谈汽车线束制造数字化推进与实施

郭雅萍， 张震华， 张书建， 杨三军， 闫亮亮， 牛鹏浩

（1.河南天海电器有限公司线束工程部， 河南 鹤壁 458030；2.鹤壁海昌智能科技有限公司， 河南 鹤壁 458030）

1 前言

汽车线束制造执行系统（HMES，Harness Manufacturing Execution System），是汽车线束制造车间的信息化管理系统，HMES系统对线束制造车间内的各种资源进行统一的分配和管理及数据采集和汇总，最终实现汽车线束生产制造的无纸化、数字化，进一步实现汽车线束的智能制造。HMES系统的推进和实施是汽车线束制造技术及制造工艺的一次革新，也是突破传统线束制造技术和制造工艺的必由之路。

汽车线束是连接汽车各功能电器的电力和控制信号的主要网络载体，对汽车的安全性、舒适性、可靠性起着重要的作用。众所周知，汽车线束制造是典型的离散型生产制造，汽车线束制造的自动化、信息化主要集中在前工序，后工序的汽车线束总装配、检测、包装主要还是靠大量的人员手工作业完成。随着汽车线束制造工艺的不断提升，传统的线束制造已经满足不了当前线束制造的实际需求，很有必要引入汽车线束制造的信息化、数字化管理系统。特别是当前，生产制造的自动化、数字化、智能化的热潮高涨，有些线束制造企业的管理者或许并不清楚推进和实施汽车线束制造数字化系统 （HMES） 是要具备一定的客观条件的，盲目地在汽车线束制造车间推进数字化系统很有可能成为企业的累赘，投入高额的资金和设备，产生的效益回报却很低。不少汽车线束制造企业在推进和实施HMES系统的过程中，由于对自身企业现状、生产特点、信息化程度的调研和评估的不足，导致出现一些短时间内难以解决的问题，不可避免地出现一些信息孤岛，严重影响HMES系统在线束制造中的应用，甚至成为线束制造企业的枷锁。本文从IT管理、生产管理、物流管理、IE等角度对汽车线束企业HMES系统的推进条件和实施方案进行阐述，最大限度地保证汽车线束制造HMES系统的顺利推进与实施，切实有效地实现汽车线束制造技术和制造工艺的提升。

2 汽车线束企业推进和实施HMES应具备的基本条件

对汽车线束HMES系统的推进和实施条件，不仅仅要围绕5M1E （人力资源、机器设备资源、物料资源、制造工艺方法、生产环境、检测测量） 这6个方面进行分析和评估，还要综合考虑企业的IT信息管理程度和企业ERP/MRP管理系统的应用情况进行综合分析和评估。

2.1 线束制造企业工厂的人力资源分析

首先要对生产制造部门的管理人员、班组长的信息化能力水平进行评估，生产管理人员要具备基本的计算机软件操作能力，对信息化、数字化管理有一定的认知和管理意识。其次对一线不同工序的操作人员进行技能等级划分，并结合工人的知识文化程度进行合理分配角色。

2.2 线束制造企业对设备管理现状进分析

汽车线束企业的自动化程度较高的设备主要集中在前工序，通常包括：全自动下线压接机、半自动下线机、半自动压接机、绞线机、超声波焊接机、烤管机、包口机、半自动穿栓机、屏蔽线剥头机、蓄电池线剥头机、旋剥机、剥打穿一体机、拉力试验机等设备。不同的线束企业还购置一些具有多工序合并的自动化线束设备，因此，一定要结合汽车线束制造工艺流程的排布、制造设备的情况，确定是否上数字化模块。

对于全自动下线压接机、半自动下线机、剥头机、超声波焊接机、包口机、烤管机，一定要结合数字化系统的设备管理模块，定义机器设备能力、单班产能等基础数据。比如：全自动下线压接机必须按照型号、功能定义各自的设备能力、裁线线径范围、裁线长度范围、能否穿防水栓、安装压接模具类型、压接端子类型等参数。

