向 平

（博世汽车部件（长沙）有限公司，长沙 410100）

0 引言

随着新一代信息技术的发展，德国工业4.0，美国工业互联网，中国制造2025等相继提出，实施智能制造逐渐成为世界大国争夺制造业制高点的热点问题［1]。企业如果希望在相应领域保持领先的地位，基本的途径就是实施智能制造，数字化工厂是智能制造必经的阶段性实现。

数字化工厂包含3 个方面的内容：一是产品设计和制造数字化；二是企业管理数字化；三是商务运营电子化［2]。制造过程的数字化主要指生产管控的数字化，以数字信息传递为核心，通过信息化技术改造，优化生产、管理、服务等流程。需要建立数字化制造管理模式，搭建车间无纸化制造集成平台，实现生产管理无纸化，为产品的生产加工及信息追溯提供数据支撑［3]。生产过程中的生产质量管理文件的无纸化是向无纸化制造技术转变的重要一步，生产现场的5M1E（人、机、料、法、测、环）管理是生产质量管理的基本原则，本文基于生产现场质量管理中纸质文件的无纸化实现为主要对象，按照5M1E 管理的要求对生产现场质量管理的无纸化实现过程进行相应的阐述。

1 基本思路

在生产的实际过程，基于5M1E的6大因素现场质量管理主要需要关注如下的内容。

（1）人（Man）：操作人员的质量认知，技能熟练程度；

（2）机（Machine）：机器，设备，工装夹具的维护和检查；

（3）料（Material）：生产的生产计划，BOM 表，原材料检测和追溯；

（4）法（Method）：工序流程和生产参数管理；

（5）测（Measurement）：生产质量的检测和反馈；

（6）环（Environment）：设备安全和人员安全。

本文以上述6 大因素的现场质量管理文件的文件发布数字化、文件展示无纸化、过程检查自动化、信息反馈电子化为切入点，考虑到文件的生成流程和管控流程的一致性，并考虑基于微服务架构保证系统的独立性，从先进订单排程系统（APS）、制造执行系统（MES）、数字化作业指导书、培训管理系统、参数管理系统、电子化录入系统、权限控制系统和电子表格这8 大类型应用中将所需要的文件进行相应的无纸化和电子化，同时通过多个系统之间信息的协同和信息交互实现纸质文件的生命周期的数字化闭环管理，纸质文件对应的解决方案如表1 所示。

表1 5M1E纸质文件与解决方案的对应关系表

2 系统实现

2.1 先进订单排程

生产计划是企业对生产任务作出统筹安排，具体拟定生产产品的品种、数量和进度的计划，是企业经营计划的重要组成部分，是企业进行生产管理的重要依据，既是实现企业经营目标的重要手段，也是组织和指导企业生产活动有计划进行的依据。先进订单排程系统就是基于精益化生产的需求，将客户订单进行相应的拆分和编排，生成生产计划的电子化工具。

2.2 制造执行系统

制造执行系统（MES）是生产现场的控制单元，MES 作为连接工厂计划层和现场执行单元的中间层，不同的企业对MES的功能要求是不同的，具有订制性的特点［4]，本公司的MES主要通过以下3大功能模块实现无纸化：原材料管理模块，工具管理模块，电子化排班表。

（1）原材料管理模块主要实现以下作用：生产原材料的批次信息记录，生产原材料的型号匹配。原材料管理模块通过获取物料标签实现物料识别和追溯，通过基于BOM表的物料规范来实现对物料的管控，从而完成BOM表的电子化，借助设备加工次数的统计，也可实现物料使用和剩余数量的计数。

（2）工具管理模块通过定义工具的唯一标识码来实现对

工具生命周期的记录，并在工具到达使用寿命时能进行提醒，在到达维修条件后通知维修，并对超过使用寿命的使用实现拦截。

（3）电子排班表是实现MES 系统中生产计划的电子化录入模块，通过电子化排班表实现生产班次和计划的无纸化，同时借助MES 的设备接口和扫描枪系统，可以实现设备停机录入的电子化，实现停机登记表的无纸化和电子化。

2.3 电子作业指导书

作业指导书是质量管理体系文件的重要组成部分，既是质量手册和程序文件的支持性文件，也是对质量手册和程序文件的细化和补充，其主要的作用在于阐明生产过程或活动的具体要求和方法，用来指导员工为某一具体过程或者某项具体活动如何进行提供作业指导的文件。

系统通过作业指导书在线编辑，作业指导书数字化化审核，作业指导书的数字化审批，电子化作业指导书展示4 大步骤实现生产和安全作业指导书的无纸化和电子化。

2.4 培训管理系统

员工技能是指企业员工所掌握的工作技术和能力，相应的技术和能力是确保员工胜任相应岗位的保证，也是企业产品可靠性的重要保证。

培训管理系统包括5 大功能模块：员工和培训者信息管理（员工信息、岗位培训者信息、岗位培训师信息和生产线组织）；岗位培训技能管理（分配岗位培训、登记岗位培训结果、培训效果验证、培训再鉴定）；作业指导书管理（指导书自动更新、培训名称更新）；报表功能（培训记录、技能矩阵、培训报、岗位培训技能发布）；自动报警功能（技能过期提醒、资质复审提醒、技能释放提醒、培训到期提醒、无技能人员操作提醒）。

2.5 参数管理系统

工艺参数表示未来完成某项工艺流程的一系列基础数据或者指标，这些基础数据和指标构成了工艺操作的内容，工艺参数表的作用是确定预期会在生产和工艺控制中用到的每一个关键参数的参数范围（关键参数——可以影响生产或者质量的工艺参数）。

