張震華 ，谷孝衛(wèi) ，張書建 ，劉振超 ，李林鋒 ，趙旺增

（1．河南天海電器有限公司線束工程部，河南 鶴壁 458030；2.鶴壁海昌智能科技有限公司，河南 鶴壁 458030）

1 技術(shù)研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的一套汽車線束通常包括發(fā)動機線束、機艙線束、儀表線束、車身線束、門線束、電源線束及其它配套功能線束組成，采用這種分割設(shè)計的汽車線束，單條線束的導(dǎo)線回路較少，導(dǎo)線也相對較短。生產(chǎn)制造工藝設(shè)計和過程控制也比較容易；由于線束之間的連接采用插件對插連接，線束的整體可靠性相對較低。

集成式設(shè)計的線束是將整車線束盡可能地設(shè)計成一條主線束，以減少線束之間的對插連接，提高線束的可靠性，同時減少線束的整體質(zhì)量；集成式汽車線束采用KSK模塊化設(shè)計，按照車型電器的不同通過線束設(shè)計軟件 （如：日本的Capital Design、美國的CHS、德國的Lorado Design等） 按照不同的車型功能配置組合成同系列不同型號的線束。眾所周知，集成式設(shè)計的汽車線束整體比較龐大、導(dǎo)線回路數(shù)量較多、單根導(dǎo)線較長、線束過孔橡膠件較多，導(dǎo)致線束的可制造性嚴(yán)重降低，線束的制造過程控制難度大幅提升，傳統(tǒng)的線束制造工藝方法已經(jīng)無法滿足集成式線束制造與品質(zhì)控制。

HMES （Harness Manufacturing Execution System） 汽車線束制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)，是面向汽車線束制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。是由制造基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、制造工藝數(shù)據(jù)管理、計劃排產(chǎn)管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫存管理、品質(zhì)管理、工作中心/設(shè)備管理、項目看板管理、生產(chǎn)過程控制、底層數(shù)據(jù)采集分析等管理模塊組成的一個線束制造協(xié)同管理平臺。不同的線束企業(yè)的生產(chǎn)制造模式以及生產(chǎn)管理模式也各不相同，因此HMES軟件在開發(fā)設(shè)計過程中，必須根據(jù)相應(yīng)企業(yè)的生產(chǎn)制造方式有針對性地設(shè)計，否則HMES將會成為制約線束企業(yè)生產(chǎn)制造效率提升和過程管理的一個枷鎖，不利于HMES的順利推行和應(yīng)用。本文根據(jù)HMES系統(tǒng)對集成式汽車線束的流水線裝配工序模塊的開發(fā)設(shè)計和應(yīng)用方案，與各位汽車線束制造業(yè)同行進行技術(shù)交流與探討。

2 生產(chǎn)訂單管理模塊設(shè)計與應(yīng)用方法

2.1 HMES訂單管理模塊

是對制造車間所有項目月生產(chǎn)訂單管理的模塊，按照訂單模式生產(chǎn)的項目可以將某車型的單個批次生產(chǎn)訂單導(dǎo)入系統(tǒng)中，包括訂單批次號、線束型號、線束圖號、訂單數(shù)、完成日期等信息；系統(tǒng)通過運算首先將線束訂單轉(zhuǎn)化為看板，按照規(guī)則將作業(yè)任務(wù)自動分配到自動機工序、半自動壓接工序、絞線機工序、超聲波工序等，完成線束的單線壓接、多線組合焊接 （壓接）、絞合線工序，完成汽車線束前工序的生產(chǎn)制造。采用拉動生產(chǎn)的項目可以將整個月的生產(chǎn)計劃作為一個訂單整體導(dǎo)入系統(tǒng)，由于生產(chǎn)過程采用拉動模式生產(chǎn)，因此當(dāng)工序半成品庫存低于安全庫存時，系統(tǒng)自動生成一個經(jīng)濟批量的看板作業(yè)任務(wù)到前工序機臺。圖1所示為生產(chǎn)訂單管理模塊。

