汽車零部件生產(chǎn)信息化系統(tǒng)建設(shè)探索

韋明鳳

（廣西汽車集團(tuán)有限公司，柳州545000）

2014 年我公司開始進(jìn)行價(jià)值流工作整合，強(qiáng)調(diào)利用信息化手段管控公司的價(jià)值鏈，促進(jìn)公司整體業(yè)務(wù)水平優(yōu)化發(fā)展[1]。生產(chǎn)制造過程是公司主營業(yè)務(wù)最核心一層，但目前公司在生產(chǎn)過程管理方面沒有完善的信息化系統(tǒng)。另一方面，客戶整車市場逐步趨向定制化，整車生命周期在縮短，車型品種增長迅速，對我公司零部件的生產(chǎn)業(yè)務(wù)模式也提出了新的要求。

在此背景下，我公司零部件面臨大幅增加的新產(chǎn)品開發(fā)、小批量多品種的生產(chǎn)以及隨客戶生產(chǎn)線拉動配送的要求。在信息化方面，需要一個(gè)有效的生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)支持，滿足客戶市場及生產(chǎn)模式的改變。因此，我公司計(jì)劃建立面向生產(chǎn)過程管控的數(shù)字化管理系統(tǒng)應(yīng)用試點(diǎn)，并逐步向數(shù)字化工廠目標(biāo)邁進(jìn)。

1 生產(chǎn)信息化系統(tǒng)建設(shè)意義和目標(biāo)

項(xiàng)目的意義在于，通過MES 系統(tǒng)的建設(shè)，將打通生產(chǎn)現(xiàn)場過程控制層與企業(yè)運(yùn)營管理層，促進(jìn)生產(chǎn)過程系統(tǒng)與企業(yè)運(yùn)營系統(tǒng)間信息流動的自動化。逐步積累企業(yè)生產(chǎn)過程、質(zhì)量、成本等數(shù)據(jù)信息，連接企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品維修數(shù)據(jù)等，形成企業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品大數(shù)據(jù)資源，通過對數(shù)據(jù)的分析利用，提升企業(yè)生產(chǎn)制造的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化水平，逐步實(shí)現(xiàn)智能制造。

項(xiàng)目的總體目標(biāo)在于建立適用于五菱工業(yè)公司的生產(chǎn)信息化平臺，保證從接收客戶計(jì)劃，分解客戶計(jì)劃，數(shù)字化輔助排產(chǎn)，生產(chǎn)執(zhí)行以及完工進(jìn)程完全可控。具體目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程信息自動采集和跟蹤，提高生產(chǎn)執(zhí)行效率；以數(shù)字化輔助排產(chǎn)為核心，優(yōu)化車橋廠生產(chǎn)計(jì)劃與排產(chǎn)模型，支撐多產(chǎn)線協(xié)同排產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化應(yīng)用；建立面向車間現(xiàn)場、 工廠級以及公司級的生產(chǎn)運(yùn)行移動監(jiān)控中心，支持各類運(yùn)行問題預(yù)警，提升與生產(chǎn)相關(guān)的跨部門業(yè)務(wù)協(xié)同管理效率。

2 生產(chǎn)信息化系統(tǒng)解決方案

系統(tǒng)整體分為兩大部分，如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 System architecture diagram

車間設(shè)備、庫存、質(zhì)量檢測等數(shù)據(jù)采集。主要完成各車間或工段中關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)、 運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，以及各半成品、成品上下線和庫存數(shù)據(jù)、返修區(qū)數(shù)量，以及按燈、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)完成采集后，實(shí)時(shí)傳送到MES 中心數(shù)據(jù)庫中[2]。

MES 系統(tǒng)。在MES 中心提供生產(chǎn)計(jì)劃排程、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、生產(chǎn)報(bào)表管理等核心功能服務(wù)。通過MES 客戶端，向各生產(chǎn)部門、職能部門推送所需數(shù)據(jù)和可視化界面。

