MES系統汽車零部件工廠解決方案

在汽車零部件行業嚴格的召回制度下,MES的實時采集、追溯、防錯等功能越來越受到廠家重視,系統的可靠性、靈活性為MES軟件的質量提出了更高要求,同時MES在企業中的標準化越來越

MES(Manufacturing Execution System)制造執行系統是近十幾年來在國際上迅速發展、面向車間層的生產管理工具與實時信息系統。在汽車零部件行業嚴格的召回制度下,MES的實時采集、追溯、防錯等功能越來越受到廠家重視,系統的可靠性、靈活性為MES軟件的質量提出了更高要求,同時MES在企業中的標準化越來越成為兩化融合建設中的難點。 
 
現有架構的不足
MES的標準結構本身是完美的,但實際應用中存在以下難題:

如何標準化?
IAS95主要提供了MES與上位系統(ERP)的接口標準,但并未涉及如何在企業內部形成統一的與底層設備的標準。MES的數據來源如果不與設備控制層集成為一體,就很難發揮應有的效能。由于設備的千差萬別,導致與設備的接口各不相同,同一工廠有很多參差不齊的系統,難以整合發揮大數據的作用。

用什么方式與設備交互?
目前通用的交互方式有:
1.驅動程序法
驅動程序法(Drive)是針對不同的設備,通過編寫定制一對一的的驅動程序和接口程序的方法來進行數據采集。但存在以下缺陷:

·盡管可以編寫定制的驅動程序和接口程序,但因為多種不同類型的控制設備和軟件包需要通信,使得程序的種類迅速的增長。
·應用軟件的提供者花費太多的資金開發和維護專用接口,這不僅增加了用戶的負擔,而且在實際上并不能解決不同系統的互操作性。

2.OPC模式
OPC是Microsoft推出的工業監控軟件的現場總線,其基本思想是:每個硬件供應商為其設備開發一個通用的數據接口(即OPC Server),供其它系統讀寫信息,客戶應用軟件也可以通過OPC規范的接口來讀寫硬件設備的信息。

OPCIIE務器是根據各個供應廠商的硬件所開發的,使之可以消除各個供應廠商硬件和系統的差異,從而實現不依存于硬件的系統構成。但OPC仍存在以下缺陷:
1 由于OPC的加入,系統響應速度減慢,對于快生產節拍的產線生產效能有較大影響;
2 OPC本身也不是適用所有設備環境,當系統出錯時,增加了排查問題的難度;
3 OPC的成本對于大多數企業來說偏高。
 
如何確保可行性?
    MES的運行問題很可能直接導致生產線停產,給工廠帶來較大的經濟損失。在如何確保可靠性的問題上,面對復雜的工廠環境,國際MES標準沒有過多涉及。
 

MES在汽車零部件產線應用的初步探索
針對以上提出的現有MES架構的缺陷,進行了如下嘗試性的改進和創新:
1.建立企業內部統一的與設備層的接口標準
對于自動化生產線,需要采集哪些基本數據,要求設備供應商將這些數據放在哪些地位,這些基本數據的設置是否能最大化地滿足生產管理的需求。作為MES的設計者不是被動地接收設備供應商的設計和安排,而應主動要求設備商遵循企業內部統一的接口原則。這一舉措,看似較難做到,但只要在設備采購付款之前就與設備制造商提出需求,就能做到。

2.采用與設備直連的方式,不依賴于其它中間軟件(如OPC)。這一技術路線的采用,主要考慮今后軟件系統在維護、升級過程中會更加可控,更容易排查問題。與設備直連,建立在對設備PLC和生產管理現場的數據分析的基礎上,對主流PLC的抽象整合,解決了直連模式帶來的設備間通訊的沖突。

3.建立新的標準,對老生產線逐步進行改造和系統替換,實現企業整體硬件和軟件系統的一致性,更加有利于信息整合和分析利用。


實施iPlan統的成功案例
在公司各級領導的支持和第三方軟件公司密切配合下,制訂了集團統一的設備接口標準規范(PLC/PC interface)。今后所有的新產線的建立,必須基于此標準進行選型、采購和設備定制。建立專門的MES管理部門,主要負責設備采購前標準的監督和實施,以及對標準的不斷優化。

案例一:轉向系統EPS生產線的運用
設備主要是:西班牙的Mapro和馬來西亞的Flexlink,PLC型號為AB。該生產線充分發揮了系統自動采集、追溯和防錯系統等功能。

1.設備建造調試
在這條生產線設備的建造階段,iPlant跟設備供應商按預定義標準做好接口定義,對每個工站都實現了防錯、追溯、報警、參數控制等功能,設備通過HMI從iPlant中下載所有定義好的生產工藝參數,每次通過iPlant修改參數也都會根據需要自動把最新的參數告訴設備,并同時會顯示對應的信息在HMI上提示操作工去下載最新的參數。

