為了解決中小型塑料制造企業(yè)管理系統(tǒng)在信息采集方式、計(jì)劃實(shí)時(shí)性、靈活性等方面的不足。將射頻識(shí)別 Radio Frequency Identification(RFID)技術(shù)引入塑料生產(chǎn)車間,構(gòu)建塑料制造裝配車間的物料智能配送體系,形成面向離散制造業(yè)的智慧裝配車間。對生產(chǎn)執(zhí)行系Manufacturing Execution System(MES)的架構(gòu)、RFID智慧生產(chǎn)車間應(yīng)用流程、應(yīng)用可靠性等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,并對車間生產(chǎn)組織、制造事件和動(dòng)態(tài)多變市場的響應(yīng)能力進(jìn)行了優(yōu)化。所述內(nèi)容對提升塑料制造企業(yè)核心競爭力具有重要的理論與實(shí)際意義。
引言
中小型制造業(yè)面臨著多品種、小批量,制造過程離散化等問題,這要求企業(yè)能夠更精確地安排生產(chǎn),管理生產(chǎn)運(yùn)行中的更多的細(xì)節(jié)。但是,我國大部分中小型制造企業(yè)仍在采用需人工干預(yù)的被動(dòng)信息交互手段,缺乏主動(dòng)性和實(shí)時(shí)性,導(dǎo)致生產(chǎn)組織響應(yīng)慢而難以滿足制造過程信息化的需求,制約了企業(yè)的發(fā)展。MES 系統(tǒng)能很好地解決這些問題。國內(nèi)外各大專院校、科研院所和信息技術(shù)公司紛紛對MES應(yīng)用表現(xiàn)出濃厚的興趣,進(jìn)行了深入研究,取得了大量的科研成果。如文獻(xiàn)探討了精細(xì)化生產(chǎn)管理實(shí)踐在大型煤機(jī)企業(yè)的實(shí)施過程;文獻(xiàn)針對汽車制造企業(yè)在總裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集手段落后等問題,提出了基于射頻識(shí)別技術(shù)的汽車總裝生產(chǎn)模式,構(gòu)建了該模式下的汽車總裝制造執(zhí)行系統(tǒng),在實(shí)際應(yīng)用中取得成效。然而,以塑料制造業(yè)為背景的MES應(yīng)用研究暫時(shí)還沒有。塑料制造業(yè)在裝配和加工過程中具有零部件品種多、工藝繁雜、生產(chǎn)變化快,生產(chǎn)管理復(fù)雜等特點(diǎn),給塑料制造企業(yè)的管理帶來很大的困難。本文提出一種基于RFID的智慧車間的精細(xì)化生產(chǎn)管理的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)塑料制造業(yè)從企業(yè)管理、生產(chǎn)指揮到生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的有機(jī)集成,能提高企業(yè)的生產(chǎn)管理水平。
1 基于智慧車間的MES架構(gòu)
精細(xì)化生產(chǎn)管理是指對生產(chǎn)進(jìn)行計(jì)劃、控制和持續(xù)改進(jìn)。是以生產(chǎn)計(jì)劃為主線,使各種資源按計(jì)劃所規(guī)定的流程、時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行合理配置與管理,使企業(yè)高效、低耗、高質(zhì)、靈活、準(zhǔn)時(shí)地生產(chǎn)市場需求的產(chǎn)品,在生產(chǎn)執(zhí)行的基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,提高生產(chǎn)水平。MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的建立就是要在生產(chǎn)過程層及管理層之間加強(qiáng)數(shù)據(jù)集成與分析的力度,拓展優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的范圍,建立完備的物流批次監(jiān)控管理體系,真正實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息集成和業(yè)務(wù)集成優(yōu)化。如圖1所示,塑料制造企業(yè)的MES結(jié)構(gòu)主要由車間調(diào)度排產(chǎn)優(yōu)化和基于RFID數(shù)據(jù)采集以及質(zhì)量跟蹤組成。車間調(diào)度是車間制造執(zhí)行系統(tǒng)的核心功能之一,本系統(tǒng)在生產(chǎn)執(zhí)行(物理)模型和生產(chǎn)計(jì)劃(邏輯)模型基礎(chǔ)上建立計(jì)劃調(diào)度排產(chǎn)優(yōu)化算法,切實(shí)符合企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際情況,變復(fù)雜問題為多步求勰的簡單問題,具備合理性和實(shí)用性。