MES系统中的工艺管理开发实践_曹路圆.pdf

第45卷 第02期 2023-02【203】收稿日期：2021-09-13作者简介：曹路圆（1976-），男，江西赣州人，高级工程师，学士，研究方向为车间智能制造管理的MES系统（制造执行系统），仓储管理，船闸调度等多方面应用系统。MES系统中的工艺管理开发实践The development practice of process management in MES system曹路圆1*，余永波2，张 松2，张建超1，王秀梅1CAO Lu-yuan1*，YU Yong-bo2，ZHANG Song2，ZHANG Jian-chao1，WANG Xiu-mei1(1.北京机械工业自动化研究所有限公司，北京 100120;2.阳光电源股份有限公司，合肥 230088)摘 要：以某光伏逆变器生产企业MES系统为例，探讨了MES系统中的工艺管理，包括需求背景、功能设计及开发实现。关键词：工艺管理；工艺路线；工序；MES系统中图分类号：TP31 文献标志码：A 文章编号：1009-0134(2023)02-0203-050 引言2018年以来我司为某光伏逆变器生产企业开发实施MES系统。在实施中，我们发现由于客户所属行业处于快速发展期，具有产品更新迭代快、产品类型多、新增产线多等显著特点，公司现有PDM系统不包含工艺管理模块，无法满足企业新增产品、产线的工艺管理需求。为适应企业灵活多变的工艺管理，经过多方论证，最后确定在MES系统中定制开发完整的工艺管理模块，实现产品制造工艺路线编制，动态匹配产线产能，实现产品制造的全面管理。本文主要介绍了在本项目中的工艺管理开发实践。1 梳理业务流程通过对公司现状的分析，各系统接口能力的评估，我们首先确定了与工艺管理相关的业务流程：PDM编制组件设计BOM，通过接口发送给SAP系统，然后MES系统以中间数据库的接口方式，接收SAP转发的组件设计BOM，再以自动触发的存储过程，整理重组完整的产品BOM，工艺人员基于产品BOM，在工艺管理软件中编制产品工艺路线，编制工序BOM，上传作业指导书，建立工艺路线与产线关联关系，MES系统接收SAP下达的生产计划（关联到产线），MES系统再调用工艺路线，指导产线作业及物料装配扫码。完整的设计与应用图1 工艺管理业务流程【204】第45卷 第02期 2023-02流程如图1所示。2 工艺管理需求分析制造企业中，随着企业对精益生产、智能制造等需求的深入，生产过程管理也越来越精细、灵活，通过PDM、CAPP，ERP、MES、CRM等系统的实施，企业得以实现产品全生命过程管理。其中产品制造过程的全生命过程管理，则需要由设计、工艺、制造、仓储等多部门协同完成。而CAPP系统则是这个链条中的重要一环。在本项目中，我们根据客户需求，自研开发了适用于企业实际的工艺管理模块，替代了CAPP。2.1 需求分析客户现状：已经上线使用PDM产品设计管理系统，已经实现PDM与ERP系统连通，将设计BOM发送给ERP系统。ERP系统有简单的工艺划分，将产品制造分成：SMT，插件、选择焊，测试，三防，总装，老化，检测，包装等概要工序类别。工艺管理部门没有专门的工艺管理软件，部门人员根据不同产品根据研发试制经验，编制细分到工位的作业指导书，由简单的文件分页指定不同工位查看不同页码的作业指导书。公司有两个产业园，多个多层的厂房，公司自有PCB生产车间，供应全公司各产品线所需的PCB功能板，产品线有光伏逆变器、储能产品、集中式逆变器、电动汽车电控产品、风电产品等。每年更新数百乃至数千款配置不同的产品。如何实现全公司各产品的工艺管理，是能否上线MES系统的关键。2.2 管理要素经过对工厂生产制造过程及现有工艺管理方式的分析，我们对工艺涉及的要素进行提炼分析，列出工艺管理需要管理的各要素如下：1）产品：指在客户车间生产，通过MES系统来完成制造过程管理的产品。客户产品多种多样，工艺软件需要满足各种产品的工艺资料编制管理。