姚 劍，李 晶， 陳太友

(1.鎮(zhèn)江大全太陽能有限公司，鎮(zhèn)江 212000；2.上海靈娃智能科技有限公司，上海 201822)

0 引言

經(jīng)過十幾年的發(fā)展，光伏產(chǎn)業(yè)已成為我國為數(shù)不多的可以同步參與國際競爭，并有望達(dá)到國際領(lǐng)先水平的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，其也已成為我國產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一張嶄新名片和推動我國能源變革的重要引擎[1]。

從產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)來看，目前我國光伏產(chǎn)業(yè)在制造業(yè)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)水平、應(yīng)用市場拓展、產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)等方面均位居世界前列，已具備向智能光伏邁進(jìn)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此，2018年4月11日，工業(yè)和信息化部等國家六部委聯(lián)合印發(fā)了《智能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計(jì)劃(2018～2020年)》[2](以下簡稱《行動計(jì)劃》)。該文件明確要求企業(yè)要深入實(shí)施《中國制造2025》[3]，以構(gòu)建智能光伏產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系為目標(biāo)，進(jìn)一步加快提升光伏產(chǎn)業(yè)的智能制造水平，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與光伏產(chǎn)業(yè)的深度融合。

鎮(zhèn)江大全太陽能有限公司(以下簡稱“鎮(zhèn)江太陽能”)作為一家產(chǎn)能規(guī)模較小且仍以制備普通多晶硅太陽電池為主的光伏企業(yè)，為保障企業(yè)的生存，必須采用更高效、更精益的生產(chǎn)運(yùn)營方式。本文闡述了該公司為了契合晶體硅太陽電池生產(chǎn)業(yè)務(wù)的主流程，以原有設(shè)備為基礎(chǔ)，采用“以產(chǎn)定銷”的生產(chǎn)模式，搭建了企業(yè)資源計(jì)劃(Enterprise Resource Planning，ERP)系統(tǒng)與制造執(zhí)行系統(tǒng) (Manufactory Execution System，MES)無縫對接的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線的智能化生產(chǎn)、數(shù)字化運(yùn)營，如此既符合《行動計(jì)劃》的要求，也符合企業(yè)內(nèi)部創(chuàng)新發(fā)展的需求。

1 總體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

ERP系統(tǒng)是指建立在信息技術(shù)基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)化的管理思想，為企業(yè)決策層及員工提供決策手段的管理平臺[4]。

MES是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，其可以為企業(yè)提供包括制造數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃排產(chǎn)管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫存管理、質(zhì)量管理、人力資源管理、工作中心/設(shè)備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理等在內(nèi)的管理模塊，可為企業(yè)打造一個(gè)扎實(shí)、可靠、全面、可行的制造協(xié)同管理平臺[5]。

目前許多光伏企業(yè)的ERP系統(tǒng)與MES尚未實(shí)現(xiàn)有效互通，各自以獨(dú)立的形式存在，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通過手工/離線報(bào)表的形式進(jìn)行對接。鎮(zhèn)江太陽能的ERP系統(tǒng)及MES在搭建之初，就明確要求2個(gè)系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)完全互聯(lián)，ERP系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)整個(gè)公司的物料管理及財(cái)務(wù)運(yùn)營數(shù)據(jù)管理，MES負(fù)責(zé)太陽電池生產(chǎn)全過程的管理。最后，公司確定了以“以產(chǎn)定銷”作為生產(chǎn)模式，ERP系統(tǒng)選用SAP公司的SAP軟件(該軟件是一款用于ERP管理的軟件)，MES選用上海靈娃智能科技有限公司的MES，ERP系統(tǒng)與MES的總體系統(tǒng)方案如圖1所示。該系統(tǒng)方案包括3條主線，分別為月度生產(chǎn)主計(jì)劃、基于生產(chǎn)主計(jì)劃的采購計(jì)劃，以及與產(chǎn)能匹配的銷售訂單計(jì)劃。

2 系統(tǒng)方案的實(shí)施

總體系統(tǒng)搭建完成后，需要完成各業(yè)務(wù)流程的站點(diǎn)設(shè)計(jì)及對應(yīng)站點(diǎn)的具體業(yè)務(wù)要求。而為了完成具體站點(diǎn)的業(yè)務(wù)，必須先搭建業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)單元，如生產(chǎn)工單號、原材料物料編碼、成品物料編碼、生產(chǎn)批次號、銷售訂單號等。

