1 系統(tǒng)介紹
MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產品完成的整個生產過程優(yōu)化管理。當工廠發(fā)生實時事件時，MES能對此及時做出反應、報告，并用當前的準確數據對它們進行指導和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應使MES能夠減少企業(yè)內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力、改善物料的流通性能，又能提高生產回報率。MES還通過雙向的直接通訊在企業(yè)內部和整個產品供應鏈中提供有關產品行為的關鍵任務信息。
從以上可以看出，MES是對整個車間制造過程的優(yōu)化，并不是單一的解決某個生產瓶頸問題。同時，還要求MES必須提供實時收集生產過程中數據的功能，并做出相應的分析和處理；MES需要與計劃層和控制層進行信息交互，通過企業(yè)的連續(xù)信息流來實現企業(yè)信息全集成。
本文闡述的WMES指的是焊裝車間MES，該系統(tǒng)處于計劃層和控制層系統(tǒng)之間的執(zhí)行層，主要負責生產管理和調度執(zhí)行，它為工廠搭建了一個平臺，讓工廠在這個平臺中對人、機、料等因素進行監(jiān)管，使管理者能夠即時掌握生產狀況。
2 系統(tǒng)構成
系統(tǒng)通過接受上層生產管理系統(tǒng)與相關設備間的數據、提供上層數據接口、實現相關網絡建設數據、與上下層之間的數據的交互。實現焊裝生產過程的自動識別及跟蹤、生產過程監(jiān)控、ANDON管理等功能。
車間車體自動識別跟蹤系統(tǒng)(AVI)通過以太網在線實時收集相關信息，在對生產計劃提供實施指令的同時，兼顧生產過程的跟蹤及校核，對各自生產線的成品進行在線實時載入，建立系統(tǒng)成品數據庫，并將實時發(fā)生的與生產計劃及線體狀態(tài)相關的信息加載到產品數據庫。為生產管理提供盡可能客觀、實時、準確的歷史數據，使系統(tǒng)具備成品追溯功能。
車間內各線體的可編程控制器(PLC)與車間AVI PLC通過以太網連接方式進行數據實時交換，以確保信息的可靠性。系統(tǒng)結構原理見圖1。系統(tǒng)網絡框架見圖2。
圖1 系統(tǒng)結構原理
圖2 系統(tǒng)網絡框架
2.1 AVI系統(tǒng)
AVI系統(tǒng)主要功能是實現生產指令的下達、跟蹤、追溯。根據生產任務單將生產計劃預制在系統(tǒng)中，見圖3。
圖3 生產計劃預制
在柔性線的上線工位，通過掃描車身附帶的條形碼將車型所對應的信息下達到主焊線PLC，以供主焊線實現計劃隊列的柔性生產。同時，將當前信息寫入滑撬上的射頻識別(RFID)載碼體中，建立主焊線全線各個工位車型信息數據庫，依據主焊線提供的特征點狀態(tài)變量實時刷新工位信息，滑撬的離隊、歸．隊可依據工作站操作變更信息進行實時調整，全面實現車型追蹤，生產看板信息由上位監(jiān)控計算機所存儲的排序數據庫、PLC共同驅動并顯示。該系統(tǒng)既完成了生產指令的管理，同時又可以對上件工位輸入的車型信息和系統(tǒng)預制的生產計劃進行核對和提示：對上件錯誤進行提示更正，并提醒物料實施切換配送。AVI系統(tǒng)上件工位信息看板見圖4。
圖4 AVI系統(tǒng)上件工位信息看板
2.2 ANDON系統(tǒng)
ANDON系統(tǒng)為一種可視化的訊號系統(tǒng)，是一種將現場狀況用視覺方式表示的系統(tǒng)，提供信息以協(xié)調聯系各工作中心的工作。該系統(tǒng)可將各個點位求援信息及時反映到主機，通過電子看板顯示：通過短信方式通知相關人員，并可由計算機實現記錄和統(tǒng)計分析。
通過分析系統(tǒng)數據，有助于工程技術人員和管理人員把握需要工藝改進的區(qū)域或者需要加強人員培訓等需求。通過高精度、柔性化、準時化的生產，在保證質量的前提下，最大限度地體現“精益生產”。
