基于数字化计划与生产联动的钣金工厂管理系统设计

林萍　赵尚宇

摘要：近年来，推动数字技术深度融入实体经济，助力传统产业实现转型升级已成为广泛共识。文章针对中小钣金企业数字化转型过程中遇到的问题，提出了一种基于计划和生产的数字化连接方案，对企业信息化系统进行了集成改造和优化，旨在构建一套适用于钣金行业的信息化系统。该系统能够支持以下功能：生产计划管理、物料管理和配送、加工作业、质量监测、零件入库、供应商管理、规则报警、车间生产实时监控、订单追踪、智能决策分析等。

关键词：数字化转型；钣金；MES；智能化生产

中图分类号：TP301 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）13-0066-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID） ：

0 引言

部分中小型企业已成功研发并实施了ERP、CRM、OA等软件系统，从而显著提升了企业管理信息化的水平。但管理系统和生产设备自动化系统不能有效交互，造成信息断层，阻碍信息化发展[1]。为此，大型企业选择采纳制造业综合自动化系统，例如MES，作为一种高效技术手段，以提升生产效率与产品质量。MES系统作为一种面向车间层级的管理信息系统，其核心职责在于确保生产计划的精准执行、生产流程的实时跟踪以及生产资源的有效管理[2]。该系统已经取得了显著的发展成果，并且市场上也涌现出多家专业的MES软件和解决方案供应商。钣金加工行业具有多品种、小批量、订单数据复杂等特点[3]。温州地区的钣金加工企业主要依靠人工分配车间资源，管理效率低。目前存在五大问题：1） 工单、流程、价值流不匹配，难以管理单件。2） 资源利用率低，成本高，缺乏数据收集统计计划。3） 计划制定缺乏精确性，过度依赖于调度人员的个人经验，信息反馈不足导致对瓶颈资源的误判。4） 计划经常变更，主要是由于紧急订单的插入、设备故障以及原材料短缺等因素造成，影响生产效率[4]。5） 由于计划制定不当，设备产能无法满足订单需求，导致交货延误以及需要外协等问题的出现[5]。基于此，本文针对中小钣金企业在推进数字化转型时所遭遇的难题，提出了一种基于计划和生产的数字化连接方案，对企业信息化系统进行了集成改造和优化，旨在构建一套适用于钣金行业的信息化系统。

1 整体架构

根据钣金行业的数字化转型需求以及行业特殊性，对钣金MES系统主要设计以下四大类模块：钣金车间单元系统、系统模块、企业门户对接模块以及数据管理分析模块。整个系统开发框架采用SpringCloud+ Vue，选用HDFS作为分布式文件存储方案，同时引入Redis作为高效的缓存中间件，并辅以MQ消息中间件。此外，系统设计时也预先考虑了多种接口方式的兼容性，可与多种企业管理系统和企业门户进行对接。

1.1 钣金车间单元各个模块功能设计

1） 进度管理模块：该模块负责监控生产进度，确保订单按时完成。该模块实时更新订单状态，提供进度报告，并在必要时发出延期预警。

2） 库存管理模块：该模块旨在精确追踪和统计原材料及半成品的数量、存储位置，以及任何库存变动情况，从而确保库存管理的透明度和效率。

3） 设备管理模块：该模块负责监控和维护车间设备。通过该模块能实时追踪设备状态，安排预防性维护，并在设备故障时及时通知维修人员。

4） 质量管理模块：该模块负责监控产品质量，确保符合客户要求和行业标准。

5） 工艺管理模块：该模块负责定义、优化和管理生产工艺。

6） 计划排程模块：该模块负责设置排程条件，执行计划排程，查看排程结果。需要考虑设备能力、物料供应、交货期等因素，优化生产计划以提高生产效率。

1.2 系统模块功能设计

系统管理模块是确保整个系统稳定、顺畅运行的关键部分，其核心职责在于对用户信息进行全面的维护和管理。该模块包括：

1） 用户管理：允许管理员查询和修改用户的基础信息以及权限设置。拥有高级权限的用户不仅能够查看其他普通用户的信息，还能进行修改、添加或删除操作。

2） 系统日志：系统记录包括执行操作的用户、具体操作详情以及操作发生的时间等关键信息。用户享有检索和查阅操作记录的权限，这些记录一旦生成即成为不可删除或修改的历史数据，系统将按照既定规范进行定期清理。

