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MES系统在汽车整车企业中的应用

2019/12/2    来源:百度文库    作者:佚名      
关键字:MES  汽车企业  
随着我国汽车市场的快速发展,市场竞争不断加剧,MES系统作为一种企业适时管理的有效工具,其成功地导入与实施,对于汽车企业把握商机,提高生产装备的生产运行效率,快速调产,实施精益变革,以达到有效适应市场需要的目的具有重要意义。

1 引言

    随着企业计算机应用的不断推广,企业信息化应用水平逐渐提高,企业越来越需要车间执行层的管理信息系统。MES信息管理系统在企业计划管理和车间生产控制之间架起了一座信息沟通和管理的桥梁,使企业更容易建立一个快速反映、有弹性、精细化、统一的信息化制造环境,帮助企业提高产品质量和环境,降低材料和人力等资源的消耗。因此如何深刻理解MES内涵,在我国企业中开发和应用好MES,对于提高企业竞争力,缩小与发达国家企业差距是迫在眉睫的事情,也将是企业信息化水平深层次推进的需要。目前,我国制造业信息化管理已经大规模的普及,MES信息管理系统在汽车行业中已经得到广泛的应用。国内实施MES系统的整车企业中,上海通用汽车将MES系统功能发挥的淋漓尽致并且上海通用汽车多年的成功实施经验和实施模式已经逐渐成为国内业界的一个默认标准。本文主要介绍MES系统功能概述、MES系统在汽车企业生产管理系统中所处地位及MES系统在汽车整车企业中的应用。

2 MES系统功能概述

    MES国际联合会对MES系统的定义是:MES系统能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理[3]。当工厂发生实时事件时,MES系统能对作出及时反应、报告,并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES系统能够减少企业内部没有附加值的活动,有效地指导工厂的生产运作过程,从而使其既能提高工厂及时交货能力,改善物料的流通性能,又能提高生产回报率。MES系统还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。

    MES系统典型功能包括:工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集。实际的产品可能是包含其中一个或几个功能[6]。各功能简述如下:

    (1)工序详细调度:通过基于有限资源能力的作业排序和调度来优化车间性能。

    (2)资源分配和状态管理:指导劳动者,机器,工具和物料如何协调的进行生产,并跟踪其现在的工作状态和刚刚完工情况。

    (3)生产单元分配:通过生产指令将物料或加工命令送到某一加工单元开始工序或工步的操作。

    (4)文档控制:管理和分发与产品,工艺规程,设计,或工作令有关的信息,同时也收集与工作和环境有关的标准信息。

    (5)产品跟踪和产品清单管理:通过监视工件在任意时刻的位置和状态来获取每一个产品的历史纪录,该记录向用户提供产品组及每个最终产品使用情况的可追溯性。

    (6)性能分析:将实际制造过程测定的结果与过去的历史记录和企业制定的目标以及客户的要求进行比较。其输出的报告或在线显示用以辅助性能的改进和提高。

    (7)人力资源管理:提供按分钟级更新的员工状态信息数据(工时,出勤等),基于人员资历,工作模式,业务需求的变化来指导人员的工作。

    (8)维护管理:通过活动监控和指导保证机器和其它资产设备的正常运转以实现工厂的执行目标。

    (9)过程管理:基于计划和实际产品制造活动来指导工厂的工作流程。这一功能实际上也可由生产单元分配和质量管理来实现。这里是作为一个单独的系统来实现。

    (10)质量管理:根据工程目标来实时记录,跟踪和分析产品加工过程的质量,以保证产品的质量控制和确定生产中需要注意的问题。

    (11)数据采集:监视,收集和组织来自人员,机器和底层控制操作数据以及工序,物料信息。这些数据可由车间手工录入或由各种自动方式获取。

3 MES系统在企业生产管理系统中的重要性

    21世纪的企业面临着日益激烈的国际竞争,要想赢得市场、赢得用户就必须通过实施MRPII/ERP来加强管理。然而上层生产计划管理受市场影响越来越大,明显感到计划跟不上变化。面对客户对交货期的苛刻要求,面对更多产品的改型,订单的不断调整,企业决策者认识到,计划的制订要依赖于市场和实际的作业执行状态,而不能完全以物料和库存回报来控制生产。同时MRPⅡ/ERP软件主要是针对资源计划,这些系统通常能处理昨天以前发生的事情(作历史分析),亦可预计并处理明天将要发生的事件,但对今天正在发生的事件却往往留下了不规范的缺口,而传统生产现场管理已无法满足今天复杂多变的竞争需要。因此找出任何影响产品品质和成本的问题,提高计划的实时性和灵活性,同时又能改善生产线的运行效率已成为目前每个企业十分关心的问题。

