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MES系统汽车零部件工厂解决方案

日期:2020-12-11    阅读数:11

MES(Manufacturing Execution System)制造执行系统是近十几年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理工具与实时信息系统。在汽车零部件行业严格的召回制度下,MES的实时采集、追溯、防错等功能越来越受到厂家重视,系统的可靠性、灵活性为MES软件的质量提出了更高要求,同时MES在企业中的标准化越来越成为两化融合建设中的难点。 

 

现有架构的不足
MES的标准结构本身是完美的,但实际应用中存在以下难题:

如何标准化?
IAS95主要提供了MES与上位系统(ERP)的接口标准,但并未涉及如何在企业内部形成统一的与底层设备的标准。MES的数据来源如果不与设备控制层集成为一体,就很难发挥应有的效能。由于设备的千差万别,导致与设备的接口各不相同,同一工厂有很多参差不齐的系统,难以整合发挥大数据的作用。

用什么方式与设备交互?
目前通用的交互方式有:
1.驱动程序法
驱动程序法(Drive)是针对不同的设备,通过编写定制一对一的的驱动程序和接口程序的方法来进行数据采集。但存在以下缺陷:

·尽管可以编写定制的驱动程序和接口程序,但因为多种不同类型的控制设备和软件包需要通信,使得程序的种类迅速的增长。
·应用软件的提供者花费太多的资金开发和维护专用接口,这不仅增加了用户的负担,而且在实际上并不能解决不同系统的互操作性。

2.OPC模式
OPC是Microsoft推出的工业监控软件的现场总线,其基本思想是:每个硬件供应商为其设备开发一个通用的数据接口(即OPC Server),供其它系统读写信息,客户应用软件也可以通过OPC规范的接口来读写硬件设备的信息。

OPCIIE务器是根据各个供应厂商的硬件所开发的,使之可以消除各个供应厂商硬件和系统的差异,从而实现不依存于硬件的系统构成。但OPC仍存在以下缺陷:
1 由于OPC的加入,系统响应速度减慢,对于快生产节拍的产线生产效能有较大影响;
2 OPC本身也不是适用所有设备环境,当系统出错时,增加了排查问题的难度;
3 OPC的成本对于大多数企业来说偏高。
 
如何确保可行性?
    MES的运行问题很可能直接导致生产线停产,给工厂带来较大的经济损失。在如何确保可靠性的问题上,面对复杂的工厂环境,国际MES标准没有过多涉及。
 

MES在汽车零部件产线应用的初步探索
针对以上提出的现有MES架构的缺陷,进行了如下尝试性的改进和创新:
1.建立企业内部统一的与设备层的接口标准
对于自动化生产线,需要采集哪些基本数据,要求设备供应商将这些数据放在哪些地位,这些基本数据的设置是否能最大化地满足生产管理的需求。作为MES的设计者不是被动地接收设备供应商的设计和安排,而应主动要求设备商遵循企业内部统一的接口原则。这一举措,看似较难做到,但只要在设备采购付款之前就与设备制造商提出需求,就能做到。

2.采用与设备直连的方式,不依赖于其它中间软件(如OPC)。这一技术路线的采用,主要考虑今后软件系统在维护、升级过程中会更加可控,更容易排查问题。与设备直连,建立在对设备PLC和生产管理现场的数据分析的基础上,对主流PLC的抽象整合,解决了直连模式带来的设备间通讯的冲突。

3.建立新的标准,对老生产线逐步进行改造和系统替换,实现企业整体硬件和软件系统的一致性,更加有利于信息整合和分析利用。


实施iPlan统的成功案例
在公司各级领导的支持和第三方软件公司密切配合下,制订了集团统一的设备接口标准规范(PLC/PC interface)。今后所有的新产线的建立,必须基于此标准进行选型、采购和设备定制。建立专门的MES管理部门,主要负责设备采购前标准的监督和实施,以及对标准的不断优化。

案例一:转向系统EPS生产线的运用
设备主要是:西班牙的Mapro和马来西亚的Flexlink,PLC型号为AB。该生产线充分发挥了系统自动采集、追溯和防错系统等功能。

1.设备建造调试
在这条生产线设备的建造阶段,iPlant跟设备供应商按预定义标准做好接口定义,对每个工站都实现了防错、追溯、报警、参数控制等功能,设备通过HMI从iPlant中下载所有定义好的生产工艺参数,每次通过iPlant修改参数也都会根据需要自动把最新的参数告诉设备,并同时会显示对应的信息在HMI上提示操作工去下载最新的参数。

