晶體硅太陽電池生產中的ERP系統及MES搭建

姚 劍，李 晶， 陳太友

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

0 引言

經過十幾年的發展，光伏產業已成為我國為數不多的可以同步參與國際競爭，并有望達到國際領先水平的戰略性新興產業，其也已成為我國產業經濟發展的一張嶄新名片和推動我國能源變革的重要引擎[1]。

從產業基礎來看，目前我國光伏產業在制造業規模、產業化技術水平、應用市場拓展、產業體系建設等方面均位居世界前列，已具備向智能光伏邁進的堅實基礎。因此，2018年4月11日，工業和信息化部等國家六部委聯合印發了《智能光伏產業發展行動計劃(2018～2020年)》[2](以下簡稱《行動計劃》)。該文件明確要求企業要深入實施《中國制造2025》[3]，以構建智能光伏產業生態體系為目標，進一步加快提升光伏產業的智能制造水平，推動互聯網、大數據、人工智能與光伏產業的深度融合。

鎮江大全太陽能有限公司(以下簡稱“鎮江太陽能”)作為一家產能規模較小且仍以制備普通多晶硅太陽電池為主的光伏企業，為保障企業的生存，必須采用更高效、更精益的生產運營方式。本文闡述了該公司為了契合晶體硅太陽電池生產業務的主流程，以原有設備為基礎，采用“以產定銷”的生產模式，搭建了企業資源計劃(Enterprise Resource Planning，ERP)系統與制造執行系統 (Manufactory Execution System，MES)無縫對接的系統，實現了生產線的智能化生產、數字化運營，如此既符合《行動計劃》的要求，也符合企業內部創新發展的需求。

1 總體系統的設計

ERP系統是指建立在信息技術基礎上，以系統化的管理思想，為企業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車間執行層的生產信息化管理系統，其可以為企業提供包括制造數據管理、計劃排產管理、生產調度管理、庫存管理、質量管理、人力資源管理、工作中心/設備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理等在內的管理模塊，可為企業打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協同管理平臺[5]。

目前許多光伏企業的ERP系統與MES尚未實現有效互通，各自以獨立的形式存在，系統中的數據通過手工/離線報表的形式進行對接。鎮江太陽能的ERP系統及MES在搭建之初，就明確要求2個系統必須實現完全互聯，ERP系統負責實現整個公司的物料管理及財務運營數據管理，MES負責太陽電池生產全過程的管理。最后，公司確定了以“以產定銷”作為生產模式，ERP系統選用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系統與MES的總體系統方案如圖1所示。該系統方案包括3條主線，分別為月度生產主計劃、基于生產主計劃的采購計劃，以及與產能匹配的銷售訂單計劃。

2 系統方案的實施

總體系統搭建完成后，需要完成各業務流程的站點設計及對應站點的具體業務要求。而為了完成具體站點的業務，必須先搭建業務的基礎數據單元，如生產工單號、原材料物料編碼、成品物料編碼、生產批次號、銷售訂單號等。

1)生產工單號設計。晶體硅太陽電池的生產模式屬于批量、規模化生產，產品類型單一。由于鎮江太陽能的產能規模較小，因此在生產工單號設計時以月度為單位進行工單號下達，同時系統自動下達當月的工單總量及當月的日產出計劃。

2)原材料物料編碼。鎮江太陽能的物料編碼規則與其他生產型企業相比并無顯著差異，規則為：按照集團規范，通過編碼生成器創建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。

但公司會對高價值及與產品性能直接相關的關鍵物料，如硅片、漿料、網版等，進行供應商或批次方面的管理。具體規則為：①硅片：不同規格型號的硅片建立不同的物料編碼，并啟用固定批次管理，區分來料供應商。②漿料：不同規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網板：不同規格型號、不同供應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位編碼規則，統一地將前4位編碼作為產品物料清單(BOM)需求，可實現簡化管理；后6位流水碼涵蓋晶體硅太陽電池外觀圖形、效率、質量等級及顏色等屬性。此外，由于電池屬于光伏產品的核心器件，產品的質量追溯非常重要，因此，通過在MES中進一步建立中箱條碼，來實現對產品生產過程質量的追溯。成品物料編碼管理及分級批次管理方案如圖3所示。