1） 全自动下线压接机ACM是否支持和HMES数据交互，是否支持开机时间、压接次数系统等数据的上传的功能。

2） 对半自动压接机要定义压接端子类型、单班压接能力、压接线径范围、机器性能能力等信息。

3） 半自动压接及是否具有数据输出功能，是否支持参数、工艺文件存储、压机参数记录等数据采集与交互功能。

4） 对绞线机要设定绞线长度范围、单班生产能力、绞线线径范围、机器性能等信息。

5） 所有的压接模具要有唯一的编号，所有的端子要有对应的压接模具编号。

6） 所有端子要有对应的线径、线型、防水栓压接参数标准。

7） 所有的大线径端子压接要定义有刀片组合和组合ID。

8） 所有的模具刀片、备件要有唯一的物料号、存储位置、库存数量、安全库存数量定义。

9） 机器设备、模具保养计划、保养内容是否建立。

在HMES系统中对每台（类型） 设备能力信息数据的读取，按照HMES系统的排产规则，进一步实现订单看板任务的自动分配，实现工艺文件导入后系统自动分配机位，实现虚拟订单的仿真模拟生产等。

2.3 线束制造企业的物料管理分析

汽车线束企业的物料管理是否进入信息化系统，企业的所有汽车线束原材料、包装辅助材料等有没有唯一的物料编号，物料的编号规则是否按照不同的类别进行定义。线束企业的物料编号是否有专人进行管理、维护、新增、冻结、废弃管理等。

1） 所有的物料要有库存信息、库位信息、单位信息要统一和固定不变。

2） 参数相同物料、不同供应商的要分开管理，每一种物料都有唯一的物料号，互相代用的物料要有对应清单和代用规则。

2.4 汽车线束企业工程工艺设计标准分析

汽车线束制造工艺文件的标准化，包括：切线压接工艺文件的格式、符号、物料编码、备注信息等，工厂内各个项目的工艺文件要保持标准格式输出，切线压接工艺文件中所设计的物料必须采用物料编号显示，备注信息内容、字体格式要统一。

1） 绑线、抽盘辅助工艺、多线加工工艺由切线工艺文件自动生成，或是可以批量导入MES系统。

2） 手工穿栓、穿管工艺是否有标准工时。

3） 反冲、屏蔽线多线加工工艺文件的标准化。

4） 各工序、操作的标准工时数据表是否完善。

5） 自带线、特种导线、端子的加工工艺、图纸等。

2.5 汽车线束制造车间环境的需求分析

汽车线束数字化和信息化的推进，所涉及的环境是指企业的IT信息管理、网络铺设规划、信息化人员的技能水平等。

1） 企业IT人员的技能水平，能够完成基本的系统维护、网络维护、计算机故障排除、系统异常分析上报等。

2） 车间环境内连接各设备HMES终端的网络铺设能够电磁屏蔽，强电、弱电分离排布。

3） 车间无线网络设备的布局是否合理。

4） 车间的仓库、物料运输、周转路线、整体布局是否合理。

5） 车间各工序机器设备排列是否集中排列、分散排列。

2.6 测量工具、测量方法是否具备数字化

汽车线束制造过程中的测量工具主要包括卷尺、千分尺、游标卡尺、拉力测量仪、电子放大镜、导通检测台、卡钉检测台、影像检测台、继电器熔断片性能检测台等。

1） 卷尺通常用来测量半成品导线的裁线长度、成品线束的主干、分支长度、卡扣位置等，测量精度是1mm。

2） 游标卡尺通常用来测量导线的剥头长度，测量精度0.1mm、0.05mm、0.02mm 3个精度等级，通常选用支持数据输出功能的数显卡尺作为数字化系统的检测数据输入工具，测量精度0.02mm。

3） 千分尺是汽车线束制造过程中的主要测量工具，通常选用支持数据输出功能的数显千分尺作为数字化系统的数据输入测量工具，测量精度0.002mm。通常用来测量端子压接高度和宽度参数，是线束制造行业内比较重要的一种测量工具。

4） 拉力测量仪主要用来测量端子拉脱力的一种测量工具，如果要推进实施HMES系统，优选支持拉力数据输出的数字式拉力测量仪，测量精度±1%。

5） 电子放大镜主要用来放大目测端子压接外观、导线剥头外观，能够发现导线铜丝是否切断、切伤等不良品。电子放大镜通常用来捕捉截取端子放大、剥头不良的图片或视频进行保留。

