柔性、精益的汽车行业MES解决方案

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一、公司介绍（GE & GEIP）

    　GE是美国最大的多元化企业之一，1892年由爱迪生创建，GE也是1896年的道琼斯指数名单中至今还存在的唯一一家企业。持续创新是GE的光荣传统。我们是一个能应对世界上艰难挑战的、全球性的技术、金融和媒体公司，在全球有四大研发中心，我来自上海的研发中心，如果各位朋友有空可以到上海参观一下我们的新的理念，新的产品展示。

   　 GE智能平台是GE公司的一个业务部门，主要为汽车、轨道交通、电力、水利等行业客户提供解决方案。我们公司主要提供运营管理软件也就是我今天主要介绍的MES、自动化硬件、以及嵌入式系统。

    　我们提供的解决方案，包括汽车制造、生命科学、水处理、轨道交通等，产品线是比较长的。在北美，我们的产品被三分之二的汽车生产厂商所采用；在中国，我们为吉利汽车提供了Proficy的软件产品，帮助他们提高工厂的运营水平。

　　二、汽车整车生产厂MES解决方案

    　GE 智能平台在汽车行业有着20多年的经验，积累了丰富的知识和技能，可以提供完善的整体解决方案，并一直密切关注整个行业的发展动向，从而保持了我们在这个领域的领导地位。目前，在全球有超过1000多个工厂使用了我们的解决方案，它们每年生产出超过1000万辆整车和超过10亿件汽车零部件。秉承先进的六西格马质量理念和精益生产的思想，我们对我们的解决方案进行着持续改进，使它变得更柔性、更精益和更强大。

    图1 汽车行业的挑战

   　 经过几年的迅猛发展，中国汽车市场日趋成熟，消费者的需求越来越多样化，消费行为也越来越理性，人们对汽车的质量和性能提出了越来越高的要求，所有这一切都给汽车制造商们带来了新的机遇和挑战。工厂的自动化程度不断提高，生产的车型越来越丰富，生产节拍也在持续加快，以上种种都不断对生产管理提出新的课题和挑战。汽车制造商们迫切需要一种先进的管理系统，来帮助他们快捷、高效地对整个生产过程进行监控和管理，这种系统就是近几年逐渐兴起的MES（Manufacturing Execution System）概念。

    　MES的系统目标有战略目标、应用目标、功能目标。早在MES这一概念提出之前，全球各大汽车制造商们就已经在使用各种系统来帮助他们对整个制造过程的各个环节进行管理。比如丰田汽车秉承“决不让不合操作标准的产品进入下一道工序”的理念，创造性地使用Andon系统；通用汽车为了对装配过程中的安装力矩进行管理，引进了QCOS系统等等。这是一个持续发现问题，然后解决问题的过程，虽然问题逐个得到解决，但是最后形成的却是一个多平台、多供应商、缺乏统一标准的体系，好比是由一块块补丁组成的衣服。拿某国际知名汽车制造厂商举例来说，在全球一百多家工厂里，使用着由八十几家供应商提供的多达两百多种系统和平台，这样的后果就是：不同的工厂使用着不同的管理系统，彼此之间难以会话，对系统维护人员来说，这样的系统很难理解和掌握，几乎不可能进行统一管理，且缺乏柔性，难以在功能上进行扩展；更致命的是：系统一旦需要升级，就得把所有相关的供应商聚集在一起进行讨论，这样就难免会出现责任不清、互相扯皮的现象，更有甚者，有些供应商由于经营不善，都已经关门倒闭，牵一发而动全身，耽误了整个系统的更新和再构。所有这些逐渐发现的问题和隐患，都在不断地提醒着包括汽车制造商在内的企业用户和系统集成商们：应该从更高的层次和更全面的角度对这一系统进行整体考虑，构筑出一个结构统一、功能完整、易于维护和扩展并且规模灵活的管理信息系统。这种想法促成了MES这一概念的产生和发展。

    　汽车整车制造业, 经过多年的发展逐渐形成了被各方广泛接受的MES典型参考模型。我们遵循了S95的一个建模规办，把工厂分成了五个层次，包括生产车间，生活线，制造单位，过程变量，组合变量，同时还对生产计划、生产路径包括加工能力都进行了定义，保证了当企业的生产组织模式发生变化时，工厂模型与之能够同步的更新，这样更灵活体现柔性的特点。

    　Proficy制造执行系统，主要内容包括冲压、焊装、涂装、总装四大工艺车间生产线的管理以及与生产线关联的生产、作业、物流、质量等一系列内容的管理。

    图2 Proficy 汽车行业MES方案

    　在目前我们整车厂来讲，随着市场经济的完善，车间在制造企业中逐步向分厂制过渡，导致其角色也由传统的企业成本中心向利润中心转化，更强化了车间的作用。因此，位于车间并起着执行功能的制造执行系统MES就具有十分重要的作用。制造执行系统MES在计划管理层与底层控制层之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的空隙。