圖1 生產(chǎn)訂單管理模塊

2.2 總裝配流水線任務(wù)管理模塊

通過裝配線任務(wù)模塊，流水線班長根據(jù)訂單交付節(jié)點，下達當(dāng)日流水線所要完成制造的產(chǎn)品型號、當(dāng)天完成數(shù)量、流水線上班人數(shù)信息。HMES系統(tǒng)自動記錄流水線的開機時間、休息時間、停線下班時間，可出具流水線效率報表。圖2所示為裝配線任務(wù)管理模塊。

圖2 裝配線任務(wù)管理模塊

3 線束預(yù)裝配模塊的設(shè)計與應(yīng)用

由于集成式設(shè)計的汽車線束整體較大、回路數(shù)量多、線束功能組件KITs較多等特點，在集成式線束流水線布局設(shè)計及數(shù)字化流程和控制方法設(shè)計時，一定要結(jié)合具體公司的生產(chǎn)模式和車間的生產(chǎn)管理環(huán)境，把制造車間的特殊特性納入到數(shù)字化設(shè)計中，否則將導(dǎo)致系統(tǒng)運行和管理脫節(jié)的局面，嚴(yán)重影響HMES系統(tǒng)的應(yīng)用和裝配線效率的提升。

3.1 集成式線束預(yù)裝配工序HMES設(shè)計方案1

以某項目的集成式設(shè)計的線束為例，該項目線束具有生產(chǎn)日交付數(shù)量穩(wěn)定且訂單需求量較大特點；線束回路數(shù)量1238個，最長的導(dǎo)線長度11.79m，質(zhì)量28.97kg。擁有47個預(yù)裝半成品組件，流水線預(yù)裝配工位23個，獨立加工的KITs組件6個，流水線總?cè)藬?shù)139人，產(chǎn)品流水線節(jié)拍360s，預(yù)裝配和總裝配采用在線同步預(yù)裝作業(yè)模式。

該流水線所有預(yù)裝工位都設(shè)計有固定的工位ID二維碼，F(xiàn)Z01-FZ29，每個預(yù)裝配工位的導(dǎo)線線桶都有唯一對應(yīng)的導(dǎo)線看板號，負(fù)責(zé)物料配送人員按FIFO從超市架配送到預(yù)裝工位，先掃碼預(yù)裝架位二維碼將導(dǎo)線放進線桶后再掃描導(dǎo)線二維碼，如果看板錯誤掃碼報警。圖3所示為預(yù)裝架地址編碼。

圖3 預(yù)裝架地址編碼

在數(shù)字化系統(tǒng)中，線束工藝工程師按照分解好的預(yù)裝工藝圖紙 （預(yù)裝板），結(jié)合流水線生產(chǎn)節(jié)拍，分配到各個預(yù)裝工位或KITs裝配工位，然后將每一頁預(yù)裝工藝圖紙所需的半成品導(dǎo)線看板號、所在的工位地址號、對應(yīng)成品圖號等信息導(dǎo)入到數(shù)字化系統(tǒng)中，HMES系統(tǒng)自動根據(jù)單線的看板號或多線組合的最終看板號，關(guān)聯(lián)上工序的存儲地址和預(yù)裝工位的地址。

當(dāng)日開班前，班組長分配流水線生產(chǎn)線束的型號和數(shù)量，預(yù)裝工位的數(shù)字化終端顯示對應(yīng)產(chǎn)品的預(yù)裝工藝文件或需要獨立裝配的KITs組件。然后在某一個工位 （通常在熔斷絲盒裝配工位或具有該線束典型特征的護套裝配工位） 安裝一個打印機，每預(yù)裝配完畢一套KITs，打印一個具有唯一ID的條碼標(biāo)簽，貼在該工位預(yù)裝配完畢的KITs熔斷絲盒或護套上。HMES系統(tǒng)會自動沖減預(yù)裝工位所有工位的導(dǎo)線或合線半成品工位庫存，同時記錄導(dǎo)線和半成品上料時的批次信息，便于進行半成品的追溯或查詢。

方案1的優(yōu)點：能夠準(zhǔn)確追溯到看板導(dǎo)線的具體批次信息，便于不良品的追溯和查詢；同時能確保上料人員不上錯導(dǎo)線或半成品物料，預(yù)裝人員不用錯物料，共用裝配流水線生產(chǎn)的產(chǎn)品快速切換時具有防錯功能。

