置和状态。

4) 准确地把握各个员工的工作状态，实现生产中工时定额的标准化管理。

2 系统总体框架

由上述的系统需求分析得到，此系统的主要功能包括数据采集、统计分析以及可视化等三个模块，具体功能设置如图1所示。

图1 系统功能设计

2.1 数据采集

a) 基于无线终端的数据采集子系统结构

根据上述的总体框架，以图2来简单描述整个车间的生产信息管理系统的整体布局。

图2 车间生产信息管理系统整体布局图

传统的数据采集方式是通过手工记录来实现的，其效率低下、容易出错，无法实现数据的实时采集。20世纪90年代以后现场总线技术与工业以太网也得到了很快发展。但总线接口的种类繁多也为系统的整合带来了困难，而且很多企业仍然受制于既有的生产格局、不容易布线或者重新布线成本太高。21世纪以来无线组网的技术得到了发展，已经出现了通过无线网络的方式来采集生产数据。

本系统采用课题组开发的手持式无线终端采集器，如图3所示。该终端配有键盘，具有输入不同类型数据的功能键，还有RS485、RS232和USB接口。最重要的是该终端支持WIFI与以太网，加上无线路由器与无线接入点，就构建了无线网络，通过终端就可以将生产数据传输至服务器。

图3 手持式无线终端

b) 数据采集的内容(图4)

基于无线终端的系统需要采集的内容经过总结认为可以分为三类：生产数据、设备数据、品质数据。

设备数据，用来表示在生产过程中机器设备相关的数据。包括设备的故障信息，基于设备的统计信息等。

生产数据，主要是指产品生产过程中的数据。包括产品的生产状态、生产数量、加工工序工艺、生产进度以及生产计划等数据。

品质数据，主要用来表示产品制造过程中与品质相关的数据。包括产品的品质等级数据、不合格产品数量以及原因数据、品质分析以及控制数据等。

图4 数控采集内容

c) 数据信息编码

以上归纳整理了需要采集的数据的种类和内容，那么如何对纷繁复杂的各类信息实现统一、规范、分类和编码是实现信息化亟待解决的问题，是信息管理开发的重要组成部分。下面针对造币机械的生产数据的特点，给出基本的编码规则。

1) 设备信息，分析设备信息编码规则。

SB为设备的汉语拼音字头；单元码是指制造单元的名称，用小写汉语拼音字头表示，如加工车间用“jgcj”来表示；组别码是指设备的种类，用小写汉语拼音字头表示，例如车床用“cc”表示，如果字头有重复，在最后的序列号中用阿拉伯数字区分，详细组别码见表1；主参数码是指代表设备的最主要的加工参数，用小写汉语拼音字头或数字表示，对于工、夹、量具、设备等用数字表示其主要参数，如钻、铰等道具用数字表示直径，车床、镗床用数字表示加工最大直径，铣、刨、磨床用数字表示工作台最大尺寸，对于无法用数字表示的类别，可用小写汉语拼音字头表示主要关键字，如NC程序可用加工的工序号来表示。序列号用阿拉伯数字表示，主要用于区分前四段编码完全相同的情况。

表1 设备分类组别码表

2) 工人信息，分析工人信息编码规则。

GR为工人的汉语拼音字头；接着是三位的车间号，是为了区分各个不同的车间，可以用阿拉伯数字来标识，例如“001”表示一号车间，也可以用小写汉语拼音字头来表示，例如装配车间用“zp”来表示；生产单元号，也是岗位号，用来表示属于具体哪个岗位或者生产单元，可以根据车间的各生产单元分布格局来分配上序号，然后用阿拉伯数字来表示生产单元号；工号是工人的最直接的标识，可以用阿拉伯数字表示。

