汽车生产过程中的制造执行系统研究与应用

2019-08-15信振宇乌奕竹

汽车实用技术 2019年15期

关键词：车间智能化设备

信振宇，乌奕竹

（华晨汽车工程研究院，辽宁沈阳 110141）

前言

在“互联网+”、“工业4.0”和“中国制造2025”成为国家战略的背景下,中国汽车企业通过智能技术的创新，推动产业链的变革，已成为转型升级发展的必经之路。

在传统制造向智能制造转型的过程中，新一代信息技术与制造过程的融合，将引领制造方式的变革，为制造业的高速、高质、高效发展，提供有力的支撑与保障。

1 制造执行系统简介

制造执行系统（Manufacturing Execution System，简称MES）是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。制造执行系统可实现制造数据管理、计划排程、生产调度、库存管理、质量管理、能源管理、成本管理、项目看板、生产过程控制、底层数据采集、上层数据分析等功能。通过企业制造执行系统的搭建与应用，可为企业构建智能化制造协同管理平台。

制造执行系统在90 年代初被提出，旨在加强生产制造过程的物料及计划管理的执行功能，把各项生产资源通过制造执行系统同车间作业现场控制系统联系起来。通过制造执行系统，生产管理环节与现场控制PLC、数据采集设备、物料条形码、检测设备、生产线、机器人等形成数据传输及程序控制的网络连接。按照行业共识形成了ERP/MES/PCS 三层结构，成功地在许多行业得到了应用。在三层结构模型中，ERP(Enterprise Resource Planning)属于企业的计划层，MES（Manufacturing Execution System）是生产计划的执行层，PCS（Process Control System）是对生产现场的过程和设备的控制。

制造执行系统介于企业经营管理与工厂制造装备控制之间，属于在计划管理层ERP 与生产控制层PCS 之间搭建了互联的桥梁。一方面，MES 可对来自ERP 的生产管理信息进行细化、分解，形成生产指令传给底层生产线与生产装备；另一方面，MES 可以通过生产线现场PLC 采集生产过程状态数据和制造资源的实时动态管理，将制造系统与信息系统整合在一起，将实时生产状况及时地反馈给计划层，进行作业的动态调度与优化，真正实现制造过程的智能化监管，形成以ERP／MES／PCS 三层为核心的企业信息集成。

图1 制造行业三层结构

三层结构覆盖了公司经营管理、车间生产制造与工艺控制的过程监控的全过程，制造过程的信息化系统已从初级的单纯制造信息采集发展为以生产控制、计划调度、经营管理、决策优化、大数据管理等为一体的企业综合自动化信息系统。企业制造执行系统的搭建是企业信息化发展的关键环节，是企业从传统机械制造，向信息化、数字化制造，实现全面综合自动化发展的必然之路。

2 制造执行系统主要功能

2.1 设备层

设备层的典型系统特点：

（1）生产车间现场实现设备级连接。

（2）关键智能部件及工位智能终端通过工业以太网与车间服务器实现互联。

（3）自动的采取生产线的数据，零件的状态以及特定的信息。

（4）通过提供OPC 服务和总线DP 转换器的方式完成数据采集。

（5）智能识别中间件实现RFID 的设备管理，数据容错以及协议转换。

2.2 单元层

单元层的典型系统特点：面向数字生产线物联应用，时间生产设备互通互联，制造资源的智能化管理以及制造与装配过程的智能化管控。

2.3 工厂层

工厂层的典型系统特点：加工过程和装配过程的制造资源组织与优化，生产过程透明可视化，物流过程数字化全面跟踪，全面质量管理和追溯，生产活动智能分析，实现人，机，物，料的实时闭环管。

图2 制造执行系统功能示意

3 制造执行系统应用

在汽车生产线开发过程中，同时定制开发完善企业制造执行MES 系统，包含基础信息维护，生产计划排程，车辆生产信息跟踪，证书管理，报表统计查询等功能。重点实施供应链协同和面向产品的车辆全生命周期管理系统，以整车制造执行系统建设为抓手，结合物联网技术RFID（射频识别技术），逐步实现企业的柔性化、定制化制造。

在车身生产车间，现场机器人、自动化设备及生产装备通过其控制PLC 组网，形成设备层环网。现场投入RFID 设备用于关联车身信息与现场设备层PLC 匹配，记录车身状态，产品质量等，为后期车身的生产状态跟踪提供信息。其主要功能实现车体位置跟踪与查询、车间库区管理、生产排序管理、系统故障报警等功能。侧围及下车身上、下线调度、空橇信息及其下线记录存档等信息追溯。

载码体信息录入：企业MES 系统--发动机舱总成VIN 打刻机--发动机舱线PLC--FDS 输送PLC--UB 线PLC--滚床PLC--MB 线PLC--精整线滚床输送PLC--存储区滚床PLC--输送至涂装（载码体信息擦除）。