吉學(xué)剛 申子正

摘 要：實(shí)施智能制造是驅(qū)動(dòng)企業(yè)未來(lái)健康發(fā)展和滿足產(chǎn)品定制化、個(gè)性化、柔性化需求的重要舉措，自動(dòng)化與信息化的深入融合將促進(jìn)人員、設(shè)備、物料間的互聯(lián)互通、高效協(xié)作，發(fā)揮各生產(chǎn)單元間的快速響應(yīng)與聯(lián)動(dòng)能力。文章以客車涂裝生產(chǎn)線的智能化升級(jí)（MES系統(tǒng)導(dǎo)入）為主要闡述內(nèi)容，突出生產(chǎn)線的數(shù)字化與智能化，進(jìn)而展示MES在涂裝車間的主要功能。

關(guān)鍵詞：智能制造;工業(yè)4.0;MES;客車涂裝

中圖分類號(hào)：U445 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）20-141-04

Abstract： The implementation of intelligent manufacturing is an important measure to drive the healthy development of enterprises in the future and meet the needs of customization， personalization and flexibility of products. The in-depth integration of automation and informatization will promote the interconnection and efficient cooperation among personnel， equipment and materials， and give full play to the rapid response and linkage ability of each production unit. In this paper， the intelligent upgrade of bus painting production line （MES system introduction） is the main content， highlighting the digitalization and intelligence of production line， and then showing the main functions of MES in the painting workshop.

Keywords： Intelligent manufacturing; Industry 4.0; MES; Bus coating

CLC NO.： U445 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）20-141-04

前言

客車產(chǎn)品已經(jīng)成為當(dāng)今問(wèn)之無(wú)愧的民族品牌與中國(guó)名片，全球產(chǎn)銷規(guī)模與市場(chǎng)占有率有目共睹?？蛙噷儆诙嗥贩N、小批量的定制化產(chǎn)品，產(chǎn)品制作受人工依賴程度高，是典型的勞動(dòng)力密集型企業(yè)。中國(guó)人口紅利目前消失殆盡，社會(huì)普遍面臨人工老齡化，制造企業(yè)存在用工不足且熟練技能工短缺，同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量提升后勁不足，因此推行智能化生產(chǎn)成為驅(qū)動(dòng)企業(yè)創(chuàng)新與發(fā)展的必由之路。

MES制造執(zhí)行系統(tǒng)是數(shù)字化工廠的重要組成部分，是現(xiàn)代企業(yè)競(jìng)相導(dǎo)入的重點(diǎn)核心工程，尤其在工業(yè)4.0、互聯(lián)網(wǎng)+、中國(guó)制造2025政策的大力引導(dǎo)和強(qiáng)勁驅(qū)動(dòng)下，目前MES系統(tǒng)的需求也幾乎呈全面爆發(fā)之勢(shì)。

1 MES工程系統(tǒng)介紹

1.1 MES系統(tǒng)主要功用

在實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在多系統(tǒng)中實(shí)時(shí)交互傳遞的同時(shí)，采用一定的技術(shù)手段通過(guò)對(duì)海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)調(diào)用/采集與分析/評(píng)判，生成有指導(dǎo)和追溯價(jià)值的電子報(bào)表或信息，并將相關(guān)內(nèi)容及時(shí)、精準(zhǔn)推送至電子看板、工位電腦、移動(dòng)APP等終端，促進(jìn)過(guò)程透視化、流程標(biāo)準(zhǔn)化、管理精細(xì)化、決策智能化，進(jìn)而提高信息傳遞效率及發(fā)揮數(shù)據(jù)流的最大功效，確保作業(yè)協(xié)同性和目標(biāo)一致性，使生產(chǎn)效率與資源利用率得到有效提高，同時(shí)大幅降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本和產(chǎn)品不良率。