3) 生产任务信息，分析生产任务信息编码规则。

SCRW为生产任务的汉语拼音字头；任务编号是标识出具体生产任务，可以用以一定规则生成的阿拉伯数字表示；工件物号是表示此生产任务所需的物料信息；工人工号是表示接受并完成此生产任务的工人编号，以此可以迅速查询到加工此任务的工人信息；完成度是用来表示此生产任务完成的情况，用阿拉伯数字表示，其实省去了“%”，例如“80”表示某生产任务完成了80%；质检人编号是为了方便查询产品的检验情况，用质检人的工号表示；质检时间是为了详细记录检验过程，便于管理，如“2012520”表示2012年5月20日那天检验该产品的生产品质的。

2.2 统计分析

统计分析是对一段时期内的生产进行统计分析，使相关管理人员清楚了解车间机床的性能、人员的加工效率等，同时可以对一些潜在的危险防范于未然。例如当机床存在一定的故障，精确度不高时，通过对其加工工件的品质统计便能发现问题，从而找出问题的根源所在，最后解决问题，这就避免了不必要的原材料浪费，实现产品品质控制。

本模块根据前面功能模块记录的内容进行三个方面的统计分析：利用率、效率和品质，以便给车间管理层的决策提供依据。

利用率的分析包括机床、毛坯和刀具的利用率。效率的分析包括工人和机床两方面的效率分析。品质分析包括工件的合格率(工件质量)、引起品质差别的情况分析。

车间生产过程是设备、物料、工人劳动的结合过程，也是产品成形的关键步骤，在实际生产中经常会遇到这样的问题：如何合理制定生产计划，以使工人、设备等关键资源的负载均衡；如何了解生产计划的执行情况并合理调度；如何了解设备的运转情况，找出废品率高的设备；如何找出废品率高的工序从而找出废品的原因等等。那么将刚才分析的统计分析模块的内容按照设备、物料、工人三个方面来将其归类，如图5所示。

图5 统计分析模块

2.3 可视化(图6)

车间的可视化使管理人员不必进入到车间就能了解车间的实时信息，包括机床、人员和工件。它可以直观地把车间情况呈现给管理者，以支持其决策。机床状态指前面所说的四种状态，对于每一种状态，显示其更详细的状态参数。而人员和工件的信息主要指它们自身的编号和对应的机床编号，这些信息的显示让管理者对车间的人力和机床设备资源管理有一个总体了解。

图6 可视化模块

3 结语

生产信息管理系统所依托的管理原型必须进行精心规划和设计，它所管理的对象主要是生产所涉及的方方面面，所以在设计生产管理信息系统的时候，要在分析生产管理技术发展概况的基础上，并结合目前国内大型离散制造车间的整体情况，根据企业的实际情况，从总体上统筹规划生产信息管理系统的目标、总体结构，然后针对各个模块进行功能设计，最后提出总体系统实施方案。

[1] 王峻乔，许昊，周思柱. 基于PDM的离散制造企业信息化[J]. 石油机械，2005,33(2):56-58.

[2] 于春平. C/S模式车间级生产管理系统的研究[D].大连：大连理工大学硕士学位论文.2008.

[3] 曹国法，卢方元，杨长辉.中小企业管理信息化研究—开放架构下的中小企业管理论丛[M].郑州:郑州大学出版社.2003.

Design of Manufacture Management System Based on Wireless Terminal

BI Yu-jun

(Mechanical Engineering College of Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094，China)

Nowadays, the globalization trend of economic development becomes more and more apparent with the rapid development of information technology and the modern manufacturing industry is faced with more and more fierce competition, so that the implementation of information-based strategy in the enterprises must be enforced. It is key method to build up a production management information system, which can be used to solve the problem of information-based construction in the enterprises. At the same time, the data collection from the production spots is the obstacle to building up the production management information system, which blocks the information-based development of the discrete manufacturing enterprises. According to the manufacturing characteristics and demands of the current domestic discrete manufacturing enterprises, this paper concludes its process which can be applicable to the discrete manufacturing workshop, puts forward the overall plan about the data collection in the production spots and designs its, the system based on wireless collection terminal.

discrete manufacturing；wireless terminal；manufacture information management.

毕钰珺(1989-)，女，江苏盐城人，硕士研究生，研究方向为工业工程生产管理。

TP391

B

1671-5276(2014)02-0128-04

2014-02-14