2）产品线：指公司产品的主要类别，不同类别的产品按不同的制造模式进行管理。3）工艺路线：指产品在车间生产过程中的装配工序、顺序、工时的集合。4）工艺段：指产品在车间装配过程中，按生产线分段组合的工艺路线，属于工艺路线的子集，一般把工艺段与生产线相对应管理。5）工序：指细分到一个人独立完成的一个装配操作。一个工序一般由一个工位独立完成，从产能平衡的角度，可以一个工序多个工位同时进行，但每个工位的操作都是互相独立且并行处理的，一般把工序与工位相对应管理。6）工序顺序：指工序在工艺段中的顺序，一般用于前后工序校验。7）工序工时：指工序完成作业所需要的时间（以秒或分钟为单位）。工序工时与生产节拍关系密切，工时长的工序就是生产瓶颈，可以通过工序优化来提高生产效率。8）工序BOM：指工序生产装配所需用到的物料清单，简化工作量，只关联需要追溯的物料。9）工序作业指导书：指导员工完成工序标准操作的电子文档。作业指导书通常按工序编制，每个工序有一页或多页作业指导，一条生产线上传一个PDF作业指导书文件，然后指定每个工序显示对应的页码.10）工序工艺参数：对于关键工序及其使用的设备，设定工艺参数，在制造执行时进行管控。11）车间：指可以制造一种产品线大类的功能车间，与实体车间关联又抽象分离。12）产线：指按线体、顺序进行的装配作业的一段作业区域。一条生产线代表一段工艺的开始和结束，在MES系统中，会记录产线的上线数量、下线数量及在线产品清单。13）工位：指员工或设备的独立装配作业区域。每个工位最少完成一个工序操作，部分工位可以并行作业，完成同一道工序。14）设备：指用于工位生产制造的单体设备，本文专指离散制造产线设备。15）作业员：指产线装配测试作业人员。员工能力、资质管控也是人机料法环的重要因素。2.3 要素关系示意图通过对工艺管理的主要要素分析后，我们总结出如下示意图（如图2所示），梳理各要素间关系。图2 工艺要素之间的关系说明：一条完整的工艺路线在不同工艺段，匹配现实中不同的物理产线。工序对应到具体的作业工位，由此实现完整的人机料法环在工艺维度的完整统一管理。3 程序开发实现3.1 接口开发经客户IT运维开发人员及各相关人员评估多种接口方第45卷 第02期 2023-02【205】案，SAP与MES系统的接口方案确定为采用中间数据库，双方各自负责接口数据的发送与接收。接口服务器为Windows Server2012+Oracle12C。由我方在中间数据库创建接口表，SAP以每日一次的频率给MES系统发送最新接收到PDM系统的组件设计BOM。接口表创建SQL语句如表1所示。MES系统在中间数据库设置存储过程mw_create_sap_product_bom_all，以Schedule Jobs的方式，定时10分钟执行一次存储过程，及时整理分析接收到的组件设计BOM，根据预设的规则，将符合条件的组件加入到code_product产品表，将包含接收组件的全部产品重新创建完整产品BOM，识别虚拟组件，裁剪掉在整机中不需要的PCB的子零件，区分物料是否发料，区分组件在整机中是否需要扫码，更新物料的替换属性。3.2 工艺管理开发工艺管理做为MES的一个功能模块，以C/S客户端Winform独立程序方式开发。工艺管理软件以.Net Frame-work4.0框架的C#编程语言开发。通过以工艺管理人员角色区分，限制其他用户登录，且各车间工艺人员登录后，管理各车间生产的产品线工艺资料。3.3 生产管控开发前述MES系统接收到SAP下达的生产计划，MES系统自动派工到产线班组，同时关联工艺人员在工艺软件中创建的全套工艺资料。