复杂业务环境下的汽车行业MES解决方案

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1、GE 智能平台智能平台 Proficy 复杂业务环境下的汽车行业复杂业务环境下的汽车行业 MES 解决方案解决方案 概要概要 随着国内汽车行业的不断发展， 汽车企业在日益激烈的竞争环境中不断的发展壮大， 企业的 业务复杂程度也随之不断提高， 原有相对简单的生产组织模式已经很难满足不断发展的业务 需求，汽车企业需要一个能够长期支撑业务发展的灵活而强大的系统平台来支撑企业的发 展。GE 智能平台的 Proficy 过程控制和生产管理平台通过多年的实践和成功应用，在顺应 行业发展的同时帮助汽车行业合作伙伴不断提升管理水平和竞争力，本文介绍了 Proficy 系 统平台在国内某知名汽车制造企业的应用案

2、例。 业务现状和需求分析业务现状和需求分析 这家国内知名汽车制造企业 MES 系统实施的范围从业务上涵盖目前公司的四个整车生产厂 包括轿车一厂，轿车二厂，轿车三厂，商用车工厂，发动机厂，变速箱厂和销售、生产、设 备、质量、物流、信息等部门，相关的业务流程非常复杂，基本覆盖了整个公司的生产运营 的方方面面。每个整车厂都有自己的旱装车间、涂装车间、总装车间。其中大部分旱装线和 总装线都是混线生产。 每种车型有上百种组合配置， 装配人员的技能和熟练度对安装的正确 起到了很大的作用， 而且生产线上存在不同生产厂生产的同一物料混合在一起的情况， 没有 信息平台支撑的情况下， 很难做到完整的车身重要部件的

3、安装记录， 给车辆的财务结算带来 不便。 由于不同车型的订单数量有一定差距，为了能够及时、准确的完成计划任务，同时最大化的 利用生产资源，提高设备利用率和投资回报率，工厂间存在复杂的调拨关系，同一个订单的 车辆在生产过程中会按照工厂的加工能力被分配到不同的生产路径。 如何让生产管理人员实 时监控现场的生产情况和资源分配情况以及重要设备的允许情况， 如何快速的统计订单的完 成情况，甚至是对每台车身的实时跟踪，又如何制定最优的生产路径，灵活的生产组织模式 对管理人员提出了更高的要求。 目前的业务中的整车车型定义从涂装车身暂存区开始， 只有车身进入暂存区后才能将队列信 息以人工抄号的方式发布出去，

4、信息发布不及时， 另外排序供货的准备时间和各存储区的容 量有很大关系，对于存储区较小的车间，时常造成无法按需送货，因此需要尽早的把在线队 列信息和对应的物料需求数据发布出去，提早开始物料拉动，及时产生缺料预警，在保证线 边库安全库存的前提下，完成物料配送。同时需要把队列信息发布给发动机车间，指导相关 车间协同生产。 作为全国汽车行业的龙头企业， 国内某知名汽车企业汽车在高速发展过程中除了不断扩展生 产提高自动化程度外企业信息化的进程也从未停步，先后上马了 SAP、DCS、MPS 、SRM 等 信息管理系统，同时在现场分布着各种控制系统，包括机器人、机运链控制系统、自动喷涂 系统、检测系统等自动

5、化系统。但由于供应商的平台不统一，形成了信息孤岛，系统的功能 并没有得到完全的发挥， 利用率不高。 公司迫切需要整合各个分散的子系统到统一的业务平 台，同时该集成平台又能随着业务的扩展而保持足够的稳定性，开放性，安全性。 综上所述，根据业务需求，Proficy 平台将从几个方面入手，解决目前生产管理上面的棘手 问题， 通过搭建工厂虚拟模型和企业应用平台集成和生产过程数据采集， 构建一个以Proficy平台为核心的实时虚拟工厂，围绕 Proficy 平台实现生产计划管理和进度追踪、生产过程监 视和控制、物料拉动和协同生产、产品追溯、质量管理、信息发布等功能。 本项目为这家汽车有限公司建立实施周期

