談汽車線束制造數字化推進與實施

郭雅萍， 張震華， 張書建， 楊三軍， 閆亮亮， 牛鵬浩

（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 前言

汽車線束制造執行系統（HMES，Harness Manufacturing Execution System），是汽車線束制造車間的信息化管理系統，HMES系統對線束制造車間內的各種資源進行統一的分配和管理及數據采集和匯總，最終實現汽車線束生產制造的無紙化、數字化，進一步實現汽車線束的智能制造。HMES系統的推進和實施是汽車線束制造技術及制造工藝的一次革新，也是突破傳統線束制造技術和制造工藝的必由之路。

汽車線束是連接汽車各功能電器的電力和控制信號的主要網絡載體，對汽車的安全性、舒適性、可靠性起著重要的作用。眾所周知，汽車線束制造是典型的離散型生產制造，汽車線束制造的自動化、信息化主要集中在前工序，后工序的汽車線束總裝配、檢測、包裝主要還是靠大量的人員手工作業完成。隨著汽車線束制造工藝的不斷提升，傳統的線束制造已經滿足不了當前線束制造的實際需求，很有必要引入汽車線束制造的信息化、數字化管理系統。特別是當前，生產制造的自動化、數字化、智能化的熱潮高漲，有些線束制造企業的管理者或許并不清楚推進和實施汽車線束制造數字化系統 （HMES） 是要具備一定的客觀條件的，盲目地在汽車線束制造車間推進數字化系統很有可能成為企業的累贅，投入高額的資金和設備，產生的效益回報卻很低。不少汽車線束制造企業在推進和實施HMES系統的過程中，由于對自身企業現狀、生產特點、信息化程度的調研和評估的不足，導致出現一些短時間內難以解決的問題，不可避免地出現一些信息孤島，嚴重影響HMES系統在線束制造中的應用，甚至成為線束制造企業的枷鎖。本文從IT管理、生產管理、物流管理、IE等角度對汽車線束企業HMES系統的推進條件和實施方案進行闡述，最大限度地保證汽車線束制造HMES系統的順利推進與實施，切實有效地實現汽車線束制造技術和制造工藝的提升。

2 汽車線束企業推進和實施HMES應具備的基本條件

對汽車線束HMES系統的推進和實施條件，不僅僅要圍繞5M1E （人力資源、機器設備資源、物料資源、制造工藝方法、生產環境、檢測測量） 這6個方面進行分析和評估，還要綜合考慮企業的IT信息管理程度和企業ERP/MRP管理系統的應用情況進行綜合分析和評估。

2.1 線束制造企業工廠的人力資源分析

首先要對生產制造部門的管理人員、班組長的信息化能力水平進行評估，生產管理人員要具備基本的計算機軟件操作能力，對信息化、數字化管理有一定的認知和管理意識。其次對一線不同工序的操作人員進行技能等級劃分，并結合工人的知識文化程度進行合理分配角色。

2.2 線束制造企業對設備管理現狀進分析

汽車線束企業的自動化程度較高的設備主要集中在前工序，通常包括：全自動下線壓接機、半自動下線機、半自動壓接機、絞線機、超聲波焊接機、烤管機、包口機、半自動穿栓機、屏蔽線剝頭機、蓄電池線剝頭機、旋剝機、剝打穿一體機、拉力試驗機等設備。不同的線束企業還購置一些具有多工序合并的自動化線束設備，因此，一定要結合汽車線束制造工藝流程的排布、制造設備的情況，確定是否上數字化模塊。

對于全自動下線壓接機、半自動下線機、剝頭機、超聲波焊接機、包口機、烤管機，一定要結合數字化系統的設備管理模塊，定義機器設備能力、單班產能等基礎數據。比如：全自動下線壓接機必須按照型號、功能定義各自的設備能力、裁線線徑范圍、裁線長度范圍、能否穿防水栓、安裝壓接模具類型、壓接端子類型等參數。