該方案的要點為：成品中正電極圖形/硅片類型發生變化時，使用不同的物料編碼，按照電池效率、質量等級、顏色設置ERP的固定批次，用于成品庫存管理；在此基礎上，MES中增加流水號(年月日+流水碼)，實理批次追蹤。價值體現在：通過物料號的集中簡化產品BOM管理，解決產出成品功率、質量等級等不確定的實際問題；同時滿足對庫存分功率、質量等級的管理，滿足發貨、結算的業務需求。

4)生產批次號。生產批次號的生成在MES中實現。電池生產過程中將月度生產工單拆分形成日工單，日工單進一步拆分成以500片為單位的生產批次。生產工單直接綁定對應的工藝路線和機臺范圍，構成工單的生產批次。在批次加工流轉過程中會詳細記錄每個生產站點的加工信息，包括加工時間、加工設備代碼、操作員工工號、質量檢驗數據等。

5)銷售訂單號。一般情況下，一個銷售訂單號對應一個銷售合同。銷售訂單的信息主要包括客戶信息、客戶對產品的質量要求、訂單對應的電池功率范圍、訂單體量等。

完成以上基礎數據單元的規則設定后，需將實際業務過程在ERP系統及MES中予以完整實現。這一步工作除了是為明確每個站點的工作要點外，更是為了實現車間的整體智能化管理，包括員工管理、機臺管理、工藝管理、質量管理等。

由于ERP系統在制造行業間的差異相對較小，因此本文側重于介紹鎮江太陽能在生產晶體硅太陽電池時，MES各站點的具體業務要求及其與ERP系統的對接方式，具體如表1所示。

表1 生產環節中MES各站點的業務內容Table 1 Business content of each MES station in the production link

3 系統實際效果展示

完成系統搭建后，工廠業務的實際運行效果是判定系統搭建是否有效的唯一依據；而系統操作的便捷性、界面友好性等是進一步判定系統是否優秀甚至卓越的額外判定維度。本文僅以月度生產主計劃來展示系統的實際運行效果。

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

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

3)生產報工及入庫管理。完成電池的批次生產及檢驗后，就需要進行電池的報工及入庫。由于同一生產批次的電池會被歸入到不同的效率、顏色甚至質量等級中，因此在進行生產報工管理時，電池的報工入庫不再是以500片為單位，而是以同顏色、同質量等級、同效率檔的120片為最小單位，并在此基礎上進一步形成箱包簽、托盤標簽等。圖6為電池報工入庫情況。

4)報表展示。對于數字化運營，僅控制產品的生產過程是不夠的，報表的有效輸出是進一步肯定系統能力的重要依據。圖7～圖9分別為鎮江太陽能的生產日運營報表、質量統計過程控制報表，以及車間設備機臺狀態。

圖7中生產日運營報表清晰展示了公司每日、每周、每月的工作輸出，包括電池產量、效率水平、良率等一系列數據，通過數據對比，可有效挖掘生產潛能。

圖8中質量統計過程控制報表則通過統計數據，引導團隊進行針對性的工藝改善，促進質量水平的提升。

圖9中設備狀態報表一方面利于設備工程師對設備故障快速響應，另一方面也可通過對設備異常信息匯總，針對性地保養優化設備，改善設備的稼動率。

隨著公司生產潛能的挖掘、質量水平的提升、及設備稼動率的改善，公司產品的市場競爭力也必將得到顯著提升。

4 結論

本文中鎮江太陽能以原有設備硬件為基礎，以“以產定銷”模式作為該公司的生產運營模式，有效實現了ERP系統與MES無縫對接的智能化生產、數字化運營系統的搭建。在產品物料編碼設定中，統一采用11位編碼規則，以前4位編碼作為產品的BOM需求，后6位流水碼涵蓋產品的外觀、質量、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目中SAP軟件及MES在開發及應用推廣中提供的專業支持。