葉片生產(chǎn)車間MES的研究與開發(fā)

鄒強(qiáng)強(qiáng)，石宇強(qiáng)

ZOU Qiang-qiang, SHI Yu-qiang

（西南科技大學(xué) 制造科學(xué)與工程學(xué)院，綿陽 621010）

0 引言

為了滿足客戶的個(gè)性化需求，企業(yè)往往對(duì)各類產(chǎn)品作一定備量的庫存來滿足客戶的需求。傳統(tǒng)的推式生產(chǎn)方式也是造成庫存量過大的另一個(gè)重要因素，過多的庫存，會(huì)產(chǎn)生過多的質(zhì)量隱患，往往是既增加了企業(yè)成本，又滿足不了客戶的需求，還會(huì)降低客戶的滿意度。目前企業(yè)車間還存在系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、數(shù)據(jù)冗余管理混亂等問題，嚴(yán)重制約車間的生產(chǎn)進(jìn)度。精益生產(chǎn)作為當(dāng)前制造業(yè)公認(rèn)的先進(jìn)的管理理念，是降低企業(yè)庫存、減少企業(yè)成本提高生產(chǎn)效率的有效手段，在推行精益生產(chǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)車間進(jìn)行MES系統(tǒng)建設(shè)是解決上述問題的有力途徑。

某生產(chǎn)車間主要生產(chǎn)加工汽輪機(jī)葉片，屬于典型的多品種、小批量生產(chǎn)方式，目前車間存在如庫存積壓、車間系統(tǒng)操作繁瑣、產(chǎn)品質(zhì)量無法追溯等多種問題?，F(xiàn)在公司推行精益生產(chǎn)的同時(shí)，對(duì)車間進(jìn)行MES建設(shè)，車間MES系統(tǒng)是基于B/S模式，.NET作為開發(fā)環(huán)境，Visual Studio 2010作為開發(fā)工具，SQL Server 2008作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫開發(fā)完成的。

1 MES系統(tǒng)的研發(fā)

1.1 MES系統(tǒng)模型

葉片生產(chǎn)車間MES系統(tǒng)模型符合AMR三層模型標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示，車間MES系統(tǒng)主要包括生產(chǎn)信息管理、標(biāo)準(zhǔn)化管理、看板管理、自動(dòng)化、生產(chǎn)追蹤、生產(chǎn)歷史資料以及數(shù)據(jù)采集這七個(gè)子系統(tǒng)如圖2所示。MES系統(tǒng)向上與ERP系統(tǒng)集成，獲取物料、工藝路線、生產(chǎn)訂單等相關(guān)信息執(zhí)行生產(chǎn)，同時(shí)將生產(chǎn)信息與質(zhì)量信息及時(shí)反饋回ERP系統(tǒng)；向下與不同類型的設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)集成，并通過二維碼數(shù)據(jù)采集技術(shù)對(duì)加工物料進(jìn)行管理，從而高效的指導(dǎo)車間的生產(chǎn)加工。

圖1 MES系統(tǒng)模型

圖2 MES功能結(jié)構(gòu)

1.2 MES設(shè)備集成構(gòu)架

葉片生產(chǎn)車間設(shè)備集成采用OPC方式，設(shè)備集成構(gòu)架如圖3所示。針對(duì)車間不同類型的設(shè)備，分別采用不同的解決方案：對(duì)于CNC設(shè)備需要在設(shè)備系統(tǒng)平臺(tái)上安裝OPC SERVER，設(shè)備系統(tǒng)要求對(duì)OPC SERVER開放接口與OPC SERVER連接；對(duì)于控制器為PLC及智能控制（支持工業(yè)Modbus通訊協(xié)議）的設(shè)備，要求在設(shè)備外部搭建服務(wù)器電腦，與設(shè)備組網(wǎng)連接并在服務(wù)器電腦上安裝OPC SERVER，由OPC SERVER提供OLE自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)接口直接與PCO連接，MES通過PCO獲取設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)，監(jiān)控設(shè)備。

圖3 MES設(shè)備集成構(gòu)架

2 MES系統(tǒng)中的精益模塊

2.1 看板管理

看板在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的作用就是向作業(yè)人員下達(dá)生產(chǎn)或者搬運(yùn)的指令，通過看板作業(yè)人員和管理人員能夠全面掌握生產(chǎn)順序和搬運(yùn)情況。MES系統(tǒng)中的看板管理主要包括機(jī)床任務(wù)下達(dá)，生產(chǎn)調(diào)度以及物料轉(zhuǎn)運(yùn)三個(gè)子模塊。其中機(jī)床任務(wù)下達(dá)模塊是指導(dǎo)生產(chǎn)車間將從ERP接收的生產(chǎn)訂單下達(dá)到工藝路線的最后一道工序，然后按照工藝路線從后工序向前工序依次下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)推拉結(jié)合的生產(chǎn)方式如圖4所示，圖5為后工位向前工位下達(dá)任務(wù)的界面。

圖4 推拉結(jié)合

圖5 推送任務(wù)

