基于套管生產線MES 的開發與研究

安中望，王遠波，梁朝培，顏菁菁

（1.中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300452；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

1 引言

MES（Manufacturing Execution System，制造執行系統）是面向制造企業車間執行層的生產信息化管理系統。MES 在企業整個信息化架構中承上啟下，是生產過程PCS 與企業規劃ERP 之間信息溝通的橋梁[1]，在企業生產車間信息化管理中發揮著重要作用[2]。

對于制造企業，實現生產車間的信息化管理非常重要。MES 能夠及時、準確、清晰地記錄并顯示生產過程中的實時數據[3]，營造一個良好的生產環境，保證各部門的高效協作，在幫助企業降低管理成本、提高管理效率的同時也可以促進企業的可持續發展[4]。

MES 在應用于不同行業的過程中，由于制造工藝及制造管理流程的不同，功能模塊的運行邏輯差異較大[5]。因此MES 的設計都是采用個性化定制，這就需要MES方案設計者對企業車間信息化管理現狀及車間管理人員的需求進行深入調研和分析，以此作為方案設計的基礎。

2 車間生產管理現狀

生產計劃依靠Excel 文檔制作，郵件方式傳遞。生產進度依靠線下人工統計，在生產計劃和生產執行之間缺少有效的信息共享，無法實時掌控車間生產進度。

沒有嚴格推行物流、信息流、責任流三流合一的機制，物料的領用為人工在倉庫領取，缺少物料領用和交接等相關單據記錄。制造過程中對于物料的消耗缺少記錄，車間物料情況不透明，不利于公司對物料消耗成本的統計。

檢驗過程由人工根據紙質檢驗作業指導書進行測量，并將測量結果手動寫入檢驗記錄表，檢驗結果數據無法進行有效利用，不利于控制產品的穩定性。套管未實現追溯管理，無法進行后期質量追蹤。

人工通過上墻的設備維保計劃定期進行設備維保，時常發生設備維保不及時現象，缺少維保記錄。設備進行維修后，缺少對維修過程的詳細記錄，無法建立完善的設備檔案，缺少設備易損配件的管理。

上述問題存在于多數套管制造企業，本文將根據上述現狀，開發出一套信息化、智能化、精益化的MES，能夠實現業務訂單快速處理、產品制造過程數據記錄及呈現、異?，F象快速響應等需求。

3 車間MES 需求分析

實現生產管理方式優化，改善生產計劃執行情況不透明現狀，解決從編制、下達到反饋完全依靠人工傳遞，效率低、反饋滯后、設備的負荷不均等問題。通過以現場為中心的協同作業機制提高生產效率；通過工單數字化流轉提升作業標準化水平；通過車間現場作業管理可執行下達到車間現場的作業計劃，并對作業現場的運行過程進行管控。

根據生產計劃要求，動態制定合理的生產準備計劃。借助信息化手段快速的完成物料配送，減少生產準備時間，降低物料配送成本。實時跟蹤指令的執行狀態，實現物料信息透明化、實時化，提升配送的精準度，確保及時生產運輸。實現對原材料和成品進行全面完成的管理，使管理者及早掌握庫存狀況，以便對庫存過剩、庫存短缺及時處理。實施全過程質量的跟蹤，通過質量控制，確保整個過程穩定受控，有效促進質量的改進，管理的范圍包括過程檢驗和最終檢驗。為設備及其各個部件單獨制定周期性保養計劃或臨時保養計劃，監控保養計劃的執行情況，有效的提高設備管理的效率。針對設備故障及時向責任人員發送通知，保證設備維修時效性，盡量減少故障時間。對車間異常事件報警處理機制進行管理。利用看板顯示車間的實時生產數據，便于管理者隨時觀看數據。