    制造执行系统(MES)恰好能填补这一空白。MES是处于计划层和车间层操作控制系统SFC之间的执行层,主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力,提供一种系统的在统一平台上集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能的方式。从而实现企业实时化的ERP/MES/SFC系统。

    MES系统为企业中其他管理信息系统提供实时数据。例如,ERP系统需要MES提供的成本、制造周期和预计产出时间等实时生产数据;SCM从MES中获取当前的订单状态、当前的生产能力以及企业中生产换班的相互约束关系;CRM的成功报价与准时交货,则取决于MES所提供的有关生产的实时数据;PDM中的产品设计信息,可以基于MES的产品产出和生产质量数据进行优化等。

    在许多工厂中,全厂管理的功能目前仍然由文件和人工系统进行,通常有经验的人员执掌着工厂生产效益的钥匙。在大多数运行中,人工系统和有经验运行人员的判断总是起着重要作用。但是,市场要求产品的品种和数量经常变化,靠人工和经验调整生产显然效率低、反应慢、缺乏竞争力。而且人工系统也不可能适应产品、工艺、技术和用户要求日趋加速的变化。由于生产运行变化如此迅速,MES的信息的及时性要求以分,甚至秒的速度进行反应,此时光靠人恐怕不行。因此,采用MES带来的效益不言而喻。ERP/MRP的环境是以具体事务为基础的。其数据交换就是对生产调度、运输安排或对生产计划要求的响应。与此不同的是,控制的决策必须在秒甚至更短的时间内完成,它对生产过程、操作人员,或对材料的操作需求做出响应。显然,实时环境和实时响应的差异影响着绝大多数的具体事务和在控制层的执行。传统的数据流和控制流在ERP与控制层之间存在着巨大的鸿沟。传统的信息管理系统向主管财务的总经理和财务管理负责人报告,居于管理层;而传统的工程生产信息则向负责生产的总经理报告;职责不同,相互之间的沟通不一定能做到及时且细致深入。

    与此相反,MES系统能提供的材料数据是与生产消耗相关的,同时能生成基于精确执行时间的材料供应提前量,这将改善仓储控制。准确的生产模型是与实际测量相对于计划时间表的关系紧紧相连的,有助于精确表达生产计划的实时行为。

    现今的生产企业在不断加剧的市场竞争下,越来越感到市场的残酷和面临的挑战,如何把握先机,快速调整生产以适应市场的需要,在现有的设备条件下提高生产效率,做到精益生产是不断摆在企业管理人员面前的一道道课题。例如,在市场订单多同级别车品种多的情况下,整车企业管理人员最担心的就是生产线停线。如果企业不能及时生产出高质量高可靠性的产品来满足用户的需求,就会造成大量订单的流失,这对企业来说损失是巨大的。但是如何减少生产线停线次数提高生产效率,找出生产过程中存在的质量问题一直是困扰着企业的难题。于是,企业就在寻求一种可以对在制品的生产过程进行实时监控的方法,实时性管理成为企业赢利企业的基石。而MES信息管理系统恰恰是实时性管理的最好工具也仅有它才能真正的满足企业的要求。

4 MES系统在汽车整车企业中的应用

    目前,我国大型整车企业为了提高生产效率,降低材料和人力等资源的成本实现精益生产,广泛应用MES信息管理系统。如:上海通用汽车、湖南长丰、昌河铃木等等。一般来说,整车企业在应用MES系统过程中主要包含以下几个功能模块:生产计划管理、PMC(生产监控系统)、质量ANDON系统、物料ANDON系统、AVI(车身跟踪系统)。下面我们通过具体实施的项目经验来研究这几个功能模块如何在整车企业中发挥作用以达到MES系统要求。