    图3 MES系统平台架构

  　  一方面，MES可以对来自MRPII /ERP 软件的生产管理信息细化、分解，将操作指令传递给底层控制；另一方面，MES可以实时监控底层设备的运行状态，采集设备、仪表的状态数据，经过分析、计算与处理，触发新的事件，从而方便、可靠地将控制系统与信息系统联系在一起，并将生产状况及时反馈给计划层。

  　  车间的实时信息的掌握与反馈是制造执行系统对上层计划系统正常运行的保证，车间的生产管理是制造执行系统的根本任务，而对底层控制的支持则是制造执行系统的特色。

    　在MRP系统里面重要数据可能无法得到共享，企业的信息流有时没有完全打通，Proficy有一个叫企业连接器，它实现了SAP和MRP系统和MES有一个无缝的连接，而这个连接信息流也是分为接受和发送的方向。从这点我们看出，MES与ERP接口其实是相当重要的，从某种角度来讲，ERP系统还是需要MES来提供一些成本，制造周期和一些计划产出时间等一些生产数据。MES也要从其他系统里面获取相关的数据，包括我们从下面的API，包括我们从下面的ERP里面获取整个大的订单BOM，包括我们的BOM表要从ERP里面去获取，信息交流是一个方向。

   　 下面逐一讲一下MES的基本功能。

    　1. 生产计划管理

    图4 生产计划管理

    　我们知道，在整车厂的生产计划重要性非常显著，现在生产量日益提高，产出的汽车要么造成大的库存，要么跟不上客户的需求。从我们经销商下订单开始，整个到订单的释放全是由APS系统来获取的。MES要从订单释放这个节点，接受订单的数据，再把订单展开，展开以后进行排序，比如涂装来讲，订单有红色、黑色、白色、绿色等颜色的车车，排序不可能这个节点涂辆白色车，下一个节点涂个红色车，对于涂装线来讲整个更换颜色成本消耗会非常大。所以我们利用MES进行排序，排序它会有一个底线，比如十辆车是一个颜色，这样整个生产下来以后，对于生产的成本和时间会控制非常好。车辆生产的时候，车辆状态也会及时的反馈到ERP系统，ERP上层的管理员然后对订单进行处理。

    　在业务上，MES涵盖了月、周、三日、日、批次五层次计划及冲压计划的编制审核和下发流程。细化以后它就可以自动的在生产供应线上排好。以前依托EXCEL进行编制，耗时长，缺乏有效的系统，精准率和生产车间的可供性不够理想等问题都一一解决了。这就是我们MES能够在计划管理管理方面做的一些东西。如果细化来讲，冲压减少换模，提高设备利用率；焊装保证涂装生产，减少换车型；涂装保证总装队列，减少换色；总装保证交货期，生产均衡化。依照这些标准来给企业建立的模型基本上能符合企业的需要。

    　2. 物料管理

    图5 物料管理

    　采用同步计算技术，实现批量、顺建、SPS、顺引配送料模式，将正确数量、正确品种的零部件用正确的方式在正确的时间送至正确的地点并交给正确的人，满足生产线物料需求的同时又能够实现库存的最小化、节约流动资金和降低物流成本。

   　 ·物流拉动-批量配送

   　 对于通用件、标准件按照批量发送的模式进行配送。当总装车辆队列移动时，系统根据BOM和实际车身队列预先需求数量，当需求数量高于安全库存时系统自动发出要料消息给对应的库区。

   　 ·物流拉动-顺建

  　  指示配送人员按照生产线生产车型顺序重新摆放零部件，按照顺序引取到线体上。提高装配操作者作业节拍，减轻劳动负荷，减少识别零部件环节，降低线边库存，减少存储面积和存储成本及减小错装风险。

    　·物流拉动-顺引

    　指导供应商或配送中心按照生产线车辆生产的车型顺序，向工厂输送零件。节约工厂内零部件存储区的面积，同时降低内物流作业负荷、减少内物流作业人数，从而降低物流成本。

    　·物流拉动-SPS成套

    　在和生产线分离的另一个场地，将一辆份的零件拣选出来或进行分装后按照顺序向生产线上操作者供给的方式，防止错漏装，缩短装配时间，从而提高作业效率。

    　·物流拉动-线边物料

    　这是对紧急的情况来讲，包括SPS物料不准确，里面东西错了，物料可以拉动机构，可以让仓库人员及时获取信息。

    　3. 质量管理

    　国外对汽车质量的把控是非常严格的，国内也在往这方面靠拢，我们的质量管理系统通过对全厂质量问题的记录、处理、跟踪与统计分析，以维护产品质量的稳定性、控制不合格品数量及降低召回成本，并为管理人员提供全面、真实的质量分析报告，实现对整个工厂生产全过程质量的监督与控制。

