晶体硅太阳电池生产中的ERP系统及MES搭建

2020-04-01陈太友

太阳能 2020年1期

姚剑，李晶，陈太友

(1.镇江大全太阳能有限公司，镇江 212000；2.上海灵娃智能科技有限公司，上海 201822)

0 引言

经过十几年的发展，光伏产业已成为我国为数不多的可以同步参与国际竞争，并有望达到国际领先水平的战略性新兴产业，其也已成为我国产业经济发展的一张崭新名片和推动我国能源变革的重要引擎[1]。

从产业基础来看，目前我国光伏产业在制造业规模、产业化技术水平、应用市场拓展、产业体系建设等方面均位居世界前列，已具备向智能光伏迈进的坚实基础。因此，2018年4月11日，工业和信息化部等国家六部委联合印发了《智能光伏产业发展行动计划(2018～2020年)》[2](以下简称《行动计划》)。该文件明确要求企业要深入实施《中国制造2025》[3]，以构建智能光伏产业生态体系为目标，进一步加快提升光伏产业的智能制造水平，推动互联网、大数据、人工智能与光伏产业的深度融合。

镇江大全太阳能有限公司(以下简称“镇江太阳能”)作为一家产能规模较小且仍以制备普通多晶硅太阳电池为主的光伏企业，为保障企业的生存，必须采用更高效、更精益的生产运营方式。本文阐述了该公司为了契合晶体硅太阳电池生产业务的主流程，以原有设备为基础，采用“以产定销”的生产模式，搭建了企业资源计划(Enterprise Resource Planning，ERP)系统与制造执行系统 (Manufactory Execution System，MES)无缝对接的系统，实现了生产线的智能化生产、数字化运营，如此既符合《行动计划》的要求，也符合企业内部创新发展的需求。

1 总体系统的设计

ERP系统是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策手段的管理平台[4]。

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，其可以为企业提供包括制造数据管理、计划排产管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理等在内的管理模块，可为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台[5]。

目前许多光伏企业的ERP系统与MES尚未实现有效互通，各自以独立的形式存在，系统中的数据通过手工/离线报表的形式进行对接。镇江太阳能的ERP系统及MES在搭建之初，就明确要求2个系统必须实现完全互联，ERP系统负责实现整个公司的物料管理及财务运营数据管理，MES负责太阳电池生产全过程的管理。最后，公司确定了以“以产定销”作为生产模式，ERP系统选用SAP公司的SAP软件(该软件是一款用于ERP管理的软件)，MES选用上海灵娃智能科技有限公司的MES，ERP系统与MES的总体系统方案如图1所示。该系统方案包括3条主线，分别为月度生产主计划、基于生产主计划的采购计划，以及与产能匹配的销售订单计划。

2 系统方案的实施

总体系统搭建完成后，需要完成各业务流程的站点设计及对应站点的具体业务要求。而为了完成具体站点的业务，必须先搭建业务的基础数据单元，如生产工单号、原材料物料编码、成品物料编码、生产批次号、销售订单号等。

1)生产工单号设计。晶体硅太阳电池的生产模式属于批量、规模化生产，产品类型单一。由于镇江太阳能的产能规模较小，因此在生产工单号设计时以月度为单位进行工单号下达，同时系统自动下达当月的工单总量及当月的日产出计划。

2)原材料物料编码。镇江太阳能的物料编码规则与其他生产型企业相比并无显著差异，规则为：按照集团规范，通过编码生成器创建11位物料编码，前4位表示三级品类，后6位为流水码，如图2所示。

但公司会对高价值及与产品性能直接相关的关键物料，如硅片、浆料、网版等，进行供应商或批次方面的管理。具体规则为：①硅片：不同规格型号的硅片建立不同的物料编码，并启用固定批次管理，区分来料供应商。②浆料：不同规格型号建立不同的物料编码，不启用批次，有效期线下管理。③网板：不同规格型号、不同供应商建立不同的物料编码，不启用批次。