    4.1 生产计划管理

    这个功能模块主要实现了生产计划的接收、分解、下达以及上传给上层计划系统信息的功能。通常情况下,MES系统与ERP系统不会采用同一个操作平台,因此需要用FTP协议来解决通讯问题。例如:利用SERVERU软件搭建FTP服务器。MES系统与ERP系统通过文本文件交换数据的,MES系统每天将文本文件存储在特定的文件夹中。

    当MES系统接收到文本文件后,用某种高级编程语言将文本文件中每条生产计划进行分解并存储在SQL数据库中的特定数据表中。比如:在焊装车间我们每天都会接收到来自ERP的生产计划文件,然后将其进行分解分别存储在几张数据表中。这几张数据表分别对应左右侧围生产线、地板生产线,左右门生产线等等。现场生产车辆信息都存储在这些数据表中。MES系统与ERP系统会对文本文件的格式进行约定,通过标识符判断获取计划文件信息的完整性。

    计划文件格式举例如下:

    #####Begin#####

    计划内容

    ######END######50

    其中第一行作为计划文件的起始标识行,最后一行为计划文件的结束标识行,并在结束标识行末端标识计划文件下达计划的记录数。此记录数用来MES系统较对分解文本文件后的完整性。

    MES系统将存储在数据库中的计划信息下达到各生产线OEM PLC设备以及条码打印设备。OEM设备及条码打印设备都根据数据表中车辆信息指导现场操作。在昌河铃木焊装车间通过操作现场设备车型显示板简化了生产计划部门和班组长的工作内容。车型显示板显示的信息完全与ERP下达的生产计划信息一一对应,操作工根据显示信息就可知道当前应该生产哪种车型的车辆。

    ERP系统会在在制品生产过程中设定几个关键信息点,这几个信息点对于ERP系统推算车辆生产时间、库存、物料管理非常重要。MES系统将采集到的生产实时信息储存在MES系统的数据库中,ERP系统可以直接从MES系统数据库中获取,ERP系统需要随时关注MES系统数据库指定表格中数据的变化,并及时的将生产信息传递给ERP系统,以实现ERP生产计划管理功能。

    由此,我们可以看出生产管理模块实现了从ERP接收数据并将现场信息传递给ERP的整个过程,同时验证了MES系统在企业管理系统中承上启下的作用。

    4.2 PMC生产监控系统

    生产监控系统PMC(Production Monitoring & Control)是一个工厂范围内的多功能系统,一方面,系统对车间一级设备进行实时监控,在第一时间捕获停机原因,从而达到减少停线时间,提高生产效率的目标。同时系统将自动记录各个设备在各个班次停机次数及停机原因、为维修部门制定预防性和预测性维修计划提供第一手的信息,从而提高设备运行效率,最终提高生产效率。

    另一方面,该系统被用来实时地监视生产状态。建立生产监控系统的目的是测量和跟踪生产设备的工作情况,当生产设备出现生产问题时,生产监控系统将向车间人员报警。该系统将监视生产的车辆、节拍时间、设备的正常运行时间、故障停机时间以及生产设备的故障。

    生产监控系统所采集到的信息将通过计算机屏幕、显示板和声音报警器广播给用户。

    生产监控系统通过TCP/IP或OPC以太网协议与现场设备(可编程逻辑控制器、机器人、个人计算机、其它控制系统)进行通讯。

    通过车间层面的PMC及时管理和控制,可以立刻进行故障解决。同时系统在停工期会自动记录停工的时间和原因,为维护提供第一手的资料。因此系统将得到更优化,设备将更有效地工作,最终提高生产效益。PMC系统的组成如下图:

PMC系统组成

图1 PMC系统组成

    ●收集和管理报警数据

    ●数据登录SQL数据库

    ●生成报表

    ●趋势数据

    ●控制PLC以决定传送带的启动和停止

    ●图象显示

    ●车间流程

    ●区域流程

    ●安装信息

    ●车间生产信息

    ●车间班次信息

    ●车间传送带状态

    该系统可提供车间生产实时信息,用于维护和改进产品质量、稳定性和生产设备的效率。

    4.3 质量管理系统

    质量管理系统是一个用声光显示当前生产线状况的系统,它提醒工段长,分工段长,维修人员及其他相关人员发生在某工位的质量问题及物料需求,它也是操作工工作时请求帮助的一个工具。它是一套专门为汽车生产、装配线设计的信息管理和控制系统,系统能够收集生产线上有关设备及质量管理的信息,加以处理后,控制分布于车间各处的灯光和声音报警系统。质量管理系统在汽车四大工艺车间中被广泛使用。

