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中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所 彭慧
項(xiàng)目背景
宇通客車是亞洲最大的客車生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)客車近3萬(wàn)輛，產(chǎn)值近百億。
通過(guò)多年的努力，宇通客車信息化工作取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，到目前為止，企業(yè)成功的實(shí)施了SAP R/3系統(tǒng)，為企業(yè)管理能力的提升，提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。
在成功實(shí)施了SAP之后，宇通人并沒(méi)有滿足，結(jié)合自己的實(shí)際需求，開始了MES的實(shí)施工作。為使企業(yè)早日成為數(shù)字化企業(yè)，進(jìn)一步提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，開始了新的征程。
在全面了解MES的理念、技術(shù)的前提下，在綜合考察了汽車行業(yè)實(shí)施MES取得的成功經(jīng)驗(yàn)及失敗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)自身的實(shí)際需求及客車制造行業(yè)本身的特點(diǎn)，確定先從客車生產(chǎn)過(guò)程追蹤入手，開始宇通客車MES的實(shí)施工作，并選擇了中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所作為其MES實(shí)施伙伴。
中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所是國(guó)立的科研機(jī)構(gòu)，致力為企業(yè)提供先進(jìn)制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)、整體解決方案。沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所自九十年代中期開始了MES方面的研究、開發(fā)、及工程應(yīng)用工作。在汽車、冶金、煙草等行業(yè)取得了十余項(xiàng)成功的應(yīng)用案例，具有豐富的MES實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的MES全套解決方案供應(yīng)商。同時(shí)，沈陽(yáng)自動(dòng)化所也是GE授權(quán)的軟件高級(jí)解決方案供應(yīng)商（PSP）。
項(xiàng)目需求
在宇通客車確定了實(shí)施MES的戰(zhàn)略目標(biāo)后，如何確定具體的實(shí)施策略，就成為宇通客車與MES解決方案供應(yīng)商面對(duì)的首要問(wèn)題。
雖然同屬汽車行業(yè)，但客車生產(chǎn)與轎車生產(chǎn)存在極大的不同�？蛙嚿a(chǎn)是一個(gè)人工密集、資金密集、技術(shù)密集的行業(yè)。客車生產(chǎn)以手工制造為主，自動(dòng)化程度較低。客車生產(chǎn)定制化程度高，屬于多品種小批量的生產(chǎn)方式�？蛙嚿a(chǎn)工藝復(fù)雜，特別是涂裝生產(chǎn)�？蛙嚿a(chǎn)周期長(zhǎng)，一般從焊裝開始到試交入庫(kù)，需要一周左右的時(shí)長(zhǎng)。
在焊裝階段一般采用流水線的生產(chǎn)組織方式；但到了涂裝階段，一般則采用抽屜式的生產(chǎn)組織方式，車動(dòng)人亦動(dòng)；之后在總裝階段，采用流水線的生產(chǎn)組織方式；而之后的鋪椅、試交階段，則采用以生產(chǎn)工位為核心的組織方式，同樣車動(dòng)人亦動(dòng)�？傮w而言，客車生產(chǎn)，由于生產(chǎn)方式及生產(chǎn)工藝的特殊性，生產(chǎn)組織形式完全不同于轎車生產(chǎn)，是以流水線生產(chǎn)為輔，以工位生產(chǎn)為主的生產(chǎn)模式。
正是由于客車生產(chǎn)組織方式的特殊性，為客車生產(chǎn)管理增加了極大的復(fù)雜性，使得客車生產(chǎn)MES，同轎車生產(chǎn)相比有了很大的不同。為客車生產(chǎn)過(guò)程追蹤，生產(chǎn)計(jì)劃編制，生產(chǎn)指揮調(diào)度等MES管理功能的實(shí)現(xiàn)，帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。
