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文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2022）12-062-04中圖分類號：TD948.9

★  殷和國，劉文玉，張樹齊（濟南希潤自動化科技有限公司，山東濟南250000）

摘要：定制化制造執行系統（MES）作為4公斤干粉滅火器自動化生產線項目配套的信息化工程，目標是實現干粉滅火器生產過程的可視化、數字化和精細化，進而優化生產流程、提高企業管理水平及打造先進的數字化生產車間。

關鍵詞：MES；干粉滅火器；應用

根據公開數據統計，2021年我國滅火器市場規模達到60億元人民幣^[1]。按企業數量占比估算，山東省規模在7～8億元人民幣左右。

根據中研普華的預測數據，滅火器的需求年復合增速在10%左右^[2]，需求量逐年增加，同時，生產企業已經暴露的“招工慌”也在逐年加劇。一方面生產企業擴大生產規模，適應市場需求變化，另一方面招工困難，必然將企業的生產引向少人化、自動化和智能化的方向發展。而實現智能制造的核心是生產過程的數字化，實時數據是整個工廠生產和管理系統的基石^[3]，猶如人體之血液。數字化、智能化和透明化工廠需要實現產品的數字化設計、數字化制造、經營和服務業務過程數字化管理，以及綜合集成優化。

1 現狀及存在問題

通過對山東省的滅火器生產企業的調研可以看出，整個山東省的滅火器生產基本上屬于人工作業模式，僅個別企業實現了半自動化生產，而整個行業自動化水平偏低，普遍存在以下管理方面的痛點和難題：

（1）生產過程管理水平低：生產數據均由手工填報誤差較大、受人的影響大數據不真實、上傳下達的信息處理速度慢、執行情況反饋不到位等問題突出。同時，各類文檔的手工填寫、錄入、審核、打印及存檔，不僅浪費大量的人力和物力，管理成本高，而且無法進行查案，出了問題，時間往往都浪費在查卷宗上，管理效果不佳。

（2）工序間形成“信息化孤島”：車間各環節的信息輸出方式不同，沒有統一的數據管理，造成信息的前后斷檔現象嚴重，各工序之間形成了各自獨立的操作，沒有連貫性。“信息化孤島”的存在無法實現數據的實施交互，使得前后數據出現嚴重的滯后性，影響各類數據的進一步利用。

（3）生產信息的利用程度偏低：手工錄入的原始數據需要專門的人員再次錄入才能進行比對分析，形成統計報表或者曲線。這樣的工作不僅工作量大，而且容易形成二次數據錯誤，這就導致大部分企業的原始數據僅僅進行簡單匯總和存儲，無法形成數據對比表或圖，更無法形成預測曲線，因而導致管理層決策的及時性和正確性出現偏差。

為解決以上問題，4公斤干粉滅火器自動化生產線項目配套了有針對性的信息化工程-干粉滅火器制造執行系統（MES）。該信息化系統對整個生產工藝從鋼材卷板成型、沖壓、焊接、檢驗、噴涂、灌裝、充氣水檢、暫存、裝箱、碼垛、儲存的多種設備實現控制及運行狀態采集、顯示和分析，并對生產流程實現物料管理、資源管理、質量管理、問題追溯和運營報警，具有自動數據監測、計算機監控管理、畫面參數提示、報警、數據記錄、趨勢分析和打印報表等功能。

2 干粉滅火器制造執行系統的架構及組成

2.1 干粉滅火器制造執行系統的架構形式

干粉滅火器制造執行系統作為干粉滅火器自動化生產線項目配套的信息化工程，目標是實現干粉滅火器生產過程的可視化、數字化和精細化，進而優化生產流程、提高企業管理水平及打造先進的數字化生產車間。干粉滅火器制造執行系統的架構如圖1所示。

圖1 干粉滅火器制造執行系統的架構

2.2 干粉滅火器制造執行系統的功能組成

該系統是一套完整的針對4公斤干粉滅火器生產線訂制開發的專業平臺，在內容上主要包括設備參數采集、生產數據實時交互、生產信息可視化、專家數據庫、數據查詢、設備協議定制開發和PDA小程序（App）開發。軟件功能模塊組成如表1所示。

表1 干粉滅火器制造執行系統的功能組成

2.3 干粉滅火器制造執行系統的底層設備

為保證該管理系統正常運行，需要一系列底層設備的支撐，如圖2所示，主要包括激光打碼機、小字符噴碼機、PDA、機器人控制器、各類傳感器、PLC、智能相機、網絡柜及網絡設備、主控服務器及工作站、標簽打印機、車間大屏、一體機、LED屏等。

圖2 干粉滅火器制造執行系統的底層設備一覽

3 干粉滅火器制造執行系統功能模塊及實現

干粉滅火器制造執行系統主要功能模塊包括：訂單管理模塊、質量管理模塊、報警管理模塊、設備管理模塊、能源管理模塊、看板模塊、追溯管理模塊、系統管理模塊、PDA模塊等。

3.1 追溯管理（一物一碼管理）模塊

追溯管理模塊通過滅火器瓶體底部二維碼對單個滅火器產品賦予追溯碼，實現滅火器“身份證”賦值，一物一碼，與滅火器全生命周期內的生產全程關聯（如圖3所示），對產品的生產、倉儲、分銷、物流運輸、售后服務等環節進行數據采集跟蹤，實現產品生產環節、銷售環節、流通環節和物流環節的全生命周期管理。

