低成本高效能：家电企业产线生产管理系统转型实践

 

一、项目背景与挑战

1.1 行业背景与企业概况

在全球 “双碳” 目标及家电能效标准升级的驱动下，中国家电制造业正经历深刻变革。2025 年，随着消费者需求日益多样化和个性化，家电制造企业面临着柔性生产与规模效益的双重挑战。某大型家电制造企业作为行业领先企业，主要生产电机及洗衣机等核心产品，在全国拥有多个生产基地，年产各类家电产品超过 1000 万台。

然而，随着市场竞争加剧和消费者需求升级，该企业面临着严峻的产线管理挑战。传统的人工管理模式已经无法满足企业对生产效率、质量控制和成本管理的要求。据统计，2024 年中国制造业数字化转型市场规模已达 1.55 万亿元，预计 2025 年将达到 1.76 万亿元，该企业意识到数字化转型已成为必然趋势。

1.2 产线管理痛点分析

该企业产线长期面临以下五大管理痛点：

生产数据依赖人工记录，实时性差：产线数据主要依靠人工记录，数据更新滞后，导致管理层无法及时掌握生产状况。这种滞后性直接影响了生产决策的及时性和准确性。

班次切换、工时统计易出错：由于缺乏自动化系统支持，班次交接过程中经常出现信息传递不完整或错误，工时统计依赖人工汇总，不仅效率低下，而且容易出错。

计划产量与实际进度难同步：生产计划与实际生产进度无法实时同步，导致生产调度不精准，库存管理困难，订单交付周期不稳定。

设备效率、质量数据追溯繁琐：设备运行效率分析和质量数据追溯需要大量人工参与，追溯周期长，无法满足快速响应市场变化的需求。

信息化投入预算有限：全功能 MES (制造执行系统) 的高昂成本使企业难以承受，特别是在多个产线同时实施的情况下。

这些痛点严重制约了企业的生产效率和市场竞争力，亟需通过信息化手段进行改造升级。

二、项目需求聚焦与目标

2.1 核心需求分析

针对上述痛点，该企业提出了明确的产线信息化管理需求，聚焦以下五大核心领域：

基础生产要素管理：覆盖班次管理（白班 / 夜班切换、用餐 / 休息时间配置）、人员配置记录、产品机种信息维护，实现生产要素的数字化管理。企业希望通过系统规范生产基础数据，减少因人为因素导致的管理错误。

计划与进度跟踪：制定日 / 月生产计划，实时展示生产进度（计划产量、实绩产量、进度偏差分析），确保生产计划与实际执行的一致性。这一功能将帮助企业实现生产过程的透明化管理，及时发现并解决生产瓶颈。

效率与工时核算：自动计算生产效率（结合工作时间、停机时间），精准统计有效工时，替代传统的人工统计方式。通过精确的效率分析，企业可以优化生产流程，提高资源利用率。

数据追溯与报表：实现质量数据（如跳动测试、耐压测试）、工艺数据（如绕线、端子插入参数）追溯，生成日 / 月生产报表、设备效率报表。这将大幅缩短质量问题追溯周期，提高问题解决效率。

实时可视化：通过大屏投影展示实时生产进度、设备状态，支持消息发布与异常提醒，实现生产现场的可视化管理。

2.2 项目目标设定

基于上述需求，项目设定了以下具体目标：

1. 管理效率目标：将数据采集从 “事后录入” 变为 “实时同步”，工时统计、效率核算耗时减少 70%。
2. 成本控制目标：相比全功能 MES，投入成本降低 60% 以上，仅通过 PLC 与上位机整合实现核心需求。
3. 生产优化目标：通过实时进度监控与设备效率分析，产线计划达成率提升 15%，非计划停机时间减少 20%。
4. 追溯能力目标：质量问题可通过报表快速定位至具体班次、设备，追溯周期从 “天级” 缩短至 “小时级”。

这些目标明确了项目的预期效益，为后续的系统设计与实施提供了清晰的方向。

三、”设备层 – 数据层 – 应用层” 三层整合解决方案

针对企业需求，项目采用了 “设备层 – 数据层 – 应用层” 三层整合的低成本信息化架构，充分利用企业现有的 PLC 开发能力和设备上位机开发经验，实现了产线管理系统的快速部署与高效运行。