在實(shí)際生產(chǎn)管理中，經(jīng)常出現(xiàn)：人找不到車，車找不到人；有車無(wú)盤，有盤無(wú)車；有位無(wú)車，有車無(wú)位；有車無(wú)料，有料無(wú)車等現(xiàn)象�，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理的混亂，使得客車生產(chǎn)指揮調(diào)度無(wú)準(zhǔn)確的依據(jù)，生產(chǎn)效率不高，交貨期延長(zhǎng)，物料供給不及時(shí)，出現(xiàn)錯(cuò)漏裝現(xiàn)象等等。
通過(guò)我們對(duì)宇通客車MES深入仔細(xì)的分析，我們認(rèn)為，客車生產(chǎn)過(guò)程追蹤，是宇通MES的基礎(chǔ)，是全面實(shí)施宇通MES的關(guān)鍵所在，也是生產(chǎn)管理人員最急迫得需求。
解決方案
1.總體思路
由于客車生產(chǎn)是一種開放式的、非流水線的生產(chǎn)方式，且生產(chǎn)工位與生產(chǎn)工藝階段不存在嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，因而若實(shí)施客車生產(chǎn)過(guò)程追蹤，必須首先實(shí)現(xiàn)客車生產(chǎn)中的車輛位置追蹤；在位置追蹤的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝階段的追蹤；以及在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量追蹤，生產(chǎn)人員追蹤，物料追溯等MES功能。所以，客車生產(chǎn)追蹤的核心是車輛位置追蹤。
為了實(shí)現(xiàn)車輛位置追蹤，我們依據(jù)宇通的生產(chǎn)現(xiàn)狀，以及宇通MES的總體規(guī)劃，將宇通客車占地約百萬(wàn)平米的生產(chǎn)場(chǎng)地，劃分為四百個(gè)左右的位置區(qū)域，覆蓋了宇通客車的焊裝、涂裝、承裝、鋪椅、試交、入庫(kù)等絕大部分生產(chǎn)過(guò)程。區(qū)域可分為兩大類，一類是工作區(qū)域，用于客車生產(chǎn)；另一類是輔助區(qū)域，用于車輛暫存及異常處理。
其中，將焊裝生產(chǎn)車間劃分為8個(gè)生產(chǎn)區(qū)域（每條線2個(gè)），5個(gè)輔助區(qū)域（每條線各一個(gè)，設(shè)置了一個(gè)公用輔區(qū)）。8各生產(chǎn)區(qū)域設(shè)置了8個(gè)信息采集點(diǎn)，每條線頭尾各一個(gè)。5個(gè)輔助區(qū)域，各設(shè)置一個(gè)信息采集點(diǎn)。
考慮到下一階段的生產(chǎn)指揮調(diào)度的需求及涂裝得抽屜式生產(chǎn)方式特點(diǎn)，涂裝生產(chǎn)車間生產(chǎn)場(chǎng)地劃分為近235個(gè)生產(chǎn)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域設(shè)置一個(gè)信息采集點(diǎn)。
承裝生產(chǎn)車間的生產(chǎn)場(chǎng)地則劃分為31個(gè)生產(chǎn)區(qū)域，其中，與涂裝得交接區(qū)及生產(chǎn)準(zhǔn)備區(qū)17個(gè)，裝配生產(chǎn)區(qū)8個(gè)，輔助工作區(qū)6個(gè)。每個(gè)區(qū)域設(shè)置一個(gè)信息采集點(diǎn)。
考慮到下一階段的生產(chǎn)指揮調(diào)度的需求及鋪椅試交開放式的生產(chǎn)方式特點(diǎn)，鋪椅試交工作場(chǎng)地，則劃分為40個(gè)工作區(qū)，54個(gè)輔助工作區(qū)。每個(gè)區(qū)域設(shè)置一個(gè)信息采集點(diǎn)。
在車輛位置追蹤的基礎(chǔ)上，我們定義了車輛每個(gè)工藝階段的標(biāo)準(zhǔn)操作，如開工、完工，異常等等。
上圖為試交工段區(qū)域劃分及采集點(diǎn)配置示意圖
2.系統(tǒng)功能
2.1 與SAP集成
接受SAP給出的車輛生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，并將車輛生產(chǎn)作業(yè)完工情況回報(bào)給SAP。
2.2 車輛位置及作業(yè)進(jìn)度數(shù)據(jù)采集
·焊裝車輛位置及作業(yè)進(jìn)度數(shù)據(jù)采集
·涂裝車輛位置及作業(yè)進(jìn)度數(shù)據(jù)采集
·承裝流水線位置及作業(yè)進(jìn)度數(shù)據(jù)采集
·鋪椅位置及作業(yè)進(jìn)度數(shù)據(jù)采集
