车间生产智能制造可视化系统设计

钱 俊，史俊杰，沈 涛，王 熠，杨顺强

（红云红河烟草（集团）有限责任公司红河卷烟厂，云南红河 652300）

0 引言

以追求“优质、高效、低耗、安全”为目标，按照生产作业计划，完成机组生产计划执行、产能、质量、物耗指标、目标的完成和短板问题分析改进；按照SOPS 机型操作流程，规范机组作业流程；按照TPM 各机型设备保养规程，规范机组设备保养流程；对机组生产过程物耗管控，严控执行标准，实现低耗生产；对机组辅料上机适应性问题的反馈；对机组设备运行信息、问题的反馈；对机组在线工艺质量管控，落实部门产品质量管理规定，参与质量问题分析改进。负责特殊产品机组生产现场安全、产品安全和人身安全。

1 现状分析

1.1 生产运行数据

生产运行数据方面存在两个问题：①生产数据查询复杂费时；②生产数据显示对比不直观。当前卷包部生产净效率对每个机组的要求都很高，因此需要对生产状态进行及时的监控、调整和反馈，形成以生产数据为驱动力。

在推动提升设备净效率工作中，机组人员应及时掌握设备生产运行数据，并根据实时数据信息调整操作策略。然而目前机组生产效率数据显示存在滞后性和片面性，对应数据信息仅能从MES（Manufacturing Execution System，制造执行系统）通过一系列复杂操作读取，且只有数字信息，不能直观横向、纵向对比。

在生产运行过程中，机组人员重点关注数据包括：机台产能月累数据、当班实时生产效率、同牌号机组效率排行、同机台班组效率排行和废烟率5 个方面的数据信息，目前使用的MES中，这部分数据信息显示比对功能还不完善，对数据查询时间统计记录见表1。

表1 生产数据查询时间统计记录 s

通过统计分析发现，现阶段查询生产数据路径繁琐、查询等待时间较长，对机组人员及时掌控信息不利。

1.2 质量指标数据

现阶段无论卷烟机还是包装机，质量检测皆使用外接检测仪器，特别是卷烟物理指标检测仪器，在卷包车间每间隔2～3个机台设置1 组设备，操作人员每次获取质量指标数据都需要花较多时间，导致时间成本较高。

此外，烟支、烟包、烟条检测设备分散在机台各个不同位置，机组人员获取数据需要走到不同的地方。现阶段没有做到数据整合显示，不利于工艺员、机组人员和质量员及时关注和提前预防。

1.3 设备状态数据

目前设备运行状态数据仅单纯作记录作用，设备信息数据背后的含义没有被挖掘。这部分数据通过整合分析可以帮助生产运行和设备维修提供决策依据，从而帮助改善和优化生产工艺过程。

1.4 维修信息数据

目前针对设备维修信息、设备停机预警、修理状态呈现、修理呼叫、易损预警等信息整合还没有做到位。

2 设计思路和解决方案

2.1 系统架构

能够全面整合展示生产方面的各类数据，能够让机组人员直观了解生产效率，以及机台生产效率在部门的排行情况，对效率帮助诊断改进，同时对产品质量、设备、维修等方面数据应用在生产过程优化和决策中，最后将整套信息系统集中显示于同一款屏幕上，设计出扁平化、直观化地人机交互界面，并扩展至手机APP 中，使管理人员不用离开办公桌，维修人员不用离开巡检路线，机台人员不用离开质量控制点，就能查看到机台设备生产状态。

系统可以分析整个部门设备或指定设备的状态，显示当前哪些设备是在空闲中、调试中、生产中或停机中。另外，还能显示每台设备的当前生产任务和操作人员信息。显示数据可视化可以生动形象化体现设备生产状态，也可以称为车间现场的“神经系统”，它通过更直观的三维场景模式向生产决策者提供真实的生产、质量和设备状态信息，有效改善优化生产制造过程。

通过数据分析浏览技术，三维实景的设备模拟，友好互动的人机对话界面，支持多种浏览界面和浏览方式，多任务的电子看板和报告图表显示，支持手机APP 终端运用。

将MES 与ERP（Enterprise resource planning，企业资源计划）无缝集成，减少资料的重复输入与数据及时同步的问题（图1）。

图1 MES 与ERP 的集成

（1）异常处理机制（图2）。对生产中出现的异常问题（质量问题/设备故障/安全问题等）可通过现场终端进行播报，也可以通过云端、PC 消息等方式定向通知相应人员处理，相应人员如未处理，将向上一层级人员汇报。

图2 异常处理机制

（2）生产执行（图3）。生产执行方式摆脱传统PC 机，采用触摸屏和电子看板结合。员工可以通过数据显示看板查询和浏览设备的运行参数，例如设备实时效率、生产车速、废品剔除数据、同牌号机组效率排行、同机台班组效率排行等生产效率信息；当前和历史的设备报警信息；设备当前的状态信息；设备易损件及刀件更换信息等。

图3 生产执行

信息采集系统通过对生产效率、质量及机器设备这三大主要资源的数据进行收集和生成相应的报表。所采集设备及工控网络数据采集方案产生的报表或图表能精确地反映生产车间当前的运作状态，并同时向整个车间提供相关的信息资料。例如设备运行状态报告可以显示出当前每台机器的工作状态，包括可知道是否空闲、状态设置如何、正在运行中或是发生故障等。除此以外，它还可以显示当前执行生产任务的信息和设备操作者。

历史数据查询功能提供了丰富的可查询数据，如生产效率分析、停机分析、废品剔除分析、历史报警信息记录等，且查询信息的筛选条件是自定义的，机组人员可以选择查看某一时间段的数据，浏览视图可以根据需求选择合适的界面布局，图表的格式也可以进行个性化选择。

