离散制造MES在照明工厂的应用范文

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《自动化博览杂志》2014年第十二期

1项目背景

该照明工厂有三条生产线，生产制造72W和43W的双端照明灯芯，主要原料为钼丝和T型玻璃管。工艺可分为五个步骤，如图2所示。（1）点焊穿丝：人工将钼丝穿过T型玻璃管两端并点焊；（2）压封：通过焊枪将玻璃管两端密封；（3）耐压测试：通过自控测量玻璃管中的真空度；（4）抽空：从T型玻璃管末端抽真空并焊接密封；（5）检查：人工检查钼丝在玻璃管中的长度及位置。 之前该工厂在生产管理系统中主要存在以下问题：（1）因为生产线自动化程度不高，以及没有一套整体数据采集系统，产品计量主要以手工为主，导致计量精准度不高；（2）生产的废品由手工录入，没有有效的追溯系统来记录废品产生的原因；（3）不能准确实时地记录停机时间、物料消耗、产品数量等信息，无法做有效的绩效计算；（4）由操作员根据经验去仓库拖运原料并手工记录数量，原材料质量信息无法进入质量管理体系。对于成品质量，每个小时操作员会抽查部分产品做目测，抽查结果不会与该订单作比对。

2项目实施与应用

该项目由GE智能平台调研并实施。系统后台数据库微软SQLSERVER数据库，前端为ProficyPA客户端。中间层ProficyIGS和Historian为数据采集站，负责和设备PLC进行通讯并进行数据采集。该系统主要能够帮助工业现场通过设备PLC自动采集生产数据，实时在线以及离线质量数据录入和采集，通过PLC自动采集设备运行状态，订单排产和生产全过程监控，同时做到质量、效率、报表的有效管理。系统架构图如图3所示。现场有三条生产线（将来会扩展到11条线），两台服务器，一台IGS采集工作站，三台平板电脑客户端以及相应的辅助设备（串口服务器、交换机、条码枪、打印机等）。其中，服务器安装在联合工厂机房，数据采集站和客户端安装在车间，两个站点通过光纤网络连接。

IGS采集工作站通过PLC通信服务器，从三菱PLC和欧姆龙PLC捕获实时数据。平板电脑是用来记录生产过程数据进入系统通过客户端软件，也可以监控和查询的生产历史。条形码扫描仪配备跟踪批号和建立可追溯性。历史服务器用于存储实时数据从IFIX与PA提供历史数据，为了触发生产甚至和查询历史数据的趋势。Portal是Web报表服务器，用于生成生产报告，客户可以在任何电脑上运行（包括手持设备），支持微软IE浏览器版本6、7和8。在实施该MES项目中，首先为工厂建立了完整的数据模型。MES不同于其它基于单一功能定制开发的信息系统，它是基于ISA95标准的完整解决方案。工厂建模包括点焊、接管、人工穿丝、压封、耐压测试、排气、老练、包装、入库、复检留用/报废、工单完成等生产工艺流程，产品建模包括内胆、石英玻璃管、石英排气管、钼杆、钼片、钽片、灯丝等。工厂建模是所有应用的起点和基础，MES数字化工厂所有功能均建立在这个完整的工厂模型基础上，简单地说，工厂模型是对组成生产线的设备根据一定的顺序组合定义而成。这也就是为什么MES可以很好解决传统单一功能性管理系统的数据孤岛问题。

同时，该MES系统建立了针对关键设备，如压封设备和耐压测试设备的OEE绩效考评系统。作为整个生产状况的度量其定义包括停机时间(Downtime)、生产效率(Efficiency)、生产速率(ProductionRate)、生产消耗(Waste)等。标准的系统OEE计算公式为：O.E.E.=生产设备可用率×性能×质量。在该项目中设备运行时间代表了可用率，生产速率代表了性能，产品的一次合格率代表了质量的部分。实际项目中我们对于相应的参数设立了报警值，生产效率低于70%进行报警。MES项目实施后，关键设备OEE上升了6%。除了数字建模系统、效率管理系统，质量控制系统也是MES中非常关键的组成部分。在质量管理系统中，我们帮助最终用户管理质量信息，自动化质量控制决策和分析质量和过程的性能，并提供大量的标准报表。为了有效实时完成产品追溯，我们帮助用户规范了原材料条码、在线检测条码、成品条码等。原料条形码编码共21位，由批次编码（11位）、供应商编码（2位）、原料编码（2位）、原料数量（6位）组成。

在线检测条形码编码共6位，由产线及工艺代码（各3位）组成，如表1所示。成品条形码编码共11位，订单类型（3位），批次编码（6位）组成。根据这些条码用户可以做正反双向产品追溯。即从原料批到成品批，可以用原材料的批次和属性来定位最终产品；或者从成品批到原料批，根据最终的产品分析出由哪些批次的原材料构成的。同时，还可以追溯到由哪条产线生产，哪一个班次，当时的环境情况等信息。这些对于废品分析产品召回都有很强的现实意义。

3结语

制造执行系统MES位于企业上层的计划管理系统和底层工业控制系统之间，是面向车间层的管理信息系统解决方案，连接着生产计划与制造过程，是实现制造企业信息集成的纽带。它的设计目的是提高车间数据采集销量，提供一套现代化的生产质量管理解决方案，从而和企业ERP进行系统集成，进而实现提高生产效率，降低生产运营的成本。通过该照明工厂的实施和应用可以发现在离散制造企业实施一套完整的mes系统，有效地将整个工厂生产要素（人、机、料、法、环）结合在一起，避免出现信息孤岛的现象，提高信息的利用率，减少项目开发周期以及日后维护成本是切实可行的。

作者：阮晨鹤赵霞单位：上海交通大学