6） 导通测试台主要是用来测量流水线装配完毕下线的线束回路是否出现短路、断路、错位等不良情况，是汽车线束检测的重要设备。汽车线束装箱前，必须进行100%导通检测并合格。通常情况下，HMES系统如果应用在汽车线束后工序的加工制造，导通检测台的计算机系统软件必须提供数据输接口，HMES读取汽车线束导通检测过程的不良及合格的相关数据，进入HMES系统进行保存和追溯。

7） 卡钉检测台主要是用来检测汽车线束上的卡扣是否漏装、错装的一种检测设备，必要时，卡钉检测台也要提供数据输出接口，HMES数字化系统对相关数据进行读取和记录，便于追溯和防错。

8） 影像检测台主要是用来对汽车线束熔断丝盒中的熔断片、继电器进行拍照扫描检查的一种检测设备，通过预设图像和检测图像进行对比判定符合性的一种设备，检测熔断丝盒继电器、熔断片是否错装、漏装的一种检测设备，影像检测的计算机系统会记录检测数据。

9） 继电器熔断片性能检测台是在线束附件安装完毕，对线束的继电器、熔断片性能可靠性检测的一种设备。

2.7 汽车线束制造企业推进HMES数字化

执行系统前，一定要围绕以上6个方面进行综合评测和评估，判定哪些因素符合并具备HMES系统推进的必要条件，哪些因素可以后期逐步完善，HMES系统所要管控的界限和所需的功能模块。因此，汽车线束制造企业在推进汽车线束制造数字化系统之前，必须做好充分的自我评估，才能确保后期数字化系统的成功应用和顺利实施。

3 汽车线束数字化系统的外部环境模型与核心功能模块

汽车线束制造HMES系统是否能成功推进和实施，和企业的整体外部环境有着重大的关系，企业内的数据信息流的畅通是数字化系统顺利运行的先决条件，否则，数字化系统在应用过程中将出现信息孤岛，不但不能为线束汽车制造提供技术和管理的提升，反而会成为汽车线束制造管理的桎梏和枷锁。

通常情况下，企业内的信息化系统包括：ERP企业资源管理系统、PLM产品生命周期管理系统、SCM供应链管理系统、SSM销售管理系统、P&E产品与工艺管理系统、PCS过程控制系统、人事管理系统等。从HMES制造执行系统同企业其他信息系统的外部环境功能模型和所处的角色位置［1］可知，MES系统不是企业管理系统的中心，但是MES系统如果能与相关管理系统进行数据互通，读取MES系统所必须的各种数据，那么MES系统的运行和使用会更加高效和流畅。MES外部系统环境模型如图1所示。

图1 MES外部环境模型

3.1 汽车线束制造HMES系统的功能模块推进

汽车线束制造HMES系统模块通常包括：基础数据模块、人员管理模块、生产订单计划模块、工艺数据模块、订单任务排产模块、工序作业显示模块、品质检验模块、模具及设备管理模块、物料管理及配送模块、报表模块、物料追踪模块、车间监控管理，涵盖了汽车线束制造车间现场管理等多个方面。不同的线束制造企业，可能会开发一些企业特殊需求的功能模块融入到HMES系统中，从而打造出各具特色的HMES系统。HMES系统功能模块简图如图2所示。

3.2 汽车线束制造HMES系统功能模块的推进顺序

不同的线束企业的工艺文件格式、制造模式、排产方式、人员管理、工时统计等略有差异，但是汽车线束制造的总体流程不变，基本上都是沿着：切线压接工序、辅助工序、半自动压接工序、多线压接工序、预装配工序、总装配工序、检验工序、包装工序这个基本流程进行。

图2 HMES系统功能模块简图

新能源高压线束的总体生产工序流程基本不变，但是具体到某几个工序出现操作提前、工序合并等，与低压汽车线束的制造流程有较大差异，因此，低压汽车线束的制造HMES制造工艺数据模块、工序作业显示模块等并不能同高压汽车线束的HMES工艺进行有效合并，需要根据高压汽车线束的工艺流程进行单独开发，关于高压汽车线束的HMES系统的推进与开发将在后期专题阐述。