3.1 设备层数据采集：依托 PLC 开发能力

设备层是整个系统的基础，负责实时采集生产设备的数据。项目团队充分利用企业在 PLC 开发方面的技术积累，通过以下方式实现设备数据的高效采集：

利用 Modbus TCP、MC 驱动等协议：将产线设备（焊接机、绕线机、压筋机、跳动测试线等）的 PLC 数据实时采集至区域 PLC（如 Q 系列 PLC），解决传统人工抄数滞后问题。Modbus TCP 协议因其简单可靠、兼容性强的特点，成为连接不同厂商设备的理想选择。

无需额外购置高价数据采集硬件：通过现有的 PLC 设备进行改造，最大限度地利用企业已有的硬件资源，降低项目成本。例如，格力电器在类似项目中通过使用捷米特 JM-ETH-CJ/CP/CX 转以太网模块，成功实现了 PLC 设备的网络连接，无需更换原有 PLC 设备。

解决新旧设备兼容性问题：针对不同年代、不同厂商的设备，项目团队采用了协议转换和数据适配技术，确保所有设备的数据都能被有效采集。如在某汽车制造厂的案例中，通过解决施耐德与西门子 PLC 地址偏移的差异，成功实现了多台 PLC 的协同控制。

设备层的成功实施，为整个系统提供了实时、准确的数据基础，为后续的数据处理和应用开发奠定了坚实基础。

3.2 数据整合与上位机开发：依托设备上位机开发能力

数据层是连接设备层和应用层的桥梁，负责数据的整合、存储和处理。项目团队开发了轻量化上位机系统，实现了以下功能：

通过 ODBC 连接数据库：将区域 PLC 数据、设备检测数据（如 AIP 测试数据）汇总存储，建立统一的生产数据库。ODBC 作为一种通用的数据库连接标准，确保了系统可以与多种数据库管理系统兼容，提高了系统的可扩展性。

实现设备状态监控：实时监控设备状态，包括非计划停机时间、设备报警等，为上层管理提供实时数据支撑。通过对设备运行数据的实时分析，可以提前发现设备潜在问题，实现预防性维护，减少非计划停机时间。

避免全 MES 系统的高额授权费用：通过自主开发的轻量化上位机系统，实现了核心的数据管理功能，避免了购买全功能 MES 系统的高昂授权费用。这种做法不仅降低了项目成本，还提高了系统的灵活性和可定制性。

解决数据整合复杂度问题：面对不同设备、不同格式的数据，项目团队建立了统一的数据标准和转换机制，确保数据的一致性和可用性。如在某案例中，通过建立数据中台，成功解决了多系统数据格式不统一的问题，实现了生产数据的贯通。

数据层的有效实施，确保了数据的完整性和一致性，为应用层的功能实现提供了可靠的数据支持。

3.3 应用层功能落地：聚焦核心需求，拒绝冗余

应用层是系统与用户交互的界面，直接关系到用户体验和系统价值的实现。项目团队聚焦企业核心需求，开发了以下功能模块：

生产配置管理模块：支持班次时间（用餐 / 休息时段）、人员数量、机种信息的增删改查，且系统可自动复用历史配置，减少重复操作。该模块实现了生产要素的数字化管理，提高了基础数据的准确性和可维护性。

计划与进度跟踪模块：制定日计划产量，实时展示入库 / 出库数、进度偏差，通过大屏投影同步至产线现场。某家电配件企业通过类似的系统，实现了高管出差期间远程审批工艺变更，决策效率提升 70%。

效率与工时计算模块：基于配置的工作时间（如白班 08:30-21:30、夜班 21:30-08:30）及停机数据，自动核算生产效率，替代人工 Excel 统计。这一功能大大减少了工时统计的工作量，提高了数据的准确性和及时性。

数据追溯与报表模块：支持定子检测、电机测试等质量数据导出（存储路径如 “D:\ 生产报表”），生成每日效率报表、月度生产实绩报表，满足追溯需求。某制药企业应用类似系统后，质量问题追溯时间从过去的平均 2 天，缩短至如今的 2 小时以内。

