数字化车间的产品全生命周期信息追溯

1 信息追溯管理的需求分析

对于型材下料自动化生产线而言，要实现无人化，除了要求硬件设备具备数字化、自动化功能外，还需要从软件系统角度考虑产品信息追溯管理，否则一旦出现质量问题，将无从查起。信息追溯管理系统它不仅可以解决材料从哪儿来的问题，还可以知晓材料将流向何处，并记录在流转加工的过程中所发生的一切关联信息，对产品质量追溯提供依据。

对于成百上千种型材下料件，在原有的加工方式中，通常是工人用粉笔在下料件上将工件信息进行标记，下一道工序的工人凭下料件上的信息进行取用，如果在转运的过程中笔迹丢失，工人得重新测量下料件的信息，费时费劲，并且容易出现差错。因此在型材下料自动化生产线中配置信息追溯管理系统势在必行。型材下料自动化生产线追溯需求路线如图 1 所示。

图 1 型材下料自动化生产线追溯需求

（1）信息集成的现实需求——数据源多，需要集中管理。实现下料件信息的全面追溯，首先得完成数据的聚合，即需要对接各数据采集系统，提取所需的信息。比如：①对接原材料信息库以实现原材料信息追溯（预留扩展）；②对接各加工设备，实现加工设备信息的追溯（如操作管理人员信息追溯，设备状态信息追溯）；③对接质量检测设备，实现检测数据的记录；④对接总控系统，获取与下料件相关的生产信息。

（2）信息分析的现实需求——实时数据量大，需要独立的边缘计算和分析。在型材下料生产线中，下料件存在品种多、批量小的客观情况，一个批次零部件往往用在多个产品型号、不同批次订单生产中，信息追溯的信息量庞大，人工干预无法实现真正的信息追溯。从海量的数据中提取有价值的信息，现有控制系统无法实施，需要边缘计算与分析，因此离不开信息追溯管理软件。

2 信息追溯方案设计

（1）信息追溯系统构架。本项目内追溯系统主要为解决两部分需求：追溯数据的集成管理与数据向外部系统提供。为解决本项目型材下料车间对信息集成与信息追溯的需求，信息追溯系统共分三层，分别是对象层，功能层，需求层。其中对象层包含打码设备，扫码设备，触摸屏，质量检测设备等；工程层包含设备数据集成、软件数据集成、扫码查询、接口提供等；需求层包含追溯数据管理、数据向外提供 API接口等。

（2）信息追溯路线设计。信息追溯支持两种方式：一是正向追溯：从信息追溯管理系统上进行信息追溯查询，通过输入下料件加工过程信息（原材料采购信息及原材料信息预留扩展接口），查询到如某个批次的下料件信息，通过对接工厂信息管理系统，便可知道该批次下料件的流向，一旦出现质量问题，可实现精准定位、以便采取措施补救。二是逆向追溯：比如桁架车间提出下料件追溯需求，通过读取下料件上的条形码，链接下料车间信息追溯管理系统，从而获取更多下料件信息，包含下料件信息、质量检测信息、加工过程信息等（原材料信息及采购信息预留扩展接口）。

3 信息追溯管理系统核心功能

（1）生产线信息的交互内容和交互方式。信息化追溯管理系统是下料线各控制、软件系统信息集成的核心，集成的信息汇合成一个动态数据库，数据间彼此关联映射。同时，信息追溯管理系统支持信息扩展，如：随着原材料库信息的标准化、统一完善后，通过扫码枪可以获取原材料信息，信息追溯系统便可以将追溯的边界拓展至原材料信息。从长远来看，根据工厂发展建设的需求，同样可以延伸至与工厂采购系统，获取采购信息，实现物料的全生命周期管理。型材下料自动化生产线各系统的数据交互流向如图 2。

图 2 型材下料自动化生产线各系统的数据流关系图

目前，整个产线各系统与信息追溯管理系统的数据交互内容见表 1。

表 1 排程系统的数据交互内容

（2）生产线信息追溯管理系统的数据集成方案。追溯内容包含：生产信息：设备、人员、物料、班组等；物料信息：原材料厂家、编号、供应商、及原材料长度材质等信息（预留扩展）和成品的批次、日期、数量、供应商和客户等；产品特性（检测）信息：长度、角度等。信息管理追溯系统与其它信息系统实时交互，所得到的信息，按照顺序，在数据库进行排序，最终形成一个编码。比如：物料编码代码（01），MES 计划（MT）、工序信息代码（OP）、物流配送信息（WL）、流水号（0001）；那么在一个生产计划中，生产的物料条形码即为 01MTOPWL0001，01MTOPWL0002……01MTOPWL9999。生成的条码下发至激光打码设备，将加工件唯一的身份标识（条码）打印在下料件上。

接口流程如下：（1）MES 与追溯系统集成。MES 传输生产计划、生产数量、计划所需物料等信息，追溯系统完成新的物料编码（物料条形码）后，传输数据给 MES。（2）WMS与追溯系统集成。WMS 传输库存信息给追溯系统，追溯系统完成新的物料编码（物料条形码）后，传输数据给 WMS，WMS更新库存。（3）总控与追溯系统集成。总控依据生产计划传输物料生产信息给追溯系统；追溯系统完成新的物料编码（物料条形码）后，传输完成信号给总控。融合所有信息后的信息追溯管理系统可实现批次追溯（如班次、时段、台套追溯）及精确追溯（下料件唯一条形码）。

4 信息追溯管理系统的输出

（1）信息追溯管理系统条码打印输出。信息追溯管理系统完成数据整合以后，将对每个下料件生成唯一条形码，激光打码设备通过一体机，与信息管理追溯系统交互，获取条形码信息，在下料件上自动打印条形码，完成后，打码设备上的读码器，进行自动读码校验，如通过，则完成下料件打码。

（2）生产线配置打码设备。激光打标机是一种可通过光源产生激光束，将其放大并通过透镜传导至工件上，通过激光传递的能量在焦点处使材料发生改变，工件表面材料受热蒸发，材料被移除从而在表面形成标识的脉冲打标设备。由信息收集系统下发或通过手动录入打标内容，PLC 可以通讯控制光纤控制单元打标，光纤控制单元也可将生产状态信息反馈给 PLC 及信息收集系统。

（3）信息追溯管理系统信息可视化。系统提供了丰富的统计报表，用户可根据需要选择使用，如产量报表、合格率报表等；所有报表都支持数据导出，用户可以将报表数据导出到 EXCEL；系统具有计数功能，可实时记录加工数量。平台通过扫描物料上的条形码，解析并调取信息管理系统中信息，展示物料状态信息。

（4）信息追溯管理系统条码共享 API。多系统集成后，可根据接口，实施传输数据，在各系统可以查询条码信息，比如：在 WMS系统中，输入条码，可以查询物料出入库信息。通过扫码枪，可查询下料件工艺信息。

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