1.2 MES系統(tǒng)實(shí)施現(xiàn)狀

MES起源于上世紀(jì)90年代，美國(guó)的CAMSTAR公司是最早從事MES開(kāi)發(fā)的技術(shù)領(lǐng)先型企業(yè)，但于2014年被德國(guó)西門(mén)子公司收購(gòu)。全球涉足較早且性能相對(duì)較穩(wěn)定的MES平臺(tái)主要包括西門(mén)子SIEMENS、通用GE、霍尼韋爾HONE -YWELL、羅克韋爾ROCKWELL等品牌，國(guó)內(nèi)從事MES開(kāi)發(fā)的公司多具有自動(dòng)化、傳感識(shí)別、電子信息、計(jì)算機(jī)與軟件開(kāi)發(fā)等業(yè)績(jī)背景。國(guó)外的MES平臺(tái)一般應(yīng)用于管理相對(duì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化程度相對(duì)較高的流程型制造企業(yè)，若嫁接于國(guó)內(nèi)企業(yè)尤其應(yīng)用于離散型行業(yè)可能會(huì)出現(xiàn)“水土不服”、“英雄無(wú)用武之地”的局面，導(dǎo)致項(xiàng)目實(shí)施效果欠佳或二次開(kāi)發(fā)工作量過(guò)大，最終可能落得個(gè)項(xiàng)目流產(chǎn)或面目全非的“掛羊頭賣(mài)狗肉”怪像。然而，為數(shù)眾多的國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)商在國(guó)家政策利好的誘導(dǎo)下，近年來(lái)對(duì)MES項(xiàng)目趨之若鶩，當(dāng)然不排除盲目跟風(fēng)和概念炒作的嫌疑，因此也就難免不存在魚(yú)目混珠、良莠不齊的現(xiàn)象，況且目前國(guó)內(nèi)也尚未形成具有霸主地位的MES開(kāi)發(fā)企業(yè)，多數(shù)企業(yè)業(yè)績(jī)零星、分散。不同行業(yè)和處于同一行業(yè)的不同企業(yè)受產(chǎn)品特點(diǎn)、生產(chǎn)組織方式、管理水平、甚至企業(yè)文化的差異影響而對(duì)MES的功能需求存在較大的個(gè)性化，即使采用成熟穩(wěn)定的平臺(tái)也需進(jìn)行較多的二次開(kāi)發(fā)，因此MES系統(tǒng)必須根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況量身定做，做到有所為而有所不為，適合的才是最好的。

1.3 MES項(xiàng)目推進(jìn)整體要求

MES工程涉及設(shè)備升級(jí)聯(lián)網(wǎng)、軟件開(kāi)發(fā)與集成、數(shù)據(jù)調(diào)用與采集、信息加工與推送終端布置等內(nèi)容，以確保信息的互聯(lián)互通、共享共用，全面提高人、機(jī)、料、法、環(huán)的高度協(xié)同性，其中MES軟件開(kāi)發(fā)必須根據(jù)公司情況及業(yè)務(wù)部門(mén)實(shí)際需求進(jìn)行有的放矢的針對(duì)性開(kāi)發(fā)，必須要強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目“落地”執(zhí)行。MES是智能制造項(xiàng)目中系統(tǒng)性、關(guān)聯(lián)性、科學(xué)性強(qiáng)的核心重點(diǎn)工程，不僅高層領(lǐng)導(dǎo)要親自抓辦，而且要匯聚工藝、生產(chǎn)、設(shè)備、IT等多部門(mén)精銳力量進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)和一體化推進(jìn)，同時(shí)要做到分工明確、權(quán)責(zé)清晰、計(jì)劃嚴(yán)謹(jǐn)，任何部門(mén)的“單打獨(dú)斗”都不會(huì)使項(xiàng)目最終落地開(kāi)花，如圖1。

2 公司級(jí)MES主要功能模塊

2.1 計(jì)劃管理模塊

融合APS高級(jí)計(jì)劃與排程系統(tǒng)，平衡物料、設(shè)備、工位、人員、節(jié)拍等制約資源，合理規(guī)劃投入時(shí)間與順序，并且根據(jù)系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)變化和事件做出響應(yīng)，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，減少因資源匹配性差而出現(xiàn)呆工、堵線等生產(chǎn)異常，進(jìn)而提高生產(chǎn)執(zhí)行效率。