1） 全自動下線壓接機ACM是否支持和HMES數據交互，是否支持開機時間、壓接次數系統等數據的上傳的功能。

2） 對半自動壓接機要定義壓接端子類型、單班壓接能力、壓接線徑范圍、機器性能能力等信息。

3） 半自動壓接及是否具有數據輸出功能，是否支持參數、工藝文件存儲、壓機參數記錄等數據采集與交互功能。

4） 對絞線機要設定絞線長度范圍、單班生產能力、絞線線徑范圍、機器性能等信息。

5） 所有的壓接模具要有唯一的編號，所有的端子要有對應的壓接模具編號。

6） 所有端子要有對應的線徑、線型、防水栓壓接參數標準。

7） 所有的大線徑端子壓接要定義有刀片組合和組合ID。

8） 所有的模具刀片、備件要有唯一的物料號、存儲位置、庫存數量、安全庫存數量定義。

9） 機器設備、模具保養計劃、保養內容是否建立。

在HMES系統中對每臺（類型） 設備能力信息數據的讀取，按照HMES系統的排產規則，進一步實現訂單看板任務的自動分配，實現工藝文件導入后系統自動分配機位，實現虛擬訂單的仿真模擬生產等。

2.3 線束制造企業的物料管理分析

汽車線束企業的物料管理是否進入信息化系統，企業的所有汽車線束原材料、包裝輔助材料等有沒有唯一的物料編號，物料的編號規則是否按照不同的類別進行定義。線束企業的物料編號是否有專人進行管理、維護、新增、凍結、廢棄管理等。

1） 所有的物料要有庫存信息、庫位信息、單位信息要統一和固定不變。

2） 參數相同物料、不同供應商的要分開管理，每一種物料都有唯一的物料號，互相代用的物料要有對應清單和代用規則。

2.4 汽車線束企業工程工藝設計標準分析

汽車線束制造工藝文件的標準化，包括：切線壓接工藝文件的格式、符號、物料編碼、備注信息等，工廠內各個項目的工藝文件要保持標準格式輸出，切線壓接工藝文件中所設計的物料必須采用物料編號顯示，備注信息內容、字體格式要統一。

1） 綁線、抽盤輔助工藝、多線加工工藝由切線工藝文件自動生成，或是可以批量導入MES系統。

2） 手工穿栓、穿管工藝是否有標準工時。

3） 反沖、屏蔽線多線加工工藝文件的標準化。

4） 各工序、操作的標準工時數據表是否完善。

5） 自帶線、特種導線、端子的加工工藝、圖紙等。

2.5 汽車線束制造車間環境的需求分析

汽車線束數字化和信息化的推進，所涉及的環境是指企業的IT信息管理、網絡鋪設規劃、信息化人員的技能水平等。

1） 企業IT人員的技能水平，能夠完成基本的系統維護、網絡維護、計算機故障排除、系統異常分析上報等。

2） 車間環境內連接各設備HMES終端的網絡鋪設能夠電磁屏蔽，強電、弱電分離排布。

3） 車間無線網絡設備的布局是否合理。

4） 車間的倉庫、物料運輸、周轉路線、整體布局是否合理。

5） 車間各工序機器設備排列是否集中排列、分散排列。

2.6 測量工具、測量方法是否具備數字化

汽車線束制造過程中的測量工具主要包括卷尺、千分尺、游標卡尺、拉力測量儀、電子放大鏡、導通檢測臺、卡釘檢測臺、影像檢測臺、繼電器熔斷片性能檢測臺等。

1） 卷尺通常用來測量半成品導線的裁線長度、成品線束的主干、分支長度、卡扣位置等，測量精度是1mm。

2） 游標卡尺通常用來測量導線的剝頭長度，測量精度0.1mm、0.05mm、0.02mm 3個精度等級，通常選用支持數據輸出功能的數顯卡尺作為數字化系統的檢測數據輸入工具，測量精度0.02mm。

3） 千分尺是汽車線束制造過程中的主要測量工具，通常選用支持數據輸出功能的數顯千分尺作為數字化系統的數據輸入測量工具，測量精度0.002mm。通常用來測量端子壓接高度和寬度參數，是線束制造行業內比較重要的一種測量工具。

4） 拉力測量儀主要用來測量端子拉脫力的一種測量工具，如果要推進實施HMES系統，優選支持拉力數據輸出的數字式拉力測量儀，測量精度±1%。

5） 電子放大鏡主要用來放大目測端子壓接外觀、導線剝頭外觀，能夠發現導線銅絲是否切斷、切傷等不良品。電子放大鏡通常用來捕捉截取端子放大、剝頭不良的圖片或視頻進行保留。