4 車間MES 方案設計

MES 通過與PLM 集成，獲取設計圖紙、制造BOM、工藝信息等數據，作為MES 運行的核心基礎數據。MES 整體運行流程圖如圖1 所示。

圖1 MES 整體運行流程圖

MES 通過與ERP 集成，獲取生產訂單生成生產計劃，并根據生產計劃編制產線日計劃，計劃員將日計劃下發至生產線各工位。日計劃下發后，MES 根據制造BOM生成所需的物料配送計劃（以下簡稱“配送計劃”），并發送至WMS；WMS 出庫時將出庫信息隨接收到MES的配送計劃回傳至MES，MES 進行物料接收確認；物料確認接收后，MES 開始對整個制造過程進行管控；日計劃完成后，MES 生成完工入庫發送至WMS，WMS 進行成品入庫作業。

4.1 生產計劃管理

MES 根據生產訂單生成生產計劃，生產計劃員對生產計劃進行確認，并將已確認的生產計劃下達。當生產計劃需要進行調整時，可對計劃狀態下需要調整的生產計劃進行調整，如不是計劃狀態需從當前狀態退回至計劃狀態。

計劃員對已下達的生產計劃編制生產天數，MES 根據交貨期、計劃數量、產能等條件并考慮廢品率生成產線日計劃，生產計劃員對產線日計劃進行確認，并將已確認的產線日計劃下達。當產線日計劃需要關閉時，對于已開工的日計劃可在完成規定數量后進行凍結并關閉，對于未開工的日計劃退回至確認狀態后進行關閉。

4.2 現場作業管理

調度接收產線日計劃后，創建物料的要料申請，物料配送至產線后，現場人員進行物料接收確認，形成物料在制賬。MES 接收生產線首工位上線信號后，啟動作業，并通過數據采集記錄全過程制造信息。MES 記錄螺紋加工完成數據，作為一次性合格率報工依據。MES 記錄螺紋檢測數據及檢測結果，將不合格品做返修處理，記錄探傷、水壓及通徑檢測結果，將不合格品做報廢處理。MES 接收生產線末工位的過站信息或數控機床的完工信號后，根據系統中工藝路線設置的末工位，完成末序報工操作，形成套管的生產過站記錄。

4.3 物流倉儲管理

MES 根據日計劃配置的配送頻次、物料在制賬及產線日計劃生成配送計劃，由庫管員根據配送計劃進行備料和配送。當發現報廢物料/物料短缺時，現場人員進行物料接收報廢/物料盤點操作，并更新物料在制賬，同時生成報廢/盤虧數量的配送計劃。當出現不合格產品時，如處理結果為報廢，現場人員進行報廢入庫操作，并更新物料在制賬，同時生成報廢數量的配送計劃。如結果不是報廢，進入返修處理流程。套管完工下線后，現場人員發起完工入庫申請，庫管員接收到入庫申請后，根據入庫申請單生成入庫作業單，并根據入庫作業單進行成品入庫操作。如需退料，現場人員發起退料申請，庫管員根據已經確認的退料申請單生成入庫作業單，然后根據入庫作業單對退庫物料進行入庫操作。

4.4 質量管理

質量管理僅用于螺紋參數質量控制，質量工程師根據檢驗作業指導書定義具體的檢驗項，根據檢驗項制定檢驗卡片，并將工位信息與檢驗卡片進行綁定。質量工程師根據各工序的質檢要求設定檢驗規則，進行檢驗類型配置。當工序有質檢需求時，MES 根據配置的檢驗項和檢驗規則創建不同類型的報檢單。在開班、更換刀具、換班時，需要進行首檢，質檢員根據報檢單進行首檢，首檢合格后方能進行后續生產。首檢合格后，在制造過程中車絲人員進行自檢，如果合格則流入下道工序，如果不合格則進行返修處理。質檢員對車絲工序已完工的套管進行抽樣檢驗作為終檢，如果合格進行完工入庫，如果不合格則進行返修處理，并重新抽樣進行檢驗，終檢累計檢驗數量不能超過已完工數量。