2.2 物料管理模塊

融合WMS、MDS等系統(tǒng)，根據(jù)訂單排產(chǎn)計(jì)劃和產(chǎn)品各階段制作周期，及時(shí)制定物料采購(gòu)及配送計(jì)劃，并將信息自動(dòng)發(fā)送至供應(yīng)商或配送中心的網(wǎng)絡(luò)客戶端和移動(dòng)APP，做到信息覆蓋無(wú)死角、傳遞無(wú)紕漏;同時(shí)對(duì)物料進(jìn)行條碼識(shí)別與追蹤，做到物料可分揀、可追溯、可糾錯(cuò)，并且配合應(yīng)用AGV輸送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)部分物料的精準(zhǔn)、智能配送。

2.3 設(shè)備管理模塊

建立設(shè)備與信息管理系統(tǒng)的高速連接，對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)（狀態(tài)、時(shí)間、能耗、產(chǎn)量等）進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)直接下發(fā)至自動(dòng)化設(shè)備，減少人為介入的不確定性，為智能決策提供基礎(chǔ)保障。同時(shí)引入設(shè)備的全生命周期管理，對(duì)設(shè)備的購(gòu)置、運(yùn)行、維護(hù)、報(bào)廢等環(huán)節(jié)進(jìn)行全程跟蹤與指導(dǎo)，提高設(shè)備使用壽命與綜合利用率。

2.4 過(guò)程管理模塊

融合條碼、RFID等技術(shù)手段，對(duì)車輛生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行準(zhǔn)確跟蹤，同時(shí)綜合物料、工藝、設(shè)備、質(zhì)量、人員等信息，形成涵蓋物料、工藝路線、設(shè)備數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等信息在內(nèi)的整車生產(chǎn)檔案，并且相關(guān)信息可在具有二維或三維產(chǎn)線布置圖的電子看板中進(jìn)行同步映射，以提高信息傳遞效率和異常問(wèn)題的快速響應(yīng)能力，促進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程的透明化、可視化。

2.5 工藝管理模塊

融合基于CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM的模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，推行產(chǎn)品虛擬仿真裝配技術(shù)，提高產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)水平，并且有利于提高同步工程中工藝審查的全面性和提前發(fā)現(xiàn)并規(guī)避產(chǎn)品存在的潛在問(wèn)題，同時(shí)可以制作標(biāo)準(zhǔn)化、可視化強(qiáng)的工藝指導(dǎo)性文件并發(fā)布到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。另外，通過(guò)采集影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工藝過(guò)程控制參數(shù)，并對(duì)變化趨勢(shì)進(jìn)行不間斷監(jiān)控和多維度分析，及時(shí)提供指標(biāo)偏離預(yù)警信息，全面提升工藝管理水平。

2.6 質(zhì)量管理模塊

以自動(dòng)采集或人工簡(jiǎn)潔方式錄入為主導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)整車在生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量溯源和問(wèn)題統(tǒng)計(jì)報(bào)告等功能。并且配合Andon安東系統(tǒng)和電子看板，將質(zhì)量問(wèn)題直接推送至責(zé)任方，促進(jìn)質(zhì)量問(wèn)題的閉環(huán)、快速解決。

2.7 人員管理模塊

精細(xì)化管控人員技能，實(shí)現(xiàn)技能與崗位的一致性綁定，并且可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的責(zé)任判定與追溯。

3 公司級(jí)MES整體推進(jìn)思路

MES項(xiàng)目涉及組織架構(gòu)、管理水平、制造能力、企業(yè)文化等諸多環(huán)節(jié)，其構(gòu)成復(fù)雜、系統(tǒng)性強(qiáng)、風(fēng)險(xiǎn)性高、協(xié)調(diào)難度大，本著穩(wěn)妥審慎的推進(jìn)原則，要由點(diǎn)及面、分步推進(jìn)。MES項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)不同公司的實(shí)際發(fā)展情況，應(yīng)把握“著眼整體、推行試點(diǎn)、先易后難、穩(wěn)步推進(jìn)“的實(shí)施方針，待具備一定階段效果后再擴(kuò)展至其它車間，公司級(jí)MES整體推進(jìn)思路如下（圖2）：

選擇涂裝車間為MES試點(diǎn)主要基于以下理由：設(shè)備自動(dòng)化和集成度相對(duì)較高，具備現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的基本條件;工藝流程及物料通用化程度高，實(shí)施難度小;對(duì)現(xiàn)有信息管理系統(tǒng)的依賴程度較弱，可以快速推行。

