質量是企業永恒的主題,是企業實現可持續發展、在未來競爭中取得勝利的法寶,是提高效益的重要途徑。
用信息化推進卷煙生產質量管理的現代化,是卷煙行業工業企業提高自身綜合競爭力,應對市場挑戰的有效途徑和必然選擇。目前,管理信息系統及自動化技術在卷煙企業已經大規模應用。但兩者之間忽略了有效配合,導致企業上層計劃缺乏有效的實時信息支持,下層控制環節缺乏優化的調度與協調,計劃層與車間執行層無法進行良好的雙向信息流交互,企業難以實時反應。制造執行系統(Manufacturing Execution System,MEs)作為面向車間層的生產管理技術與實時信息系統,是企業資源計劃(EntERPrise Resource Planning,ERP)系統和生產自動控制系統之間的信息紐帶。
質量控制是MES的重要組成部分。在質量管理領域,MES將底層工業控制涉及到的工序級生產計劃、現場質量數據采集、生產過程質量管理、統計分析等這些功能進行了有效融合。本文以云南H卷煙廠為研究對象,以濾嘴棒生產為重點,對MES環境下卷煙質量在線管理系統進行研究。卷煙生產過程中,濾嘴棒生產作為重要環節之一,其生產效率及成品質量直接影響著產品的質量。因此基于MES的濾嘴棒在線質量管理的系統建設顯得尤為重要。
1 云南H卷煙廠基于MES濾嘴棒在線質量管理的系統需求
云南H卷煙廠擁有配套的打葉復烤、制絲、干冰膨脹、卷包設備、自動化物流系統,年生產力超過100萬箱。H卷煙廠是目前全國唯一只生產單一品牌的煙草工業企業,企業歷來重視香煙的質量,視質量為生命。而濾嘴棒作為香煙的重要組成部分,其質量的好壞關乎吸煙者在吸煙時的口感,以及是否能起到過濾焦油小滴、減少尼古丁吸人量的作用,所以濾嘴棒質量的好壞直接影響著整支香煙質量。因此,對濾嘴棒的質量管控就顯得尤為重要。而濾嘴棒的工序的質量控制對于最終成品的質量形成有決定作用。
H卷煙廠濾嘴棒的生產工藝如圖1所示。
圖1 濾嘴棒生產工藝
目前濾棒的質量問題主要集中在濾棒的吸阻、硬度、圓周和長度上。這幾個問題又是濾嘴棒6個生產環節中“絲束開松、增塑、卷制成型、濾棒切割”4個工藝階段的量化指標。
因此,濾嘴棒的在線質量控制主要針對這4個工藝階段進行監測,主要監測參數為:輥壓力、輥比率、增塑劑供給情況和供給量、濾棒各部位溫度、直徑和膠溫、濾棒長度和進刀頻率。
通過MES技術平臺分析濾嘴棒生產制造現場收集到的實時有效數據,及時控制每道工序的加工質量,對其進行實時監控、預測、診斷和在線調試,將質量缺陷消除于萌芽狀態,降低企業質量成本。據此,要實現對它的質量管控,存在以下需求:
a.實時、動態性需求。目前在大多數煙草企業中,質量管理大多是通過質量計劃下達、序后生產檢驗和質量統計報表等形式進行的靜態質量管理和控制,控制效果和效益受到很大限制。在線質量管理系統需要能夠實時采集制造過程中的數據,及時掌握質量的狀態并反映制造過程中的問題,實現對生產質量的動態控制。
b.可視化需求。海量的質量數據枯燥又難以理解,數據背后包含的信息難以表達。系統可借助信息技術,把質量信息以人們慣于接受的表格、圖形、圖像等可視化方式,將質量及其內在的聯系直觀表現出來,為質量管理者提供依據。
c.交互性的需求。傳統的質量管理系統中,管理者是被動地接受單方面信息,用戶難以交互的方式管理質量數據。
因此,企業必須借助于基于MES的濾嘴棒在線質量管理系統,滿足企業對濾嘴棒質量管理的實時動態性、可視化和交互性的需求。
2 質量管理信息可視化模型及管控流程
2.1 信息可視化模型
基于MEs的濾嘴棒質量管理系統中應用的在線管控,即信息可視化(Infonllation Visualization,IV)。信息可視化是指利用計算機支撐的、交互的、對抽象數據的可視表示,來增強人們對這些抽象信息的認知。信息可視化模型如圖2所示。
圖2 信息可視化模型
模型主要由原始數據、數據表、可視化結構和視圖4個模塊組成。原始數據通過數據轉換映射為數據表;之后,數據表通過可視化映射轉換為可視化結構,這一過程是信息可視化的核心;最后,通過視圖轉換設置圖形參數,把可視化結構轉換為視圖,從而用戶可以從特定的角度查看數據庫中的數據信息可視化結果,來服務于特定的任務。可視化質量管理中要解決的主要問題就是質量數據的映射、變換及交互控制。
2.2 H卷煙廠對濾嘴棒質量的管控流程
根據H卷煙廠的濾嘴棒生產工藝及流程,再結合MEs思想,討論了基于MEs的濾嘴棒在線質量管理流程,如圖3所示。
圖3 質量管控流程圖
3 H卷煙廠濾嘴棒在線質量管理系統設計
根據以上對可視化信息模型的分析,結合濾嘴棒質量管理的流程,提出系統的功能模型,如圖4所示。
圖4 濾嘴棒在線質量管理系統功能模型
