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中國科學院沈陽自動化研究所 彭慧
項目背景
宇通客車是亞洲最大的客車生產企業，年產客車近3萬輛，產值近百億。
通過多年的努力，宇通客車信息化工作取得了長足的進展，到目前為止，企業成功的實施了SAP R/3系統，為企業管理能力的提升，提供了強有力的技術保障。
在成功實施了SAP之后，宇通人并沒有滿足，結合自己的實際需求，開始了MES的實施工作。為使企業早日成為數字化企業，進一步提高企業的核心競爭力，開始了新的征程。
在全面了解MES的理念、技術的前提下，在綜合考察了汽車行業實施MES取得的成功經驗及失敗教訓的基礎上，結合企業自身的實際需求及客車制造行業本身的特點，確定先從客車生產過程追蹤入手，開始宇通客車MES的實施工作，并選擇了中國科學院沈陽自動化研究所作為其MES實施伙伴。
中國科學院沈陽自動化研究所是國立的科研機構，致力為企業提供先進制造領域的關鍵技術、整體解決方案。沈陽自動化研究所自九十年代中期開始了MES方面的研究、開發、及工程應用工作。在汽車、冶金、煙草等行業取得了十余項成功的應用案例，具有豐富的MES實施經驗，是國內領先的MES全套解決方案供應商。同時，沈陽自動化所也是GE授權的軟件高級解決方案供應商（PSP）。
項目需求
在宇通客車確定了實施MES的戰略目標后，如何確定具體的實施策略，就成為宇通客車與MES解決方案供應商面對的首要問題。
雖然同屬汽車行業，但客車生產與轎車生產存在極大的不同。客車生產是一個人工密集、資金密集、技術密集的行業。客車生產以手工制造為主，自動化程度較低。客車生產定制化程度高，屬于多品種小批量的生產方式。客車生產工藝復雜，特別是涂裝生產。客車生產周期長，一般從焊裝開始到試交入庫，需要一周左右的時長。
在焊裝階段一般采用流水線的生產組織方式；但到了涂裝階段，一般則采用抽屜式的生產組織方式，車動人亦動；之后在總裝階段，采用流水線的生產組織方式；而之后的鋪椅、試交階段，則采用以生產工位為核心的組織方式，同樣車動人亦動。總體而言，客車生產，由于生產方式及生產工藝的特殊性，生產組織形式完全不同于轎車生產，是以流水線生產為輔，以工位生產為主的生產模式。
正是由于客車生產組織方式的特殊性，為客車生產管理增加了極大的復雜性，使得客車生產MES，同轎車生產相比有了很大的不同。為客車生產過程追蹤，生產計劃編制，生產指揮調度等MES管理功能的實現，帶來了極大的挑戰。
在實際生產管理中，經常出現：人找不到車，車找不到人；有車無盤，有盤無車；有位無車，有車無位；有車無料，有料無車等現象。現場生產管理的混亂，使得客車生產指揮調度無準確的依據，生產效率不高，交貨期延長，物料供給不及時，出現錯漏裝現象等等。
通過我們對宇通客車MES深入仔細的分析，我們認為，客車生產過程追蹤，是宇通MES的基礎，是全面實施宇通MES的關鍵所在，也是生產管理人員最急迫得需求。
解決方案
1.總體思路
由于客車生產是一種開放式的、非流水線的生產方式，且生產工位與生產工藝階段不存在嚴格的一一對應關系，因而若實施客車生產過程追蹤，必須首先實現客車生產中的車輛位置追蹤；在位置追蹤的基礎上，實現生產工藝階段的追蹤；以及在此基礎上實現生產質量追蹤，生產人員追蹤，物料追溯等MES功能。所以，客車生產追蹤的核心是車輛位置追蹤。
為了實現車輛位置追蹤，我們依據宇通的生產現狀，以及宇通MES的總體規劃，將宇通客車占地約百萬平米的生產場地，劃分為四百個左右的位置區域，覆蓋了宇通客車的焊裝、涂裝、承裝、鋪椅、試交、入庫等絕大部分生產過程。區域可分為兩大類，一類是工作區域，用于客車生產；另一類是輔助區域，用于車輛暫存及異常處理。
其中，將焊裝生產車間劃分為8個生產區域（每條線2個），5個輔助區域（每條線各一個，設置了一個公用輔區）。8各生產區域設置了8個信息采集點，每條線頭尾各一個。5個輔助區域，各設置一個信息采集點。
考慮到下一階段的生產指揮調度的需求及涂裝得抽屜式生產方式特點，涂裝生產車間生產場地劃分為近235個生產區域，每個區域設置一個信息采集點。
承裝生產車間的生產場地則劃分為31個生產區域，其中，與涂裝得交接區及生產準備區17個，裝配生產區8個，輔助工作區6個。每個區域設置一個信息采集點。
考慮到下一階段的生產指揮調度的需求及鋪椅試交開放式的生產方式特點，鋪椅試交工作場地，則劃分為40個工作區，54個輔助工作區。每個區域設置一個信息采集點。