1.3 企业门户对接模块设计

1） 订单管理：在车间管理模块和企业门户网站中设置订单查询接口，实现订单的接收、分配、执行、追踪回溯等功能，提高订单管理效率和客户满意度。

2） 报价支付采购管理：分析车间的报价策略、支付方式、采购渠道、采购成本等，建立报价支付采购管理模型，实现报价制定、支付确认、采购申请、采购执行等功能，提高利润率和资金周转率。

3） 车间生产实时直播与企业门户对接：利用直播技术，将车间生产实况转播到企业用户平台，增加透明度和信任度，并对接企业门户网站，提高信息量和吸引力。

1.4 数据分析管理模块设计

1） 通过多维度用户分析的方法，了解用户的特征、行为、需求和偏好，为产品的设计和销售提供依据和指导。主要有以下几种方式：

①用户画像分析：通过企业门户中注册的用户信息，构建客户的画像模型，将客户分为不同的类型和标签，以便更好地识别和定位客户。

②关键词搜索排行：通过关键词统计、关键词排序、关键词分析等方式，统计用户在平台上输入的关键词，并通过关键词搜索排行模型，展示用户的搜索需求和趋势，并基于此为用户提供更精准的搜索结果。

2） 通过产品多维分析，包括产品搜索/销售排行、产品采购覆盖率、产品动销率、产品交付达标率等，为产品的设计和销售提供依据和指导。

通过建立一个数据采集系统，从多个数据源获取产品的相关信息，包括产品搜索/销售排行、产品采购覆盖率和产品交付达标率等数据。通过可视化展示产品搜索/销售排行、产品采购覆盖率和产品交付达标率等指标。

3） 通过车间运行状态的可视化设计，提高车间运行的透明度和可管理性。可视化内容主要包括以下几点：

①实时监测与反馈：设计一个车间运行状态的可视化系统，该系统将实时监测车间各项指标和关键数据，并将其以直观的方式展示出来。通过这个系统，可以及时了解生产进展、设备状态和生产效率等重要信息，并能够立即做出反应和调整。

②故障诊断与预警：引入故障诊断和预警功能到可视化系统中。通过数据分析和模型建立，可以识别出车间中的设备故障和异常情况，并及时发出预警信息。这将帮助提前识别出可能存在的故障与隐患，并针对这些问题实施相应的诊断与修复措施，以减少生产中断和损失。

③生产调度与优化：通过可视化系统，制定更精确的生产调度。通过展示车间中不同设备的运行状况和生产进程，以及资源的使用情况，帮助更好地进行资源分配和任务安排，以最大程度地提高生产效率和产出。

2 关键技术

2.1 车间数据与企业门户数据对接

当前，众多钣金企业在客户完成订单提交后，仅能通过销售咨询了解订单生产进度。部分订单因交货延期，加之双方沟通不畅，往往导致客户蒙受不必要的损失。通过在门户网站上开辟一个查询入口，客户可实时追踪订单，有助于增强客户的满意度，优化企业生产管理和服务流程，提高企业效率和效果。同时，车间的生产情况可以通过直播展示给客户，让客户直观地看到企业的生产水平和质量，增加企业的透明度和信任度，促进客户下单和交易。

2.2 数据智能化分析

企业的数据涵盖了各个业务领域，有效利用数据能帮助企业做出更好的决策。例如，通过分析车间的产品和物料数据，可以发现工艺中存在的损耗问题，提出工艺改进方案，降低生产成本。通过分析销售数据，可以了解产品的市场表现和竞争力，预测未来市场的需求和变化。通过分析用户画像，可以深入理解用户的特征和需求，发现潜在用户和市场机会。这些数据分析都能促进企业智能决策，提升企业竞争力。

