MES系統在客車涂裝中的應用研究

吉學剛 申子正

摘 要：實施智能制造是驅動企業未來健康發展和滿足產品定制化、個性化、柔性化需求的重要舉措，自動化與信息化的深入融合將促進人員、設備、物料間的互聯互通、高效協作，發揮各生產單元間的快速響應與聯動能力。文章以客車涂裝生產線的智能化升級（MES系統導入）為主要闡述內容，突出生產線的數字化與智能化，進而展示MES在涂裝車間的主要功能。

關鍵詞：智能制造;工業4.0;MES;客車涂裝

中圖分類號：U445 ?文獻標識碼：B ?文章編號：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

客車產品已經成為當今問之無愧的民族品牌與中國名片，全球產銷規模與市場占有率有目共睹。客車屬于多品種、小批量的定制化產品，產品制作受人工依賴程度高，是典型的勞動力密集型企業。中國人口紅利目前消失殆盡，社會普遍面臨人工老齡化，制造企業存在用工不足且熟練技能工短缺，同時產品質量提升后勁不足，因此推行智能化生產成為驅動企業創新與發展的必由之路。

MES制造執行系統是數字化工廠的重要組成部分，是現代企業競相導入的重點核心工程，尤其在工業4.0、互聯網+、中國制造2025政策的大力引導和強勁驅動下，目前MES系統的需求也幾乎呈全面爆發之勢。

1 MES工程系統介紹

1.1 MES系統主要功用

在實現基礎數據與業務數據在多系統中實時交互傳遞的同時，采用一定的技術手段通過對海量數據的實時調用/采集與分析/評判，生成有指導和追溯價值的電子報表或信息，并將相關內容及時、精準推送至電子看板、工位電腦、移動APP等終端，促進過程透視化、流程標準化、管理精細化、決策智能化，進而提高信息傳遞效率及發揮數據流的最大功效，確保作業協同性和目標一致性，使生產效率與資源利用率得到有效提高，同時大幅降低生產運營成本和產品不良率。

1.2 MES系統實施現狀

MES起源于上世紀90年代，美國的CAMSTAR公司是最早從事MES開發的技術領先型企業，但于2014年被德國西門子公司收購。全球涉足較早且性能相對較穩定的MES平臺主要包括西門子SIEMENS、通用GE、霍尼韋爾HONE -YWELL、羅克韋爾ROCKWELL等品牌，國內從事MES開發的公司多具有自動化、傳感識別、電子信息、計算機與軟件開發等業績背景。國外的MES平臺一般應用于管理相對規范、標準化程度相對較高的流程型制造企業，若嫁接于國內企業尤其應用于離散型行業可能會出現“水土不服”、“英雄無用武之地”的局面，導致項目實施效果欠佳或二次開發工作量過大，最終可能落得個項目流產或面目全非的“掛羊頭賣狗肉”怪像。然而，為數眾多的國內開發商在國家政策利好的誘導下，近年來對MES項目趨之若鶩，當然不排除盲目跟風和概念炒作的嫌疑，因此也就難免不存在魚目混珠、良莠不齊的現象，況且目前國內也尚未形成具有霸主地位的MES開發企業，多數企業業績零星、分散。不同行業和處于同一行業的不同企業受產品特點、生產組織方式、管理水平、甚至企業文化的差異影響而對MES的功能需求存在較大的個性化，即使采用成熟穩定的平臺也需進行較多的二次開發，因此MES系統必須根據企業實際情況量身定做，做到有所為而有所不為，適合的才是最好的。

1.3 MES項目推進整體要求

MES工程涉及設備升級聯網、軟件開發與集成、數據調用與采集、信息加工與推送終端布置等內容，以確保信息的互聯互通、共享共用，全面提高人、機、料、法、環的高度協同性，其中MES軟件開發必須根據公司情況及業務部門實際需求進行有的放矢的針對性開發，必須要強調項目“落地”執行。MES是智能制造項目中系統性、關聯性、科學性強的核心重點工程，不僅高層領導要親自抓辦，而且要匯聚工藝、生產、設備、IT等多部門精銳力量進行聯合攻關和一體化推進，同時要做到分工明確、權責清晰、計劃嚴謹，任何部門的“單打獨斗”都不會使項目最終落地開花，如圖1。

2 公司級MES主要功能模塊

2.1 計劃管理模塊

融合APS高級計劃與排程系統，平衡物料、設備、工位、人員、節拍等制約資源，合理規劃投入時間與順序，并且根據系統中的實時生產數據變化和事件做出響應，對生產計劃進行實時動態調整，減少因資源匹配性差而出現呆工、堵線等生產異常，進而提高生產執行效率。

2.2 物料管理模塊

融合WMS、MDS等系統，根據訂單排產計劃和產品各階段制作周期，及時制定物料采購及配送計劃，并將信息自動發送至供應商或配送中心的網絡客戶端和移動APP，做到信息覆蓋無死角、傳遞無紕漏;同時對物料進行條碼識別與追蹤，做到物料可分揀、可追溯、可糾錯，并且配合應用AGV輸送系統，實現部分物料的精準、智能配送。