6） 導通測試臺主要是用來測量流水線裝配完畢下線的線束回路是否出現短路、斷路、錯位等不良情況，是汽車線束檢測的重要設備。汽車線束裝箱前，必須進行100%導通檢測并合格。通常情況下，HMES系統如果應用在汽車線束后工序的加工制造，導通檢測臺的計算機系統軟件必須提供數據輸接口，HMES讀取汽車線束導通檢測過程的不良及合格的相關數據，進入HMES系統進行保存和追溯。

7） 卡釘檢測臺主要是用來檢測汽車線束上的卡扣是否漏裝、錯裝的一種檢測設備，必要時，卡釘檢測臺也要提供數據輸出接口，HMES數字化系統對相關數據進行讀取和記錄，便于追溯和防錯。

8） 影像檢測臺主要是用來對汽車線束熔斷絲盒中的熔斷片、繼電器進行拍照掃描檢查的一種檢測設備，通過預設圖像和檢測圖像進行對比判定符合性的一種設備，檢測熔斷絲盒繼電器、熔斷片是否錯裝、漏裝的一種檢測設備，影像檢測的計算機系統會記錄檢測數據。

9） 繼電器熔斷片性能檢測臺是在線束附件安裝完畢，對線束的繼電器、熔斷片性能可靠性檢測的一種設備。

2.7 汽車線束制造企業推進HMES數字化

執行系統前，一定要圍繞以上6個方面進行綜合評測和評估，判定哪些因素符合并具備HMES系統推進的必要條件，哪些因素可以后期逐步完善，HMES系統所要管控的界限和所需的功能模塊。因此，汽車線束制造企業在推進汽車線束制造數字化系統之前，必須做好充分的自我評估，才能確保后期數字化系統的成功應用和順利實施。

3 汽車線束數字化系統的外部環境模型與核心功能模塊

汽車線束制造HMES系統是否能成功推進和實施，和企業的整體外部環境有著重大的關系，企業內的數據信息流的暢通是數字化系統順利運行的先決條件，否則，數字化系統在應用過程中將出現信息孤島，不但不能為線束汽車制造提供技術和管理的提升，反而會成為汽車線束制造管理的桎梏和枷鎖。

通常情況下，企業內的信息化系統包括：ERP企業資源管理系統、PLM產品生命周期管理系統、SCM供應鏈管理系統、SSM銷售管理系統、P&E產品與工藝管理系統、PCS過程控制系統、人事管理系統等。從HMES制造執行系統同企業其他信息系統的外部環境功能模型和所處的角色位置［1］可知，MES系統不是企業管理系統的中心，但是MES系統如果能與相關管理系統進行數據互通，讀取MES系統所必須的各種數據，那么MES系統的運行和使用會更加高效和流暢。MES外部系統環境模型如圖1所示。

圖1 MES外部環境模型

3.1 汽車線束制造HMES系統的功能模塊推進

汽車線束制造HMES系統模塊通常包括：基礎數據模塊、人員管理模塊、生產訂單計劃模塊、工藝數據模塊、訂單任務排產模塊、工序作業顯示模塊、品質檢驗模塊、模具及設備管理模塊、物料管理及配送模塊、報表模塊、物料追蹤模塊、車間監控管理，涵蓋了汽車線束制造車間現場管理等多個方面。不同的線束制造企業，可能會開發一些企業特殊需求的功能模塊融入到HMES系統中，從而打造出各具特色的HMES系統。HMES系統功能模塊簡圖如圖2所示。

3.2 汽車線束制造HMES系統功能模塊的推進順序

不同的線束企業的工藝文件格式、制造模式、排產方式、人員管理、工時統計等略有差異，但是汽車線束制造的總體流程不變，基本上都是沿著：切線壓接工序、輔助工序、半自動壓接工序、多線壓接工序、預裝配工序、總裝配工序、檢驗工序、包裝工序這個基本流程進行。

圖2 HMES系統功能模塊簡圖

新能源高壓線束的總體生產工序流程基本不變，但是具體到某幾個工序出現操作提前、工序合并等，與低壓汽車線束的制造流程有較大差異，因此，低壓汽車線束的制造HMES制造工藝數據模塊、工序作業顯示模塊等并不能同高壓汽車線束的HMES工藝進行有效合并，需要根據高壓汽車線束的工藝流程進行單獨開發，關于高壓汽車線束的HMES系統的推進與開發將在后期專題闡述。

