大數據在車間制造管控過程中的可視化應用

隨著數據可視化概念的普及，通過信息化系統(tǒng)產生的數據來輔助管理的概念深入人心，對數據價值的挖掘分析也深入到企業(yè)的各個領域，大數據的應用正在改變著傳統(tǒng)企業(yè)的經營模式。大數據技術是一系列技術的總稱，集合了數據采集與傳輸、數據存儲、數據處理與分析、數據挖掘、數據可視化等技術內容，是一個龐大而復雜的技術體系。根據大數據從來源到應用傳輸的流程，可以將大數據技術分為數據收集層、數據存儲層、數據處理層、數據治理與建模層、數據應用層，如圖1所示。近年來，大數據技術在電商、金融、通信等行業(yè)被廣泛應用，取得了長足的發(fā)展。而在制造業(yè)領域，由于在數據積累和數據的廣度上還不夠，大數據技術的應用與發(fā)展還較為緩慢。目前絕大多數制造企業(yè)的數據應用都針對企業(yè)內部的結構化數據，在外部數據取得上比較困難，但隨著制造技術的進步和現代化管理理念的普及，企業(yè)的運營將越來越依賴信息技術和大數據技術。大數據技術框架為大數據的業(yè)務應用提供了一種通用的架構，但具體還需要根據行業(yè)領域、企業(yè)技術積累以及業(yè)務場景，從業(yè)務需求、產品設計、技術選型到實現方案等流程上具體問題具體分析，利用大數據可視化技術，進一步深入，形成更為明確的應用，包括基于大數據的交易與共享、基于開發(fā)平臺的大數據應用、基于大數據的工具應用等。由此可見，數據可視化是實現智能制造的重要環(huán)節(jié)。

圖1

大數據技術框架車間制造數據可視化的建設目標和內容建設車間制造管控數據可視化，是為更好地契合車間制造的智能化發(fā)展，有效利用數據資產，充分發(fā)揮數據價值，并將先進的制造技術、信息技術、智能技術進行深度融合和綜合展示，從而滿足智能化發(fā)展的要求，解決車間生產管控中數據分散、處理延時、信息匯集滯后等一系列問題，從而構建可視化應用為車間的運營管控提供有效的支撐。借助可視化組件及大數據技術，以應用需求為驅動構建各類生產可視化及生產預測性分析應用，通過將可視化技術與車間主流流程業(yè)務融合，形成反饋循環(huán)模型，提高企業(yè)車間內部信息交互和協(xié)同制造的水平。同時通過引入可視化數據挖掘，實現以人為中心的知識獲取、提煉，為車間精益生產提供數據支持。為達到上述目標，建設內容應包括搭建車間級制造管控綜合管理平臺，逐步實現數據的自動獲取，提升數據管理的準確性、時效性和可用性；加強數據資源整合，以滿足車間內生產管理、輔助決策的需求，為公司企業(yè)級快速建設及發(fā)展奠定基礎。具體而言就是搭建一個統(tǒng)一的、可擴展的、可視性強的生產數據的管理和展現平臺；結合AEOS理念，從生產計劃、質量監(jiān)控、生產績效、生產保障等多個方面，反饋車間管理的實時狀態(tài)，為高層、中層管理者提供定制化的制造數據分析呈現平臺，其中應包含生產任務預估、績效分析、產能分析、生產進度分析、加工過程質量監(jiān)控及分析、車間全景式監(jiān)控等應用。車間制造數據可視化解決方案設計原則為企業(yè)管理者提供對外形象宣傳和對內運營管控的統(tǒng)一視圖，通過企業(yè)運營狀況的實時、全域、立體展示，實現企業(yè)運營的“穿透”管理，有效解決管理者“看得見、看得清、看得遠”的問題，為企業(yè)資產經營管理、生產運營管理、產業(yè)結構調整等重大決策提供支持。以可視化為目標，集成現有信息系統(tǒng)中的業(yè)務數據，整個車間制造管控可視化建設圍繞著“可視化”的目標，實時反映生產狀態(tài)，快速識別生產風險，發(fā)現生產過程中出現的問題，拉動問題快速解決，保證生產按計劃執(zhí)行。以企業(yè)管理者視角為切入點，立足車間運營現狀，整合跨域資源，統(tǒng)籌企業(yè)全局，構建以車間戰(zhàn)略目標為導向，以主價值鏈為主線，以管理支撐為依托的“穿透”管理機制，促進企業(yè)核心競爭力提升。以個人電腦、大屏幕為主要視覺展示手段，實現車間運營可視化展示的高效性、快捷性和多樣性。應用架構系統(tǒng)從結構上分為業(yè)務系統(tǒng)和可視化兩部分。業(yè)務系統(tǒng)作為承載數據展示和流程處理的載體，基于制造企業(yè)生產過程執(zhí)行管理（MES）、產品數據管理（PDM）、SAP企業(yè)管理系列軟件等多個系統(tǒng)實現業(yè)務數據流轉的主要管控，系統(tǒng)的數據大部分也來自于相關業(yè)務系統(tǒng)。系統(tǒng)技術架構主要包括業(yè)務系統(tǒng)層（提供權威的生產分析性數據）、數據存儲層（保存業(yè)務系統(tǒng)的數據）、業(yè)務實現層（數據抽取、建模、可視化分析）、數據展示層（可視化數據分析結果展示），如圖2所示。