2.3 設備管理模塊

建立設備與信息管理系統的高速連接，對設備運行數據（狀態、時間、能耗、產量等）進行實時采集與監控，同時可實現工藝參數直接下發至自動化設備，減少人為介入的不確定性，為智能決策提供基礎保障。同時引入設備的全生命周期管理，對設備的購置、運行、維護、報廢等環節進行全程跟蹤與指導，提高設備使用壽命與綜合利用率。

2.4 過程管理模塊

融合條碼、RFID等技術手段，對車輛生產進度進行準確跟蹤，同時綜合物料、工藝、設備、質量、人員等信息，形成涵蓋物料、工藝路線、設備數據、質量數據等信息在內的整車生產檔案，并且相關信息可在具有二維或三維產線布置圖的電子看板中進行同步映射，以提高信息傳遞效率和異常問題的快速響應能力，促進生產過程的透明化、可視化。

2.5 工藝管理模塊

融合基于CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM的模塊化產品設計，推行產品虛擬仿真裝配技術，提高產品數字化設計水平，并且有利于提高同步工程中工藝審查的全面性和提前發現并規避產品存在的潛在問題，同時可以制作標準化、可視化強的工藝指導性文件并發布到生產現場。另外，通過采集影響產品質量的關鍵工藝過程控制參數，并對變化趨勢進行不間斷監控和多維度分析，及時提供指標偏離預警信息，全面提升工藝管理水平。

2.6 質量管理模塊

以自動采集或人工簡潔方式錄入為主導，實現整車在生產過程中的質量溯源和問題統計報告等功能。并且配合Andon安東系統和電子看板，將質量問題直接推送至責任方，促進質量問題的閉環、快速解決。

2.7 人員管理模塊

精細化管控人員技能，實現技能與崗位的一致性綁定，并且可實現質量問題的責任判定與追溯。

3 公司級MES整體推進思路

MES項目涉及組織架構、管理水平、制造能力、企業文化等諸多環節，其構成復雜、系統性強、風險性高、協調難度大，本著穩妥審慎的推進原則，要由點及面、分步推進。MES項目應根據不同公司的實際發展情況，應把握“著眼整體、推行試點、先易后難、穩步推進“的實施方針，待具備一定階段效果后再擴展至其它車間，公司級MES整體推進思路如下（圖2）：

選擇涂裝車間為MES試點主要基于以下理由：設備自動化和集成度相對較高，具備現場數據采集的基本條件;工藝流程及物料通用化程度高，實施難度小;對現有信息管理系統的依賴程度較弱，可以快速推行。

4 涂裝車間MES實施主要內容

涂裝車間以制造過程的“透明化、可視化、可追溯”為導入原則，突出問題牽引導向，通過信息采集、數據分析、看板展示等技術手段，及時暴露生產管理過程中存在的短板、不足和浪費，從而達到提質增效、節能降耗的最終目的。基于以上需求，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載碼體與大循環撬、電泳撬相連接，設置部位應確保涂裝過程中不易遭受污染且信息讀寫方便，其中電泳撬載碼體應耐200℃以上高溫和能夠承受電泳線酸堿液侵蝕。數據與ERP、PLM系統自動關聯;同時在換撬工位設置2個載碼體信息（清除/寫入）切換點，平移車位置設RFID讀寫頭。可以依據車輛的流向、隊列、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）、設備運行狀態在車間布局圖中應同步映射，但當車體占位異常超時（時間可設置），應突出顯示，以便引導及時處理相關異常。

（2）車輛跨平移車轉序可實現完工自動呼叫與調度，并且可依據設定條件自動流轉。

4.2 采集工藝信息

（1）對工藝參數的變化趨勢進行直觀分析，當接近極限值或超出工藝控制范圍時，提供警報信息并自動推送至相關責任人郵箱或手機終端。

（2）支持工藝方案及作業指導書下發和更新，自動讀取PLM中訂單技術/工藝通知和ERP中的BOM物料信息，支持工位級電腦便捷檢索與查詢等功能。

（3）訂單技術/工藝通知在車輛抵達相應工位時在工位級電子看板中自動推送并切屏循環播放，如圖4。

4.3 采集質量信息

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

（2）在質量轉序點設置檢驗典型問題錄入工作站，問題點以選擇為主，視不同問題可選擇本工序處理、下工序處理和讓步接收等選項，但問題處理完畢，必須由操作者進行封閉，并且信息的錄入和讀取必須簡單、便捷。

（3）膜厚、光澤、DOI等涂膜數據按一定規則測量后可支持無線自動上傳和手工導入兩種方式與MES系統相連接，并且具備不同門類油漆涂膜數據的統計分析、對比評判等功能。

（4）在鈑金車進口、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圖（側面+前圍），以便追溯車輛的原始狀態。