基于套管生产线MES 的开发与研究

2023-12-26安中望王远波梁朝培颜菁菁

智能制造 2023年6期

安中望，王远波，梁朝培，颜菁菁

（1.中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300452；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

1 引言

MES（Manufacturing Execution System，制造执行系统）是面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。MES 在企业整个信息化架构中承上启下，是生产过程PCS 与企业规划ERP 之间信息沟通的桥梁[1]，在企业生产车间信息化管理中发挥着重要作用[2]。

对于制造企业，实现生产车间的信息化管理非常重要。MES 能够及时、准确、清晰地记录并显示生产过程中的实时数据[3]，营造一个良好的生产环境，保证各部门的高效协作，在帮助企业降低管理成本、提高管理效率的同时也可以促进企业的可持续发展[4]。

MES 在应用于不同行业的过程中，由于制造工艺及制造管理流程的不同，功能模块的运行逻辑差异较大[5]。因此MES 的设计都是采用个性化定制，这就需要MES方案设计者对企业车间信息化管理现状及车间管理人员的需求进行深入调研和分析，以此作为方案设计的基础。

2 车间生产管理现状

生产计划依靠Excel 文档制作，邮件方式传递。生产进度依靠线下人工统计，在生产计划和生产执行之间缺少有效的信息共享，无法实时掌控车间生产进度。

没有严格推行物流、信息流、责任流三流合一的机制，物料的领用为人工在仓库领取，缺少物料领用和交接等相关单据记录。制造过程中对于物料的消耗缺少记录，车间物料情况不透明，不利于公司对物料消耗成本的统计。

检验过程由人工根据纸质检验作业指导书进行测量，并将测量结果手动写入检验记录表，检验结果数据无法进行有效利用，不利于控制产品的稳定性。套管未实现追溯管理，无法进行后期质量追踪。

人工通过上墙的设备维保计划定期进行设备维保，时常发生设备维保不及时现象，缺少维保记录。设备进行维修后，缺少对维修过程的详细记录，无法建立完善的设备档案，缺少设备易损配件的管理。

上述问题存在于多数套管制造企业，本文将根据上述现状，开发出一套信息化、智能化、精益化的MES，能够实现业务订单快速处理、产品制造过程数据记录及呈现、异常现象快速响应等需求。

3 车间MES 需求分析

实现生产管理方式优化，改善生产计划执行情况不透明现状，解决从编制、下达到反馈完全依靠人工传递，效率低、反馈滞后、设备的负荷不均等问题。通过以现场为中心的协同作业机制提高生产效率；通过工单数字化流转提升作业标准化水平；通过车间现场作业管理可执行下达到车间现场的作业计划，并对作业现场的运行过程进行管控。

根据生产计划要求，动态制定合理的生产准备计划。借助信息化手段快速的完成物料配送，减少生产准备时间，降低物料配送成本。实时跟踪指令的执行状态，实现物料信息透明化、实时化，提升配送的精准度，确保及时生产运输。实现对原材料和成品进行全面完成的管理，使管理者及早掌握库存状况，以便对库存过剩、库存短缺及时处理。实施全过程质量的跟踪，通过质量控制，确保整个过程稳定受控，有效促进质量的改进，管理的范围包括过程检验和最终检验。为设备及其各个部件单独制定周期性保养计划或临时保养计划，监控保养计划的执行情况，有效的提高设备管理的效率。针对设备故障及时向责任人员发送通知，保证设备维修时效性，尽量减少故障时间。对车间异常事件报警处理机制进行管理。利用看板显示车间的实时生产数据，便于管理者随时观看数据。

4 车间MES 方案设计

MES 通过与PLM 集成，获取设计图纸、制造BOM、工艺信息等数据，作为MES 运行的核心基础数据。MES 整体运行流程图如图1 所示。

图1 MES 整体运行流程图

MES 通过与ERP 集成，获取生产订单生成生产计划，并根据生产计划编制产线日计划，计划员将日计划下发至生产线各工位。日计划下发后，MES 根据制造BOM生成所需的物料配送计划（以下简称“配送计划”），并发送至WMS；WMS 出库时将出库信息随接收到MES的配送计划回传至MES，MES 进行物料接收确认；物料确认接收后，MES 开始对整个制造过程进行管控；日计划完成后，MES 生成完工入库发送至WMS，WMS 进行成品入库作业。

4.1 生产计划管理

MES 根据生产订单生成生产计划，生产计划员对生产计划进行确认，并将已确认的生产计划下达。当生产计划需要进行调整时，可对计划状态下需要调整的生产计划进行调整，如不是计划状态需从当前状态退回至计划状态。

计划员对已下达的生产计划编制生产天数，MES 根据交货期、计划数量、产能等条件并考虑废品率生成产线日计划，生产计划员对产线日计划进行确认，并将已确认的产线日计划下达。当产线日计划需要关闭时，对于已开工的日计划可在完成规定数量后进行冻结并关闭，对于未开工的日计划退回至确认状态后进行关闭。