圖2

車間數據可視化應用架構示意車間制造數據可視化應用實踐可視化指標看板針對車間內部信息流通緩慢、信息透明度不足的問題，采用可視化指標看板可以有效促進車間內部的信息流通和協(xié)同工作?？梢暬笜丝窗逭故緝热葜饕ㄜ囬g績效實時反饋、計劃跟蹤、生產調度管理、問題快反跟蹤、車間產線等多維度分析，如圖3所示。圖3

車間制造數據可視化應用示例車間績效可以實時展示車間員工績效記錄，使作業(yè)人員直觀知悉和比較，明確各自績效信息詳情，旨在通過目標績效的可視化管理使車間內部形成目標一致、緊追互趕的合作團隊，同時也利于車間領導對車間員工的支持和工作情況的及時了解。計劃跟蹤的主要功能就是通過車間大屏展示的形式向管理人員提供生產任務額批次計劃完成情況，幫助管理者及時知悉車間內部生產過程和計劃完成情況。生產調度管理是基于公司內部局域網建立統(tǒng)一數據庫，實現數據標準化和生產全過程信息化，對于異常進行預警和告警，通過大數據分析，全面掌握車間產線飽和程度、產品質量、訂單處理能力等。車間產線則是在車間現場放置大屏幕看板，通過看板內容及時反映出各個不同班組的工作狀態(tài)信息等，管理人員可以在第一時間對裝配問題進行解決，從而減少處理問題的時間，使裝配效率得到最大化?？梢暬瘮祿诰驗榱藢崿F企業(yè)“協(xié)同制造、精益生產”的要求，需要不斷對車間生產進行優(yōu)化。一旦發(fā)現生產中的瓶頸，應對生產數據進行深入挖掘，實現生產信息實時交互、生產過程透明的管理，結合企業(yè)實際需要，對企業(yè)車間生產管理提供各種可視化表示，做到對生產計劃制訂情況、執(zhí)行情況、工段作業(yè)情況、質量和設備等幾乎所有的生產信息進行綜合分析展示，為車間層的管理和決策提供可靠的量化數據。如果傳統(tǒng)的數據挖掘完全依賴機器智能來獲取數據中的知識，則理論模型和算法復雜，學習過程時間長，而且機器智能在面臨許多復雜情況時仍然遠不及人腦水平。此外，數據挖掘的結果通常也會受到多方面的因素干擾，必須經過人工解釋和濾波，而這都需要高效的人工交互界面才能完成。在數據挖掘過程中，使用可視化技術，可以幫助用戶更緊密地參與到整個數據挖掘過程中，更好地發(fā)揮人的感知與判斷能力，使數據挖掘過程從以計算機為中心轉向以人為中心?？梢暬囊胧拐麄€數據挖掘的過程清晰可見。車間制造數據可視化應用效果大數據在車間制造管控過程中的可視化應用融入了很多的技術及管理方面的創(chuàng)新點，包括利用豐富強大的人機交互界面，快速搭建前端分析界面和分析流程，可以在短時間內針對可分析數據進行實時展現，縮短了周期，降低了因車間生產管控所造成的成本損耗，最大限度地優(yōu)化工作模式；通過輕量級解決方案實現靈活的大數據可視化，數據展示、數據處理、元數據管理相互松耦合；構建了車間級的統(tǒng)一信息展示平臺，面向管理層構建了標準的展示規(guī)范，建立統(tǒng)一的展示平臺，同時促進了相關業(yè)務系統(tǒng)“表達層”的建設。也正是因為有了這些創(chuàng)新點的融入，才使得車間的運營管控及生產建設過程規(guī)范且能保證高效產出，為車間運營及企業(yè)的良好發(fā)展奠定了扎實的基礎。結束語在大數據與互聯(lián)網時代，