汽車零部件生產信息化系統建設探索

韋明鳳

（廣西汽車集團有限公司，柳州545000）

2014 年我公司開始進行價值流工作整合，強調利用信息化手段管控公司的價值鏈，促進公司整體業務水平優化發展[1]。生產制造過程是公司主營業務最核心一層，但目前公司在生產過程管理方面沒有完善的信息化系統。另一方面，客戶整車市場逐步趨向定制化，整車生命周期在縮短，車型品種增長迅速，對我公司零部件的生產業務模式也提出了新的要求。

在此背景下，我公司零部件面臨大幅增加的新產品開發、小批量多品種的生產以及隨客戶生產線拉動配送的要求。在信息化方面，需要一個有效的生產過程管理系統支持，滿足客戶市場及生產模式的改變。因此，我公司計劃建立面向生產過程管控的數字化管理系統應用試點，并逐步向數字化工廠目標邁進。

1 生產信息化系統建設意義和目標

項目的意義在于，通過MES 系統的建設，將打通生產現場過程控制層與企業運營管理層，促進生產過程系統與企業運營系統間信息流動的自動化。逐步積累企業生產過程、質量、成本等數據信息，連接企業產品設計數據、產品維修數據等，形成企業生產和產品大數據資源，通過對數據的分析利用，提升企業生產制造的網絡化、數字化、智能化水平，逐步實現智能制造。

項目的總體目標在于建立適用于五菱工業公司的生產信息化平臺，保證從接收客戶計劃，分解客戶計劃，數字化輔助排產，生產執行以及完工進程完全可控。具體目標：實現生產過程信息自動采集和跟蹤，提高生產執行效率；以數字化輔助排產為核心，優化車橋廠生產計劃與排產模型，支撐多產線協同排產，并實現系統化應用；建立面向車間現場、 工廠級以及公司級的生產運行移動監控中心，支持各類運行問題預警，提升與生產相關的跨部門業務協同管理效率。

2 生產信息化系統解決方案

系統整體分為兩大部分，如圖1 所示。

圖1 系統架構圖Fig.1 System architecture diagram

車間設備、庫存、質量檢測等數據采集。主要完成各車間或工段中關鍵設備狀態、 運行參數數據，以及各半成品、成品上下線和庫存數據、返修區數量，以及按燈、質量檢測數據等。數據完成采集后，實時傳送到MES 中心數據庫中[2]。

MES 系統。在MES 中心提供生產計劃排程、設備管理、質量管理、生產報表管理等核心功能服務。通過MES 客戶端，向各生產部門、職能部門推送所需數據和可視化界面。

2.1 計劃排產模塊

計劃排產模塊設計如圖2 所示。接收上游的生產計劃，并可以根據交貨期、產能、生產線生產規則、設備狀態等屬性進行排產，同時提供相應的調整功能[3]。

APS 系統客戶需求轉化模塊從FTP 讀取客戶需求信息，通過需求轉化模塊轉化為生產計劃；從MES 系統讀取產品產量數據；從WOMS 物流作業系統讀取物流物料、產品、半產品庫存信息。此外，系統物料需求計算模塊將物料需求計算結果發送至WOMS 系統；將排產結果推送至MES 系統。計劃排產模塊信息流如圖3 所示。

圖2 計劃排產架構圖Fig.2 Planned production architecture diagram

圖3 APS 信息流圖Fig.3 Planned production information flow diagram

2.2 進度管理模塊

進度管理是生產制造層的重要組成部分，其主要包含的功能有如下幾點：

產線完工信息實時更新： 通過實時采集機器人、觸控機床、PLC、掃碼槍、第三方系統等底層數據，實時更新產線的完工信息；通過滿框物料標簽一鍵生成功能，自動拉動完工質檢業務與物流實時掃碼入庫；通過產線旁客制化的電子看板還可及時反饋停線按燈信息，并由系統自動推送至相關業務部門。

廠級、車間級進度看板：實時更新計劃任務的完成情況，通過理論JPH 與實際JPH 管理進度的超前滯后；實時顯示各產線狀態以及推送過來的異常信息，協同各業務部門及時解決。

物料實時需求自動拉動：根據任務的完工情況與物料庫存，間隔10 分鐘計算未來1 小時（T+1）、4 小時的物料需求，實時推送至物流作業系統。

生產過程數據記錄，全景分析與輔助決策。

2.3 集成設計

集成設計主要分兩部分，一是梳理清楚各信息化系統間的業務關系與邏輯關系，二是選用適合五菱汽車工業自身的系統集成接口。生產信息化系統的集成方案如圖4所示。

（1）生產信息化系統定位于制造執行環節，主要負責生產計劃的安排，在進行APS業務時，需要與ERP 交互，獲取庫存與制造BOM 等基礎信息；

圖4 系統集成設計圖Fig.4 System interaction scheme diagram

（2）生產環節，生產信息化系統與物流作業系統聯動，管理物料的消耗、入庫與配送，使工廠的物料配送得到保障；

（3）物流作業系統與ERP 交互，完成料賬與生產訂單信息的過賬與同步，確保賬實一致，成本可控；

（4）監控層，生產信息化系統與SCADA 系統或第三方控制平臺對接，收集設備完工信息，實時更新生產進度。

常用的有3 種接口集成方式，即封裝調用集成、中間對象集成、直接集成模式。鑒于五菱汽車工業生產信息化平臺的規模度以及對可靠性的要求，我們采用封裝調用集成模式。

ESB 發布http（json）接口，生產信息化系統調用此接口，發送請求業務數據到ESB，ESB 再調用ERP 或物流作業系統的web service 接口。ERP 或物流作業系統返回業務數據給ESB，ESB 再推送業務數據到生產信息化系統。接口采用異步模式。