3.3 汽车线束制造HMES系统推进前的准备工作

企业在确定实施HMES系统之前，除前文所述对HMES的基本条件进行分析评估之外，那么下一步的工作将是对HMES系统推进实施做具体的工作。

通常情况下，汽车线束工艺人员对数字化HMES所需的各种数据文件进行规范化整理，包括物料主文件、工时清单、人员信息清单、切线压接工艺数据、压接参数、单线看板清单、多线看板清单、绞合线看板清单、物料BOM、线束工艺BOM等相关数据文件按照HMES系统所要求的格式进行整理，部分企业可能还要改变原有的工艺文件格式。

1） 设备管理部门要准备设备清单、设备类型定义、设备备件清单、模具清单、刀片清单、模具刀片组合列表、模具压接端子列表、设备性能参数配置表等数据文件。

2） 品质部门要准备品质检验规则、检验参数公差、检验特殊要求等相关品质文件。

3） 生产制造部门要对HMES系统的实施做相关的配合工作，包括数字化硬件的接收、管理、应用、分配等工作，以及员工素质的提升。

4） IT部门要针对HMES系统的实施做车间网络规划设计，更重要的是要协调企业相关其它管理系统的数据接口工作，做好其它管理系统的数据与HMES数据打通工作，确保HMES系统的顺利运行。

3.4 HMES系统模具设备管理模块可以优先实施

HMES系统在车间逐步推进过程中，可以对模具设备管理模块优先实施，可以先完成模具的出入库管理，模具备件的出入库管理、设备件的出入库管理、模具刀片的保养维护管理。模具模块在车间推进实施的过程中，可以对车间前工序的工人进行初步的培训，让车间相关人员逐步了解和使用HMES数字化制造系统，让相关人员慢慢融入到HMES系统应用氛围中。

3.5 HMES前工序自动机切线压接模块的实施

随着HMES系统工艺数据模块、订单模块的逐步完善，下一步可以实施前工序的全自动下线压接模块，该模块是HMES系统实施的关键一步。HMES数字化系统实现与自动下线压接机ACM的数据通信，自动加载导线看板参数，系统打印看板条码标签；实现端子、导线、防水栓、模具的扫码物料确认防错、实现自主检验参数的数据自动读取。HMES系统记录日产量、作业时间、开机时间、物料消耗数量等基础数据。

3.6 HMES半自动压接工序模块的实施

半自动单线压接模块和全自动下线压接模块可以同步推进实施，主要实现端子、导线、防水栓、模具的扫码物料确认防错、实现自主检验参数的数据自动读取。HMES系统记录日产量、作业时间、开机时间、物料消耗数量等基础数据。半自动压接工序可以采用上工序的看板条码标签，不建议再次打印看板条码标签。

3.7 HMES多线焊接（压接） 工序的实施

全自动下线压接工序和半自动下线压接工序推进实施后，在多线工艺文件齐备的前提下，开始推进多线焊接（压接） 工序，该工序主要是确保多线组合焊接 （压接） 的看板正确性，因此，必须对多线组合工艺的每一个单线看板进行扫码防错。同时，HMES系统还应对多步骤操作的多线合线工艺进行排序，确保多个节点多步骤的合线半成品加工的正确性，作业完毕打印合线半成品的看板条码标签。必要时，为每一个步骤操作设定作业时间，用于操作工时统计和汇总。

3.8 HMES系统的辅助工序模块的实施

汽车线束制造的辅助工序通常包括手工穿栓、手工穿管、手工穿橡胶件、绑线、抽盘、屏蔽网的打散、剪网、包网等，如果HMES系统对每一个操作都设计作业界面的话，实施将更加困难，同时延长了半成品的工序周转流程，浪费人力和物力，同时也导致半成品工序间的堆积。辅助工序是HMES系统推进实施的一个难点，通常情况下，辅助工序不进入HMES系统管理。必要条件下，可以在HMES系统中将辅助工序作为一个加工单元，对多个辅助工序进行工序合并，只记录作业任务和作业数量统计。