求解過程分三步:①以訂單為輸入,通過排產(chǎn)模型及約束計(jì)算出可能的工藝路線;②以工藝路錢為輸入,依據(jù)生產(chǎn)執(zhí)行模型,通過優(yōu)化算法,得到排產(chǎn)邏輯模型與生產(chǎn)執(zhí)行模型的最優(yōu)匹配,合理分配任務(wù);③計(jì)劃層面按訂單和其他約束條件選擇需要進(jìn)行加工的生產(chǎn)加工方案和時(shí)間限制,并通過總體產(chǎn)能、庫存情況,產(chǎn)生可能的加工方案組合。確定加工方案后,按優(yōu)化規(guī)則在生產(chǎn)執(zhí)行物理模型中計(jì)算加工方案對應(yīng)的生產(chǎn)單元路徑,并對該路徑進(jìn)行約束限制和優(yōu)化評價(jià),計(jì)算得出的最優(yōu)解通過工作任務(wù)指令方式寫入產(chǎn)品標(biāo)簽,指導(dǎo)產(chǎn)品在智慧車間的整個(gè)生產(chǎn)流程。本文將在后面重點(diǎn)對所構(gòu)建的面向塑料制造業(yè)的 RFID智慧生產(chǎn)車間進(jìn)行介紹。
2 基于RFID的智慧生產(chǎn)車間
智慧車間是指在車間內(nèi)部署RFID閱讀器、RFID標(biāo)簽,建立物料跟蹤的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),并定義這些生產(chǎn)對象節(jié)點(diǎn)的工藝(質(zhì)量)參數(shù),按批次、模塊對參數(shù)進(jìn)行采集,分析工藝(質(zhì)量)參數(shù)的相關(guān)性,支撐全廠的物料跟蹤流程。它利用先進(jìn)的接口技術(shù)和RFID自動(dòng)設(shè)備,獲取現(xiàn)場各個(gè)節(jié)點(diǎn)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、庫存數(shù)據(jù),質(zhì)檢數(shù)據(jù)和移動(dòng)數(shù)據(jù),通過全廠參數(shù)計(jì)量信息的收集、整理和分析,完善對物料生產(chǎn)過程所涉及的生產(chǎn)單元、設(shè)備、倉庫儀表數(shù)據(jù)采集和錄入,為各種生產(chǎn)活動(dòng)提供物料移動(dòng)、加工、庫存和設(shè)備、管理層輔助決策和車間成本核算提供可靠保證刪。RFID智慧車間能夠?qū)崿F(xiàn)全部或者部分生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集、生產(chǎn)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控、操作參數(shù)的在線調(diào)整優(yōu)化等生產(chǎn)運(yùn)行管理和監(jiān)控功能,是高效率生產(chǎn)和管理的前提,是MES生產(chǎn)數(shù)據(jù)的來源脅。
2.1 現(xiàn)有裝配車聞的生產(chǎn)流程
現(xiàn)有企業(yè)管理系統(tǒng)中生產(chǎn)過程信息始終是“離線”的,質(zhì)量工藝、物料消耗、實(shí)際產(chǎn)量、殘次品數(shù)等生產(chǎn)信息還是靠原始的人工錄入方式,不能連續(xù)、自動(dòng)、完整地反映在企業(yè)管理系統(tǒng)中。其流程如圖2所示。裝配車間主任根據(jù)交期先后和物料的齊備情況,交計(jì)劃員電腦排產(chǎn),填“生產(chǎn)派工單”將生產(chǎn)任務(wù)下達(dá)給各個(gè)小組長。組長依據(jù)“生產(chǎn)派工單”填寫“領(lǐng)料清單”,并到發(fā)料倉庫領(lǐng)料。
組長對各員工進(jìn)行人工派工和發(fā)料,并將各訂單的派工信息和發(fā)料數(shù)量填寫“裝配車間員工生產(chǎn)記錄卡”,由組長監(jiān)督并在此卡上記錄數(shù)量。
組長將每班次機(jī)臺(tái)員工生產(chǎn)的經(jīng)過質(zhì)檢合格的良品和每班次回收的殘次品數(shù)量按訂單記錄到“裝配車間員工生產(chǎn)記錄卡”上,同時(shí)核算各工序員工的零件損耗數(shù)量和零件利用率。
一個(gè)訂單完成后,組長將各員工的領(lǐng)料、合格品和殘次品數(shù)量匯總到“裝配車間小組生產(chǎn)日報(bào)表”上;填寫“成品入庫單”傳至質(zhì)檢主任確認(rèn)后,將質(zhì)檢合格的產(chǎn)品送入成品總庫;次品由專管員填寫“報(bào)廢單”,送至質(zhì)檢主任簽字確認(rèn)后,將殘次品送入非合格品庫。非合格品庫倉管員將這些非合格品處理數(shù)據(jù)按照裝配車間的人(機(jī)臺(tái))或小組記錄在每個(gè)訂單里面。