發布日期：2022-07-14 點擊率：60
摘要: 現代汽車生產企業逐漸以混流生產的精益生產方式組織生產，以達到降低成本，提高產量的目的，但是如何有效協調生產是企業面臨的難題。本文針對混流生產汽車的企業，提出基于Proficy的MES解決方案，并對相應的技術進行了闡述，該方案已經成功應用于吉利汽車寧波基地。
1. 應用背景
浙江吉利控股集團有限公司是國內汽車行業唯一的一家民營轎車生產經營企業，現已擁有年產20萬輛整車、20萬臺發動機和20萬臺變速器的生產能力。吉利汽車寧波基地是吉利汽車產業最大的生產基地，主要生產“遠景”和“自由艦”兩款主打產品。
吉利汽車寧波基地目前采用混流生產方式。隨著汽車工業的不斷發展，個性化、小批量化生產成為汽車生產企業的主流方式。精益生產是目前汽車界追逐的主流，就汽車生產線特性而言，精益生產（豐田生產方式）與傳統生產（福特生產方式）最大的區別就在前者采用的是混線生產方式，后者采用的是相對批量的生產方式。按定單排產、單臺混流的精益生產方式是目前汽車整車生產追求的一種較為理想的生產組織模式，盡管目前從人員、成本、生產效率、市場等各個因素考慮，這只是一個目標，吉利汽車希望根據該思路去設計和規劃。
混流生產，在生產模式上，最主要的一項難題就是如何實現生產線上不同的生產指令在恰當的時候以恰當的形式和恰當的內容傳送給需要該項指令的作業人員和自動設備。吉利汽車從焊裝開始就形成了流水線的生產模式，經過涂裝后到達總裝，最后進入品質檢查，在這期間需要充分的利用各階段的信息數據流來協調生產。
隨著吉利汽車近年來的快速增長，現場的生產管理方式已經遠遠落后于企業的成長，因此，吉利高層迫切希望通過先進的管理手段和方法，解決現場混流生產問題。
2. 混流生產模式的特點和需求
吉利汽車混流生產模式在生產管理中面臨如下問題：
第一，不同車型的車輛在總裝下線之前，需要經過焊裝、涂裝和總裝車間進行加工裝配。在總裝下線之后，汽車需要經過若干個檢驗和修整工段，如整車調試、涂裝油漆修整、終檢、復檢等才能完成車輛的交付。在生產過程中，車輛位置的移動性和不確定性造成了管理人員無法及時地確定不同型號車輛的位置，從而影響車輛及時的檢查、檢驗、交付和入庫。
第二, 混流生產的物料管理不僅要管理關鍵零部件，還要管理每臺車在每個工段的物料清單、發料、缺料情況。由于線邊空間有限，同時堆放多種車型的物料比較困難，因此需要通過物料拉動，及時產生缺料預警，在恰當的時間發送恰當數量的物料，盡量減少線邊庫存的堆積，節約資金。而采用傳統看板送料方式是難以實現這一目標。
第三，由于多種車型存在于生產線，對現場的操作工要求較高，很容易產生錯漏裝情況影響裝配質量，如何減少混裝生產錯漏裝現象是吉利面臨的一個難題。
第四，目前，很多總裝車間內的關鍵件、重要件跟蹤僅通過手工方式登記，難以實現完備的跟蹤追溯。如何契合國家的強制召回制度，實現準確召回，減少不必要的大量召回減少給企業帶來的損失也是一個重要的課題。
因此，混流生產對生產管理組織和MES有很高的要求。混流生產的MES需要通過采集車輛生產制造過程中的生產過程信息，并隨著所監測的不同車型車輛流動。MES實時監控各種車輛所在的生產工序，并根據工序點決定了什么時候需要多少需要什么樣的零部件，即通過車輛隊列，實現物料沿著主價值鏈的流動而流動，這也是汽車生產JIT的理念。
3. 面向混流生產MES解決方案
作為汽車廠運營管理系統的一部分，MES系統與SCM、CRM、ERP等系統一起，協助管理企業的各項經營業務。
圖1 汽車廠信息系統協作模型
如上圖所示，汽車的生產受市場的波動，是處于變化和調整中的。需要通過ERP的主生產計劃反映到MES中，同時在車間層面現場的生產又是對既定順序的一種破壞，MES需要及時采集這些數據。也就是說MES向上承接ERP，向下監控車間的生產信息。根據上述模型，作為混流生產的企業，MES系統需要提供以下幾大功能模塊：
① 基礎數據采集；