方案1的缺點：要求工藝工程師對預(yù)裝工序每一個工位的圖紙和預(yù)裝物料數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，特別是產(chǎn)品升級改型時，工藝數(shù)據(jù)維護工作量比較大，特別容易出錯；另外，負(fù)責(zé)配送的上料人員的掃碼工作量增大，且效率較低。如果線束產(chǎn)品設(shè)計變更頻繁，工藝數(shù)據(jù)維護特別容易出錯，預(yù)裝工位的工藝文件條碼標(biāo)簽等更換頻繁。由于工位平衡時需要對相關(guān)工位內(nèi)容進行多次調(diào)整，文件調(diào)整和HMES數(shù)據(jù)維護工作量大。

如果每個工位都配置一臺電腦數(shù)字化顯示終端，項目成本較高，產(chǎn)出比較低。

3.2 集成式線束預(yù)裝配工序HMES設(shè)計方案2

以我司某集成式線束裝配流水線為例，該項目處于供貨前期，由于項目延續(xù)周期長，具有日交付和產(chǎn)量很不穩(wěn)定、設(shè)計變更換型較頻繁、流水線制造工藝維護頻繁的特點；線束回路數(shù)量870個，最長的導(dǎo)線長度9.88m，質(zhì)量22.43kg。擁有36個預(yù)裝半成品組件，流水線預(yù)裝配工位22個，獨立小流水線加工的KITs組件1個，流水線總?cè)藬?shù)107人，產(chǎn)品流水線節(jié)拍210s，預(yù)裝配工位和流水線裝配工位間采用循環(huán)單套自動化配送裝置，預(yù)裝配與總裝配采用在線同步預(yù)裝作業(yè)模式。

該流水線所有預(yù)裝工位都設(shè)計有固定的工位ID二維碼，F(xiàn)Z01-FZ22，1個較大線束組件KITs采用小流水線單獨區(qū)域裝配，然后配送到大型裝配流水線進行總裝配。

線束工藝工程師按照分解好的預(yù)裝工藝圖紙 （預(yù)裝板），結(jié)合流水線生產(chǎn)節(jié)拍，分配到各個預(yù)裝工位或KITs裝配工位。然后根據(jù)該工位的生產(chǎn)節(jié)拍配置人員，通過多次工位平衡調(diào)整，滿足流水線下線節(jié)拍210s。

工藝工程師無需將每個預(yù)裝工位的地址數(shù)據(jù)、對應(yīng)預(yù)裝工位的導(dǎo)線看板信息、物料信息導(dǎo)入HMES系統(tǒng)，而是將導(dǎo)線地址信息二維碼、裝配物料信息、看板導(dǎo)線對應(yīng)的工位數(shù)據(jù)，包括總裝配流水線掛線、包扎、安裝附件等工位圖紙、警示圖等以打印版的方式發(fā)放給流水線，并將總裝配流水線與預(yù)裝工位之間的自動化循環(huán)配送裝置的20組配貨站都編排有唯一編號，配貨站的掛線盒都有唯一編碼01-20，預(yù)裝配人員按照當(dāng)天生產(chǎn)線束的產(chǎn)品型號，將預(yù)裝配完畢的線束KITs組件放進對應(yīng)的掛線盒子內(nèi)。產(chǎn)品換型、預(yù)裝配和流水線總裝配同時從某一塊總裝板產(chǎn)品換型標(biāo)記。圖4所示為循環(huán)單套配送裝置。

圖4 循環(huán)單套配送裝置

流水線總裝配最后一個工位卸線人員，將線束從流水線上取下，HMES數(shù)字化系統(tǒng)打印機打印一個帶有線束型號、批次號和流水碼的二維碼標(biāo)簽貼在線束熔斷絲盒或容易讀取的位置。然后將單條線束放在周轉(zhuǎn)車，按照順序依次流轉(zhuǎn)下工序設(shè)定的各項檢測工位。