3)成品物料编码。成品物料编码仍遵循原材料物料编码的11位编码规则，统一地将前4位编码作为产品物料清单(BOM)需求，可实现简化管理；后6位流水码涵盖晶体硅太阳电池外观图形、效率、质量等级及颜色等属性。此外，由于电池属于光伏产品的核心器件，产品的质量追溯非常重要，因此，通过在MES中进一步建立中箱条码，来实现对产品生产过程质量的追溯。成品物料编码管理及分级批次管理方案如图3所示。

该方案的要点为：成品中正电极图形/硅片类型发生变化时，使用不同的物料编码，按照电池效率、质量等级、颜色设置ERP的固定批次，用于成品库存管理；在此基础上，MES中增加流水号(年月日+流水码)，实理批次追踪。价值体现在：通过物料号的集中简化产品BOM管理，解决产出成品功率、质量等级等不确定的实际问题；同时满足对库存分功率、质量等级的管理，满足发货、结算的业务需求。

4)生产批次号。生产批次号的生成在MES中实现。电池生产过程中将月度生产工单拆分形成日工单，日工单进一步拆分成以500片为单位的生产批次。生产工单直接绑定对应的工艺路线和机台范围，构成工单的生产批次。在批次加工流转过程中会详细记录每个生产站点的加工信息，包括加工时间、加工设备代码、操作员工工号、质量检验数据等。

5)销售订单号。一般情况下，一个销售订单号对应一个销售合同。销售订单的信息主要包括客户信息、客户对产品的质量要求、订单对应的电池功率范围、订单体量等。

完成以上基础数据单元的规则设定后，需将实际业务过程在ERP系统及MES中予以完整实现。这一步工作除了是为明确每个站点的工作要点外，更是为了实现车间的整体智能化管理，包括员工管理、机台管理、工艺管理、质量管理等。

由于ERP系统在制造行业间的差异相对较小，因此本文侧重于介绍镇江太阳能在生产晶体硅太阳电池时，MES各站点的具体业务要求及其与ERP系统的对接方式，具体如表1所示。

表1 生产环节中MES各站点的业务内容Table 1 Business content of each MES station in the production link

3 系统实际效果展示

完成系统搭建后，工厂业务的实际运行效果是判定系统搭建是否有效的唯一依据；而系统操作的便捷性、界面友好性等是进一步判定系统是否优秀甚至卓越的额外判定维度。本文仅以月度生产主计划来展示系统的实际运行效果。

1)生产工单管理。主要包括月工单下达管理、月工单关闭管理、生产工单拆分、生产工单维护、生产工单控制及生产工单查询等功能。对生产工单管理中月工单下达、日工单拆分的情况进行了展示，如图4所示。

2)生产批次管理。完成日工单拆分(数量410000片)后，就可以进行生产任务单建批，并通过批次管理进行晶体硅太阳电池的生产。主要业务包括生产任务单建批、生产批次控制、生产流程卡打印、生产批次单查询、生产批次单维护、生产批次与工序查询。图5为数量以500片为单位的日工单建批情况。

3)生产报工及入库管理。完成电池的批次生产及检验后，就需要进行电池的报工及入库。由于同一生产批次的电池会被归入到不同的效率、颜色甚至质量等级中，因此在进行生产报工管理时，电池的报工入库不再是以500片为单位，而是以同颜色、同质量等级、同效率档的120片为最小单位，并在此基础上进一步形成箱包签、托盘标签等。图6为电池报工入库情况。

4)报表展示。对于数字化运营，仅控制产品的生产过程是不够的，报表的有效输出是进一步肯定系统能力的重要依据。图7～图9分别为镇江太阳能的生产日运营报表、质量统计过程控制报表，以及车间设备机台状态。

图7中生产日运营报表清晰展示了公司每日、每周、每月的工作输出，包括电池产量、效率水平、良率等一系列数据，通过数据对比，可有效挖掘生产潜能。

图8中质量统计过程控制报表则通过统计数据，引导团队进行针对性的工艺改善，促进质量水平的提升。

图9中设备状态报表一方面利于设备工程师对设备故障快速响应，另一方面也可通过对设备异常信息汇总，针对性地保养优化设备，改善设备的稼动率。

随着公司生产潜能的挖掘、质量水平的提升、及设备稼动率的改善，公司产品的市场竞争力也必将得到显著提升。