    现今的汽车工业面临巨大的竞争压力,必须不断提高生产效率,降低生产成本。为了提高生产效率,就必须减少生产线的停线次数。为了降低成本,必须对产品质量进行密切监测和控制。

    质量管理系统顾名思义就是为了提高质量,汽车发动机车间的生产线是现代化高度集中的流水化作业,我们的质量管理系统就是保证生产线上的每个工位能按时、保质地完成本工位的加工作业,以便让带有质量问题的工件在进入到下一工位前能得到妥善处理和解决,而不希望是到达末端后再修理或再作统一处理解决,避免不必要的重复加工或返工,提高下线一次合格率,协调各工位间、班组间的活动,提高效率和整体质量水平。在传统的生产流水线上,任何一个工位如果发生质量问题,操作人员就要停止整条生产线来排除故障。采用质量管理系统后,一旦出现问题,操作人员可以在本工位拉一下绳索,点亮相应的报警灯,触发相应的声音报警,提示维修人员和管理人员立即找出发生故障的地方以及故障的原因,可以不用停止生产线而解决问题。因此既减少了停线时间,又提高了生产效率。同时管理人员还可以根据质量管理系统记录报告的各种信息,分析解决问题,识别出工艺上须改进的部分,或者对操作人员作进一步的培训。

    质量管理系统要达到以上功能,以下四大部分是必不可少的:

    ●操作部分:在重要质量工位均安置拉杆,操作人员在需要时,通过它们发出信息,以便及时得到所希望的支持和帮助。

    ●显示部分:为让人们通过视觉了解发生的事件。一块或几块质量管理显示牌能简单、直观地反映事件信息。同时各工位的报警指示灯则表明了事件发生或有所需求之处的区域和具体位置。

    ●声音部分:通过声音或音乐,也可以了解到事件发生的大致地点、事件的类型、性质和该谁去处理事件等信息。另外还可以播放上下班、休息等辅助信息。

    ●记录部分:对生产过程中发生的拉杆事件、自动事件进行记录,提供给管理人员作为分析、改进、研究的依据。

    生产线上的质量管理系统,允许操作者在生产过程中发生质量问题时得到帮助和支持,能够用来帮助生产线上的工人在规定生产节拍内、完成质量可靠的发动机装配任务。可见,安装在汽车发动机车间的质量管理系统起到了在生产流水线上传递信息、提高生产效率、降低生产成本的作用。质量管理系统又简称质量ANDON系统或者ANDON系统。质量管理系统的功能支持制造业的同步制造原则,即在当前工位按照质量完成所有工作,而不是将质量问题流入下一个工位,最后维修。质量管理系统的控制核心由一台质量管理PLC完成,控制各个生产线和所有质量设备、按钮,并在相应的质量管理显示板显示相应的信息,质量管理系统的功能见图2。

质量管理系统功能

图2 质量管理系统功能

    当工位上的操作工需要帮助时,操作工可以拉动位于该工位的质量拉杆,该质量拉杆将激活质量管理系统,点亮该工位的指示灯,同时在质量管理显示板上点亮对应该工位的灯以示寻求帮助,同时,该系统还会播放特定的音乐以引起相关人员的注意力。

    当工段长听到音乐后,根据质量管理显示板信息可以判断出需要帮助的工位,并及时赶到该工位,帮助解决问题。当问题解决后,操作工应再次拉下质量拉杆,复位该请求信息。

    对于连续流水线,在操作工拉下质量拉杆后,如果在车辆到达终端到位FPS位置前没有解决问题,则流水线停在FPS位置上。只有当质量拉杆复位后,流水线才继续运行。如果操作工在车辆到达FPS位置前解决了该问题,拉动质量拉杆复位,该情况不会造成流水线停线。