6、短， 可维护性强、 风险小、 回报快的“短、 平、 快”MES 系统解决方案， 该方案体现并适应公司国际化战略的需要， 从提高生产过程控制的质量手段 来提升产品制造质量，提升企业品牌。 系统构架系统构架 作为企业生产控制的核心层，Proficy 平台在企业管理层和生产控制层之间架起一座信息沟 通和管理的桥梁。Proficy 横向贯穿了从旱装、涂装到总装厂的业务流程，并与生产现场的 各种异构的数据源实现数据集成和信息传输， 纵向与企业的上层的信息管理系统进行数据交 互，从 SAP、MPS 系统获取生产计划、BOM、成本收集器等数据，信息流经过在车间层的传 输过程中，MES 把订单执行情况反馈给

7、SAP 进行财务结算，形成一个闭环的生产信息流传 输过程， 在信息流动的同时， 伴随着现场生产的进行不断有各种生产层面的信息会补充到这 个信息流上，通过 Proficy 平台实时的反映现场生产活动，为生产管理人员和决策者呈现一 个真实的生产过程， 搭建一个从办公室到生产现场的绿色通道， 从而在第一时间下达指导生 产的正确指令。 图系统总体构架 Proficy 作为汽车综合自动化的核心层， 是连接相关信息管理和生产监控系统的中枢， Proficy 企业连接器与 BIZTALK 配合使用，通过丰富的数据访问适配器可以从不同的数据源和接口 （SAP、Oracle、SQL Server、Web ser

8、vice、Flat File 等等）获取用于指导生产的计划数据， 其中 Proficy Plant Application 是整个平台的核心，这里搭建了企业的虚拟工厂，通过 Plant Application 的计划管理模块把生产计划安装车型、 生产路由规则、 各个车间的加工能力等条件进行排程， 生成各旱装厂的计划上线队列， 各个产线的现场人员根据车身上线队列提前准 备相关的资源，确保生产计划能够顺利执行，在生产执行的过程中，通过与底层自动化设备 进行通讯， 把生产指令传达下去， 驱动自动化设备工作。 在整个生产过程中， 通过生产控制、 质量管理、物料拉动、生产跟踪、设备被管理等功能模块的协同

9、工作帮助用户实现精细化的 生产管理，同时把来自现场的实时海量数据保存在历史数据库 Historian 中，再通过 Profciy Real-Time Information Portal 把看似简单的数字转换为各种统计报表和丰富的图形化界面以 Web 的方式展示给各级用户。 项目实施项目实施 MES 的实施是一个循序渐进的过程， 经过双方的充分沟通和大量的调研和论证工作后， 决定 采用“整体规划，分步实施”的原则进行实施，首先进行工厂建模、信息集成、数据采集、生 产控制部分的实施，一方面能够为后续的企业门户、物料拉动、设备管理等系统打下坚实的 基础，另一方面在实施的过程中能够让企业的生产管理人

10、员有一个对 MES 系统有一个从知 道到理解，从理解到掌握的接受过程。 工厂建模 工厂建模就是把实际业务中的物理生产过程中涉及到的包括设备、资源、产品、人力等业务 以及他们之间的逻辑关系进行抽象的描述， 为 Proficy 的各个功能模块提供统一的工厂模型、 业务模型以及数据集成服务。汽车的生产过程是典型的离散行业，从旱装上线、涂装到总装 下线的过程中， 包含了形式多样的生产单元和装配线， 这些生产设备承载了生产过程中的物 料流，同时拉动了信息流和资金流，是汽车生产的载体。对于汽车行业，如何把业务流程复 杂，地理位置分布广泛的各个车间快速建立成一个公共工厂模型是一个棘手的问题。 Proficy

11、 Plant Application 遵循 S95 国际标准的建模规范，结合离散行业的制造特点，为工厂 建模提供了强大的支撑。在 Plant Application 中，把工厂分为五个层次，包括了生产车间、 生产线、制造单元、过程变量组和变量，同时还包括了对生产计划、对生产路径、产品、过 程控制参数、生产原因、加工能力、系统安全、报表显示的定义等等。灵活的建模平台保证 了当企业的生产组织模式发生变化时工厂模型与之同步更新的能力， 适应汽车厂未来不断的 发展。 信息集成 这家汽车企业目前存在 SAP、MRP、DCS、SRM 等着多套信息管理系统，但是这些系统大都 相互独立，每个系统中都存在着重要