3.3 汽車線束制造HMES系統推進前的準備工作

企業在確定實施HMES系統之前，除前文所述對HMES的基本條件進行分析評估之外，那么下一步的工作將是對HMES系統推進實施做具體的工作。

通常情況下，汽車線束工藝人員對數字化HMES所需的各種數據文件進行規范化整理，包括物料主文件、工時清單、人員信息清單、切線壓接工藝數據、壓接參數、單線看板清單、多線看板清單、絞合線看板清單、物料BOM、線束工藝BOM等相關數據文件按照HMES系統所要求的格式進行整理，部分企業可能還要改變原有的工藝文件格式。

1） 設備管理部門要準備設備清單、設備類型定義、設備備件清單、模具清單、刀片清單、模具刀片組合列表、模具壓接端子列表、設備性能參數配置表等數據文件。

2） 品質部門要準備品質檢驗規則、檢驗參數公差、檢驗特殊要求等相關品質文件。

3） 生產制造部門要對HMES系統的實施做相關的配合工作，包括數字化硬件的接收、管理、應用、分配等工作，以及員工素質的提升。

4） IT部門要針對HMES系統的實施做車間網絡規劃設計，更重要的是要協調企業相關其它管理系統的數據接口工作，做好其它管理系統的數據與HMES數據打通工作，確保HMES系統的順利運行。

3.4 HMES系統模具設備管理模塊可以優先實施

HMES系統在車間逐步推進過程中，可以對模具設備管理模塊優先實施，可以先完成模具的出入庫管理，模具備件的出入庫管理、設備件的出入庫管理、模具刀片的保養維護管理。模具模塊在車間推進實施的過程中，可以對車間前工序的工人進行初步的培訓，讓車間相關人員逐步了解和使用HMES數字化制造系統，讓相關人員慢慢融入到HMES系統應用氛圍中。

3.5 HMES前工序自動機切線壓接模塊的實施

隨著HMES系統工藝數據模塊、訂單模塊的逐步完善，下一步可以實施前工序的全自動下線壓接模塊，該模塊是HMES系統實施的關鍵一步。HMES數字化系統實現與自動下線壓接機ACM的數據通信，自動加載導線看板參數，系統打印看板條碼標簽；實現端子、導線、防水栓、模具的掃碼物料確認防錯、實現自主檢驗參數的數據自動讀取。HMES系統記錄日產量、作業時間、開機時間、物料消耗數量等基礎數據。

3.6 HMES半自動壓接工序模塊的實施

半自動單線壓接模塊和全自動下線壓接模塊可以同步推進實施，主要實現端子、導線、防水栓、模具的掃碼物料確認防錯、實現自主檢驗參數的數據自動讀取。HMES系統記錄日產量、作業時間、開機時間、物料消耗數量等基礎數據。半自動壓接工序可以采用上工序的看板條碼標簽，不建議再次打印看板條碼標簽。

3.7 HMES多線焊接（壓接） 工序的實施

全自動下線壓接工序和半自動下線壓接工序推進實施后，在多線工藝文件齊備的前提下，開始推進多線焊接（壓接） 工序，該工序主要是確保多線組合焊接 （壓接） 的看板正確性，因此，必須對多線組合工藝的每一個單線看板進行掃碼防錯。同時，HMES系統還應對多步驟操作的多線合線工藝進行排序，確保多個節點多步驟的合線半成品加工的正確性，作業完畢打印合線半成品的看板條碼標簽。必要時，為每一個步驟操作設定作業時間，用于操作工時統計和匯總。

3.8 HMES系統的輔助工序模塊的實施

汽車線束制造的輔助工序通常包括手工穿栓、手工穿管、手工穿橡膠件、綁線、抽盤、屏蔽網的打散、剪網、包網等，如果HMES系統對每一個操作都設計作業界面的話，實施將更加困難，同時延長了半成品的工序周轉流程，浪費人力和物力，同時也導致半成品工序間的堆積。輔助工序是HMES系統推進實施的一個難點，通常情況下，輔助工序不進入HMES系統管理。必要條件下，可以在HMES系統中將輔助工序作為一個加工單元，對多個輔助工序進行工序合并，只記錄作業任務和作業數量統計。

