鄒強強，石宇強

ZOU Qiang-qiang, SHI Yu-qiang

（西南科技大學 制造科學與工程學院，綿陽 621010）

0 引言

為了滿足客戶的個性化需求，企業(yè)往往對各類產(chǎn)品作一定備量的庫存來滿足客戶的需求。傳統(tǒng)的推式生產(chǎn)方式也是造成庫存量過大的另一個重要因素，過多的庫存，會產(chǎn)生過多的質(zhì)量隱患，往往是既增加了企業(yè)成本，又滿足不了客戶的需求，還會降低客戶的滿意度。目前企業(yè)車間還存在系統(tǒng)響應速度慢、數(shù)據(jù)冗余管理混亂等問題，嚴重制約車間的生產(chǎn)進度。精益生產(chǎn)作為當前制造業(yè)公認的先進的管理理念，是降低企業(yè)庫存、減少企業(yè)成本提高生產(chǎn)效率的有效手段，在推行精益生產(chǎn)的基礎上對車間進行MES系統(tǒng)建設是解決上述問題的有力途徑。

某生產(chǎn)車間主要生產(chǎn)加工汽輪機葉片，屬于典型的多品種、小批量生產(chǎn)方式，目前車間存在如庫存積壓、車間系統(tǒng)操作繁瑣、產(chǎn)品質(zhì)量無法追溯等多種問題?，F(xiàn)在公司推行精益生產(chǎn)的同時，對車間進行MES建設，車間MES系統(tǒng)是基于B/S模式，.NET作為開發(fā)環(huán)境，Visual Studio 2010作為開發(fā)工具，SQL Server 2008作為后臺數(shù)據(jù)庫開發(fā)完成的。

1 MES系統(tǒng)的研發(fā)

1.1 MES系統(tǒng)模型

葉片生產(chǎn)車間MES系統(tǒng)模型符合AMR三層模型標準如圖1所示，車間MES系統(tǒng)主要包括生產(chǎn)信息管理、標準化管理、看板管理、自動化、生產(chǎn)追蹤、生產(chǎn)歷史資料以及數(shù)據(jù)采集這七個子系統(tǒng)如圖2所示。MES系統(tǒng)向上與ERP系統(tǒng)集成，獲取物料、工藝路線、生產(chǎn)訂單等相關信息執(zhí)行生產(chǎn)，同時將生產(chǎn)信息與質(zhì)量信息及時反饋回ERP系統(tǒng)；向下與不同類型的設備進行系統(tǒng)集成，并通過二維碼數(shù)據(jù)采集技術對加工物料進行管理，從而高效的指導車間的生產(chǎn)加工。

圖1 MES系統(tǒng)模型

圖2 MES功能結構

1.2 MES設備集成構架

葉片生產(chǎn)車間設備集成采用OPC方式，設備集成構架如圖3所示。針對車間不同類型的設備，分別采用不同的解決方案：對于CNC設備需要在設備系統(tǒng)平臺上安裝OPC SERVER，設備系統(tǒng)要求對OPC SERVER開放接口與OPC SERVER連接；對于控制器為PLC及智能控制（支持工業(yè)Modbus通訊協(xié)議）的設備，要求在設備外部搭建服務器電腦，與設備組網(wǎng)連接并在服務器電腦上安裝OPC SERVER，由OPC SERVER提供OLE自動化標準接口直接與PCO連接，MES通過PCO獲取設備相關數(shù)據(jù)，監(jiān)控設備。

圖3 MES設備集成構架

2 MES系統(tǒng)中的精益模塊

2.1 看板管理

看板在作業(yè)現(xiàn)場的作用就是向作業(yè)人員下達生產(chǎn)或者搬運的指令，通過看板作業(yè)人員和管理人員能夠全面掌握生產(chǎn)順序和搬運情況。MES系統(tǒng)中的看板管理主要包括機床任務下達，生產(chǎn)調(diào)度以及物料轉運三個子模塊。其中機床任務下達模塊是指導生產(chǎn)車間將從ERP接收的生產(chǎn)訂單下達到工藝路線的最后一道工序，然后按照工藝路線從后工序向前工序依次下達生產(chǎn)任務，實現(xiàn)推拉結合的生產(chǎn)方式如圖4所示，圖5為后工位向前工位下達任務的界面。

圖4 推拉結合

圖5 推送任務

2.2 自動化

異常管理作為自動化中比較重要的組成部分，主要是指在生產(chǎn)現(xiàn)場當中出現(xiàn)的錯誤、突發(fā)和失控情況時，做出的一系列的應對措施和管理手段。MES系統(tǒng)當中的自動化模塊主要包括設備異常管理和不合格提示兩個子模塊，其中設備異常管理主要是對設備的加工狀態(tài)的實時監(jiān)控，當設備出現(xiàn)故障或者異常時，在電子地圖當中會顯示設備異常的提示，設備維修部門會及時做出處理。不合格提示是指在生產(chǎn)加工過程中出現(xiàn)不合格品時，員工通過MES系統(tǒng)的不合格提交如圖6所示及時通知質(zhì)檢部門做出處理。除了通過電子看板的形式顯示異常狀況，一線員工還可以通過MES系統(tǒng)發(fā)送手機短信和電子郵件與相關部門進行及時的溝通。