看板灵活操作设计：支持轮播时间设置（重启生效）、消息发布（优先级：公告 > 设备报警 > 正常轮播），适配产线实际管理场景。实时可视化的看板系统，使生产管理人员能够迅速掌握生产状况，及时发现并解决问题。

解决管理方式不同的问题：针对不同部门、不同岗位的管理需求，系统提供了灵活的权限管理和界面定制功能，确保每个用户都能获得最相关的信息。通过建立 “数字化推进委员会” 并纳入 KPI 考核，有效解决了跨部门协作的文化冲突。

应用层的成功实施，使企业能够以较低的成本实现产线管理的数字化和智能化，为企业带来了显著的经济效益。

四、实施成效与价值提升

经过多期对多个产线的实施，该产线生产管理系统为企业带来了显著的效益，全面实现了项目设定的目标。

4.1 管理效率提升

数据采集实时化：通过设备层的数据实时采集，数据采集从 “事后录入” 变为 “实时同步”，大大提高了数据的及时性和准确性。这一变化使生产管理人员能够实时掌握生产状况，及时做出决策。

工时统计、效率核算耗时减少 70%：自动化的数据采集和处理，取代了传统的人工统计方式，大幅减少了相关工作的时间成本。某案例显示，通过 MES 系统精准计算设备稼动率，使人力投入与产能曲线高度拟合，有效提高了工时利用效率。

生产异常响应速度提升：系统的实时监控和预警功能，使生产异常能够被及时发现和处理。某企业通过类似系统，实现了设备故障、物料短缺等异常事件的 APP 预警，30 分钟内协调资源解决问题，停机时间减少 40%。

4.2 成本控制成效

投入成本降低 60% 以上：相比全功能 MES 系统，该方案仅通过 PLC 与上位机整合实现核心需求，大幅降低了项目成本。如 LiteMES 开源系统的案例显示，某电子厂部署成本仅 5000 元（含服务器 + 实施），较传统方案节省 95%。

设备联网成本降低：通过低成本传感器 + 网关方案采集数据，某传统机械企业设备联网成本低于 5000 元 / 台，投资回报周期仅 6 个月。这种低成本的改造方式，使企业能够以较小的投入获得较大的回报。

减少非计划停机损失：通过设备状态监控和预测性维护，非计划停机时间减少 20%，避免了因设备故障导致的生产中断和损失。某汽车零部件厂应用 AI 调度后，产能利用率提升 40%，设备空转率下降 60%，有效降低了设备能耗和维护成本。

4.3 生产优化成果

产线计划达成率提升 15%：通过实时进度监控与设备效率分析，生产计划的执行更加精准，计划达成率显著提高。某案例显示，通过智能排产系统，设备利用率从 70% 提升至 88%，有效提高了生产效率。

生产周期缩短：通过优化生产流程和资源配置，生产周期明显缩短。如某企业通过智能产线全面打通，生产周期降低 16%，全员劳动生产率提升 15%，生产能力大幅提升。

换型时间缩短：通过数字孪生技术构建产线虚拟仿真模型，快速验证新工艺方案，换型时间从 4 小时缩短至 30 分钟。这一改进使企业能够更加灵活地应对多样化的市场需求，提高了生产的柔性。

4.4 追溯能力增强

质量追溯周期大幅缩短：质量问题可通过报表快速定位至具体班次、设备，追溯周期从 “天级” 缩短至 “小时级”。某 PCBA 制造企业通过类似系统，实现了从订单排产到成品交付的全流程数字化管控，不仅将订单准时交付率提升至 95% 以上，更以 “全链条可追溯” 和 “实时响应” 能力重塑了行业标准。

质量数据完整性提高：系统自动记录生产过程中的关键数据，确保数据的完整性和可追溯性。通过 SPC（统计过程控制）看板动态监控工序能力指数（CPK），实现了从 “事后检验” 到 “过程防控” 的转变。