圖3 生產過程全程一物一碼關聯

3.2 質量管理模塊（配合PDA功能模塊）

質量管理模塊根據4公斤干粉滅火器的生產工藝，配合現場采集設備及PDA功能模塊實現全過程的質量自動檢測、數據整理、統計和分析并形成報表。（圖4在文中未有表述）

圖4 質量管理模塊分類表

3.3 設備管理模塊

設備管理模塊是針對不同的設備種類和標準等內容進行在線配置，如圖5所示，不僅擁有設備的全周期管理、設備數據監測、設備維護管理、點檢表、設備備件管理、設備文檔管理等眾多模塊，還能夠實時采集設備數據，做到實時與管理并行。

圖5 設備管理模塊

3.4 能源管理模塊

效能管理模塊，內嵌牛頓1.0物聯網操作系統，通過創建各種機床、焊接機器人和設備的數學模型，結合實時采集的各傳感器的信號統計每天的能耗^[4]。

（1）設備電能采集顆粒度要精確到單臺設備—使用效能管理模塊，單模塊可采集兩路三相電能。

（2）采集環境狀態（溫度、濕度等）—通過加裝環境監測傳感器。

（3）用氣、用水的采集—通過加裝流量傳感器。能源管理職能及作業界面如圖6所示。

圖6 能源管理職能及作業界面

3.5 可視化（看板）管理模塊

可視化管理模塊分為生產中訂單、噴涂系統、焊接機運行狀態、能源檢測、報警信息、焊接工序、灌粉質檢和帶保養設備八個功能區，如圖7所示，主要用于監控當前車間生產運行狀態。

圖7 可視化看板

3.6 其他管理模塊

訂單管理模塊：用于查詢、錄入、中止和導出生產訂單，可以查看沖壓工序、焊接工序、氣密性檢測和灌粉工序的每日產量。

系統管理模塊：系統管理模塊用于用戶管理、系統進入、修改密碼和幫助內容的管理等。

PDA模塊：在質量檢測區域人工檢測發現不合格產品時，使用PDA掃描瓶體二維碼，記錄不合格質量問題并下線處理；經過人工加工合格后的產品，掃描瓶體二維碼后投入生產線，繼續加工；產線末端配合PDA客戶端，將滅火器瓶體二維碼與公安貼（紅、黃標簽）二維碼進行三碼綁定，再將客戶提供的包裝箱碼信息和已裝滅火器瓶體二維碼進行綁定。

4 干粉滅火器制造執行系統在企業的應用效果

干粉滅火器制造執行系統實現4公斤干粉滅火器生產過程中的物料管理、資源管理、質量管理、問題追溯和運營報警，極大地減少了生產過程中人為因素影響，保證了原始數據的準確性和傳遞過程的數據一致性，極大的提高了數據利用率和數據來源的穩定性。

通過干粉滅火器制造執行系統的穩定運行，形成了大量的生產過程數據，既可以做到數據自動錄入、整理和存檔，又可以實時形成趨勢曲線和預測曲線，并通過圖表等可視化效果展示，有效地降低了對管理人員工作經驗的依賴。同時直觀的對比數據（或曲線）可以提供更直接的決策數據依據，使管理層決策更準確。

隨著干粉滅火器制造執行系統的應用，基本做到車間的數字化管理。例如設備的點檢和維保記錄等信息均在系統中有電子存檔，每臺設備的點檢和維保信息一目了然，提高了車間對設備的精準維護和管理水平。又例如通過“一物一碼”的身份證信息，可以直觀地查找每一具滅火器的生產信息，特別是有缺陷的產品，通過數據庫的統計分析，可以直接落實到哪臺焊接機焊接和哪個檢驗員檢驗，直達產生問題的源頭，大大提高了溯本求源的能力。

5 結束語

MES系統^[5]是常見于現代工廠的信息化平臺，數據層級一般處于制造設備和企業資源計劃（EnterpriseResourcePlanning，ERP）系統的中間平臺。在生產效率監控方面，MES的數據報告具有生產透明度，設備綜合效率（OverallEquipmentEffectiveness，OEE）分析，是衡量企業生產效率的重要標準^[6]。本文介紹了MES的架構和組成，并對各個模塊的功能和實現形式進行了探討，在實際的使用過程中，對企業提升生產管理水平具有非常實用的推廣價值。

作者簡介：

殷和國（1978-），男，黑龍江大慶人，高級工程師，碩士，現就職于濟南希潤自動化科技有限公司，主要從事智能制造相關研發工作。

劉文玉（1984-），男，山東濟南人，工程師，碩士，現就職于濟南希潤自動化科技有限公司，主要從事智能制造相關研發工作。

張樹齊（1978-），男，河北滄州人，高級工程師，碩士，現就職于濟南希潤自動化科技有限公司，主要從事智能制造相關研發工作。

參考文獻：

[1] 前瞻產業研究院. 2022-2027年中國滅火器行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告[R]. 2021.

[2] 深圳市中研普華管理咨詢有限公司. 2022-2027年中國滅火器行業深度調研及投資前景預測研究報告[R]. 2021.

[3] "中國制造2025" 的核心是實現制造業的數字化、智能化轉型升級[N]. 互聯網快報, 2020, 12.

[4] 上海明匠智能系統有限公司. 牛頓1.0物聯網操作系統說明書[Z]. 2000.

[5] 任德祥. MES應用進展述評[J]. 自動化儀表, 2008 (2) : 1 - 8.

[6] 楊瑞朋, 王翠芝. 制造執行系統中設備效率的研究[J]. 中國設備工程, 2018 (2) : 212 - 213.

摘自《自動化博覽》2022年12月刊