支持零部件MES系統變更的系統設計

在裝配線的生產過程中，由于試裝、爬坡、零部件供應或質量等問題，產品設計部門在技術評估后常常會要求在裝配過程中執行零部件臨時變更的要求。MES作為面向車間執行層的管理系統，需要有合理的功能設計來支持這一業務的準確執行。

1 業務需求分析

　　零部件臨時變更是指這樣一種業務場景，在制造執行過程中不使用產品設計系統下發的BOM進行裝配，而是按照特殊需求，使用另外一個供應商或另外一種型號的零部件來替換BOM中原指定的零部件。通常，用于替換的新零部件的編號與BOM中的原零部件不相同。這類臨時變更通常是暫時性的，在執行一段時間或者生產一定數量的發動機后，會再切換回使用原BOM中指定的零部件進行裝配，這時零部件臨時變更執行終止。

　　由于這類變更的臨時性和短暫性，產品部門一般不會在產品設計系統中直接變更產品BOM，而是選擇保持產品BOM不變的情況下，直接在車間、MES和ERP系統中執行變更。產品設計系統、MES和ERP間BOM數據的傳遞如圖 1所示。在零部件臨時變更的整個流程中，涉及多部門的協作及信息傳遞，如產品部、制造部、質量部、車間、倉庫及生產計劃等。這就要求工廠需要有能力對每個環節進行嚴格地控制，降低變更風險，保證產品質量，準確地執行零部件的臨時變更。

　　對于車間裝配過程的控制，要求裝配必須按照MES系統顯示的零部件清單和裝配工藝執行裝配。當出現零部件臨時變更時，MES系統需要給裝配工顯示準確的新零部件清單和新裝配工藝，把變更要求的新控制參數傳遞給PLC進行設備控制。另外，還需要通過警示信息、數據校驗和防錯功能降低零部件變更過程中的風險，以及在發動機檔案的數據庫表中準確記錄新零部件的信息，以用于日后質量的追溯和分析。

　　零部件臨時變更的最終執行結果是車間裝配工拿取準確的變更要求的新零部件，按照新的工藝要求把新零部件裝配到發動機上。在這個過程中，MES作為指導車間裝配制造的信息系統，它的功能設計直接影響到零部件臨時變更在車間的執行效果。設計更合理、更符合業務要求的MES功能能在降低變更風險和提供變更追溯數據方面發揮有效作用。

2 MES零部件臨時變更功能的設計

　　根據以上對零部件臨時變更業務進行的需求分析， MES系統可以從如下幾個方面進行功能設計。

　　1） 變更的新零部件是從產品設計系統下發的零部件列表中抓取的。變更的新零部件需要是通過實驗驗證和評審，在產品設計系統中維護并發放的零部件。原則上MES不應允許在系統中創建產品設計系統中不存在的新零部件用于變更功能。

2）零部件種類和數量的N對N替換。業務上的零部件替換關系存在很多種情況，MES需具備靈活的配置功能。

　　一種最簡單也是最常用的替換關系是1對1替換，即一種零部件被另一種新零部件替換。但如果使用總成件裝配，在零部件替換時有可能會存在非1對1的替換關系。比如BOM中的原零部件是兩種總成件零部件A和零部件B，替換之后使用的不再是總成件，如圖 2，總成件A被兩種零部件A1和A2替換，總成件B被兩種零部件B1和B2替換。為了能靈活的支持替換前后零部件種類的多樣性，MES零部件變更的配置功能需要設計為支持N對N的零部件種類替換關系。如果是1對1的替換，即N= 1。

　  　3）支持多種替換執行方式。根據不同的業務需求，MES系統需要支持以如下三種方式來執行發動機零部件替換。

　  （1）指定工單。這是一種最精確的執行方式，可以精確指定某一臺發動機執行零部件替換。即使由于返修等原因，幾臺指定的發動機混在其他發動機中進行生產，也可以準確地執行零部件替換。配置時需勾選執行的工單列表。

（2）指定數量。如果替換件的數量是固定的，用完即止，那么可以采用指定數量的執行方式。配置時需指定開始的第一個工單和替換總數量。

　　（3）指定時間。按時間執行是一種比較模糊的方式，僅對在確定的時間區間內到達裝配工位的發動機生效。如果零部件變更的執行時間是明確的，且執行的工單和數量都不需要控制，則可以采用此方式。只有在替換實際執行完成后，從系統的記錄才能統計出實際執行替換的工單信息。實際應用中，這種方式使用較少。配置時需設定執行時間區間。

　　4）支持對已上線的發動機執行零部件臨時變更。通常這種變更是在生產過程中臨時決定并要求立即執行，所以MES需要支持對已經上線但還沒有經過變更工位的發動機執行零部件變更。

　　5）支持裝配工藝變更。使用新的零部件，意味著裝配工藝可能隨之發生變化，MES系統需支持新裝配工藝的配置，比如需要支持新的裝配工位、擰緊工位、料架地址、擰緊信息和裝配圖片的配置。

　　6）顯示并保存零部件變更的信息。在MES客戶端的裝機清單中需顯示新的零部件信息，以指導裝配。并需要把替換的新零部件信息保存到發動機裝機檔案的數據庫表中，包括新的零部件號、零部件序列號或批次號，這些數據可以為返修和故障調查提供數據支持。

　　7）提供防錯功能，降低車間裝配工人錯裝零部件的風險。錯裝是在執行零部件臨時變更中存在的一個很大的風險點。如果變更信息沒有準確地傳遞到車間，或者裝配工疏忽大意，都可能會造成產品的質量問題。MES系統需要充分利用客戶端顯示界面、零部件號校驗和料架防錯等防錯功能，降低錯裝的概率。具體的防錯功能可以進行如下設計：

　　（1）MES界面的裝機清單中顯示明顯的變更提醒。在MES客戶端顯示的裝機清單中，可以對變更的零部件進行明顯的符號標識，比如零部件號高亮標識或者顯示明顯的提醒符號。目的是提醒裝配工注意裝機清單中的零部件變更。

　　（2）對裝配零部件的零部件號進行校驗。通過掃描槍把零部件上標識的一維或二維零部件號碼掃描到MES系統中，MES會把掃描槍掃入的字符串與系統裝機清單中的零部件號進行匹配，如果不相等，提示掃描的零部件號錯誤。

　　（3）使用料燈指導工人拿取準確的零部件。通過控制物料架上安裝的指示料燈可以指導工人拿取準確的零部件。MES會把裝機清單中零部件對應的料燈地址傳遞給PLC，不同的裝配零部件對應不同的料燈地址。如果要求裝配原零部件，原零部件對應的料燈閃爍，如果要求裝配新零部件，則新零部件對應的料燈閃爍。當工人伸手拿取料燈正在閃爍的料道上的零部件時，PLC傳輸防錯完成信號1給MES，MES收到此信號后繼續下一步操作。如果工人不按照料燈的指示拿取零部件，PLC的防錯完成信號將不會傳輸給MES，MES會控制發動機不被允許流轉至下一工位繼續裝配。

3 結論

　　執行零部件臨時變更是一個容易出錯且有控制難度的業務，需要充分地利用MES系統面向車間制造和設備控制的優勢，根據工廠的業務要求和設備硬件條件對MES系統進行合理開發和應用，最大化地降低執行風險，保證產品質量。

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