淺談支持零部件臨時(shí)變更的MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)

胡彬

摘要：該文簡要敘述JMES系統(tǒng)用于支持發(fā)動機(jī)裝配零部件臨時(shí)變更業(yè)務(wù)的幾個(gè)設(shè)計(jì)。文中提及的設(shè)計(jì)均已在實(shí)際的實(shí)施應(yīng)用中取得很好的效果，可作為MES系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)設(shè)計(jì)的參考。

關(guān)鍵詞：MES；發(fā)動機(jī)；裝配線；零部件；臨時(shí)變更

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）02-0176-02

在裝配線的生產(chǎn)過程中，由于試裝、爬坡、零部件供應(yīng)或質(zhì)量等問題，產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門在技術(shù)評估后常常會要求在裝配過程中執(zhí)行零部件臨時(shí)變更的要求。MES作為面向車間執(zhí)行層的管理系統(tǒng)，需要有合理的功能設(shè)計(jì)來支持這一業(yè)務(wù)的準(zhǔn)確執(zhí)行。

1 業(yè)務(wù)需求分析

零部件臨時(shí)變更是指這樣一種業(yè)務(wù)場景，在制造執(zhí)行過程中不使用產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)下發(fā)的BOM進(jìn)行裝配，而是按照特殊需求，使用另外一個(gè)供應(yīng)商或另外一種型號的零部件來替換BOM中原指定的零部件。通常，用于替換的新零部件的編號與BOM中的原零部件不相同。這類臨時(shí)變更通常是暫時(shí)性的，在執(zhí)行一段時(shí)間或者生產(chǎn)一定數(shù)量的發(fā)動機(jī)后，會再切換回使用原BOM中指定的零部件進(jìn)行裝配，這時(shí)零部件臨時(shí)變更執(zhí)行終止。

由于這類變更的臨時(shí)性和短暫性，產(chǎn)品部門一般不會在產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)中直接變更產(chǎn)品BOM，而是選擇保持產(chǎn)品BOM不變的情況下，直接在車間、MES和ERP系統(tǒng)中執(zhí)行變更。產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)、MES和ERP間BOM數(shù)據(jù)的傳遞如圖 1所示。在零部件臨時(shí)變更的整個(gè)流程中，涉及多部門的協(xié)作及信息傳遞，如產(chǎn)品部、制造部、質(zhì)量部、車間、倉庫及生產(chǎn)計(jì)劃等。這就要求工廠需要有能力對每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格地控制，降低變更風(fēng)險(xiǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，準(zhǔn)確地執(zhí)行零部件的臨時(shí)變更。

對于車間裝配過程的控制，要求裝配必須按照MES系統(tǒng)顯示的零部件清單和裝配工藝執(zhí)行裝配。當(dāng)出現(xiàn)零部件臨時(shí)變更時(shí)，MES系統(tǒng)需要給裝配工顯示準(zhǔn)確的新零部件清單和新裝配工藝，把變更要求的新控制參數(shù)傳遞給PLC進(jìn)行設(shè)備控制。另外，還需要通過警示信息、數(shù)據(jù)校驗(yàn)和防錯(cuò)功能降低零部件變更過程中的風(fēng)險(xiǎn)，以及在發(fā)動機(jī)檔案的數(shù)據(jù)庫表中準(zhǔn)確記錄新零部件的信息，以用于日后質(zhì)量的追溯和分析。

零部件臨時(shí)變更的最終執(zhí)行結(jié)果是車間裝配工拿取準(zhǔn)確的變更要求的新零部件，按照新的工藝要求把新零部件裝配到發(fā)動機(jī)上。在這個(gè)過程中，MES作為指導(dǎo)車間裝配制造的信息系統(tǒng)，它的功能設(shè)計(jì)直接影響到零部件臨時(shí)變更在車間的執(zhí)行效果。設(shè)計(jì)更合理、更符合業(yè)務(wù)要求的MES功能能在降低變更風(fēng)險(xiǎn)和提供變更追溯數(shù)據(jù)方面發(fā)揮有效作用。

2 MES零部件臨時(shí)變更功能的設(shè)計(jì)

根據(jù)以上對零部件臨時(shí)變更業(yè)務(wù)進(jìn)行的需求分析， MES系統(tǒng)可以從如下幾個(gè)方面進(jìn)行功能設(shè)計(jì)。

1） 變更的新零部件是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)下發(fā)的零部件列表中抓取的。變更的新零部件需要是通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和評審，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)中維護(hù)并發(fā)放的零部件。原則上MES不應(yīng)允許在系統(tǒng)中創(chuàng)建產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)中不存在的新零部件用于變更功能。

2）零部件種類和數(shù)量的N對N替換。業(yè)務(wù)上的零部件替換關(guān)系存在很多種情況，MES需具備靈活的配置功能。

一種最簡單也是最常用的替換關(guān)系是1對1替換，即一種零部件被另一種新零部件替換。但如果使用總成件裝配，在零部件替換時(shí)有可能會存在非1對1的替換關(guān)系。比如BOM中的原零部件是兩種總成件零部件A和零部件B，替換之后使用的不再是總成件，如圖 2，總成件A被兩種零部件A1和A2替換，總成件B被兩種零部件B1和B2替換。為了能靈活的支持替換前后零部件種類的多樣性，MES零部件變更的配置功能需要設(shè)計(jì)為支持N對N的零部件種類替換關(guān)系。如果是1對1的替換，即N= 1。