4.2 现场作业管理

调度接收产线日计划后，创建物料的要料申请，物料配送至产线后，现场人员进行物料接收确认，形成物料在制账。MES 接收生产线首工位上线信号后，启动作业，并通过数据采集记录全过程制造信息。MES 记录螺纹加工完成数据，作为一次性合格率报工依据。MES 记录螺纹检测数据及检测结果，将不合格品做返修处理，记录探伤、水压及通径检测结果，将不合格品做报废处理。MES 接收生产线末工位的过站信息或数控机床的完工信号后，根据系统中工艺路线设置的末工位，完成末序报工操作，形成套管的生产过站记录。

4.3 物流仓储管理

MES 根据日计划配置的配送频次、物料在制账及产线日计划生成配送计划，由库管员根据配送计划进行备料和配送。当发现报废物料/物料短缺时，现场人员进行物料接收报废/物料盘点操作，并更新物料在制账，同时生成报废/盘亏数量的配送计划。当出现不合格产品时，如处理结果为报废，现场人员进行报废入库操作，并更新物料在制账，同时生成报废数量的配送计划。如结果不是报废，进入返修处理流程。套管完工下线后，现场人员发起完工入库申请，库管员接收到入库申请后，根据入库申请单生成入库作业单，并根据入库作业单进行成品入库操作。如需退料，现场人员发起退料申请，库管员根据已经确认的退料申请单生成入库作业单，然后根据入库作业单对退库物料进行入库操作。

4.4 质量管理

质量管理仅用于螺纹参数质量控制，质量工程师根据检验作业指导书定义具体的检验项，根据检验项制定检验卡片，并将工位信息与检验卡片进行绑定。质量工程师根据各工序的质检要求设定检验规则，进行检验类型配置。当工序有质检需求时，MES 根据配置的检验项和检验规则创建不同类型的报检单。在开班、更换刀具、换班时，需要进行首检，质检员根据报检单进行首检，首检合格后方能进行后续生产。首检合格后，在制造过程中车丝人员进行自检，如果合格则流入下道工序，如果不合格则进行返修处理。质检员对车丝工序已完工的套管进行抽样检验作为终检，如果合格进行完工入库，如果不合格则进行返修处理，并重新抽样进行检验，终检累计检验数量不能超过已完工数量。

4.5 异常管理

当车间生产现场发生异常时，现场人员将异常反馈给车间调度，由车间调度创建异常记录单，并将异常记录单发布提交至异常责任人，MES 会记录异常提交的时间。异常提交后，若在规定的时间内，异常责任人未响应该异常，MES 会按照组织结构或者角色层级，向责任人的上级提醒该异常。异常责任人在接收到车间提交的异常记录单后进行异常处理，异常处理完成后，填写异常处理单。如果是异常问题，则填写异常处理结果，如果不是异常问题，则直接将异常处理单回退给车间调度。异常负责人提交异常处理结果后，车间调度会根据异常处理结果验证异常是否得到处理，若异常未解决，可再次提报异常记录单。若异常解决，则关闭异常记录单。

4.6 设备维保管理

设备管理员对设备的维保规则进行设定，并根据设备维保规则制定设备维保卡片，关联详细的维保项目。MES 会按维保类型、维保日历定时生成维保任务。设备使用者查看已下发的任务，并按照要求完成设备维保，记录维保信息。设备管理员对保养结果进行审核，如维保异常，可进行异常反馈。

现场设备发生故障时，通过设备集成获取设备故障信息，MES 生成设备故障报修单，对故障情况进行详细描述。设备管理员根据报修单创建维修任务，随后将任务指派具体的设备维修员。设备维修员接收到任务后进行维修，完成后对维修信息进行记录。设备管理员对维修记录进行审核确认，并进行验收，若设备恢复正常，则反馈给设备使用者维修完成。若设备故障没有得到解决，则重新提交设备维修申请单。

4.7 目视化管理

目视化管理主要显示生产计划详细信息，包括生产计划号、计划开始完成时间、实际开始完成时间和当前进度（已入库、在线数量）等信息；主要显示检验结果信息、不合格数据、质量问题top 排行和近一周质检合格率等；主要显示异常事件、异常发布人员、异常发布时间和异常处理结果等信息；主要显示设备的数据采集信息（例如离线、待机、开工等）、设备利用率等信息。

5 MES 实施效果

生产计划管理模块可对生产计划及产线日计划施行确认、下达、冻结、解冻、终止和关闭等管理职能。施行输送编制，有效解决了因插单、补单造成的排产混乱现象。现场作业管理模块实现了套管制造信息的全面采集。可记录各工位报工数量，并与最终报工数量进行对比分析，精准确定每个工序的实际工作量，以此判断产能波动原因，对设备使用情况进行针对性调整。物流仓储管理模块共同为车间建立了有效的送料、领料、出库和入库机制。依据套管制造BOM，对原材料、成品、废品出入库的数量进行动态管理，有效的降低了生产准备时间，提升了物料配送精度。质量管理模块可对螺纹检验结果采集，生成检验报告，并对检验数据进行SPC 分析，找出产品质量波动的原因。异常管理模块可对生产过程发生的各种异常现象进行紧急响应处理并进行过程记录。对异常的发生原因、处理方式、处理结果及处理责任人进行闭环管理。质量管理模块有效解决了保养不及时，保养记录混乱现场。管理设备维修的整个业务流程，对设备故障的发生原因、处理方式、处理结果及维修责任人实现闭环管理。可视化管理可将套管制造全过程中产生的实时数据信息进行重点呈现在制造看板中，让生产者管理者随时关注生产动态。