汽車線束從流水線裝配線下線后，HMES系統(tǒng)打印線束ID過程控制條碼，從線束總裝配板卸線到卡釘檢測、導(dǎo)通檢測、影像檢測、外觀檢測直到包裝結(jié)束，全過程對線束的檢驗流程進行監(jiān)控線束是否遺漏檢驗、檢測缺陷記錄、返修記錄追溯、包裝防錯等。

方案2的優(yōu)點：適合小批量多頻次、產(chǎn)量不穩(wěn)定且產(chǎn)品換型設(shè)計變更頻繁的訂單式生產(chǎn)的項目。工藝工程師對預(yù)裝配工藝的頻繁調(diào)整和變更反而比在數(shù)字化中調(diào)整方便快捷，效率也較快。后期針對此類型項目的預(yù)裝工位安裝SOP+多功能電子作業(yè)指導(dǎo)書系統(tǒng)，取消電子版的工藝文件的下發(fā)。數(shù)字化系統(tǒng)項目成本較低，產(chǎn)出比較高。

方案2的缺點：對汽車線束的導(dǎo)線看板只能追溯到批次，無法詳細(xì)追蹤護套原材料的批次，只能做不可靠的手工發(fā)放記錄追溯查詢。

3.3 AGV在集成式線束裝配流水線的應(yīng)用與HMES設(shè)計方案

由于汽車線束的制造特性，汽車線束總裝制造的自動化程度較低，有些線束企業(yè)仍不遺余力地推進汽車線束總裝制造的自動化和信息化水平，除了在總裝配流水線采用自動化的工具設(shè)備提高勞動效率，也充分引入智能化的設(shè)備，國內(nèi)某合資品牌線束企業(yè)就成功地將AGV自動引導(dǎo)車應(yīng)用到汽車線束總裝制造，實現(xiàn)將流水線總裝配線束所需的KITs預(yù)裝半成品組件按照節(jié)拍配送到總裝配流水線。本文以某合資企業(yè)的流水線裝配工序AGV應(yīng)用為例，規(guī)劃適合我公司的AGV與HMES結(jié)合應(yīng)用的方案。圖5所示為某合資企業(yè)AGV應(yīng)用。

圖5 某合資企業(yè)AGV應(yīng)用

集成式汽車線束應(yīng)用AGV運輸車將預(yù)裝配半成品運到裝配線，預(yù)裝配的設(shè)計方案同上述方案2類似。為了確保同系列不同型號的集成式線束流水線總裝配所需的不同預(yù)裝半成品組件能夠精準(zhǔn)地配送到總裝掛線各個工位，首先將線束所需的所有半成品進行編號，并在HMES系統(tǒng)中按照不同的成品型號進行數(shù)據(jù)導(dǎo)入，根據(jù)AGV控制系統(tǒng)中的不同?？空军c，設(shè)定該運輸車所運輸?shù)陌氤善方M件編號。

在HMES系統(tǒng)中設(shè)定當(dāng)日總裝配的線束型號，HMES系統(tǒng)將該型號線束所需的所有對應(yīng)的半成品組件的編號通信給AGV系統(tǒng)，顯示在KITs運輸系統(tǒng)的展示屏上，預(yù)裝配人員與流水線總裝配人員根據(jù)AGV配送系統(tǒng)的顯示進行預(yù)裝配和總裝掛線操作。同時，根據(jù)該型號線束的總裝節(jié)拍，設(shè)定相關(guān)AGV運輸小車的停靠站點及運輸節(jié)拍，實現(xiàn)預(yù)裝半成品的精準(zhǔn)配送。

4 HMES在檢測工序的設(shè)計與應(yīng)用

集成式汽車線束從總裝配流水線裝配包扎完成后，從流水線工裝板治具上卸線，然后放入周轉(zhuǎn)車或自動化的工序間周轉(zhuǎn)設(shè)備容器內(nèi)進行工位間運輸，完成汽車線束的各項檢測，附件安裝，一直到最后的包裝入庫，完成線束的制造過程。圖6所示為線束下線后作業(yè)流程圖。