2.1 計(jì)劃排產(chǎn)模塊

計(jì)劃排產(chǎn)模塊設(shè)計(jì)如圖2 所示。接收上游的生產(chǎn)計(jì)劃，并可以根據(jù)交貨期、產(chǎn)能、生產(chǎn)線生產(chǎn)規(guī)則、設(shè)備狀態(tài)等屬性進(jìn)行排產(chǎn)，同時(shí)提供相應(yīng)的調(diào)整功能[3]。

APS 系統(tǒng)客戶需求轉(zhuǎn)化模塊從FTP 讀取客戶需求信息，通過需求轉(zhuǎn)化模塊轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)計(jì)劃；從MES 系統(tǒng)讀取產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)；從WOMS 物流作業(yè)系統(tǒng)讀取物流物料、產(chǎn)品、半產(chǎn)品庫存信息。此外，系統(tǒng)物料需求計(jì)算模塊將物料需求計(jì)算結(jié)果發(fā)送至WOMS 系統(tǒng)；將排產(chǎn)結(jié)果推送至MES 系統(tǒng)。計(jì)劃排產(chǎn)模塊信息流如圖3 所示。

圖2 計(jì)劃排產(chǎn)架構(gòu)圖Fig.2 Planned production architecture diagram

圖3 APS 信息流圖Fig.3 Planned production information flow diagram

2.2 進(jìn)度管理模塊

進(jìn)度管理是生產(chǎn)制造層的重要組成部分，其主要包含的功能有如下幾點(diǎn)：

產(chǎn)線完工信息實(shí)時(shí)更新： 通過實(shí)時(shí)采集機(jī)器人、觸控機(jī)床、PLC、掃碼槍、第三方系統(tǒng)等底層數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)更新產(chǎn)線的完工信息；通過滿框物料標(biāo)簽一鍵生成功能，自動拉動完工質(zhì)檢業(yè)務(wù)與物流實(shí)時(shí)掃碼入庫；通過產(chǎn)線旁客制化的電子看板還可及時(shí)反饋停線按燈信息，并由系統(tǒng)自動推送至相關(guān)業(yè)務(wù)部門。

廠級、車間級進(jìn)度看板：實(shí)時(shí)更新計(jì)劃任務(wù)的完成情況，通過理論JPH 與實(shí)際JPH 管理進(jìn)度的超前滯后；實(shí)時(shí)顯示各產(chǎn)線狀態(tài)以及推送過來的異常信息，協(xié)同各業(yè)務(wù)部門及時(shí)解決。

物料實(shí)時(shí)需求自動拉動：根據(jù)任務(wù)的完工情況與物料庫存，間隔10 分鐘計(jì)算未來1 小時(shí)（T+1）、4 小時(shí)的物料需求，實(shí)時(shí)推送至物流作業(yè)系統(tǒng)。

生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)記錄，全景分析與輔助決策。

2.3 集成設(shè)計(jì)

集成設(shè)計(jì)主要分兩部分，一是梳理清楚各信息化系統(tǒng)間的業(yè)務(wù)關(guān)系與邏輯關(guān)系，二是選用適合五菱汽車工業(yè)自身的系統(tǒng)集成接口。生產(chǎn)信息化系統(tǒng)的集成方案如圖4所示。

（1）生產(chǎn)信息化系統(tǒng)定位于制造執(zhí)行環(huán)節(jié)，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)計(jì)劃的安排，在進(jìn)行APS業(yè)務(wù)時(shí)，需要與ERP 交互，獲取庫存與制造BOM 等基礎(chǔ)信息；

圖4 系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)圖Fig.4 System interaction scheme diagram

（2）生產(chǎn)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)信息化系統(tǒng)與物流作業(yè)系統(tǒng)聯(lián)動，管理物料的消耗、入庫與配送，使工廠的物料配送得到保障；

（3）物流作業(yè)系統(tǒng)與ERP 交互，完成料賬與生產(chǎn)訂單信息的過賬與同步，確保賬實(shí)一致，成本可控；

（4）監(jiān)控層，生產(chǎn)信息化系統(tǒng)與SCADA 系統(tǒng)或第三方控制平臺對接，收集設(shè)備完工信息，實(shí)時(shí)更新生產(chǎn)進(jìn)度。