在車輛位置追蹤的基礎上，我們定義了車輛每個工藝階段的標準操作，如開工、完工，異常等等。
上圖為試交工段區域劃分及采集點配置示意圖
2.系統功能
2.1 與SAP集成
接受SAP給出的車輛生產作業計劃，并將車輛生產作業完工情況回報給SAP。
2.2 車輛位置及作業進度數據采集
·焊裝車輛位置及作業進度數據采集
·涂裝車輛位置及作業進度數據采集
·承裝流水線位置及作業進度數據采集
·鋪椅位置及作業進度數據采集
·檢車位置及作業進度數據采集
·淋雨位置及作業進度數據采集
· 路試位置及作業進度數據采集
·生產處維修組位置及作業進度數據采集
·底盤維修組位置及作業進度數據采集
· 打阻尼膠位置及作業進度數據采集
·復檢交車位置及作業進度數據采集
·交車入庫位置及作業進度數據采集
2.3條碼數據打印
·車工號條碼標簽打印
·位置條碼標簽打印
·工藝條碼標簽打印
·班組條碼打印
·人員條碼打印
2.4 PDA通訊服務
2.5 生產作業過程追蹤
2.6 車輛追蹤結果顯示
·廠級車輛追蹤結果查詢顯示
·車間級車輛追蹤結果查詢顯示
2.7 生產統計
·廠級生產統計
·車間級生產統計
3.實現技術方案
3.1 數據采集方案
在綜合比較了條碼、RFID等追蹤技術優缺點、實施可行性、實用性的前提下，確定采用條碼追蹤技術。
考慮到客車生產的開放式特點，數據采集設備選定了Motorola MC70無線手持PDA。為了降低投入，提高設備利用率，采用多個采集點復用設備的方案，最終配置了近百臺數據采集終端。
條碼標簽采用普通的紙質介質。
3.2 無線通訊方案
考慮到PDA與AP通訊的不可靠性，采用了微軟消息隊列的通訊機制。同時也保證了追蹤結果的一致性。
3.3 追蹤與結果顯示方案
追蹤與追蹤結果的查詢顯示，是本方案的技術核心。如何近可能實時準確記錄下車輛的位置及生產狀況，并實時將結果反饋給現場管理人員，是我們重點要考慮的問題。特別地要考慮到數十個客戶端并發訪問的問題。
本部分實現工作，我們采用了GE Proficy家族平臺軟件——Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY和Proficy Tracker。
Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY是一個廣泛用于汽車行業的HMI/SCADA平臺軟件，其內置的實時數據庫，確保了在大量并發訪問條件下客戶端的實時性。Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY基于Windows 2003/2000/XP的平臺上，通過各種串行的、網絡的通訊方式采集控制器中的數據，并利用計算機的強大圖形功能動態地顯示生產數據。
Proficy Tracker是一個專門用于離散制造業產品生產過程追蹤的MES平臺軟件。利用該軟件可以建立起企業的生產過程追蹤模型，確保了追蹤過程的可靠性及可擴展性。Proficy Tracker同時提供了豐富的基于組件的、面向對象的API接口，用于應用工程的定制化開發工作。Proficy Tracker通過讀取安裝在生產線上的條碼掃描器或RF Tag讀寫頭的數據，在計算機里為每個通過加工點的加工對象建立數據記錄，從而跟蹤每個加工對象的當前位置及加工狀況。除了對加工對象進行跟蹤之外，Proficy Tracker還能根據當前的生產形勢和條件，按照用戶預先設定的規則，對加工對象的下一個加工路徑進行自動優化選擇。Proficy Tracker作為Proficy軟件家族中的一個組件，跟蹤數據可以方便地通過Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY中的數據點（虛擬點）集成到監控畫面中。用戶通過監控畫面即可以了解到生產跟蹤信息。
3.4 系統總體結構
系統的總體結構如下圖所示：
實施結果
系統經過三個月左右的開發，與2008年11月順利上線運行。
通過近400個工作區及輔助區的劃分，MES系統可以實時準確地追蹤到每一輛車的位置，實時展示出每一輛客車的生產狀態。為生產管理人員的生產指揮工作提供了有力支撐；亦為物料配送人員的配送工作提供了準確的依據；同時亦為生產過程的持續改進，提供了數量化的客觀標準。
追蹤系統的成功實施，為后續MES工程的實施工作奠定了堅實的基礎。
上圖為公司級生產追蹤結果顯示畫面
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