4.1 HMES系統(tǒng)打印輸出成品線束的唯一ID條碼過程標(biāo)簽

HMES系統(tǒng)無論是在預(yù)裝配工位還是在線束流水線卸線工序，都必須打印出一張具有唯一ID的過程條碼標(biāo)簽，該條碼標(biāo)簽一直伴隨線束到包裝裝袋 （箱） 之前去掉。根據(jù)該線束產(chǎn)品的實際需求，在需要進行HMES系統(tǒng)監(jiān)控和記錄檢驗結(jié)果的工位，都要對該條線束的過程ID條碼標(biāo)簽進行掃碼確認(rèn)。否則，線束在下一個檢測站點掃碼時，HMES系統(tǒng)會提示上一工序遺漏檢測，確保每一條線束都經(jīng)過設(shè)定的檢測工序進行檢驗，避免遺漏檢測。HMES系統(tǒng)要求線束條碼ID標(biāo)簽只有打印后才能生成下一個唯一的ID標(biāo)簽，且條碼標(biāo)簽只能打印1次，避免生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)重復(fù)的ID條碼標(biāo)簽。圖7所示為HMES條碼ID生成界面。

4.2 HMES導(dǎo)通檢測工序的方案設(shè)計

圖6 線束下線后作業(yè)流程圖

圖7 HMES條碼ID生成界面

所有的成品汽車線束必須經(jīng)過100%測試臺導(dǎo)通檢測合格才能轉(zhuǎn)下一個工序，否則要進行轉(zhuǎn)序返修。汽車線束電檢測試臺導(dǎo)通檢測合格，測試臺計算機會打印一張汽車線束產(chǎn)品條碼標(biāo)簽，這個標(biāo)簽伴隨汽車線束終生，通過該標(biāo)簽可以追溯線束的生產(chǎn)制造相關(guān)信息，線束成品標(biāo)簽的樣式、條碼內(nèi)容嚴(yán)格按照主機廠的設(shè)定進行打印。HMES系統(tǒng)在該工序要求將汽車線束卸線打印的過程ID條碼標(biāo)簽和導(dǎo)通檢測合格后測試臺程序打印的線束成品標(biāo)簽的條碼信息進行綁定，便于信息的追溯和查詢。

必要時，HMES系統(tǒng)要和線束測試臺進行數(shù)據(jù)互通，線束卸線打印的唯一ID過程條碼標(biāo)簽涵蓋汽車線束型號信息，通過HMES系統(tǒng)掃描該過程條碼標(biāo)簽后，HMES系統(tǒng)自動和電檢測試臺導(dǎo)通程序文件進行校驗，當(dāng)線束過程條碼標(biāo)簽的產(chǎn)品信息和導(dǎo)通測試臺測試程序相符時，測試臺才能繼續(xù)工作，否則，測試臺報警或不工作，避免測試臺電腦加載錯誤線束型號的導(dǎo)通測試程序。線束檢測合格，HMES系統(tǒng)自動變成綠色“√”號，同時彈出窗口要求掃描測試臺打印出的線束成品標(biāo)簽，否則系統(tǒng)標(biāo)記為紅色“×”號，然后彈出缺陷類型進行鼠標(biāo)選擇和鍵盤輸入，系統(tǒng)根據(jù)線束條碼標(biāo)簽或過程碼標(biāo)簽，查詢該線束是否進行返修及維修類別。圖8所示為電檢導(dǎo)通檢測界面。

圖8 電檢導(dǎo)通檢測界面

4.3 HMES外觀檢測工序的方案設(shè)計

汽車線束的外觀檢測工序，主要檢驗和記錄線束分支尺寸是否在公差范圍內(nèi)，回折捆扎線束分支；檢查線束護套、卡扣是否損壞，安裝是否完整；安裝部分護套護殼、蓋、貼海綿操作；檢查護套是否漏安裝自鎖及端子是否歪針變形等，并對重要部位進行必要的防護措施檢驗工作。

在外觀檢測工序，掃描線束的ID過程二維碼，HMES將該線束經(jīng)過外觀檢驗工序檢驗合格、檢測不合格或經(jīng)過在線簡單維修的缺陷進行記錄，便于系統(tǒng)的追溯和查詢。圖9所示為外觀檢測工序。