圖6 不合格提交

2.3 標準化

MES系統(tǒng)標準化模塊包括標準工時管理和作業(yè)指導書（SOP）兩個子模塊。標準工時模塊主要是對員工生產(chǎn)加工的工時統(tǒng)計和員工生產(chǎn)期量的確定，它的使用者是IE工程師，IE工程師通過在標準工時面板中記錄加工時間和裝卸時間，減去了繁瑣的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與數(shù)據(jù)處理工作，直接將標準工時錄入系統(tǒng)，從而進一步提高了工作效率。標準工時的觀測次數(shù)采用d2值法，式(1)為觀測次數(shù)的計算公式，其中R表示極差，d2是與觀測次數(shù)n有關的系數(shù)。圖7為確定觀測次數(shù)界面，觀測次數(shù)確定好之后就可以開始進行正式的工時統(tǒng)計，經(jīng)過數(shù)據(jù)的處理以及疲勞時間的確定就能最終得出標準時間。圖8為標準作業(yè)指導書（SOP）的編輯界面，IE工程師可以在MES系統(tǒng)中直接編輯、上傳和管理標準作業(yè)指導書（SOP）。

圖7 確定觀測次數(shù)

圖8 SOP編輯界面

3 葉片生產(chǎn)車間MES系統(tǒng)的其他優(yōu)點

3.1 二維碼數(shù)據(jù)采集技術

二維碼是指用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面分布的黑白相間的圖形，記錄產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的技術。葉片生產(chǎn)車間MES系統(tǒng)采用二維碼數(shù)據(jù)采集技術，主要起到數(shù)據(jù)采集與生產(chǎn)追蹤的作用。選取二維碼采集數(shù)據(jù)是由于葉片特殊的加工環(huán)境決定的，同時二維碼技術也有其自身的優(yōu)勢。與一維條碼相比，二維碼具有存儲信息量大，糾錯能力強等優(yōu)勢，與RFID技術相比它有價格更加低廉等優(yōu)點。這足以說明在很長的一段時間，RFID技術仍然無法完全取代條碼技術，兩種技術仍舊會共同被人們所使用。Data Matrix碼作為二維碼的一種，是一種在國際制造領域廣泛被使用的二維碼。它是一種可以直接標記在產(chǎn)品或零部件表面的編碼。圖9是標刻有Data Matrix碼的葉片。

3.2 MES給葉片車間生產(chǎn)管理帶來的提升

1）生產(chǎn)現(xiàn)場采用無紙化作業(yè)模式。取消了繁瑣的單據(jù)填寫，不合格品、加工尺寸、工藝卡片的查看等所有操作均通過人機交互終端完成；2）可視化、精細化的在制管理模式。每個工位的生產(chǎn)完成情況以及不良品情況能實時反饋在生產(chǎn)訂單上；3）構建產(chǎn)品生產(chǎn)全過程追溯體系。從毛坯標刻到完工入庫的全過程均對葉片做到全過程管理；4）質(zhì)量信息全息追溯管理。生產(chǎn)現(xiàn)場通過二維碼對葉片做唯一標識，并對葉片的加工、設備、人員進行實時記錄，MES系統(tǒng)實時統(tǒng)計匯總質(zhì)量信息；5）及時、準確、高效的現(xiàn)場數(shù)據(jù)響應。葉片按照工藝路線流動，每個工位在制品信息都一目了然，并能實時且自動反饋在制品數(shù)量到ERP系統(tǒng)，為生產(chǎn)計劃變更提供可靠支撐；6）監(jiān)控設備、及時發(fā)現(xiàn)問題、及時處理?？梢詫崟r將設備的工作狀態(tài)反饋給責任人與管理者，已達到及時處理的目的。

圖9 葉片二維碼標識

4 結論

本文以某公司葉片生產(chǎn)加工車間為研究對象，根據(jù)車間現(xiàn)有的生產(chǎn)現(xiàn)狀研發(fā)出了MES系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用推拉結合的生產(chǎn)方式執(zhí)行生產(chǎn)任務，彌補了傳統(tǒng)MES單一接收生產(chǎn)任務的生產(chǎn)不靈活的缺點，減少不必要的庫存浪費。在工序加工過程中采用拉式生產(chǎn)的生產(chǎn)方式使得生產(chǎn)執(zhí)行更加高效，同時將看板管理、異常管理、標準化管理等精益生產(chǎn)理念很好地嵌入到MES系統(tǒng)當中，為企業(yè)能更好的實現(xiàn)精益生產(chǎn)提供了更穩(wěn)定的平臺。

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