    图6 质量管理

   　 ·整车品质管理

  　  支持现场质量问题的输入，且质量问题录入时，提供图形界面、分类式树形结构及代码

　   ·等简捷的录入方式

  　  支持质量问题的快速反馈；支持缺陷问题的统计、分析、预警、反馈（包括责任部门、安东系统等）；

　   支持质量问题再发分析（缺陷问题反复出现时给出提示记录应对方式）；

　   对质量问题进行分类汇总、统计，并对多发质量问题进行标识及提醒，以便对重点问题进行集中优先解决；

  　  缺陷即时通知，同一工人的装配缺陷在后续工序发现后，会立即在工位计算机上有显示，以提醒工人不要再犯同样的错误；

　    缺陷解除：解除后的缺陷，系统自动反馈到缺陷信息中，以便区分于还未解除的缺陷信息

　   ·质量追溯

    　支持单车装配清单查询，系统根据BOM数据、要货、装配数据、零部件更换数据、关键件采集数据给出相应的准确清单；支持单车质量问题汇总；

  　  作业人员与作业位的对应关系，并对上下班切换进行维护，系统根据人员出勤情况及人员作业位对应关系，记录人员与作业位的对应；

　   可按关键零件分布情况，若零件的某厂商的某批次可能存在批量性的质量问题，可快速在产品中定位该批次的零件

　    ·设备效率

　   设备效率管理包括各种设备效率分析，同时也包括对各种其他系统的信息查询。

　   主要的生产性能分析通过报表的形式在浏览器中查询，同时也提供现场的MES 客户的各种现场指导性显示，如质量偏差显示，设备停机显示，废品信息实时显示等。

　    ·质量ANDON

　    质量ANDON是利用声音和视觉显示当前生产线工作状态的信息系统。它提醒与某个工位上所发生的问题相关的组员、班组长、维修人员和管理人员及时作出响应。

　    ANDON让操作工每当质量问题发生时寻求帮助。当一个工位的操作工需要帮助时，拉一下拉绳，拉绳触发ANDON，点亮ADNON板上与此工位相对应的指示灯，表明需要帮助、同时ANDON播放乐曲以便引起注意。 ANDON可以对每一个班组设定不同的乐曲旋律。

　    班组长响应质量请求，当问题及时解决后，操作员再次拉一下该工位拉绳使系统回到正常状态；如果问题在车辆到达固定停止位（FPS）之前还没有解决，输送线会停止工作，以便解决问题，当问题解决后，拉动拉绳，输送线开始运行。

　    4. 蓝图设计

  　  我们对整车场有蓝图设计，包括冲压、焊装、总装都有蓝图设计。

  　  5. 系统借鉴与创新

    　Proficy MES系统一方面借鉴了GE公司在通用、吉利、奇瑞等整车厂MES项目的经验，同时参考了长城汽车MES系统功能，以确保系统的先进性和通用性。

　　三、汽车零部件生产厂MES解决方案

  　  方案差不多，工艺没有那么复杂，主要是以优化运行、优化控制、优化管理这三方面来进行实施，运行主要是生产排产，生产监控，资源管理，优化控制主要是质量管理，生产追踪，优化管理主要是工作流管理。

    图7汽车零部件生产厂MES网络架构

    　汽车零部件厂也是分厂的形式，这些厂的设备和生产信息，都可以通过我们的网络汇集到服务器中，然后通过分析构建MES网络，管理人员及时获取一些管理信息。

　　四、吉利汽车MES案例分享
　    客户目标：
　    全球化的MES平台（满足开放的，层次化的，无须定制的以及可组态的要求）；
　    与现有ERP系统的集成；
　   生产定单的接收、排序、分解和执行管理；
  　  车体的在线识别、关重件的扫描跟踪及质量检测信息的集成；
　   生产管理和生产信息广播；
  　  质量管理和建立“一车一档”产品档案以及召回支持；
    　生产监控和生产统计分析；
  　  WIP物料管理和JIT物料拉动。
　   Proficy 解决方案：
　    交钥匙工程（包括所有的服务和软/硬件）；
  　  层次化的 Proficy 产品家族，从 iFIX 一直到 Historian 数据库, Plant Applications应用和使用RTIP提供Web门户；
　    使用ERP连接器集成SAP和MES系统。

　（本文根据2011年中国汽车行业信息化深化应用论坛，GE汽车行业经理刘继锋在论坛上演讲整理而成，未经本人确认。）

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