MES系統在重型車橋工廠中的開發與應用

文/周 慧 劉琳琳（.安徽華菱汽車有限公司 .重型專用車發動機安徽省重點實驗室）

一、引言

近年來，信息科技水平的提高對制造業產生了很大的影響，新技術、新工藝層出不窮。隨著世界工業的飛速發展，德國提出“工業4.0”，中國提出“中國制造2025”，智能制造已成為時代的主題。我國作為世界經濟的主要參與者，在這新一輪的技術革命中必須占據主動地位，打造信息化工廠迫在眉睫。而長期以來，我國的生產制造大多還停留在設備自動裝配方面，甚至很多領域還是手動人工裝配、人工運料、人工記錄裝配數據。受到裝配人員及裝配工藝等限制，很難保證產品質量的穩定，甚至很多產品零部件無法追溯，這就需要采用科學的工藝方案來彌補不足，并保證裝配后的產品質量。

汽車車橋不僅可以承受汽車的載荷，維持汽車在道路上的正常行駛，還擔負著轉向、驅動、支撐等作用，是汽車中的關鍵零部件。隨著人們對汽車操控性、穩定性需求的不斷增長，車橋的生產制造標準也越來越高，尤其是對重型車橋的設計及制造要求越來越嚴格。調研發現，目前國內重型車橋的生產大部分仍停留在自動裝配、手動擰緊、手動記錄信息的階段，且對設備管理、生產計劃管理、生產數據管理、質量信息、物料信息等沒有控制，除了節拍慢、風險點多、效率低、實時數據無法及時有效地傳達及分析外，還制約了產品的裝配質量。為解決這一瓶頸問題，MES 系統在重型車橋工廠中的開發與應用已勢在必行。下文將對MES 系統在重型車橋工廠中的開發與應用進行詳細介紹。

二、項目概述

本項目是以重型車橋工廠總裝生產線生產過程中質量信息實時采集為研究目標，開發面向重型卡車類車橋信息化工廠裝配生產線的制造執行系統，實現對重型車橋裝配過程質量數據的采集，做到對發動機產品裝配質量的后續追溯。系統需要記錄的各類數據包括員工數據、供應商數據和質量數據等。

為實現上述目標，將MES 系統引入重型車橋生產過程，開發重型車橋總裝生產控制輔助管理系統（簡稱“HAMES”）。該系統能夠實現重型車橋總裝生產線裝配過程質量監控、主動防錯以及裝配質量信息的追蹤和查詢。該生產線主要包括預裝線、前橋線、中橋線、后橋線和返修區。

三、HAMES系統功能介紹

HAMES 系統是一個高度集成、實時高效的生產管理平臺，通過一個集成數據庫，與自動化設備的接口集成，及時下達生產計劃任務，實時監控生產狀態，采集關鍵質量數據，對品質進行控制，服務于廠內制造、物流控制及質量管理等。可將該平臺數據匯聚到企業信息平臺，進行統一發布。該系統核心是生產計劃與排程管理、車橋識別跟蹤、品質管理系統、生產過程監控、防錯系統、車間內物流信息系統、信息發布、系統維護等模塊。HAMES 系統具有生產計劃管理、設備運行管理、生產數據管理、裝配質量控制及數據分析、參數配置管理、物料管理、產品追溯管理、信息發布等功能。

1.生產計劃管理

可以根據企業上游ERP 系統的生產計劃排程，進行生產作業排序操作，實現對生產計劃的導入和管理，并且實時追蹤生產計劃的執行情況。

一是計劃管理。具有查看計劃管理模塊權限的用戶可以進入作業計劃管理模塊，而具有操作權限的用戶可以進行操作。模塊的操作權限分為新建計劃、修改計劃、刪除計劃、提交計劃、撤銷提交、啟動計劃、添加記錄、修改記錄、刪除記錄、上移下移記錄、導入計劃Excel、導出Excel 和修改物料單，用戶根據其具有的權限可以進行相應操作，避免了人人都可修改造成錯誤的問題。

二是計劃追溯。查看計劃追溯模塊權限的用戶可以進入計劃追溯模塊，查看所有完成生產的作業計劃。具有操作權限的用戶則可根據權限進行相應的操作，模塊的操作權限主要有導出EXCEL 和清理作業計劃。

2.設備運行管理

完成對裝配輸送線及線上各類設備的管理。統計輸出設備故障率、設備開工率等設備運行管理信息，對各故障點進行統計并分析。包含設備數據管理模塊、設備數據采集模塊、設備維護管理模塊和設備狀態分析模塊，可以為設備預防性維修提供依據，保證設備的正常運行及出勤率。

3.生產數據管理

具備生產批次建立和生產數據采集功能，形成車橋完整的“體檢表”。生產批次建立是通過向上線工位發送生產計劃指令來實現的，生產數據采集則是通過接收下線工位傳送的托盤隨行存儲器的所有數據來實現。要求對上線車橋流水號（橋號）進行監控，并且具有流水號重復報警功能和生產數據統計功能。包括作業計劃任務庫模塊、作業計劃管理模塊、線上人員調度模塊、產品數據采集模塊和作業計劃追溯模塊。

實現產品與部件生產裝配過程中各類關鍵檢測數據（如橋殼泄漏量、裝配線擰緊螺栓的擰緊力矩、軸頭螺母擰緊力矩、輪轂的回轉啟動力、前軸的前束值、軸承外圈的壓力位移、齒輪齒側間隙、齒輪熱壓裝的控制溫度等）的實時采集，并生成產品檢測數據質量檔案，為產品裝配過程的質量控制與后期追溯提供依據。