4.5 異常管理

當車間生產現場發生異常時，現場人員將異常反饋給車間調度，由車間調度創建異常記錄單，并將異常記錄單發布提交至異常責任人，MES 會記錄異常提交的時間。異常提交后，若在規定的時間內，異常責任人未響應該異常，MES 會按照組織結構或者角色層級，向責任人的上級提醒該異常。異常責任人在接收到車間提交的異常記錄單后進行異常處理，異常處理完成后，填寫異常處理單。如果是異常問題，則填寫異常處理結果，如果不是異常問題，則直接將異常處理單回退給車間調度。異常負責人提交異常處理結果后，車間調度會根據異常處理結果驗證異常是否得到處理，若異常未解決，可再次提報異常記錄單。若異常解決，則關閉異常記錄單。

4.6 設備維保管理

設備管理員對設備的維保規則進行設定，并根據設備維保規則制定設備維?？ㄆ?，關聯詳細的維保項目。MES 會按維保類型、維保日歷定時生成維保任務。設備使用者查看已下發的任務，并按照要求完成設備維保，記錄維保信息。設備管理員對保養結果進行審核，如維保異常，可進行異常反饋。

現場設備發生故障時，通過設備集成獲取設備故障信息，MES 生成設備故障報修單，對故障情況進行詳細描述。設備管理員根據報修單創建維修任務，隨后將任務指派具體的設備維修員。設備維修員接收到任務后進行維修，完成后對維修信息進行記錄。設備管理員對維修記錄進行審核確認，并進行驗收，若設備恢復正常，則反饋給設備使用者維修完成。若設備故障沒有得到解決，則重新提交設備維修申請單。

4.7 目視化管理

目視化管理主要顯示生產計劃詳細信息，包括生產計劃號、計劃開始完成時間、實際開始完成時間和當前進度（已入庫、在線數量）等信息；主要顯示檢驗結果信息、不合格數據、質量問題top 排行和近一周質檢合格率等；主要顯示異常事件、異常發布人員、異常發布時間和異常處理結果等信息；主要顯示設備的數據采集信息（例如離線、待機、開工等）、設備利用率等信息。

5 MES 實施效果

生產計劃管理模塊可對生產計劃及產線日計劃施行確認、下達、凍結、解凍、終止和關閉等管理職能。施行輸送編制，有效解決了因插單、補單造成的排產混亂現象?，F場作業管理模塊實現了套管制造信息的全面采集?？捎涗浉鞴の粓蠊盗?，并與最終報工數量進行對比分析，精準確定每個工序的實際工作量，以此判斷產能波動原因，對設備使用情況進行針對性調整。物流倉儲管理模塊共同為車間建立了有效的送料、領料、出庫和入庫機制。依據套管制造BOM，對原材料、成品、廢品出入庫的數量進行動態管理，有效的降低了生產準備時間，提升了物料配送精度。質量管理模塊可對螺紋檢驗結果采集，生成檢驗報告，并對檢驗數據進行SPC 分析，找出產品質量波動的原因。異常管理模塊可對生產過程發生的各種異?，F象進行緊急響應處理并進行過程記錄。對異常的發生原因、處理方式、處理結果及處理責任人進行閉環管理。質量管理模塊有效解決了保養不及時，保養記錄混亂現場。管理設備維修的整個業務流程，對設備故障的發生原因、處理方式、處理結果及維修責任人實現閉環管理?？梢暬芾砜蓪⑻坠苤圃烊^程中產生的實時數據信息進行重點呈現在制造看板中，讓生產者管理者隨時關注生產動態。

6 結束語

本文通過對該企業生產業務的實際情況進行研究，找出生產業務中信息流中斷或無法記錄的節點，結合企生產管理特點，開發適合于套管生產線的MES，成功實現了套管制造過程的數字化、精益化、透明化管理，為套管制造業引進MES 提供了一套切實可行的方案。