产品质量提升：通过对生产数据的分析和优化，产品质量得到明显提升。如钲旺公司通过 “智改数转”，产品良品率从 92% 提高到 98%。

五、经验总结与未来展望

5.1 项目成功关键因素

聚焦核心需求：项目团队始终围绕企业的核心需求进行系统设计和实施，避免了功能冗余和资源浪费。这种 “小步快跑、快速见效” 的实施策略，使企业能够以较低的成本获得明显的效益。

依托现有技术积累：充分利用企业在 PLC 开发和设备上位机开发方面的技术积累，降低了项目的技术门槛和实施难度。如格力电器在类似项目中，通过使用捷米特 JM-ETH-CJ/CP/CX 转以太网模块，成功实现了 PLC 设备的网络连接，保护了原有投资。

三层架构整合：”设备层 – 数据层 – 应用层” 的三层架构设计，使系统具有良好的可扩展性和可维护性，能够适应企业未来的发展需求。

跨部门协作：项目的成功离不开生产、IT、质量等部门的深度协同。通过设立 “数字化推进委员会” 并纳入 KPI 考核，有效解决了跨部门协作的文化冲突。

5.2 行业启示与推广价值

低成本信息化路径可行：该项目证明，通过聚焦产线核心需求，依托设备 PLC 开发与上位机开发能力，从底层数据采集到上层应用整合，可构建 “好用、便宜” 的产线管理系统。这为中小制造企业提供了一条可复制的信息化路径，降低了数字化转型的门槛。

模块化实施策略：采用模块化的实施策略，企业可以根据自身需求和预算，分阶段、分步骤地实施系统，逐步实现全面数字化管理。如环球软件 MES 系统针对中小企业，以 “轻量化、模块化、高适配” 为核心，打造覆盖 “主数据 – 生产执行 – 质量管控 – 仓储物流” 全流程的数字化解决方案。

数据驱动决策：系统的实施使企业从 “经验驱动” 转变为 “数据驱动”，通过数据分析优化生产流程和资源配置，提高了决策的科学性和准确性。

智能化升级基础：该系统为企业未来的智能化升级奠定了基础。随着 AI、数字孪生等技术的发展，系统可以逐步引入更高级的功能，实现更高水平的智能制造。

5.3 未来发展方向

与大模型技术结合：未来可以将大模型技术应用于生产管理系统，提升系统的智能化水平。大模型技术凭借其通用性、泛化性以及基于 “预训练 + 精调” 的新开发范式，将从研发设计、生产工艺、运维质控、销售客服、组织协同等各个环节赋能制造业转型发展。

向预测性维护发展：基于积累的设备运行数据，可以开发设备故障预测模型，实现预测性维护，进一步降低设备故障率和维护成本。如某化纤企业通过 MES 实时优化生产节拍，良品率提升 18%。

全面数字化转型：在现有系统的基础上，逐步扩展功能，实现企业全流程的数字化管理。预计到 2025 年，制造业数字化转型场景建设将进一步从共性业务场景深入到专业细分场景，通过将生产管理全流程场景进行裁剪、解构、叠加，最终达到 “多点协同” 型的全面数字化转型。

构建产业生态：未来可以通过开放系统接口，与供应商、客户等外部合作伙伴建立数据连接，构建更加完善的产业生态系统。这将有助于企业实现供应链的协同优化，提高整个产业链的效率和竞争力。

六、结语

该大型家电制造企业的产线生产管理系统项目，通过 “设备层 – 数据层 – 应用层” 三层整合的低成本信息化方案，成功解决了传统生产管理中的痛点，实现了管理效率、成本控制、生产优化和追溯能力的显著提升。

这一项目的成功实施，不仅为企业带来了直接的经济效益，还为其未来的数字化转型奠定了坚实基础。更重要的是，该项目为中小制造企业提供了一条可借鉴的数字化转型路径，证明了在有限预算下实现产线信息化管理的可行性。

在制造业数字化转型的大趋势下，企业需要根据自身需求和资源状况，选择适合的转型路径。通过聚焦核心需求、依托现有技术积累、采用模块化实施策略，企业可以以较低的成本实现显著的效益提升，逐步迈向更高水平的智能制造。

未来，随着技术的不断进步和应用的深入，产线生产管理系统将继续演进，为企业的高质量发展提供更加强大的支持。