·檢車位置及作業(yè)進(jìn)度數(shù)據(jù)采集
·淋雨位置及作業(yè)進(jìn)度數(shù)據(jù)采集
· 路試位置及作業(yè)進(jìn)度數(shù)據(jù)采集
·生產(chǎn)處維修組位置及作業(yè)進(jìn)度數(shù)據(jù)采集
·底盤維修組位置及作業(yè)進(jìn)度數(shù)據(jù)采集
· 打阻尼膠位置及作業(yè)進(jìn)度數(shù)據(jù)采集
·復(fù)檢交車位置及作業(yè)進(jìn)度數(shù)據(jù)采集
·交車入庫(kù)位置及作業(yè)進(jìn)度數(shù)據(jù)采集
2.3條碼數(shù)據(jù)打印
·車工號(hào)條碼標(biāo)簽打印
·位置條碼標(biāo)簽打印
·工藝條碼標(biāo)簽打印
·班組條碼打印
·人員條碼打印
2.4 PDA通訊服務(wù)
2.5 生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程追蹤
2.6 車輛追蹤結(jié)果顯示
·廠級(jí)車輛追蹤結(jié)果查詢顯示
·車間級(jí)車輛追蹤結(jié)果查詢顯示
2.7 生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)
·廠級(jí)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)
·車間級(jí)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)
3.實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案
3.1 數(shù)據(jù)采集方案
在綜合比較了條碼、RFID等追蹤技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)、實(shí)施可行性、實(shí)用性的前提下，確定采用條碼追蹤技術(shù)。
考慮到客車生產(chǎn)的開放式特點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集設(shè)備選定了Motorola MC70無(wú)線手持PDA。為了降低投入，提高設(shè)備利用率，采用多個(gè)采集點(diǎn)復(fù)用設(shè)備的方案，最終配置了近百臺(tái)數(shù)據(jù)采集終端。
條碼標(biāo)簽采用普通的紙質(zhì)介質(zhì)。
3.2 無(wú)線通訊方案
考慮到PDA與AP通訊的不可靠性，采用了微軟消息隊(duì)列的通訊機(jī)制。同時(shí)也保證了追蹤結(jié)果的一致性。
3.3 追蹤與結(jié)果顯示方案
追蹤與追蹤結(jié)果的查詢顯示，是本方案的技術(shù)核心。如何近可能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確記錄下車輛的位置及生產(chǎn)狀況，并實(shí)時(shí)將結(jié)果反饋給現(xiàn)場(chǎng)管理人員，是我們重點(diǎn)要考慮的問(wèn)題。特別地要考慮到數(shù)十個(gè)客戶端并發(fā)訪問(wèn)的問(wèn)題。
本部分實(shí)現(xiàn)工作，我們采用了GE Proficy家族平臺(tái)軟件——Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY和Proficy Tracker。
Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY是一個(gè)廣泛用于汽車行業(yè)的HMI/SCADA平臺(tái)軟件，其內(nèi)置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，確保了在大量并發(fā)訪問(wèn)條件下客戶端的實(shí)時(shí)性。Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY基于Windows 2003/2000/XP的平臺(tái)上，通過(guò)各種串行的、網(wǎng)絡(luò)的通訊方式采集控制器中的數(shù)據(jù)，并利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大圖形功能動(dòng)態(tài)地顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