4 涂裝車間MES實(shí)施主要內(nèi)容

涂裝車間以制造過(guò)程的“透明化、可視化、可追溯”為導(dǎo)入原則，突出問(wèn)題牽引導(dǎo)向，通過(guò)信息采集、數(shù)據(jù)分析、看板展示等技術(shù)手段，及時(shí)暴露生產(chǎn)管理過(guò)程中存在的短板、不足和浪費(fèi)，從而達(dá)到提質(zhì)增效、節(jié)能降耗的最終目的?；谝陨闲枨?，涂裝車間MES需具備如下功能：

4.1 采集車體定位信息（AVI）

將RFID載碼體與大循環(huán)撬、電泳撬相連接，設(shè)置部位應(yīng)確保涂裝過(guò)程中不易遭受污染且信息讀寫(xiě)方便，其中電泳撬載碼體應(yīng)耐200℃以上高溫和能夠承受電泳線酸堿液侵蝕。數(shù)據(jù)與ERP、PLM系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)聯(lián);同時(shí)在換撬工位設(shè)置2個(gè)載碼體信息（清除/寫(xiě)入）切換點(diǎn)，平移車位置設(shè)RFID讀寫(xiě)頭?？梢砸罁?jù)車輛的流向、隊(duì)列、占位等信息判定車輛的具體位置信息，如圖3。

（1）車體占位信息（含訂單號(hào)）、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在車間布局圖中應(yīng)同步映射，但當(dāng)車體占位異常超時(shí)（時(shí)間可設(shè)置），應(yīng)突出顯示，以便引導(dǎo)及時(shí)處理相關(guān)異常。

（2）車輛跨平移車轉(zhuǎn)序可實(shí)現(xiàn)完工自動(dòng)呼叫與調(diào)度，并且可依據(jù)設(shè)定條件自動(dòng)流轉(zhuǎn)。

4.2 采集工藝信息

（1）對(duì)工藝參數(shù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行直觀分析，當(dāng)接近極限值或超出工藝控制范圍時(shí)，提供警報(bào)信息并自動(dòng)推送至相關(guān)責(zé)任人郵箱或手機(jī)終端。

（2）支持工藝方案及作業(yè)指導(dǎo)書(shū)下發(fā)和更新，自動(dòng)讀取PLM中訂單技術(shù)/工藝通知和ERP中的BOM物料信息，支持工位級(jí)電腦便捷檢索與查詢等功能。

（3）訂單技術(shù)/工藝通知在車輛抵達(dá)相應(yīng)工位時(shí)在工位級(jí)電子看板中自動(dòng)推送并切屏循環(huán)播放，如圖4。

4.3 采集質(zhì)量信息

（1）可形成集訂單號(hào)、車型、車號(hào)、各工序開(kāi)/完工時(shí)間、工位號(hào)、操作者、原材料（名稱/品牌/批號(hào)）等信息在內(nèi)的整車涂裝生產(chǎn)檔案，其中操作者、原材料可通過(guò)掃碼方式自動(dòng)獲取，并與其它信息直接綁定。

（2）在質(zhì)量轉(zhuǎn)序點(diǎn)設(shè)置檢驗(yàn)典型問(wèn)題錄入工作站，問(wèn)題點(diǎn)以選擇為主，視不同問(wèn)題可選擇本工序處理、下工序處理和讓步接收等選項(xiàng)，但問(wèn)題處理完畢，必須由操作者進(jìn)行封閉，并且信息的錄入和讀取必須簡(jiǎn)單、便捷。

（3）膜厚、光澤、DOI等涂膜數(shù)據(jù)按一定規(guī)則測(cè)量后可支持無(wú)線自動(dòng)上傳和手工導(dǎo)入兩種方式與MES系統(tǒng)相連接，并且具備不同門(mén)類油漆涂膜數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、對(duì)比評(píng)判等功能。

（4）在鈑金車進(jìn)口、涂裝車出口位置安裝攝像頭，以450角位置采集整車外形狀態(tài)圖（側(cè)面+前圍），以便追溯車輛的原始狀態(tài)。