3.9 HMES系統對特殊作業單元模塊的實施

在汽車線束制造過程的特殊加工單元，HMES系統可以在后續的開發中陸續實施，比如屏蔽線加工處理、多芯排線剝打穿一體機等工序。

3.10 HMES系統的總裝配工序模塊的實施

汽車線束流水線裝配模塊應結合企業的實際需求范圍進行推進和實施，包括預裝配工位導線、物料的配送、掃碼、預裝配工序文件的電子化、作業順序的編排、流水線節拍的調整等，推進實施比較繁瑣，HMES系統的投入較高，收益回報率低。

通常情況下HMES系統只對汽車線束流水線卸線后的操作進行管控，對導通檢測、影像檢測、卡釘檢測、繼電器性能檢測、外觀檢測和包裝箱進行HMES系統管控。線束流水線HMES系統控制如圖3所示。

3.11 HMES系統的報表模塊及展示模塊的實施

圖3 線束流水線HMES系統控制圖

根據企業的需求HMES對生產過程中產生的數據進行統計查詢，分析后形成報表，為后續工作提供參考數據，為決策支持出具各種數據報表。生產過程中的數據豐富，系統根據需要定制不同的統計查詢功能，包括產品加工進度查詢、車間在制品查詢、車間和工位任務查詢、產品配套齊套查詢、品質統計分析、車間產能 （人力和設備） 利用率分析、廢品率／次品率統計分析等。

4 HMES推進和實施的注意事項［2］

眾所周知，汽車線束制造數字化系統是一個可自定義的制造管理系統，不同企業的線束工藝流程和管理需求不同，企業可以通過現場定義實現不同的功能模塊。但是，企業還在HMES系統的推進和實施過程中應注意下面這幾點。

4.1 要加強企業對HMES系統的認知

現在國內大部分汽車線束企業所使用的都不是真正意義上的標準MES系統，他們只是把MES系統當做用來解決制造系統上的部分功能的軟件。一些國內汽車線束制造企業認為上MES系統的門檻很低，有些決策者認為HMES是萬能的，實施了HMES系統后就能對企業的管理有很大的提升。但事實正好相反，大部分企業所說的都不是標準的MES系統。所以當企業開始一個MES系統項目的時候，一定要再重新定位一下對其的認知。

4.2 要注意企業各個管理系統的集成性

HMES系統想要發揮巨大的作用，與計劃層的各個子系統進行集成是不可或缺的。如果HMES系統缺少了計劃層系統的支持，就相當于缺少了來自底層數據的支持，它的最終效果往往也會大打折扣，所以要保證HMES系統能與計劃層系統的各個模塊進行有效地集成，打通各個系統間的數據，互為支持，進一步避免信息孤島。

4.3 要注重自身生產行業的特點

因為現市面上的大部分HMES系統都是在離散型企業MES系統的基礎上改進而來的，相對來說更適用于離散型企業，所以在開發或是選擇HMES系統的時候，企業一定要根據汽車線束行業自身的特點來做判斷，并對自身企業的現狀進行綜合評估，必要的時候先進行企業內部改善，然后推進實施HMES系統。

4.4 要注意相同模塊下的不同側重點

MES系統中的一些功能可能會與企業的其他管理系統產生沖突，比如，MES系統與ERP系統都有人力資源管理的功能，但是MES系統側重的是員工的工作情況，而ERP系統更注重的是對員工工資、個人資料等信息的管理。雖然功能上可能會有雷同，但實際處理問題上的側重點可能不相同。

4.5 要重視階段化的成果積累

企業在對MES系統信息化的建設投資的時候，往往會在MES系統軟件和硬件上投入上百萬、上千萬。所以要保證這么大的投入能有穩定的回報，加強對階段化成果的重視是相當重要的，這就需要企業在信息化建設的過程中能有效合理地計劃安排整個項目工程，并對階段化的成果進行仔細分析，來保證在以后的實施過程中能取得更大的成效。

5 總結

本文結合自己對MES系統的認知和了解，以及多年的HMES汽車線束制造數字化系統的應用和推廣經歷進行總結，并吸收和網絡上關于MES系統的一些文章中的觀點和要點進行匯集而成，文中的部分個人觀點可能會和MES專業人士的觀點相悖，求同存異，共同學習和提高。同時，期待各位對文中的不足和錯誤之處進行批評和指正。