4.裝配質量控制及數據分析

HAMES 通過各種方式對裝配過程進行控制，以確保裝配過程的正確性，全面提高裝配質量。自動記錄不合格事件的信息和返修信息，并供系統進行統計分析。包括產品數據采集模塊、在線質量控制模塊和在線作業指導模塊。

通過對實時質量數據分析和處理，并通過控制技術和質量ANDON 系統實現對裝配過程質量數據的在線管理與控制，便于現場管理人員及時掌握當前質量狀況。

在總裝線的關鍵裝配檢測工位配置有讀寫器，獲取泄漏檢測設備、擰緊機設備以及壓裝設備的數據，數據與產品進行綁定，通過系統的基礎配置獲得該型號車橋關鍵檢測項目的質量信息，利用生產數據管理中采集的實時質量信息對當前生產過程數據進行顯示、監測，自動記錄不合格信息和返修信息；并通過對原始數據分析、處理和控制技術實現對質量數據的管理，將質量參數選取、質量數據采集、分析用控制圖繪制以及質量診斷等功能集成在一起，根據控制規則的設定, 實現動態工序質量控制。當生產過程出現異常時及時報警，顯示報警界面，同時也可以聲音報警，提示相關部門采取措施消除異常，減少產品生產過程中的“質量變異”，并詳細記錄報警信息。當生產過程穩定時，自動計算當前的CP 值。

系統采用了SPC 分析。SPC 分析是借助數理統計方法，對裝配線關鍵裝配檢測工位的生產過程進行評價，根據實時反饋的信息和采集的檢測數據及時發現系統性因素出現的征兆，同時提醒工作人員采取措施、消除影響并記錄下報警信息，使過程維持在僅受隨機因素影響的受控狀態，以達到質量控制的目的。不同工位根據需求提供SPC 分析均值極差圖、SPC 分析直方圖、SPC分析正太概率圖、SPC 分析樣本運行圖等以供管理者分析并改進。

5.參數配置管理

HAMES 能夠方便可靠地對裝配車橋型號相關的工藝信息等參數進行配置，方便地生成各型產品結構BOM、工藝BOM，并使管理者能夠直觀地對相關BOM進行查詢、檢索和修改，完全實現了柔性化生產，使得生產線實現多品種、多平臺共線生產。

6.物料管理

通過對倉儲基本信息的定義與管理，實現對裝配線庫存物料信息的集成管理，并結合ERP 系統，實現準確、準時制物料配送，為公司節約了場地和時間，提高了生產效率。

7.產品追溯管理

產品追溯是在動態、自動采集的同時記錄部件和成品的關系，包括關鍵件與成品的配置關系、供應商、供應批次、相關的生產計劃、質檢數據、時間等，從而建立起完整的車橋產品檔案數據，完整地保留了產品的全生命周期狀態，實現了產品的可追溯性。

一是產品信息追溯。主要包括產品庫管理、產品基本信息和產品詳細信息三個部分。產品庫部分主要顯示裝配線上裝配的不同類型產品的信息；產品基本信息部分顯示選定產品在選定時間范圍內所裝配的所有產品的基本信息；產品詳細信息部分顯示在產品基本信息部分選中的產品的詳細信息，滿足不同要求下的不同追溯方法。

二是檢測項目統計。主要包括檢測項目管理、檢測項目屬性和檢測項目詳細數據三個部分。檢測項目管理部分列出了該生產線的所有檢測項目名稱；檢測項目屬性部分顯示選定檢測項目的基本屬性值；檢測項目詳細數據部分顯示選定時間范圍內選定檢測項目的檢測結果統計。

三是供應商信息統計。包括供應商管理部分和供應商詳細信息部分。供應商管理部分顯示裝配線上裝配產品所使用的零部件的所有供應商；供應商詳細信息部分顯示選定時間范圍內選定供應商所提供的所有零部件的使用情況，滿足供應商的精細化管理。

8.信息發布

配備一套專門的ANDON 信息管理系統，監控車橋上線、下線的生產進度及各工位狀態，通過現場配置LED 大屏幕實時顯示，并通過網絡與EAMES 服務器及監控計算機進行通訊，以達到信息的及時性和共享性。

9.系統維護管理

包含系統的數據安全、用戶權限、操作日志等方面的管理。數據安全管理即對系統用戶進行統一管理，并通過用戶、角色、權限、操作日志等安全控制機制，在保證數據安全的前提下實現數據的高效管理，同時可以對歷史數據進行備份和還原。權限管理即通過建立功能級、業務級以及模塊級的方式，為系統用戶權限的設定與管理提供多種方式。操作日志管理支持以人員編號和姓名作為條件進行檢索，也支持以時間段為條件進行檢索，還支持操作日志的清除。

四、結語

HAMES 系統的實施能夠滿足公司對于車橋產品的質量控制、質量追溯，提高企業發動機產品的裝配質量，實現車橋制造過程中的精細管理，滿足未來企業的生產需求。該系統是一種實時集成控制系統，其開發與應用可以實現對重型車橋工廠所有生產環節進行控制，包含生產計劃管理控制、設備運行管理控制、生產數據管理控制、裝配質量及數據分析控制、參數配置管理控制、物料管理控制、產品追溯管理控制、信息發布控制、系統維護管理控制等，從而有效提高制造企業的市場競爭力。