MES系统部署在生产线的现场工作站程序，在产线员工扫描产品SN后，系统自动判定产品在当前工位执行的装配工序，加载工序对应的工序BOM，以及工序关联的作业指导书，加载关键工序的控制参数，并以这些来管控员工的作业是否符合工艺要求，如：物料是否漏表1 接口表数据库字典数据表名SAP_BOM_INFO表功能描述SAP BOM清单 -2019.01.16序号字段名称字段类型长度字段描述1MATNRVARCHAR230物料代码2WERKSVARCHAR210工厂3DATUVDATE有效开始日期4DATUBDATE有效截止日期5STLNRVARCHAR230物料单6STLKNVARCHAR230物料单行号7IDNRKVARCHAR230下级物料代码8POSTPVARCHAR210项目类别9MEINSVARCHAR210组件单位10MENGENUMBER组件数量11FMENGNUMBER固定数量12AUSCHNUMBER部件废品(%)13ALPGRVARCHAR210替代项目组14ALPRFNUMBER优先级15EWAHRNUMBER替代比例16DUMPSVARCHAR210虚拟项目标识17ITSOBVARCHAR210特殊采购类型18DSPSTVARCHAR210展开类型19IS_LEAFVARCHAR210是否叶子（最终零件）20RMES_IDVARCHAR230RMES_ID21HANDLE_FLAGVARCHAR210处理标识（Y/N）22CRUD_FLAGVARCHAR210增删改标识（C/U/D）23CREATE_TIMEDATE写入时间24UPDATE_TIMEDATE更新时间【206】第45卷 第02期 2023-02图3 产品BOM处理流程图4 工艺管理软件界面图5 现场工作站应用示例第45卷 第02期 2023-02【207】扫，工序是否漏扫，自检、互检是否按照工艺作业要求进行操作。现场工作站程序以C/S客户端Winform独立程序方式开发，以clickone方式发布到应用服务器，线边主机每天开机自动运行现场工作站程序，自动更新到最新版本，然后登录使用。系统运行管控界面示例如图5所示。4 工艺管理的主要功能产品主要功能清单如图6所示。图6 软件主要功能清单1）系统用户登录管理不同车间及产品线工艺人员登录，登录后依据用户权限，显示可维护的产品清单。2）产品信息维护管理与产品相关的各种属性，如产品线分类，产品规格型号，与产品相关的特征码等。3）工艺模板编制创建不同产品类别，不同工艺段的工艺模板，用于产品工艺路线的快速编制。4）工艺路线维护对每个产品可以创建一条或多条工艺路线，工艺路线的编制可以依据工艺模板创建，也可以逐一添加工艺路线下的每个工序，再设定工序的作业类别等信息。5）编制工艺BOM以工序为基础，对于需要扫码追溯零件的工序，把相应的物料代码关联到工序上。6）作业指导维护以工序为基础，每个工艺段上传最新的作业指导书文件，再指定每个工序的页码。7）管理工艺参数设定关键工序所需要管控的信息内容，如设备参数记录，设备参数校核，人员资质校核等。8）工艺与产线关联以工艺段为基础，设定工序与工位的对照关系，将工艺路线应用到产线上去，以支持该产品在相应产线的生产，未关联工艺路线的产线，则不能生产该产品。5 工艺管理实际应用效果工艺软件开发上线后，客户组建了专门的工艺编制小组，通过工艺管理模块，实现了工艺资料的统一管理。工艺信息在MES系统中，起到了指导生产，管控制造，校核错误，预防质量缺陷的关键作用。1）管理众多产品工艺资料经过上线数年使用，客户成功管理了全公司数千种产品的工艺资料，建立了工艺资料库。2）编辑产品工艺方便快捷通过持续完善软件功能，提供以工序模板，工艺路线模板，典型产品模板等为基础的多种工艺资料快速编制方式，熟练的工程师可在半小时内编制一个产品的完整工艺资料。3）促进生产工艺持续优化在MES系统成功上线后，根据持续的制造反馈，完善优化生产工艺，提高了公司生产效率；防范制程错误及质量缺陷，提高了产品质量。6 结语通过项目实践，我司成功自研了具有该行业特性的工艺管理产品，目前已管理8大类2万3千多种产品，成功申请工艺管理软件著作权，可供广大客户选择使用。在智能制造背景下，企业从管控制造过程、强化过程追溯、优化工艺、获取制造大数据等多方面需要出发，致力于工艺管理、生产制造水平的提升