圖9 外觀檢測工序

4.4 HMES在包裝工序的方案設(shè)計

HMES系統(tǒng)中首先對所有線束型號的包裝數(shù)據(jù)進行導(dǎo)入維護，包裝工藝數(shù)據(jù)主要包括：線束物料號、圖號、裝袋數(shù)量、裝箱數(shù)量、流水線號、包裝箱規(guī)格、包裝袋規(guī)格、托盤箱數(shù)等。必要時將線束的回折、捆扎、包裹、折疊流程圖顯示在HMES包裝工序操作界面上。

通過掃描線束ID過程二維碼信息，和外箱合格證信息、包裝箱序列號信息進行數(shù)據(jù)綁定，在系統(tǒng)中可以通過包裝箱序列號查詢該箱所容納的所有線束的產(chǎn)品信息，再通過包裝箱內(nèi)的產(chǎn)品二維碼可以查詢線束的生產(chǎn)過程，以及部分原材料的批次等追溯信息。

不同的公司應(yīng)根據(jù)實際情況將ERP系統(tǒng)數(shù)據(jù)和HMES數(shù)據(jù)進行打通，便于HMES系統(tǒng)的應(yīng)用，有些公司HMES系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)沒有打通，這個時候重要考慮和設(shè)計線束包裝箱的條碼標(biāo)簽是HMES系統(tǒng)打印，還是由ERP打印，通過掃碼讓HMES讀取并記錄。因此，包裝工序的具體設(shè)計方案要結(jié)合該公司的實際情況而設(shè)計規(guī)劃。圖10所示為包裝工序。

圖10 包裝工序

4.5 其它檢測項的HMES方案設(shè)計

在線束的制造過程中，除了標(biāo)準(zhǔn)的下線工序、導(dǎo)通檢測、外觀檢測、包裝工序外，為滿足客戶技術(shù)要求還設(shè)定有卡丁檢測、橡膠件氣密性檢測、熔斷絲盒影像檢測、熔斷片繼電器性能檢測、附件安裝、橡膠件安裝、螺栓扭矩檢測等工作站操作，是否要在HMES系統(tǒng)將這些工作站的操作進行數(shù)據(jù)記錄和流程控制，要結(jié)合線束產(chǎn)品流水線的特征進行靈活設(shè)定。HMES系統(tǒng)控制的工作站越多，需要的計算機終端也就越多，掃碼記錄的次數(shù)越多，可能會導(dǎo)致線束檢測流程的半成品擁堵堆積，影響產(chǎn)線的效率，應(yīng)結(jié)合實際需求在HMES系統(tǒng)中設(shè)計檢測監(jiān)控記錄工作站的數(shù)量。

通常情況下，HMES監(jiān)控記錄產(chǎn)品下線，打印ID過程二維碼、卡釘檢測、電檢導(dǎo)通檢測、影像檢測、熔斷片繼電器性能檢測、外觀檢測、包裝工序設(shè)置HMES監(jiān)控站點；必要時增加上螺栓扭矩檢測工作站。各個工作站的排布順序應(yīng)結(jié)合流水線的場地空間情況、線束的檢測要點進行檢測工序的檢測順序控制，只有上工序檢測合格，下道工序才能掃碼檢測成功，否則HMES系統(tǒng)進行聲音、變色、彈窗警告，杜絕上工序遺漏檢驗。圖11所示為線束檢驗流程設(shè)計圖。

5 總結(jié)

盡管汽車線束生產(chǎn)制造的工序大致相同，但是，每個線束工廠的設(shè)備資源、人力資源、管理水平、工藝技術(shù)文件的格式、生產(chǎn)模式各不相同。同樣的HMES系統(tǒng)也不能完全照搬到其它工廠；因此，線束制造廠商在選擇引入HMES系統(tǒng)時，應(yīng)結(jié)合各自工廠的特點，制定適合應(yīng)用的HMES系統(tǒng)。

圖11 線束檢驗流程設(shè)計圖

HMES系統(tǒng)中在總裝配流水線的作業(yè)模式、監(jiān)控順序、監(jiān)控內(nèi)容更應(yīng)該靈活應(yīng)用，要讓MES軟件服務(wù)于生產(chǎn)制造，絕對不能因為HMES應(yīng)用而制約線束制造過程的改善。提高生產(chǎn)效率、降低制造成本是應(yīng)用HMES軟件的最終目的。