② 生產計劃管理；
③ 車輛跟蹤管理；
④ 關重件掃描與防錯漏裝管理；
⑤ 生產物料拉動管理；
⑥ 質量管理；
⑦ 效率管理；
⑧ 與外部系統的接口；
GE Fanuc針對混流生產的面臨問題和生產需求，結合多年的汽車行業經驗， 提出了基于 GE Proficy 的MES解決方案。該解決方案是建立在一個統一的 Proficy 產品平臺上，通過各種組件化應用模塊和系統連接器形成一個整體的針對混流生產企業的解決方案，具有清晰的信息流和模塊構成。
下面對解決方案的各功能模塊作簡要介紹：
1) 基礎數據的采集
在精益混流生產組織上，基于生產管理的決策，需要采集大量的輔助生產數據。這些數據可以采用DAS系統、條形碼和射頻標簽(RFID)的方式等獲得。DAS、條形碼和電子數據交換技術的應用是形成精益生產方式的基礎。通過這些方式把生產過程中大量的信息流得以集中，并通過系統抽取和發送相關信息的形式進行再分配，這樣使車輛生產更有效的按照精益生產方式進行。
汽車廠基礎數據采集包括自動數據采集和人工數據采集兩種方式，自動數據采集一般稱之為PMC(Production Montor Control)，通過監控軟件，采集現場的PLC、數據機床、檢測線的數據。這些數據可以用于生產線效率、質量、物料消耗等功能。人工數據采集一般采用條碼和RFID以及手工錄入的方式提供現場設備不能提供的信息，如關重件批次、裝配質量原因、設備停機原因等。GE Proficy 產品系列中，iIFix 以及 Cimplicity 可作為現場數據采集和監控平臺，可采用自主的Proficy Historian作為實時歷史數據庫作為生產數據的存儲平臺，實現基礎數據的收集工作。
2) 計劃管理
MES根據混流平衡的原則實現排產，并計算出裝配過程中各個相關工位所需要的物料信息，實現物料的拉動管理。訂單管理將允許方便進行次序的調整（包括改序，插序等）。
由于有了相應的訂單和BOM信息，還可在特定的工位進行生產的指導，對于出錯的情況進行指導和防錯防呆處理。Poficy 計劃管理模塊可以有效管理混流生產計劃，同時可生產計劃的執行情況將通過和ERP的接口反饋到ERP中。
3) 車輛跟蹤
在混流生產中，車輛跟蹤尤為重要。車輛動態隊列是物料拉動和訂單跟蹤的基礎。一般，車輛在車身車間(焊裝車間)就開始跟蹤，再到WBS，通過涂裝車間，經過PBS重新排序，直至總裝車間下線檢驗結束后，進入成品庫。跟蹤方式以條形碼和射頻標簽為主。車輛的VIN號是車輛的唯一標識。
GE Proficy Tracker是專門針對車輛的跟蹤和控制軟件，可以實現車體跟蹤和車體路由功能。并提供產區內車輛顯示功能，通過匯總的條碼信息和預先設定的各區域，實時顯示不同區域的車輛信息，如顯示焊裝、涂裝和總裝車間的在制車輛的信息，如顯示下線后的各檢修和檢查區域的車輛信息。
4) 關重件掃描與防錯漏裝管理
對于安全氣囊、發動機等需要關注的關鍵零部件，為應對質量問題召回等追溯方面的需求，需要將關鍵件的唯一識別信息加入到每輛車的檔案數據當中；方式可選擇在關鍵件裝配工位分別進行采集，或者將一臺車的關鍵件條形碼標簽集中進行采集。為了同時進行防錯漏裝檢查，需要在線進行掃描。通過系統可以查詢某批次零件所安裝的車輛，實現可召回功能，也可以依據車輛VIN號查詢所安裝的關鍵件的批次，實現質量追溯功能。該模塊還可以提供錯裝、漏裝的分析統計，作為現場人員的考核依據。
5) 生產物料管理
生產物料管理實現對整個生產過程的物料信息的全面實時管理。生產物料管理的功能與生產計劃和生產跟蹤管理緊密結合，通過設備狀態和生產監控的實時數據，對物料消耗的情況進行及時的監控和報告。
ERP和MES物料管理范圍劃分一般為：從綜合倉庫，供應商倉庫到總裝暫存區的物料請求、發送和接收由ERP系統管理，從物料暫存區到車間線邊庫的物料拉動由MES系統管理。MES系統定時發送線邊物料消耗到ERP，以便進行財務結算。
圖 2 MES與ERP功能范圍劃分