2.关键工位的交互和控制
在ECU组装站,客户要求在组装之前对ECU进行Pin Check,防止操作工将不合格的ECU组装上去,比如针歪了等等。为了解决与照相机通讯的难题,iPlant使用了DT4000采集终端,通过COM串口数据以及DI/DO信号来实现了对ECU检测结果的采集;当ECU条码被扫到,设备会将ECU条码通过COM口发送给DT4000;当ECU检测完成,设备会发送DI/DO信号给DT4000。

3.该生产线其它功能
条码打印、防错验证、物料追溯等功能,PC上的数据追溯,零部件状态检查,时间同步等功能都得到应用。每次生产件,iPlant会根据条码等信息来检查该件是否属于当前工站,是否状态正常,如果不是,iPlant会提示相关错误信息在HMI上并阻止机器,只有状态正常并且属于当前工站的件才可以继续生产,即使有不良品出现,客户也可以通过iPlant来返工或者报废这个件。生产结束后,iPlant会检查unload的条码,生产数据等来确保件跟生产数据是一一对应的,iPlant的防错能力大大减少了不良品的诞生,降低了风险,同时也节约了生产成本。


案例二:ECU的生产工艺
该生产线设备来自4、5家不同的供应商,由于事先按照统一的接口标准进行规划,预前配合设备供应商做好设备调试。目前不同的生产线设备、生产线和生产线之间都可以在同一软件平台上顺畅运行。

在项目实施之前,需要了解设备及PLC种类,有多少工序、工位、支线?采集哪些数据?哪些工艺流程需要防错控制?哪些工位间需要自动检测校验?哪些数据自动采集或手工采集?哪些操作步骤需要控制?哪些原材料需要追溯?产品按批还是按单件追溯?哪些工位要校验操作工信息?一般在工艺流程中做出标注。

ECU产线某些工序靠人工难以完成,如果设备不能及时获取指令,不能及时将工艺数据反馈,也难以确保产品质量。这需要设备与MES软件配合才能准确完成,比如:

1.ECU形状相同,人工肉眼辨别,出错率高,使用条码控制可以很好解决。
2.ECU的针脚:一般应一次插好,最多2次。如果多做了几次才插好,质量稳定性较差,但检测时不能发现,必须在加工时用软件控制插入次数。
3.有时机器的判断会出错,软件提供定期测试样件的控制,可以提早发现机器是否丧失判断能力。这是人工难以办到的。
4.监控设备OEE。设备的成功率,一次通过率,需要软件采集数据来监控,及时停止生产,检修设备。
5.庞大的数据靠手工记录和保存是零散的,难以发挥管理效能。追溯分析,是质量持续改善的必要保证。在ECU产线中,非关键配件如:电阻、电容按批追溯,关键的配件按件追溯。
6.管理ECU固件程序的更新。一般设备会根据产品型号来选择不同的ECU固件程序来进行更新,但产品型号和固件的版本信息必须在设备中进行绑定,如需增加新产品则必须修改设备中的绑定程序,这种方式缺乏一定的灵活性。在实施过程中,由软件来管理产品型号和ECU固件版本的绑定关系,设备不用关心当前的产品型号,仅根据软件的指令来更新固件。调整或增加产品型号只需在软件中进行设置即可,非常方便。
7.工艺路径在人工控制下容易出错。比如ECU生产要求先焊电阻,再焊电容。用软件容易实现路径的控制,防止顺序出错。
8.每道工序的产品如果会由人工判断是否通过,不可避免会出现错误。用软件实时采集工艺数据来判断产品是否合格,大大提高准确性。
9.返工控制模块控制返工路径、次数、什么情况不允许返工等。


MES使用的效果
MES的一般效果如表1所示。
经过近5年的运行实践,iPlant对在标准化条件下采用直连方式的MES的效能做出如下总结:
1.标准化、统一化生产线数据系统,简化系统维护与管理,统一了来自不同设备供应商的参差不齐的系统。
2.支持跨生产线,跨工厂的生产数据通讯与共享,支持企业级的生产数据仓库。
3.与市场上大部分软件商提供的MES比较,缩短了生产节拍,有利于产能提高。


相关企业建设MES的建议
MES的是否优越,除了在于其技术先进性外,本质在于软件商的售后服务质量和企业内部的统一协调管理。在发达国家推进工业智能化的热潮中,iPlant认为不应盲目信任国外产品,本土软件也有较强的生命力。以下是相关建议:

1.选择与设备交互能力较强的MES软件。该软件与设备的交互时间不能延迟生产节拍,一般应有在复杂环境中长期稳定运行的记录。

2.在生产线建设初期,应做好规划,即提前确定从设备和生产线采集哪些数据用于管理、追溯和质量分析。

3.根据生产管理、质量管理和客户对产品数据的要求,在集团企业内部,建立MES与设备的接口标准,有利于集团企业MES大数据整合,降低运行成本。

4.选择MES应重在看成功案例和售后服务能力。 
 

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