質量管理過程是一個持續循環改進的過程,在質量管理過程中質量標準是質量改進的對象,同時為整個質量管理的過程提供對比的標準;質量控制是質量管理的執行部分;質量檢驗是檢查質量控制的效果;質量分析是基于檢驗的處理,是對質量標準的改進。循環改進促使產品質量不斷得到改進和提升。
a.質量控制功能模塊應用。質量控制分為制造過程質量控制和輔助過程質量控制兩個方面。在制造過程質量控制中,主要對物理指標進行自動采集,并繪制控制圖,以及通過人工檢驗外觀指標,并將檢驗后的數據錄入系統。從底層車間層自動采集到的數據繪制成控制圖,出現異常時,系統自動報警。
在輔助過程質量控制中,分別對工藝執行情況、設備工業參數、生產運作環境進行監控,以及原材料的確認和對測量裝置進行檢查。當設備工藝參數超限時,將建議其修改相應工藝參數。若設備參數出現異常時將立即啟動報警裝置。同樣對于生產運作環境的監控亦是如此。而當對生產所需的原料、輔料進行確認時,一旦出現異常,系統將提示做出復檢請求,從而避免了在原輔料進行生產時出現相關的質量問題。質控功能模塊不是單一的模塊,當這些質控環節無法進行處理時,系統會及時通知相關模塊進行有效處理,以便最大程度地保證整體生產質量。
b.質量檢驗功能模塊應用。在MES環境下,過程檢驗是質量檢驗的側重點。在生產過程中,對質量管理點進行檢驗,對生產過程進行抽檢、對不合格品進行處理。質量管理點的檢驗是選擇生產過程中的關鍵點作為數據采集點,將采集到的信息與作業規范進行比對,做出相應判斷。同時,在生產過程中對各個階段進行抽檢,并將抽檢結果錄入系統,以便隨時查閱調用,并就質檢情況匯總成質量報告。當質檢時發現不合格產品,將其信息及時錄人系統,并對其判定級別,發出復檢請求,進行再次質量檢驗。
c.質量分析功能模塊應用。在此模塊中,著重對質量因素進行分析,其中包括產品質量分析和工藝狀況分析。
在對產品質量進行分析時,將采集到的產品質量的相應指標信息進行匯總,通過相應的數理統計,進行分析,從中尋找存在的問題,并根據發現的問題,及時反饋并加以改進。在對產品工藝狀況進行分析時,要時刻關注工藝狀況信息,對觀測到的信息進行綜合分析,并不斷改進,以最大程度地保證產品質量。
4 系統實現關鍵技術
a.采用模型驅動技術,實現基于生產模型的生產控制,提供了靈活的建模工具,并通過模型驅動的辦法來管理整個生產過程。
b.通過模型驅動技術,加強質量控制。根據工單、班次及牌號的變化,自動生成質量檢驗請求,并通過KPI數據反饋及自動采集檢驗設備數據形成質量數據分析及評價。
c.實現生產動態數據的監視,通過監控畫面直顯示濾嘴棒生產過程實際情況。
d.利用數字測量設備,通過與無線發射器相連,發送數字信號,與計算機相連,將傳送的數據定時通過企業內部網上傳到企業服務器,完成從生產現場的數據采集工作。
e.利用實時數據庫技術,實現了實時數據的海量存儲和應用;采集了生產過程中的多個質量監控點,實現了生產動態數據的實時采集、監視與統計分析,使生產管理更科學,組織更靈活,決策更及時。
5 改進結果分析
通過在H卷煙廠實施MES濾嘴棒在線質量管理系統,使H卷煙廠濾嘴棒的質量以及香煙整支質量有了明顯提高。根據“吸阻、硬度、圓周和長度”對于濾嘴棒最終質量的影響大小分別對其賦予權重,吸阻和硬度A級(15分),圓周B級(10分),長度C級(5分),并依此打分。對改進前后“吸阻、硬度、圓周和長度”以及濾嘴棒質量結果進行比較,見表1。
表1 改進前后濾嘴棒質量結果對比分析
從表1統計結果可以看出,改進后濾嘴棒的質量得分有了很大的提高,吸阻和硬度直接影響著整支香煙的質量,三者成線性關系,吸阻和硬度越大,香煙質量越大,改進后,吸阻和硬度的數據較改進前均有下降,此時不僅香煙的合格率大大提高,同時一年的絲束消耗也降低了4%,為H卷煙廠帶來了客觀的經濟效益。同時對圓周和長度在改進前后的結果進行對比分析后發現,改進后的圓周與長度平均值更加集中于技術標準的均值,且方差更小,直觀地反映出兩者在改進后更高的合格率,從而保證了濾嘴棒的質量。
6 結束語
企業的質量管理是一個非常繁瑣而又非常重要的工作。質量管理水平的好壞直接影響到企業的生存發展。將質量管理系統不斷地完善以適應企業的日常生產和業務需求,可以極大地提升企業競爭力。H卷煙廠基于MES的濾嘴棒在線質量管理系統的實施,通過信息流集成和控制集成,對生產全過程進行實時的質量監控,從而實現閉環質量控制,提升了H卷煙廠對濾嘴棒的質量控制與管理能力,提高了濾嘴棒的質量,并獲得了良好的經濟效益。通過對這些問題的探索與實踐,相信基于MES的質量管理系統是實現精細化、均質化、規范化的信息化最佳解決方案。
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