3.9 HMES系统对特殊作业单元模块的实施

在汽车线束制造过程的特殊加工单元，HMES系统可以在后续的开发中陆续实施，比如屏蔽线加工处理、多芯排线剥打穿一体机等工序。

3.10 HMES系统的总装配工序模块的实施

汽车线束流水线装配模块应结合企业的实际需求范围进行推进和实施，包括预装配工位导线、物料的配送、扫码、预装配工序文件的电子化、作业顺序的编排、流水线节拍的调整等，推进实施比较繁琐，HMES系统的投入较高，收益回报率低。

通常情况下HMES系统只对汽车线束流水线卸线后的操作进行管控，对导通检测、影像检测、卡钉检测、继电器性能检测、外观检测和包装箱进行HMES系统管控。线束流水线HMES系统控制如图3所示。

3.11 HMES系统的报表模块及展示模块的实施

图3 线束流水线HMES系统控制图

根据企业的需求HMES对生产过程中产生的数据进行统计查询，分析后形成报表，为后续工作提供参考数据，为决策支持出具各种数据报表。生产过程中的数据丰富，系统根据需要定制不同的统计查询功能，包括产品加工进度查询、车间在制品查询、车间和工位任务查询、产品配套齐套查询、品质统计分析、车间产能 （人力和设备） 利用率分析、废品率／次品率统计分析等。

4 HMES推进和实施的注意事项［2］

众所周知，汽车线束制造数字化系统是一个可自定义的制造管理系统，不同企业的线束工艺流程和管理需求不同，企业可以通过现场定义实现不同的功能模块。但是，企业还在HMES系统的推进和实施过程中应注意下面这几点。

4.1 要加强企业对HMES系统的认知

现在国内大部分汽车线束企业所使用的都不是真正意义上的标准MES系统，他们只是把MES系统当做用来解决制造系统上的部分功能的软件。一些国内汽车线束制造企业认为上MES系统的门槛很低，有些决策者认为HMES是万能的，实施了HMES系统后就能对企业的管理有很大的提升。但事实正好相反，大部分企业所说的都不是标准的MES系统。所以当企业开始一个MES系统项目的时候，一定要再重新定位一下对其的认知。

4.2 要注意企业各个管理系统的集成性

HMES系统想要发挥巨大的作用，与计划层的各个子系统进行集成是不可或缺的。如果HMES系统缺少了计划层系统的支持，就相当于缺少了来自底层数据的支持，它的最终效果往往也会大打折扣，所以要保证HMES系统能与计划层系统的各个模块进行有效地集成，打通各个系统间的数据，互为支持，进一步避免信息孤岛。

4.3 要注重自身生产行业的特点

因为现市面上的大部分HMES系统都是在离散型企业MES系统的基础上改进而来的，相对来说更适用于离散型企业，所以在开发或是选择HMES系统的时候，企业一定要根据汽车线束行业自身的特点来做判断，并对自身企业的现状进行综合评估，必要的时候先进行企业内部改善，然后推进实施HMES系统。

4.4 要注意相同模块下的不同侧重点

MES系统中的一些功能可能会与企业的其他管理系统产生冲突，比如，MES系统与ERP系统都有人力资源管理的功能，但是MES系统侧重的是员工的工作情况，而ERP系统更注重的是对员工工资、个人资料等信息的管理。虽然功能上可能会有雷同，但实际处理问题上的侧重点可能不相同。

4.5 要重视阶段化的成果积累

企业在对MES系统信息化的建设投资的时候，往往会在MES系统软件和硬件上投入上百万、上千万。所以要保证这么大的投入能有稳定的回报，加强对阶段化成果的重视是相当重要的，这就需要企业在信息化建设的过程中能有效合理地计划安排整个项目工程，并对阶段化的成果进行仔细分析，来保证在以后的实施过程中能取得更大的成效。

5 总结

本文结合自己对MES系统的认知和了解，以及多年的HMES汽车线束制造数字化系统的应用和推广经历进行总结，并吸收和网络上关于MES系统的一些文章中的观点和要点进行汇集而成，文中的部分个人观点可能会和MES专业人士的观点相悖，求同存异，共同学习和提高。同时，期待各位对文中的不足和错误之处进行批评和指正。