电子论文-GE-Fanuc-Proficy-复杂业务环境下的汽车行业MES解决方案

GEFanucProficy－复杂业务环境下的汽车行业MES解决方案项目背景奇瑞汽车有限公司（以下简称奇瑞汽车）于1997年由5家安徽地方国有投资公司投资成立，作为立志创自主品牌的公司，自成立以来，奇瑞汽车一直坚持发扬自立自强、创新创业的精神。不断追求世界领先的汽车研发和制造技术，增强核心竞争力，经过10年来的飞速发展，目前已成为我国最大的自主品牌乘用车研发、生产、销售、出口企业。现已投放市场的整车有十个系列数十款产品，2007年6月，奇瑞公司入选2007年度“最具全球竞争力中国公司”20强，同年12月，入选“发展中国家100大竞争力企业”。客户需求奇瑞汽车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，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，奇瑞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奇瑞业务的扩展而保持足够的稳定性，开放性，安全性。综上所述，根据奇瑞汽车的业务需求，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。本项目为奇瑞汽车有限公司建立实施周期短，可维护性强、风险小、回报快的“短、平、快”MES系统解决方案，该方案体现并适应奇瑞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，提升奇瑞品牌。解决方案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作为奇瑞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、SQLServer、Webservice、FlatFile等等）获取用于指导生产的计划数据，其中ProficyPlantApplication是整个平台的核心，这里搭建了企业的虚拟工厂，通过PlantApplication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ProfciyReal-TimeInformationPortal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。ProficyPlantApplication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PlantApplication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。信息集成奇瑞汽车目前存在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。在奇瑞MES项目中，通过使用Proficy的企业连接器（EnterpriseConnector）和BiztalkServer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、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SETOUT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SETIN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MES系统之前，简单的靠人工驳运经常出现错拉、出入不平现象发生。MES系统中，可以灵活的配置车辆生产路径，在每个控制点，系统会根据车型、当前车身状态提示用户该车身允许的去向。调度人员也可根据从系统中统计的现场情况为每台车身定义去向，这样，生产就严格按照配置的路由规则执行，同时监控到每个生产区域的车辆明细情况。质量控制―――产品的质量是汽车制造企业的生命线，Proficy平台对奇瑞汽车的生产过程进行了全流程的质量管理，能够自动纠正生产中的错误或向用户提供决策支持提升产品质量，减少返工发生，提高生产效率。每台车身的质量原因都会详细的被记录下来。原因可以在PlantApplication的原因树上进行配置和分类管理，并且可以通过和检测系统的通讯，自动获取车身质量问题原因。混线生产对安装