2.2 生产运行数据

当前存在生产数据的透明化、实时化的缺失，操作工无法及时了解机组目前的生产状况，生产数据等，对生产工作没有一个较为清晰的安排，因此实时对生产过程数据进行收集统计及展现实。

通过ERP 系统获取生产中的当班实时生产效率，并将相关信息传递给MES 系统，对各机组生产数据进行整合统计后，通过PC 端显示当班机台产能月累数据，当班实时生产效率，同牌号机组效率排行，同机台班组效率排行，机台产能月累数据，同牌号机组效率排行及废烟率等，并对相应的不达标指标标注出原因及改进意见。

由于卷包生产线分为卷烟机和包装机部分，在对生产效率进行检测的同时，需要对各个机组的卷烟机和包装机进行分别的效率统计，分析出卷接和包装部分的生产效率（图4）。

图4 生产运行数据

2.3 质量指标数据

2.3.1 实时监控产品质量

通过对产品的质量的实时监测，实现产品质量的量化，通过在各个产品的来料、生产物料组合及成形点加装相应的检测，能够清晰地在各个产品的生产结合及成形点分析显示出当前的产品的数据指标，如烟支物理指标数据，外观检测数据，漏气、空头、盖帽检测数据，烟包外观检测数据，烟条外观检测数据及相应的质量偏差，对不符合质量参数标准的及时剔除并在操作屏幕上显示出来，提示操作人员进行相应的检查调整。

2.3.2 实时监控设备关键部件的清洁程度

设备运行过程中，会由于关键工作部件表面脏污导致质量异常的情况，例如：①卷烟机大压板脏污导致烟支搭口烫封不好出现暴口，跑条烟，此外还会造成卷烟圆周波动较大；②卷烟机水松纸切刀运行一段时间后易粘上碎胶，导致卷烟搓接质量问题；③卷烟机搓接鼓轮表面脏污导致卷烟搓接质量问题；④卷烟机水松纸过轮粘胶导致水松纸挂烂；⑤包装机商标上胶辊表面脏污导致商标上胶不好的问题；⑥包装机输送带脏污导致输送不平稳夹烟问题。

针对以上关键部位，在相应位置加装检测，检测其表面的清洁程度，并对不清洁的部件进行实时反馈，把具体关键部件显示在操作屏幕，实现人机互动，通过检测数据控制产品质量。

通过对每天的数据上传和统计，分析出每一台设备的质量短板和原因，并反馈机组进行调整改进。

2.4 设备状态数据

在1 台设备上安装1 个信号采集器，将所有采集到的信息全部储存到MES 服务器上，信号采集器20 次/s 实时获取设备的状态信息，服务器每N 秒读取信号采集器上的数据一次，采用多级缓存设计，使得数据不会丢失。通过设备自动监控可以分析出员工的有效工时、设备利用率、待机时机等信息，全程展示生产流程进度，利用可视化的图形，直观的展现生产环节的各项核心指标达成情况，让管理者可以以此为依据，逐项规划工作改进，实现生产效率最大化（图5）。

图5 设备状态数据

2.5 维修信息数据

2.5.1 设备维修信息

通过生产信息综合系统统一显示涉及设备维修的机台信息，包括：机台号、卷烟机/包装机机型、故障信息，按照停机时长由高到低排列。信息的集成方便设备技术室以及生产运行相关职能部门能够第一时间掌握设备运行状态并做出应对。

2.5.2 修理状态呈现

对应“设备维修信息”显示“维修状态”（未维修/维修中/已修好），点击进去可显示详情，包括故障处理计时、维修人员信息。该信息的显示方便维修人员及时、合理调配资源，为尽快恢复设备生产能力提供信息支撑。

2.5.3 修理呼叫

操作工可以通过生产信息综合系统呼叫修理，由原来打电话的一对一求助改变为一对多，节省维修时间，提高维修效率，也方便后台合理分配修理工资源。

2.5.4 易损预警

对每台机的关键轴承、齿形带等需要关注运行寿命的零部件进行倒计时监控，由生产信息综合系统完成信息集成和倒计时排列，形成易损预警，有助于及时关注零配件库存信息，避免维修等配件的情况出现，合理、优化安排设备检修、轮保等设备维保工作，提高设备连续生产作业能力。

2.6 生产信息综合系统手机版

移动端APP 除具有PC 端生产信息综合系统的所有信息显示、功能运用外，还可兼备以下3 个便捷功能，以方便其在生产运行中的运用：

（1）可设置权限登录。针对操作工、修理工将信息有针对性分流，使信息直观、简洁，针对各管理职能可按机型、机群组、生产片区细化归类展示，便于数据对比和整体情况分析。

（2）可辅助完成日常工作。对于操作工，可利用APP 完成交接班记录填写、质量反馈单填写等工作，使办公移动、便捷，接班人员也可提前了解设备状态，完善接班准备工作；对于修理工可完成维修清单、备件申领等日常工作，避免机组电脑出现拥堵排队使用的情况，也使办公移动化，修理工可随时随地完善设备维修善后工作。

（3）设备停机超时提醒。当设备故障超过后台设定值时，会对挂靠机台的修理工、大机长、修理组长等各级管理职能的手机端发出设备停机超时通知，便于各职能最短时间内了解、判断设备情况并做出及时反馈。

3 总结

针对生产中的痛点、难点进行数字化、智能化的方案设计，解决卷包车间在推进智能化生产中的问题，助力生产高效、优质、低耗。实现智能制造，网络化是基础，数字化是工具，智能化则是目标。智能制造不是一个节点，需要持续推进，提升高质量发展和专业制造水平，继续挖掘生产痛点，发现问题，提高效率。