12、的信息资源，各系统的重要数据无法得到及时的共享， 企业的信息流没有完全打通。这样就催生了企业应用集成（EAI）的应用，通过 EAI 来疏通 企业的信息流，把分散的系统整合起来，形成打破信息系统的孤岛。在 MES 项目中，通过 使用 Proficy 的企业连接器 （Enterprise Connector） 和 Biztalk Server 实现了对包括 SAP、 MPS、 DCS、SRM 和第三方检测系统等数据源和 MES 的无缝衔接。信息流分向为接收和发送两个 方向。 接收的信息： 生产计划信息从 MRP 系统中获取各个整车厂旱装线的周上线计划，计划包含了车型、批 次信息、上线顺序、整车物料

13、编号、计划开始时间等，以及整车入库计划等。 产品定义信息从 SAP 系统中实时获取每条计划包含车型的物料清单 BOM。 成本收集器从 SAP 系统获取用于成本结算的物料信息，在整车总装完成后通过和成本收 集器的校验，把结算物料统计后上传回 SAP 用于财务结算。 产品定义信息从SAP和MRP系统获取每种整车物料类型对应的旱装物料号和涂装物料号， 根据旱装、涂装物料信息获取在相应制造工位的生产指导数据。 数据字典信息包括了产生 VIN 号码的集成数据、颜色编码、装配配置表、合格证配置数据 等。 存储区队列信息WBS 和 PBS 每个道次的车辆排序信息和车辆路由信息。 发送的信息： 计划执行信息每

14、个上线计划的车身上线情况、完工情况，计划执行进度，细化到每台车身 的状态信息。 车身队列信息从旱装上线到总装下线的全流程车身队列信息， 包括每条旱装线、 百车身存 储区、调拨区、返修区、涂装线、油漆车身存储区、总装线、检测线等物理空间的实时和历 史车身队列，以及车身在每个工位的制造信息。 生产能力信息集成了现场设备和机运链的运行状态， 各个暂存区的车身数量， 各条产线的 加工能力、原材料消耗和总体性能信息。 产品质量信息从旱装开始就对发生异常情况的车身进行全流程跟踪， 对引起的原因进行收 集、 统计和分析， 并通过和检测系统的接口获取每辆车的检测数据和合格证打印系统进行数 据交换，实现合格证、

15、免检单的自动打印。 生产控制 Proficy 平台从不同的层次入手，实现从计划下达开始到整车入库的全流程的控制，控制范 围涵盖了计划、质量、总装、涂装、旱装、库存等方面，在对生产过程监控的同时，获取现 场数据，帮助生产调度人员对控制策略进行调整，达到最优的生产组织模式，按时、保质、 保量的完成既定的生产任务。 计划管理 由于大部分生产线都是混流模式生产，如果后续制造工位不能提前获取上 线车身队列信息，经常出现缺件、误操作等情况，给生产带来很大的波动，很难实现稳态生 产。系统接收到生产计划后，根据车型、旱装线产能、资源分配情况对计划进行分解，形成一个虚拟的待上线车身队列， 其车身数量与旱装线的固

16、化数量保持一致， 旱装线必须按照这 个队列的前后顺序进行车身上线操作。这样车间生产人员就可预知将要生产什么类型的车， 需要准备哪些物料，车身大概在什么时候能够到达。同时，生产调度人员也可以根据现场情 况对计划进行干预，比如调整计划的优先级别，插入紧急计划，计划状态修改等操作。 生产队列的控制 当每台车身经过关键的控制节点时，系统都会进行记录，当车身出 现异常情况需要抬出生产队列时，采用 SET OUT 功能，将次车身从系统队列移出，当车身需 要重新归队的时候，进行 SET IN 操作，把车身插入相应的位置，保证系统队列和实际队列 一致。系统根据车身信息自动判别是否已经经过某个安装工位，对于已经的安装工位时，再 次经过此工位时，系统会提示现场人员不需要进行操作，当到达第一个未安装工位时，系统 会把此车身当成正常车身，提示现场人员进行整车操作。 车辆路由的控制 为了能够充分利用制造资源，提高投资回报率和生产效率，不同整 车厂的车身允许调拨到其他整车厂进行喷吐、总装。目前存在着大量的车辆调拨业务，在没 有