2.2 自動(dòng)化

異常管理作為自動(dòng)化中比較重要的組成部分，主要是指在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤、突發(fā)和失控情況時(shí)，做出的一系列的應(yīng)對(duì)措施和管理手段。MES系統(tǒng)當(dāng)中的自動(dòng)化模塊主要包括設(shè)備異常管理和不合格提示兩個(gè)子模塊，其中設(shè)備異常管理主要是對(duì)設(shè)備的加工狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或者異常時(shí)，在電子地圖當(dāng)中會(huì)顯示設(shè)備異常的提示，設(shè)備維修部門會(huì)及時(shí)做出處理。不合格提示是指在生產(chǎn)加工過程中出現(xiàn)不合格品時(shí)，員工通過MES系統(tǒng)的不合格提交如圖6所示及時(shí)通知質(zhì)檢部門做出處理。除了通過電子看板的形式顯示異常狀況，一線員工還可以通過MES系統(tǒng)發(fā)送手機(jī)短信和電子郵件與相關(guān)部門進(jìn)行及時(shí)的溝通。

圖6 不合格提交

2.3 標(biāo)準(zhǔn)化

MES系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化模塊包括標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)管理和作業(yè)指導(dǎo)書（SOP）兩個(gè)子模塊。標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)模塊主要是對(duì)員工生產(chǎn)加工的工時(shí)統(tǒng)計(jì)和員工生產(chǎn)期量的確定，它的使用者是IE工程師，IE工程師通過在標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)面板中記錄加工時(shí)間和裝卸時(shí)間，減去了繁瑣的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)處理工作，直接將標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)錄入系統(tǒng)，從而進(jìn)一步提高了工作效率。標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的觀測(cè)次數(shù)采用d2值法，式(1)為觀測(cè)次數(shù)的計(jì)算公式，其中R表示極差，d2是與觀測(cè)次數(shù)n有關(guān)的系數(shù)。圖7為確定觀測(cè)次數(shù)界面，觀測(cè)次數(shù)確定好之后就可以開始進(jìn)行正式的工時(shí)統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過數(shù)據(jù)的處理以及疲勞時(shí)間的確定就能最終得出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。圖8為標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書（SOP）的編輯界面，IE工程師可以在MES系統(tǒng)中直接編輯、上傳和管理標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書（SOP）。

圖7 確定觀測(cè)次數(shù)

圖8 SOP編輯界面

3 葉片生產(chǎn)車間MES系統(tǒng)的其他優(yōu)點(diǎn)

3.1 二維碼數(shù)據(jù)采集技術(shù)

二維碼是指用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面分布的黑白相間的圖形，記錄產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的技術(shù)。葉片生產(chǎn)車間MES系統(tǒng)采用二維碼數(shù)據(jù)采集技術(shù)，主要起到數(shù)據(jù)采集與生產(chǎn)追蹤的作用。選取二維碼采集數(shù)據(jù)是由于葉片特殊的加工環(huán)境決定的，同時(shí)二維碼技術(shù)也有其自身的優(yōu)勢(shì)。與一維條碼相比，二維碼具有存儲(chǔ)信息量大，糾錯(cuò)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，與RFID技術(shù)相比它有價(jià)格更加低廉等優(yōu)點(diǎn)。這足以說明在很長的一段時(shí)間，RFID技術(shù)仍然無法完全取代條碼技術(shù)，兩種技術(shù)仍舊會(huì)共同被人們所使用。Data Matrix碼作為二維碼的一種，是一種在國際制造領(lǐng)域廣泛被使用的二維碼。它是一種可以直接標(biāo)記在產(chǎn)品或零部件表面的編碼。圖9是標(biāo)刻有Data Matrix碼的葉片。

3.2 MES給葉片車間生產(chǎn)管理帶來的提升

1）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用無紙化作業(yè)模式。取消了繁瑣的單據(jù)填寫，不合格品、加工尺寸、工藝卡片的查看等所有操作均通過人機(jī)交互終端完成；2）可視化、精細(xì)化的在制管理模式。每個(gè)工位的生產(chǎn)完成情況以及不良品情況能實(shí)時(shí)反饋在生產(chǎn)訂單上；3）構(gòu)建產(chǎn)品生產(chǎn)全過程追溯體系。從毛坯標(biāo)刻到完工入庫的全過程均對(duì)葉片做到全過程管理；4）質(zhì)量信息全息追溯管理。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)通過二維碼對(duì)葉片做唯一標(biāo)識(shí)，并對(duì)葉片的加工、設(shè)備、人員進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)匯總質(zhì)量信息；5）及時(shí)、準(zhǔn)確、高效的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)響應(yīng)。葉片按照工藝路線流動(dòng)，每個(gè)工位在制品信息都一目了然，并能實(shí)時(shí)且自動(dòng)反饋在制品數(shù)量到ERP系統(tǒng)，為生產(chǎn)計(jì)劃變更提供可靠支撐；6）監(jiān)控設(shè)備、及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、及時(shí)處理?？梢詫?shí)時(shí)將設(shè)備的工作狀態(tài)反饋給責(zé)任人與管理者，已達(dá)到及時(shí)處理的目的。

圖9 葉片二維碼標(biāo)識(shí)

4 結(jié)論

本文以某公司葉片生產(chǎn)加工車間為研究對(duì)象，根據(jù)車間現(xiàn)有的生產(chǎn)現(xiàn)狀研發(fā)出了MES系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用推拉結(jié)合的生產(chǎn)方式執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)MES單一接收生產(chǎn)任務(wù)的生產(chǎn)不靈活的缺點(diǎn)，減少不必要的庫存浪費(fèi)。在工序加工過程中采用拉式生產(chǎn)的生產(chǎn)方式使得生產(chǎn)執(zhí)行更加高效，同時(shí)將看板管理、異常管理、標(biāo)準(zhǔn)化管理等精益生產(chǎn)理念很好地嵌入到MES系統(tǒng)當(dāng)中，為企業(yè)能更好的實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)提供了更穩(wěn)定的平臺(tái)。

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