常用的有3 種接口集成方式，即封裝調(diào)用集成、中間對象集成、直接集成模式。鑒于五菱汽車工業(yè)生產(chǎn)信息化平臺的規(guī)模度以及對可靠性的要求，我們采用封裝調(diào)用集成模式。

ESB 發(fā)布http（json）接口，生產(chǎn)信息化系統(tǒng)調(diào)用此接口，發(fā)送請求業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)到ESB，ESB 再調(diào)用ERP 或物流作業(yè)系統(tǒng)的web service 接口。ERP 或物流作業(yè)系統(tǒng)返回業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)給ESB，ESB 再推送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)到生產(chǎn)信息化系統(tǒng)。接口采用異步模式。

2.4 性能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的性能設(shè)計(jì)關(guān)系到系統(tǒng)的長久高效、穩(wěn)定運(yùn)行，既要考慮近期的建設(shè)規(guī)模，也要預(yù)見將來的系統(tǒng)擴(kuò)充；既要運(yùn)行成本，也要考慮數(shù)據(jù)訪問峰值的均衡負(fù)載?；诖?，原則上采用“分”的設(shè)計(jì)策略：

（1）按業(yè)務(wù)分：

在業(yè)務(wù)層面上，可以考慮把系統(tǒng)拆分成子系統(tǒng)。子系統(tǒng)相對獨(dú)立并協(xié)調(diào)合作。自然我們可以考慮SOA。這里并不強(qiáng)調(diào)SOA 的概念，核心強(qiáng)調(diào)的是業(yè)務(wù)的分拆。如果子系統(tǒng)可以單獨(dú)擴(kuò)展，這樣在遇到瓶頸是就可以對相應(yīng)的子系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。這樣子系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫，持久層，業(yè)務(wù)層，服務(wù)提供層都相對獨(dú)立開來。

再進(jìn)一步考慮服務(wù)的部署。同樣要考慮各部件的邏輯獨(dú)立性。要清楚劃分邊界，Web 服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，文件服務(wù)器，消息中間件……要盡量保證各組件的界地。這樣也是為了擴(kuò)展的靈活，可以在相應(yīng)服務(wù)出現(xiàn)瓶頸時(shí)單獨(dú)擴(kuò)展。

（2）按流量分（負(fù)載均衡）

負(fù)載均衡的概念比較廣，這里主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳的分流設(shè)計(jì)，針對不同工段，由于其數(shù)字化與自動化程度不同，因此實(shí)時(shí)上傳的數(shù)據(jù)量會出現(xiàn)成倍的區(qū)別，為避免局部區(qū)域數(shù)據(jù)上傳造成的堵塞，采用分布式的部署策略，即對數(shù)據(jù)量比較大的加工中心單獨(dú)設(shè)置數(shù)據(jù)采集引擎，在服務(wù)端配置足夠的線程處理峰值數(shù)據(jù)的處理。

（3）冗余和災(zāi)備

對于一個(gè)生產(chǎn)制造企業(yè)級的信息化系統(tǒng)，7*24連續(xù)不間斷運(yùn)行是基本保證，停線的損失更是以分鐘考核，因此災(zāi)備設(shè)計(jì)的重要性不言而喻。磁盤陣列： 對整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)按照實(shí)時(shí)性與安全性分級，采用不同的RAID 級別，對監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采用RAID 0+1級別，對關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采用RAID 1 以上的級別；數(shù)據(jù)冗余： 需信息化平臺提供完善的雙機(jī)熱備方案，可以實(shí)時(shí)做到無擾動切換，確保生產(chǎn)業(yè)務(wù)的連續(xù)運(yùn)行與數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。