現場生產物料拉動的管理方式可以分為隨車件、順序件和看板件三類。
? 隨車件是指在車輛上總裝線之前，發料員將線束等小件放在一個置于車內的框中，物料隨車流動。MES及時向發料員提供每輛車的隨車件信息。
? 順序件是指根據車輛隊列發放的大件和成套件，如發動機、保險杠、座椅等。MES根據隊列動態打印需要發動的物料清單。
? 看板件是指根據線邊工位設定的安全庫存進行發料的小件和標準件。看板件的要料請求可在車間物料Andon板進行顯示，提醒送料工進行送料。
對于車間發料區和直送供應商，MES可提供及時的待送物料清單和送達時間提醒，保證物料按時送達。
對于線邊庫位，MES可提供線邊庫位物料查詢、發料記錄查詢，扣料查詢以及工料費功能。
6) 效率管理
效率管理包括產量統計、總裝線停線效率分析。系統內部預先建立專家原因庫，根據自動化信號或人工給出的原因來對各種設備相關的故障，操作動作和性能進行記錄，建立各種報警機制，與生產分析系統結合，同時可以產生各種分類報表，并在 Web 界面上顯示。
設備故障原因專家庫可以在 Proficy 系統中生產，然后用戶可以根據現場情況進行補充和不斷更新。通過對停線原因的分析，可以發現導致停線的主要原因，并建議改進以達到提高產線效率的目標。
7) 質量管理
汽車生產過程的質量管理內容包括裝配質量、檢測線質量、路試、淋雨以及車輛Audit數據。對于裝配質量數據，當發現有質量問題的時候，操作員可展開車輛問題目錄樹，在原因樹中選擇相應的質量問題原因，完成整個記錄過程。質量問題的原因樹內容可根據需要做自定義的修改。需要查詢質量數據，只要輸入車輛的VIN號，即可顯示車輛的相關質量信息。
8) 與商業管理系統接口
MES與其他商業系統如ERP的數據交換必不可少， GE Proficy 提供基于 S95/B2MML 的標準企業連接器來雙向交換數據和信息，實現與SAP，Oracle等主流ERP的數據交換。 其模塊Proficy Enterprise Connector 是建立在微軟 BizTalk 服務器基礎上的EAI 應用，通過 Proficy Adaptor 連接 Proficy 服務器，并和相應的外部系統連接。
MES與ERP的交換信息包括兩大類，ERP發送到MES的信息和MES反饋給ERP的信息。
?ERP發送到MES的信息包含下幾種：
1. 各車間生產訂單
2. 生產訂單BOM
??MES反饋給ERP的信息包含：
1. 車輛上線信息
2. 車輛下線信息
3. 物料消耗
4. 實施效果
2006年底，GE Fanuc開始采用上述解決方案建設該基地MES，經過半年的建設，完成了針對吉利焊裝、涂裝、總裝三大工藝車間的MES系統實施。具體內容如下：
圖 3 吉利MES硬件配置圖
?通過Proficy實現與SAP進行動態數據交換，實現生產訂單的下載和車輛上下線數據的上傳。
?采用iFix采集現場生產數據如機運鏈、地板鏈以及檢測線等運行數據，采用Historian存儲生產數據和條碼數據。
?在焊裝車間和油漆車間7個掃描點，記錄車體在各區段的信息。
?在總裝廠設置13個掃描點，實現車體隊列實時跟蹤、關重件掃描以及防錯漏裝管理。
?在儀表臺分裝線、發動機分裝線、輪胎分裝線實現車輛隊列信息廣播。
?在總裝物料安裝4塊LED大屏，顯示MES自動發出的物料要料信息。
?在總裝物料緩沖區出口設置8臺電腦，用于顯示拉動產生的物料需求信息，并提供出庫掃描管理。
?設置供應商門戶，提供生產隊列和及時的要料請求。
?采用Proficy Portal 顯示MES生產情況，并及時向供應商提供現場要料信息。
?在中控室設置1臺電腦，用于及時錄入停線原因，并在廠入口設置LED生產看板，顯示全廠的生產效率如產量、停線時間累計等。
在上述功能實施后，系統運行良好，較好地解決了吉利汽車混線生產中的管理問題,為吉利汽車提供了精益生產平臺，帶動企業持續快速發展，保持了企業的市場競爭力。