2.關鍵工位的交互和控制
在ECU組裝站,客戶要求在組裝之前對ECU進行Pin Check,防止操作工將不合格的ECU組裝上去,比如針歪了等等。為了解決與照相機通訊的難題,iPlant使用了DT4000采集終端,通過COM串口數據以及DI/DO信號來實現了對ECU檢測結果的采集;當ECU條碼被掃到,設備會將ECU條碼通過COM口發送給DT4000;當ECU檢測完成,設備會發送DI/DO信號給DT4000。

3.該生產線其它功能
條碼打印、防錯驗證、物料追溯等功能,PC上的數據追溯,零部件狀態檢查,時間同步等功能都得到應用。每次生產件,iPlant會根據條碼等信息來檢查該件是否屬于當前工站,是否狀態正常,如果不是,iPlant會提示相關錯誤信息在HMI上并阻止機器,只有狀態正常并且屬于當前工站的件才可以繼續生產,即使有不良品出現,客戶也可以通過iPlant來返工或者報廢這個件。生產結束后,iPlant會檢查unload的條碼,生產數據等來確保件跟生產數據是一一對應的,iPlant的防錯能力大大減少了不良品的誕生,降低了風險,同時也節約了生產成本。


案例二:ECU的生產工藝
該生產線設備來自4、5家不同的供應商,由于事先按照統一的接口標準進行規劃,預前配合設備供應商做好設備調試。目前不同的生產線設備、生產線和生產線之間都可以在同一軟件平臺上順暢運行。

在項目實施之前,需要了解設備及PLC種類,有多少工序、工位、支線?采集哪些數據?哪些工藝流程需要防錯控制?哪些工位間需要自動檢測校驗?哪些數據自動采集或手工采集?哪些操作步驟需要控制?哪些原材料需要追溯?產品按批還是按單件追溯?哪些工位要校驗操作工信息?一般在工藝流程中做出標注。

ECU產線某些工序靠人工難以完成,如果設備不能及時獲取指令,不能及時將工藝數據反饋,也難以確保產品質量。這需要設備與MES軟件配合才能準確完成,比如:

1.ECU形狀相同,人工肉眼辨別,出錯率高,使用條碼控制可以很好解決。
2.ECU的針腳:一般應一次插好,最多2次。如果多做了幾次才插好,質量穩定性較差,但檢測時不能發現,必須在加工時用軟件控制插入次數。
3.有時機器的判斷會出錯,軟件提供定期測試樣件的控制,可以提早發現機器是否喪失判斷能力。這是人工難以辦到的。
4.監控設備OEE。設備的成功率,一次通過率,需要軟件采集數據來監控,及時停止生產,檢修設備。
5.龐大的數據靠手工記錄和保存是零散的,難以發揮管理效能。追溯分析,是質量持續改善的必要保證。在ECU產線中,非關鍵配件如:電阻、電容按批追溯,關鍵的配件按件追溯。
6.管理ECU固件程序的更新。一般設備會根據產品型號來選擇不同的ECU固件程序來進行更新,但產品型號和固件的版本信息必須在設備中進行綁定,如需增加新產品則必須修改設備中的綁定程序,這種方式缺乏一定的靈活性。在實施過程中,由軟件來管理產品型號和ECU固件版本的綁定關系,設備不用關心當前的產品型號,僅根據軟件的指令來更新固件。調整或增加產品型號只需在軟件中進行設置即可,非常方便。
7.工藝路徑在人工控制下容易出錯。比如ECU生產要求先焊電阻,再焊電容。用軟件容易實現路徑的控制,防止順序出錯。
8.每道工序的產品如果會由人工判斷是否通過,不可避免會出現錯誤。用軟件實時采集工藝數據來判斷產品是否合格,大大提高準確性。
9.返工控制模塊控制返工路徑、次數、什么情況不允許返工等。


MES使用的效果
MES的一般效果如表1所示。
經過近5年的運行實踐,iPlant對在標準化條件下采用直連方式的MES的效能做出如下總結:
1.標準化、統一化生產線數據系統,簡化系統維護與管理,統一了來自不同設備供應商的參差不齊的系統。
2.支持跨生產線,跨工廠的生產數據通訊與共享,支持企業級的生產數據倉庫。
3.與市場上大部分軟件商提供的MES比較,縮短了生產節拍,有利于產能提高。


相關企業建設MES的建議
MES的是否優越,除了在于其技術先進性外,本質在于軟件商的售后服務質量和企業內部的統一協調管理。在發達國家推進工業智能化的熱潮中,iPlant認為不應盲目信任國外產品,本土軟件也有較強的生命力。以下是相關建議:

1.選擇與設備交互能力較強的MES軟件。該軟件與設備的交互時間不能延遲生產節拍,一般應有在復雜環境中長期穩定運行的記錄。

2.在生產線建設初期,應做好規劃,即提前確定從設備和生產線采集哪些數據用于管理、追溯和質量分析。

3.根據生產管理、質量管理和客戶對產品數據的要求,在集團企業內部,建立MES與設備的接口標準,有利于集團企業MES大數據整合,降低運行成本。

4.選擇MES應重在看成功案例和售后服務能力。 
 

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