3 系統(tǒng)建設(shè)收益

系統(tǒng)上線以來，主要為工業(yè)公司帶來如下收益：計(jì)劃翻譯模塊實(shí)現(xiàn)了流程優(yōu)化，翻譯效率的10倍以上提升，并自動響應(yīng)4 大市場訂單，形成標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)劃翻譯策略；計(jì)劃排產(chǎn)模塊將由人工排產(chǎn)2～4 h 的耗時(shí)，優(yōu)化為由APS 僅需10～20 min，標(biāo)準(zhǔn)化排產(chǎn)邏輯+精細(xì)化的排產(chǎn)粒度，大大降低了傳統(tǒng)工廠對經(jīng)驗(yàn)豐富計(jì)劃員的依賴程度，并加強(qiáng)了計(jì)劃的控制與響應(yīng)能力；依據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動采集與信息集成，整體提升了工廠的物流配送效率，實(shí)現(xiàn)零庫存、零等待；將依靠電話、郵件傳達(dá)的生產(chǎn)監(jiān)控模式轉(zhuǎn)為進(jìn)度看板、停線按燈、移動端結(jié)合的實(shí)時(shí)監(jiān)控模式；將傳統(tǒng)的單靠人工每班報(bào)產(chǎn)，優(yōu)化為以數(shù)字化設(shè)備自動實(shí)時(shí)報(bào)工為主的高效率模式。

4 結(jié)語

MES 制造執(zhí)行系統(tǒng)成功實(shí)施的最終目的是實(shí)現(xiàn)智能制造，其中物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)及數(shù)據(jù)的采集、分析、推送對企業(yè)的智能決策至關(guān)重要，MES 的上馬不能一蹴而就，要在對企業(yè)現(xiàn)狀及行業(yè)發(fā)展趨勢、智能制造技術(shù)進(jìn)行充分而詳實(shí)的調(diào)研基礎(chǔ)上循序漸近、量力而行，切忌大而空和直接嫁接或剽竊其它企業(yè)成果，要做到有所為而有所不為，MES 實(shí)施必須量身定做、量體裁衣，適合的才是最好的，一點(diǎn)心得與大家分享探討。

整體規(guī)劃，分步實(shí)施。要建立一個(gè)靈活度高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成性良好和適合公司未來發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇傮w架構(gòu)。任何方案的制定都存在由粗到細(xì)的漸近過程，MES 實(shí)施前期也不可能面面俱到，整體規(guī)劃的同時(shí)要聚焦試點(diǎn)項(xiàng)目的開展，隨著項(xiàng)目的深耕細(xì)作和對MES 的深入理解，可以對未實(shí)施項(xiàng)目進(jìn)行糾偏和不斷完善，因此MES 項(xiàng)目一定要分步實(shí)施、穩(wěn)步推進(jìn)。

切忌過分依賴MES 實(shí)施商。企業(yè)的管理難點(diǎn)、痛點(diǎn)和實(shí)際需求唯有自身清楚，不同行業(yè)或處于同一行業(yè)的不同企業(yè)都有可能大相徑庭，況且不同公司的企業(yè)文化和管理理念都存在明顯的差異，無實(shí)施目標(biāo)、無指導(dǎo)思想、無匹配框架的MES 方案是空虛的、乏力的，也不會有可借鑒的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容。企業(yè)在要求MES 開發(fā)商出具技術(shù)方案時(shí)，應(yīng)有所導(dǎo)向和聚焦，使其在限定的框架范圍內(nèi)“精工細(xì)作，不能天馬行空任其發(fā)揮。MES 開發(fā)商可能接觸的案例或業(yè)績較多，但在企業(yè)具體運(yùn)作和實(shí)際需求上不甚了解，難免會在企業(yè)診斷層面出現(xiàn)“張冠李戴”現(xiàn)象，從而影響MES 的落地執(zhí)行， 因此在MES 開發(fā)商引導(dǎo)過程中一定要嚴(yán)格把控是否與自身企業(yè)相適應(yīng)。

業(yè)務(wù)部門融合很重要。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、 軟件開發(fā)與集成是∏部門的專項(xiàng)，IT 部門需提供強(qiáng)有力的盾支持與基礎(chǔ)保障。但真正的將MES 落地，并使其功能發(fā)揮最佳，各業(yè)務(wù)需求部門（研發(fā)、工藝質(zhì)量、設(shè)備、車間）必須主導(dǎo)并且要深度融合，包括成立MES 聯(lián)合推進(jìn)項(xiàng)目部，同時(shí)應(yīng)由熟悉車間工藝流程、作業(yè)內(nèi)容、質(zhì)控空要求、計(jì)劃安排的部門擔(dān)綱。