ANDON系統(tǒng)的目的在于提高對設備故障、質量控制、物料供應的管理及控制。在必須的人機交互區(qū)域，合理布置求援按鈕盒，結合系統(tǒng)的看板和呼叫設備，將求援信息及時通知相關人員，最大限度地減少停線等待時間，提高線體的開工率，并在系統(tǒng)中予以分類統(tǒng)計記錄，為管理者提供依據。該系統(tǒng)初期僅對質量、物料、設備問題進行管控。ANDON求援按鈕盒布置見圖5。當員工發(fā)現相應問題時按下對應的按鈕，同時短信平臺向指定人員發(fā)送相關信息，通知相關人員到現場處理，管理平臺上顯示相應的工時損失，處理完成后由處理人員復位對應按鈕發(fā)生停線時如無任何求援則系統(tǒng)認定為人員操作問題，此時在管理平臺上顯示速度損失。
圖5 ANDON求援按鈕盒布置
該系統(tǒng)由求援按鈕站、呼叫裝置構成，采用帶燈自鎖型按鈕，按壓所需按鈕開關，開關自鎖，同時信號燈點亮(非PLC控制)，問題解決后再次按壓按鈕則信號燈復位。求援信號就近連接至相應的區(qū)域PLC控制柜內(不再單獨增設硬件單元)，通過以太網絡與數據服務PLC相連接，最終進入系統(tǒng)主機，主機進行分類處理將求援信號請求分別通過看板和呼叫系統(tǒng)發(fā)出。ANDON求援系統(tǒng)構成見圖6。
圖6 ANDON求援系統(tǒng)構成
該系統(tǒng)在生產線關鍵工位及需要重點管控的工位設置求援按鈕盒，通過系統(tǒng)對各種停機數據進行統(tǒng)計和分析，最終輸出報表，管理人員分析相關數據，以方便對整個生產過程進行管理。
2.3 節(jié)拍統(tǒng)計系統(tǒng)
通過對各工位焊接工作進行簡要分析，包括設備動作時間、夾具夾緊時間、人員焊接時間等各分段時間的統(tǒng)計和分析(圖7)，可簡單地了解該線體的線平衡率和瓶頸工位；同時，通過分析瓶頸工位的各項時間數據，結合ANDON系統(tǒng)可以實現對瓶頸問題產生的原因進行分類分析(物料原因、設備原因、質量原因和速度損失原因)，從而找出影響整體節(jié)拍的因素，為提升節(jié)拍和設備綜合效率(OEE)提供良好的數據統(tǒng)計分析功能。
圖7 各工位工時統(tǒng)計圖
該系統(tǒng)還具備焊點統(tǒng)計功能。通過與現場懸點焊機群控的連接，不僅可以對焊接參數實時監(jiān)控，同時還可以對每把焊槍在節(jié)拍內的作業(yè)點數進行統(tǒng)計、分析，進而為各工位的工藝紀律監(jiān)察和品質提升提供分析數據。
2.4 工藝文件查詢系統(tǒng)
工藝文件查詢系統(tǒng)主要以電子看板形式布局在各工位。WMES通過以太網與公司網絡建立聯系，當有新版工藝文件發(fā)布時，WMES用覆蓋方式將舊版工藝文件替換掉，以保證線體員工總是能夠查閱到最新版的工藝文件。此系統(tǒng)同時可以針對不同的部門設定不同的使用和訪問權限，工廠內部的文件同樣可以直接在工位看板上顯示，以供員工查詢。
通過工藝文件查詢系統(tǒng)的運用，對員工的培訓更直接便捷，文件查詢更加方便，對于工藝紀律檢查更直觀快捷，最終實現了生產現場的無紙化管理。
3 WMES的推廣
WMES是針對汽車焊裝車間的特定生產管理系統(tǒng)，其包含的內容不僅僅是本文以上所提到的，還可以通過現場監(jiān)控系統(tǒng)、群控系統(tǒng)、語音廣播系統(tǒng)等子系統(tǒng)來完善生產現場的管理。通過各個系統(tǒng)的相互結合，在計劃管理、人員培訓、OEE管理、數據采集、生產監(jiān)控、工藝管理、報表管理、線平衡提升、產能提升等方面發(fā)揮重要作用。
從該系統(tǒng)在焊裝車間的應用效果來看，在總裝上推廣的意義更大。總裝車間要完成的是成千上萬種零部件的組裝，其涉及的車型、配置、物料之多，更表明其生產現場管理的難度。總裝MES系統(tǒng)還可以將單臺物料配送納入進去，從而整體提升總裝的生產現場管理水平。
4 結束語
目前，國內各大汽車生產商都很重視生產現場的管理提升，并且不同層次地也在使用MES系統(tǒng)，整車廠針對自身的實際情況開發(fā)應用了不同深度的MES系統(tǒng)，該系統(tǒng)在一定程度上代表了汽車生產廠商的現場管理水平。在汽車市場日益飽和的今天，如何提升生產現場管理能力，降低生產成本，搶占汽車市場份額將成為提升企業(yè)盈利能力的重要因素，因此在汽車生產現場領域MES系統(tǒng)將會有良好的應用前景。
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