Proficy Tracker是一個(gè)專門用于離散制造業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程追蹤的MES平臺(tái)軟件。利用該軟件可以建立起企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程追蹤模型，確保了追蹤過(guò)程的可靠性及可擴(kuò)展性。Proficy Tracker同時(shí)提供了豐富的基于組件的、面向?qū)ο蟮腁PI接口，用于應(yīng)用工程的定制化開發(fā)工作。Proficy Tracker通過(guò)讀取安裝在生產(chǎn)線上的條碼掃描器或RF Tag讀寫頭的數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)里為每個(gè)通過(guò)加工點(diǎn)的加工對(duì)象建立數(shù)據(jù)記錄，從而跟蹤每個(gè)加工對(duì)象的當(dāng)前位置及加工狀況。除了對(duì)加工對(duì)象進(jìn)行跟蹤之外，Proficy Tracker還能根據(jù)當(dāng)前的生產(chǎn)形勢(shì)和條件，按照用戶預(yù)先設(shè)定的規(guī)則，對(duì)加工對(duì)象的下一個(gè)加工路徑進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化選擇。Proficy Tracker作為Proficy軟件家族中的一個(gè)組件，跟蹤數(shù)據(jù)可以方便地通過(guò)Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY中的數(shù)據(jù)點(diǎn)（虛擬點(diǎn)）集成到監(jiān)控畫面中。用戶通過(guò)監(jiān)控畫面即可以了解到生產(chǎn)跟蹤信息。
3.4 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如下圖所示：
實(shí)施結(jié)果
系統(tǒng)經(jīng)過(guò)三個(gè)月左右的開發(fā)，與2008年11月順利上線運(yùn)行。
通過(guò)近400個(gè)工作區(qū)及輔助區(qū)的劃分，MES系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地追蹤到每一輛車的位置，實(shí)時(shí)展示出每一輛客車的生產(chǎn)狀態(tài)。為生產(chǎn)管理人員的生產(chǎn)指揮工作提供了有力支撐；亦為物料配送人員的配送工作提供了準(zhǔn)確的依據(jù)；同時(shí)亦為生產(chǎn)過(guò)程的持續(xù)改進(jìn)，提供了數(shù)量化的客觀標(biāo)準(zhǔn)。
追蹤系統(tǒng)的成功實(shí)施，為后續(xù)MES工程的實(shí)施工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
上圖為公司級(jí)生產(chǎn)追蹤結(jié)果顯示畫面
關(guān)于GE智能平臺(tái)
GE智能平臺(tái)是一個(gè)提供高新技術(shù)的企業(yè)，它為世界各地的用戶提供用于自動(dòng)化控制和嵌入式領(lǐng)域的軟硬件產(chǎn)品、服務(wù)以及專業(yè)技術(shù)。我們?yōu)橛脩籼峁┮粋�(gè)獨(dú)特的、靈活的、超可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，使得他們?cè)诎茉�、水處理、消費(fèi)品、國(guó)防以及通訊等領(lǐng)域，獲得持續(xù)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。GE智能平臺(tái)總部設(shè)在美國(guó)弗吉尼亞州的夏洛茨維爾，是GE企業(yè)解決方案業(yè)務(wù)集團(tuán)的一員。需獲取更多詳情，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)www.ge-ip.com。
關(guān)于GE企業(yè)解決方案
GE企業(yè)解決方案通過(guò)提供集成的解決方案幫助客戶提升生產(chǎn)力和收益，這些解決方案涵蓋了傳感器和無(wú)損檢測(cè)、安防和生命安全技術(shù)、電力系統(tǒng)保護(hù)和控制以及工廠自動(dòng)化和Embedded計(jì)算系統(tǒng)。企業(yè)解決方案的高科技、高增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)包括傳感與檢測(cè)技術(shù)，安防，數(shù)字能源和智能平臺(tái)。世界各地60多個(gè)國(guó)家的17000多名員工為客戶解決各種問(wèn)題。
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