1)生產(chǎn)工單號設(shè)計(jì)。晶體硅太陽電池的生產(chǎn)模式屬于批量、規(guī)模化生產(chǎn)，產(chǎn)品類型單一。由于鎮(zhèn)江太陽能的產(chǎn)能規(guī)模較小，因此在生產(chǎn)工單號設(shè)計(jì)時(shí)以月度為單位進(jìn)行工單號下達(dá)，同時(shí)系統(tǒng)自動下達(dá)當(dāng)月的工單總量及當(dāng)月的日產(chǎn)出計(jì)劃。

2)原材料物料編碼。鎮(zhèn)江太陽能的物料編碼規(guī)則與其他生產(chǎn)型企業(yè)相比并無顯著差異，規(guī)則為：按照集團(tuán)規(guī)范，通過編碼生成器創(chuàng)建11位物料編碼，前4位表示三級品類，后6位為流水碼，如圖2所示。

但公司會對高價(jià)值及與產(chǎn)品性能直接相關(guān)的關(guān)鍵物料，如硅片、漿料、網(wǎng)版等，進(jìn)行供應(yīng)商或批次方面的管理。具體規(guī)則為：①硅片：不同規(guī)格型號的硅片建立不同的物料編碼，并啟用固定批次管理，區(qū)分來料供應(yīng)商。②漿料：不同規(guī)格型號建立不同的物料編碼，不啟用批次，有效期線下管理。③網(wǎng)板：不同規(guī)格型號、不同供應(yīng)商建立不同的物料編碼，不啟用批次。

3)成品物料編碼。成品物料編碼仍遵循原材料物料編碼的11位編碼規(guī)則，統(tǒng)一地將前4位編碼作為產(chǎn)品物料清單(BOM)需求，可實(shí)現(xiàn)簡化管理；后6位流水碼涵蓋晶體硅太陽電池外觀圖形、效率、質(zhì)量等級及顏色等屬性。此外，由于電池屬于光伏產(chǎn)品的核心器件，產(chǎn)品的質(zhì)量追溯非常重要，因此，通過在MES中進(jìn)一步建立中箱條碼，來實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品生產(chǎn)過程質(zhì)量的追溯。成品物料編碼管理及分級批次管理方案如圖3所示。

該方案的要點(diǎn)為：成品中正電極圖形/硅片類型發(fā)生變化時(shí)，使用不同的物料編碼，按照電池效率、質(zhì)量等級、顏色設(shè)置ERP的固定批次，用于成品庫存管理；在此基礎(chǔ)上，MES中增加流水號(年月日+流水碼)，實(shí)理批次追蹤。價(jià)值體現(xiàn)在：通過物料號的集中簡化產(chǎn)品BOM管理，解決產(chǎn)出成品功率、質(zhì)量等級等不確定的實(shí)際問題；同時(shí)滿足對庫存分功率、質(zhì)量等級的管理，滿足發(fā)貨、結(jié)算的業(yè)務(wù)需求。

4)生產(chǎn)批次號。生產(chǎn)批次號的生成在MES中實(shí)現(xiàn)。電池生產(chǎn)過程中將月度生產(chǎn)工單拆分形成日工單，日工單進(jìn)一步拆分成以500片為單位的生產(chǎn)批次。生產(chǎn)工單直接綁定對應(yīng)的工藝路線和機(jī)臺范圍，構(gòu)成工單的生產(chǎn)批次。在批次加工流轉(zhuǎn)過程中會詳細(xì)記錄每個(gè)生產(chǎn)站點(diǎn)的加工信息，包括加工時(shí)間、加工設(shè)備代碼、操作員工工號、質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)等。

5)銷售訂單號。一般情況下，一個(gè)銷售訂單號對應(yīng)一個(gè)銷售合同。銷售訂單的信息主要包括客戶信息、客戶對產(chǎn)品的質(zhì)量要求、訂單對應(yīng)的電池功率范圍、訂單體量等。

完成以上基礎(chǔ)數(shù)據(jù)單元的規(guī)則設(shè)定后，需將實(shí)際業(yè)務(wù)過程在ERP系統(tǒng)及MES中予以完整實(shí)現(xiàn)。這一步工作除了是為明確每個(gè)站點(diǎn)的工作要點(diǎn)外，更是為了實(shí)現(xiàn)車間的整體智能化管理，包括員工管理、機(jī)臺管理、工藝管理、質(zhì)量管理等。

由于ERP系統(tǒng)在制造行業(yè)間的差異相對較小，因此本文側(cè)重于介紹鎮(zhèn)江太陽能在生產(chǎn)晶體硅太陽電池時(shí)，MES各站點(diǎn)的具體業(yè)務(wù)要求及其與ERP系統(tǒng)的對接方式，具體如表1所示。