3 应用效果

成本更加节约：通过对人员、设备和物料的协同管理，提高工序配合效率和产品制造质量；通过对生产计划的安排与调整，自动进行生产计划的安排和调整，减少人工参与，提高生产效率和精确度。

产品质量提升：通过对每个加工过程进行质量检验和控制，确保每个环节的质量可控。对于不合格品，及时进行返修或报废处理，明确不合格产品流向，避免影响后续流程和产品质量问题；统一的工艺流程，确保每个操作环节都遵循既定的工艺规程，减少人为错误和变异，提高生产的一致性和稳定性；在加工过程中，根据实际需求不断调整和优化工艺参数，如切割速度、压力、温度等，完善试验和鉴定流程审批与材料归档，提高了加工技艺和效率。

用户体验性大大提高：系统能够实现订单的全面管理，包括订单录入、跟踪、生产排程和交付管理等。通过自动化完成订单信息的输入，并与客户进行实时沟通和反馈，确保每个订单都能按时准确完成。同时，系统能生成交付清单并提供发货物流信息，保证订单及时送达客户手中。

图2～图4展示的是钣金车间管理系统的部分关键模块效果图，这些模块共同构成了系统高效运作的基石，显著提升了车间的管理效率和产品质量。图2中，可以清晰地看到钣金车间大屏数据模块所呈现的各项关键指标。该模块实时更新并展示了当前重要项目的进度，使得管理层能够迅速掌握项目动态，做出及时调整。同时，大屏还实时显示了当日产品生产总数以及不合格产品率，帮助车间监控生产效率和产品质量。此外，重要材料的库存变化状态以及各个设备的运行状态也在大屏上一目了然，为车间的物资管理和设备维护提供了有力支持。该大屏模块不仅具备数据展示功能，还具备强大的交互性。通过连接车间视频，可以实时反馈车间工作状态，使管理层能够远程监控车间的生产情况。同时，大屏模块还提供了订单追踪模式和订单估价模块的入口，方便客户和内部人员快速进入相关功能。图3展示的是订单查询模块，该模块为内部人员提供了一个便捷的平台，用于查询订单的进度信息。通过该模块，销售人员可以及时反馈和追踪订单状态，确保客户能够及时获取订单的最新动态。图4则展示了出入库管理模块，该模块在订单管理和物流环节发挥着重要作用。通过该模块，可以实时查询订单的付款情况以及发货情况，确保订单处理的准确性和及时性。同时，该模块还允许对发货地址进行修改，以适应客户的不同需求。

4 结论

本文设计了一种钣金工厂管理系统，该系统基于计划和生产的数字化连接，对企业信息化系统进行了集成改造和优化。本文从钣金车间单元模块、系统模块、企业门户对接模块和数据分析管理模块4个方面，详细介绍了系统的设计思路和实现方法。本文所设计的系统不仅能够提高钣金制造业的数字化管理水平和智能化服务质量，还能够在其他工业领域发挥借鉴作用，具有较高的理论价值和实际意义。

参考文献：

[1] 宋连公，祁丽霞. 中小企业实施ERP信息管理系统的关键问题研究[J]. 中小企业管理与科技（下旬刊），2016（4）：4-5.

[2] 高付国. 基于精益生产的W公司钣金车间生产管理研究[D]. 济南：山东大学，2022.

[3] 王伟龙. 基于数字化工厂的燃气热水器钣金生产线仿真与优化研究[D]. 长沙：湖南大学，2020.

[4] 白峰云. 面向钣金件工程的项目管理系统开发与应用[D]. 南昌：南昌大学，2021.

[5] 刘继军. 创斯达集团TVM事业部钣金产品制造质量管理优化研究[D]. 兰州：兰州大学，2021.

【通联编辑：谢媛媛】

基金项目：2023 年温州市基础性科研项目：基于计划和生产的数字化连接，探索制造业数字化转型-以温州钣金制造业为例（项目编号：G2023096）