为了确保生产现场的参数设置在合理合规的范围，在公司的现场质量管理流程中，增加了生产准备检查表，需要在每次产品型号更换时进行参数设置的检查，同时，公司的工艺工程师也需月度进行产线现场检查并填写生产参数检查表，确保参数设置的合规性。

为了实现工艺参数电子化的闭环系统，生产参数管理系统主要包括以下3大功能：工艺参数表电子化（生产参数检查表电子化），参数检查自动化（生产准备检查表和工艺参数检查表电子化），参数修改在线化。生产参数管理系统的3大模块的系统实现如图1所示。

图1 生产参数管理系统的3 大模块的系统实现

2.6 电子化录入系统

设备检查（设备点检，传感器状态检查，对中检查，关键设备清洁检查）是设备维护中的重要内容，与日常保养相结合，借以掌握设备运行情况、工作性能和磨损情况，为生产工作做好准备，同时可以及时查明和消除设备隐患，缩短修理时间和降低修理成本，提高设备生产效率［5]。生产品质控制（开班首件产品测量、换型产品测量、过程控制检、设备重启换型检）是指物料入库后到成品入库前各个阶段的生产活动的品质控制。

从流程而言，公司的规范是定义设备和生产品质检测的上下限数值范围或者文字标签，为了扩大系统的兼容程度，在系统开发初期，对于此类应用均通过电子化录入系统来实现，通过输入相应的数值型数据或者文字数据来实现无纸化和电子化。

2.7 权限控制系统

从生产的5M1E管理循环的角度，生产现场的人员管理是生产管理的基础，生产现场人员管理的内容包括考勤管理（考勤登记表、离岗登记表、岗位登记表），技能管理（员工技能矩阵、作业指导培训记录、安全培训记录），权限管理系统的作用是通过现场人员考勤信息采集、技能管理和设备管控，通过技能进行员工操作权限和设备动作的电子闭环管理。

2.8 电子表格（Excel）

在无纸化的实施过程中，存在部分使用频次低，并且只需要特定人员操作的文件（质检的交接班记录、线长的交接班记录），基于成本的考量，没有采用开发软件实现电子化，而是通过使用Excel 电子表格共享和录入的方式来实现无纸化和电子化。

2.9 跨系统集成

2.9.1 生产计划管理的数字化闭环

生产计划管理的数字化闭环的目的是将生产计划，生产状态和设备状态实时可视化展示，以方便决策层的现场管理和决策。为实现生产计划管理在制造流程的数字化，需要确保先进订单排程系统和MES 的信息交互，同时在MES 侧，需要通过安灯（Andon）和网页（Web）进行相应的可视化实现，系统的架构如图2所示。

图2 先进订单排程和制造执行系统信息交互系统架构

2.9.2 作业指导书数字化生命周期的管理闭环

从公司的文件管理流程角度，作业指导文件，包括生产作业指导书，安全作业文件，质量异常停止表的整个生命周期都包含编辑、审批、培训、发布4 个环节，传统的纸质作业文指导书件存在管理工作重，需要纸质文件可视化，纸质文件成本高，文件更新取决于人工操作，更新不及时等，员工的培训可能不到位等问题。

在公司的系统架构和应用中通过数字化的作业指导书系统来进行相应操作文件的数字化，通过培训管理系统来实现操作文件培训和记录的数字化闭环，实现了作业指导书的全数字化生命周期，系统流程如图3所示。

图3 作业指导书的数字化闭环流程

2.9.3 人员管理的数字化生命周期管理闭环

权限管理系统的作用是人和设备实时可控的关联，通过培训管理系统，可以将员工技能管理信息得以电子化，为了实现技能和权限的防错，需要实现权限管控系统和培训管理系统的信息交互和集成，从而将人和设备基于员工技能有机结合起来，实现人员管理全生命周期的电子化，如图4所示。

图4 人员管理的数字化闭环流程

2.9.4 和PLC的通信

除了和MES的数据交互外，与PLC的通信也是实现生产参数检查自动化的关键，在本系统中，通过采用OPC UA（新设备）/OPC DA（老旧设备）通信技术的应用，实现了设备工艺参数采集的标准化。

3 结束语

本方案基于5M1E 质量文件管理的要求，根据文件的生成和管控流程的一致性，通过多个独立应用实现生产现场文件的全数字化，通过生产参数管理系统实现生产参数从产生、发布、检查、修改全周期的数字化管理，通过作业指导书和培训管理系统的互联互通，实现了作业指导文件的数字化闭环，通过授权系统和培训管理系统的跨系统集成，完成设备操作人员管理的数字化闭环。在实际使用中，本应用在生产文件的数字化生命周期管理、工作效率、生产过程管控水平、生产现场质量管理、绿色制造等5个方面取得了建设成效。

（1）实现了生产文件数字化生命周期管理。通过多应用的协同和信息交互，实现了作业指导书和权限管控的全生命周期的数字化管理的闭环控制。

（2）提高了工作效率。通过电子化的文件管理审批录入流程，节省了人员的工作时间，通过本方案，每个部门减少了文件管理人员1/4的工作量，提高了工作效率。

（3）提高了生产过程的管控水平。通过基于5M1E 现场质量管理文件的无纸化，减少手工数据录入和数据统计工作，通过纸质文件数字化提高了生产过程的管控水平［6]，电子化的文件和数据记录，可为大数据分析、数据挖掘的智能化应用提供数据。

（4）优化了生产现场质量管理。生产现场质量管理的无纸化方案可以有效地解决加工车间的管理复杂多变、自动化水平参差不齐、系统实时性要求高等问题。

（5）助力绿色制造。通过无纸化的现场质量管理，公司每条产线每年可减少约3000张A4纸，从而极大地节省了现场的纸质文件的使用，降低了成本和浪费，为真正实现绿色制造提供有力的支撑和途径。