表1 生產(chǎn)環(huán)節(jié)中MES各站點(diǎn)的業(yè)務(wù)內(nèi)容Table 1 Business content of each MES station in the production link

3 系統(tǒng)實(shí)際效果展示

完成系統(tǒng)搭建后，工廠業(yè)務(wù)的實(shí)際運(yùn)行效果是判定系統(tǒng)搭建是否有效的唯一依據(jù)；而系統(tǒng)操作的便捷性、界面友好性等是進(jìn)一步判定系統(tǒng)是否優(yōu)秀甚至卓越的額外判定維度。本文僅以月度生產(chǎn)主計(jì)劃來展示系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果。

1)生產(chǎn)工單管理。主要包括月工單下達(dá)管理、月工單關(guān)閉管理、生產(chǎn)工單拆分、生產(chǎn)工單維護(hù)、生產(chǎn)工單控制及生產(chǎn)工單查詢等功能。對生產(chǎn)工單管理中月工單下達(dá)、日工單拆分的情況進(jìn)行了展示，如圖4所示。

2)生產(chǎn)批次管理。完成日工單拆分(數(shù)量410000片)后，就可以進(jìn)行生產(chǎn)任務(wù)單建批，并通過批次管理進(jìn)行晶體硅太陽電池的生產(chǎn)。主要業(yè)務(wù)包括生產(chǎn)任務(wù)單建批、生產(chǎn)批次控制、生產(chǎn)流程卡打印、生產(chǎn)批次單查詢、生產(chǎn)批次單維護(hù)、生產(chǎn)批次與工序查詢。圖5為數(shù)量以500片為單位的日工單建批情況。

3)生產(chǎn)報(bào)工及入庫管理。完成電池的批次生產(chǎn)及檢驗(yàn)后，就需要進(jìn)行電池的報(bào)工及入庫。由于同一生產(chǎn)批次的電池會被歸入到不同的效率、顏色甚至質(zhì)量等級中，因此在進(jìn)行生產(chǎn)報(bào)工管理時(shí)，電池的報(bào)工入庫不再是以500片為單位，而是以同顏色、同質(zhì)量等級、同效率檔的120片為最小單位，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步形成箱包簽、托盤標(biāo)簽等。圖6為電池報(bào)工入庫情況。

4)報(bào)表展示。對于數(shù)字化運(yùn)營，僅控制產(chǎn)品的生產(chǎn)過程是不夠的，報(bào)表的有效輸出是進(jìn)一步肯定系統(tǒng)能力的重要依據(jù)。圖7～圖9分別為鎮(zhèn)江太陽能的生產(chǎn)日運(yùn)營報(bào)表、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)過程控制報(bào)表，以及車間設(shè)備機(jī)臺狀態(tài)。

圖7中生產(chǎn)日運(yùn)營報(bào)表清晰展示了公司每日、每周、每月的工作輸出，包括電池產(chǎn)量、效率水平、良率等一系列數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)對比，可有效挖掘生產(chǎn)潛能。

圖8中質(zhì)量統(tǒng)計(jì)過程控制報(bào)表則通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行針對性的工藝改善，促進(jìn)質(zhì)量水平的提升。

圖9中設(shè)備狀態(tài)報(bào)表一方面利于設(shè)備工程師對設(shè)備故障快速響應(yīng)，另一方面也可通過對設(shè)備異常信息匯總，針對性地保養(yǎng)優(yōu)化設(shè)備，改善設(shè)備的稼動率。

隨著公司生產(chǎn)潛能的挖掘、質(zhì)量水平的提升、及設(shè)備稼動率的改善，公司產(chǎn)品的市場競爭力也必將得到顯著提升。

4 結(jié)論

本文中鎮(zhèn)江太陽能以原有設(shè)備硬件為基礎(chǔ)，以“以產(chǎn)定銷”模式作為該公司的生產(chǎn)運(yùn)營模式，有效實(shí)現(xiàn)了ERP系統(tǒng)與MES無縫對接的智能化生產(chǎn)、數(shù)字化運(yùn)營系統(tǒng)的搭建。在產(chǎn)品物料編碼設(shè)定中，統(tǒng)一采用11位編碼規(guī)則，以前4位編碼作為產(chǎn)品的BOM需求，后6位流水碼涵蓋產(chǎn)品的外觀、質(zhì)量、效率等其他屬性。

致 謝：感謝德勤有限公司(中國)及上海靈娃智能科技有限公司工作組分別對本項(xiàng)目中SAP軟件及MES在開發(fā)及應(yīng)用推廣中提供的專業(yè)支持。