    质量管理内嵌事件跟踪及报表功能。它可以跟踪质量管理呼叫的次数,流水线停线的次数及停机时间等。

    4.4 物料求援系统

    物料求援系统基于及时供货的准则。物料请求功能允许操作工对其所需的物料提出申请。该系统提供送货人员的工作效率,节省车间存放空间,避免了不必要的延迟、等待时间,及由于物料短缺而造成的停线,物料求援系统结构见图3。

物料求援系统结构

图3 物料求援系统结构

    物料求援系统的功能如下:

    ●物料求援触摸屏将悬挂在有物料请求的货价上方,用于物料请求及确认

    ●在物料配送区域的物料LED板上将显示物料请求,该系统通过显示求援信息的排列顺序保证FIFO

    ●系统提供给物料配送人员所需配送物料的所有必须信息

    ●系统提供对物料求援触摸屏上的位置及部件信息的配置方式

    ●查询库存信息–显示特定库存位置上的物料库存量

    ●库存盘点–在对xxx和xxx库进行库存盘点后,根据实际库存数据允许相关人员手动调整库存量,并生成库存量报表

    ●开启或关闭库存报警–对于对于指定存储区域内的物料设定开启或关闭库存报警,当库存量过低或过高时提供报警提示

    ●xxx物料存储区的库存消耗–当收到来自工位的送料到达的确认信号后,在xxx物料存储区扣除相应物料库存

    ●xxx物料存储区的库存增加-当收到来自JIT供应商的供货到达信号后,在xxx物料存储区增加相应物料库存

    物料求援系统可通过配置对下列信息进行跟踪:每个触摸屏提出请求的次数,请求时间,确认时间,货物送抵时间等。

    4.5 AVI车身跟踪系统

    为了完成生产管理体系中工序详细调度、产品跟踪和产品清单管理等工作,实现MES中的操作/详细排产、产品的宗谱与产品跟踪等功能模块的部分功能,我们设计了车辆跟踪系统,车辆跟踪系统可以应用于冲压、焊装、涂装和总装车间。

    车身跟踪系统是一种应用扫码设备、无线射频设备或者其他识别设备对进入和离开生产过程中的每一个区域的每一个车辆进行识别身份,并作记录,在生产过程中,系统利用一定的运算策略,根据生产线提供的生产情况信号,将车辆生产队列进行整理和排序,实时地反映出当前车间每一个主要生产工位在产情况,并可以将每一个生产车辆的生产信息与车辆相对应,记录到数据库,这样即可以实现产品的宗谱与产品跟踪等功能[7]。同时也方便了管理者随时对特定生产车辆进行生产状态查询以及了解车间内的车辆生产的详细分布信息。

车身跟踪系统总体系统结构

图4 车身跟踪系统总体系统结构

    车身跟踪系统总体系统结构如上图所示,但是在实际应用上来讲,对于不同的生产车间,车身跟踪系统的设计方案也不尽相同。对于普通的生产流水线,为了实时地反映出当前车间每一个主要生产工位在产情况,我们首先将整个车间根据生产工艺的顺序,进行区域划分,将每一段连续的流水线划分为一个区域,并对每一个流水线区域的工位数量和工位位置进行定义,以此来建立整个车间的车身跟踪系统模型。该系统的功能如下:

    ●动态车辆信息显示

    ●物料装载提示

    ●为质量设备提供信息

    ●质量检查

    生产管理者可以获得每条生产线当前车辆的准确装配信息,同时获取流水线上每个正在装配的车辆的准确位置。该系统的目的是为生产线创造车辆跟踪模型,它能保存所有的车辆装配信息以用于显示和数据查询。

5 结论

    本文结合汽车制造企业MES系统实际项目,详细介绍了生产计划管理、PMC系统、质量管理系统、物料求援系统、AVI车身跟踪系统等MES功能模块在企业中的应用。从信息流的角度看,MES系统在高端计划层与低端现场控制层之间建立起了有效的信息传递途径,充分发挥了承上启下的作用。从产品质量控制和适时管理角度看,MES系统强调生产过程的系统优化,它收集生产过程中大量产生的适时数据,并及时处理,为企业持续改进动态机制的建立提供了强劲的技术支持。总之,MES系统的导入与实施,对于企业提高产品质量和劳动生产效率,降低材料、人力等资源消耗,有效建立起动态、适时管理体系具有重大意义。

责任编辑:程玥
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