3）支持多種替換執(zhí)行方式。根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，MES系統(tǒng)需要支持以如下三種方式來執(zhí)行發(fā)動機(jī)零部件替換。

（1）指定工單。這是一種最精確的執(zhí)行方式，可以精確指定某一臺發(fā)動機(jī)執(zhí)行零部件替換。即使由于返修等原因，幾臺指定的發(fā)動機(jī)混在其他發(fā)動機(jī)中進(jìn)行生產(chǎn)，也可以準(zhǔn)確地執(zhí)行零部件替換。配置時(shí)需勾選執(zhí)行的工單列表。

（2）指定數(shù)量。如果替換件的數(shù)量是固定的，用完即止，那么可以采用指定數(shù)量的執(zhí)行方式。配置時(shí)需指定開始的第一個(gè)工單和替換總數(shù)量。

（3）指定時(shí)間。按時(shí)間執(zhí)行是一種比較模糊的方式，僅對在確定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)到達(dá)裝配工位的發(fā)動機(jī)生效。如果零部件變更的執(zhí)行時(shí)間是明確的，且執(zhí)行的工單和數(shù)量都不需要控制，則可以采用此方式。只有在替換實(shí)際執(zhí)行完成后，從系統(tǒng)的記錄才能統(tǒng)計(jì)出實(shí)際執(zhí)行替換的工單信息。實(shí)際應(yīng)用中，這種方式使用較少。配置時(shí)需設(shè)定執(zhí)行時(shí)間區(qū)間。

4）支持對已上線的發(fā)動機(jī)執(zhí)行零部件臨時(shí)變更。通常這種變更是在生產(chǎn)過程中臨時(shí)決定并要求立即執(zhí)行，所以MES需要支持對已經(jīng)上線但還沒有經(jīng)過變更工位的發(fā)動機(jī)執(zhí)行零部件變更。

5）支持裝配工藝變更。使用新的零部件，意味著裝配工藝可能隨之發(fā)生變化，MES系統(tǒng)需支持新裝配工藝的配置，比如需要支持新的裝配工位、擰緊工位、料架地址、擰緊信息和裝配圖片的配置。

6）顯示并保存零部件變更的信息。在MES客戶端的裝機(jī)清單中需顯示新的零部件信息，以指導(dǎo)裝配。并需要把替換的新零部件信息保存到發(fā)動機(jī)裝機(jī)檔案的數(shù)據(jù)庫表中，包括新的零部件號、零部件序列號或批次號，這些數(shù)據(jù)可以為返修和故障調(diào)查提供數(shù)據(jù)支持。

7）提供防錯(cuò)功能，降低車間裝配工人錯(cuò)裝零部件的風(fēng)險(xiǎn)。錯(cuò)裝是在執(zhí)行零部件臨時(shí)變更中存在的一個(gè)很大的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。如果變更信息沒有準(zhǔn)確地傳遞到車間，或者裝配工疏忽大意，都可能會造成產(chǎn)品的質(zhì)量問題。MES系統(tǒng)需要充分利用客戶端顯示界面、零部件號校驗(yàn)和料架防錯(cuò)等防錯(cuò)功能，降低錯(cuò)裝的概率。具體的防錯(cuò)功能可以進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：

（1）MES界面的裝機(jī)清單中顯示明顯的變更提醒。在MES客戶端顯示的裝機(jī)清單中，可以對變更的零部件進(jìn)行明顯的符號標(biāo)識，比如零部件號高亮標(biāo)識或者顯示明顯的提醒符號。目的是提醒裝配工注意裝機(jī)清單中的零部件變更。

（2）對裝配零部件的零部件號進(jìn)行校驗(yàn)。通過掃描槍把零部件上標(biāo)識的一維或二維零部件號碼掃描到MES系統(tǒng)中，MES會把掃描槍掃入的字符串與系統(tǒng)裝機(jī)清單中的零部件號進(jìn)行匹配，如果不相等，提示掃描的零部件號錯(cuò)誤。

（3）使用料燈指導(dǎo)工人拿取準(zhǔn)確的零部件。通過控制物料架上安裝的指示料燈可以指導(dǎo)工人拿取準(zhǔn)確的零部件。MES會把裝機(jī)清單中零部件對應(yīng)的料燈地址傳遞給PLC，不同的裝配零部件對應(yīng)不同的料燈地址。如果要求裝配原零部件，原零部件對應(yīng)的料燈閃爍，如果要求裝配新零部件，則新零部件對應(yīng)的料燈閃爍。當(dāng)工人伸手拿取料燈正在閃爍的料道上的零部件時(shí)，PLC傳輸防錯(cuò)完成信號1給MES，MES收到此信號后繼續(xù)下一步操作。如果工人不按照料燈的指示拿取零部件，PLC的防錯(cuò)完成信號將不會傳輸給MES，MES會控制發(fā)動機(jī)不被允許流轉(zhuǎn)至下一工位繼續(xù)裝配。

3 結(jié)論

執(zhí)行零部件臨時(shí)變更是一個(gè)容易出錯(cuò)且有控制難度的業(yè)務(wù)，需要充分地利用MES系統(tǒng)面向車間制造和設(shè)備控制的優(yōu)勢，根據(jù)工廠的業(yè)務(wù)要求和設(shè)備硬件條件對MES系統(tǒng)進(jìn)行合理開發(fā)和應(yīng)用，最大化地降低執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。