2.4 性能設計

系統的性能設計關系到系統的長久高效、穩定運行，既要考慮近期的建設規模，也要預見將來的系統擴充；既要運行成本，也要考慮數據訪問峰值的均衡負載。基于此，原則上采用“分”的設計策略：

（1）按業務分：

在業務層面上，可以考慮把系統拆分成子系統。子系統相對獨立并協調合作。自然我們可以考慮SOA。這里并不強調SOA 的概念，核心強調的是業務的分拆。如果子系統可以單獨擴展，這樣在遇到瓶頸是就可以對相應的子系統進行擴展。這樣子系統從數據庫，持久層，業務層，服務提供層都相對獨立開來。

再進一步考慮服務的部署。同樣要考慮各部件的邏輯獨立性。要清楚劃分邊界，Web 服務器，應用服務器，數據庫服務器，文件服務器，消息中間件……要盡量保證各組件的界地。這樣也是為了擴展的靈活，可以在相應服務出現瓶頸時單獨擴展。

（2）按流量分（負載均衡）

負載均衡的概念比較廣，這里主要生產數據上傳的分流設計，針對不同工段，由于其數字化與自動化程度不同，因此實時上傳的數據量會出現成倍的區別，為避免局部區域數據上傳造成的堵塞，采用分布式的部署策略，即對數據量比較大的加工中心單獨設置數據采集引擎，在服務端配置足夠的線程處理峰值數據的處理。

（3）冗余和災備

對于一個生產制造企業級的信息化系統，7*24連續不間斷運行是基本保證，停線的損失更是以分鐘考核，因此災備設計的重要性不言而喻。磁盤陣列： 對整個系統的數據按照實時性與安全性分級，采用不同的RAID 級別，對監控數據采用RAID 0+1級別，對關鍵業務數據采用RAID 1 以上的級別；數據冗余： 需信息化平臺提供完善的雙機熱備方案，可以實時做到無擾動切換，確保生產業務的連續運行與數據的穩定。

3 系統建設收益

系統上線以來，主要為工業公司帶來如下收益：計劃翻譯模塊實現了流程優化，翻譯效率的10倍以上提升，并自動響應4 大市場訂單，形成標準化的計劃翻譯策略；計劃排產模塊將由人工排產2～4 h 的耗時，優化為由APS 僅需10～20 min，標準化排產邏輯+精細化的排產粒度，大大降低了傳統工廠對經驗豐富計劃員的依賴程度，并加強了計劃的控制與響應能力；依據數據實時自動采集與信息集成，整體提升了工廠的物流配送效率，實現零庫存、零等待；將依靠電話、郵件傳達的生產監控模式轉為進度看板、停線按燈、移動端結合的實時監控模式；將傳統的單靠人工每班報產，優化為以數字化設備自動實時報工為主的高效率模式。

4 結語

MES 制造執行系統成功實施的最終目的是實現智能制造，其中物聯網建設及數據的采集、分析、推送對企業的智能決策至關重要，MES 的上馬不能一蹴而就，要在對企業現狀及行業發展趨勢、智能制造技術進行充分而詳實的調研基礎上循序漸近、量力而行，切忌大而空和直接嫁接或剽竊其它企業成果，要做到有所為而有所不為，MES 實施必須量身定做、量體裁衣，適合的才是最好的，一點心得與大家分享探討。

整體規劃，分步實施。要建立一個靈活度高、可擴展性強、集成性良好和適合公司未來發展的網絡拓撲總體架構。任何方案的制定都存在由粗到細的漸近過程，MES 實施前期也不可能面面俱到，整體規劃的同時要聚焦試點項目的開展，隨著項目的深耕細作和對MES 的深入理解，可以對未實施項目進行糾偏和不斷完善，因此MES 項目一定要分步實施、穩步推進。

切忌過分依賴MES 實施商。企業的管理難點、痛點和實際需求唯有自身清楚，不同行業或處于同一行業的不同企業都有可能大相徑庭，況且不同公司的企業文化和管理理念都存在明顯的差異，無實施目標、無指導思想、無匹配框架的MES 方案是空虛的、乏力的，也不會有可借鑒的實質性內容。企業在要求MES 開發商出具技術方案時，應有所導向和聚焦，使其在限定的框架范圍內“精工細作，不能天馬行空任其發揮。MES 開發商可能接觸的案例或業績較多，但在企業具體運作和實際需求上不甚了解，難免會在企業診斷層面出現“張冠李戴”現象，從而影響MES 的落地執行， 因此在MES 開發商引導過程中一定要嚴格把控是否與自身企業相適應。

業務部門融合很重要。網絡架構、服務器及網絡建設、 軟件開發與集成是∏部門的專項，IT 部門需提供強有力的盾支持與基礎保障。但真正的將MES 落地，并使其功能發揮最佳，各業務需求部門（研發、工藝質量、設備、車間）必須主導并且要深度融合，包括成立MES 聯合推進項目部，同時應由熟悉車間工藝流程、作業內容、質控空要求、計劃安排的部門擔綱。