MES在汽车制造中的应用之业务篇(4) -- 质量管理

质量管理是MES的一个重要模块。

本文主要介绍在汽车制造中，几个较为特殊的质量管理功能。

1.    缺陷管理

在质量管理模块中，缺陷是作为主数据进行配置的。

对缺陷进行科学地定义，能够帮助工人快速输入缺陷，以及生成更有价值的缺陷分析报表。

这里介绍2种缺陷定义方式。

方式1：分组分类。如按大类、小类、缺陷分类，或按车间、产线、工位分类。

方式2：坐标分类。即在相关工位导入一张零件图，系统将图片按照横、纵坐标分成若干个区域。当产品发生缺陷时，工人在界面上点击图片的对应位置，则MES记录下此图片对应的坐标。

方式2主要应用于外观检查，特别是油漆外观检查。

同时，MES可根据各区域的缺陷记录，生成缺陷密度分布报表。

图2.4-1：按照坐标录入缺陷

2.    质量路由

汽车制造的自动化程序很高，即便是人工检查输出的质量结果也能够与输送线进行集成。

所谓质量路由是指根据质量状态或属性来决定车辆的输送方向，下面介绍3个例子。

例子1：整车质量路由。

如图2.4-2所示：

1)       当车辆进入检测站时，工人输入缺陷，并选择路由道号，此信息存入MES数据库。

2)       当车辆进入岔道，PLC识别车辆后，从MES接收路由道号并移动车辆。

图2.4-2：整车质量路由

例子2：发动机质量路由

发动机装配工艺的特点是，由于采用摩擦轮输送线，因此在装配时是静止的，根据此特点，通常在所有重要装配工位和岔道上安装RFID阅读器。

因此，在装配或质量检查工位，工人录入缺陷后，PLC将质量状态及路由指令写入RFID TAG；当发动机到达转台或岔道时，PLC从RFID TAG读取数据，并根据路由指令按照对应的方向移动发动机。

例子3：产品AUDIT

通常AUDIT采用抽检的机制，按照一定的比例对产品进行评审，为了保证评审的公正性，不希望工人在装配时知道此台产品是否需要AUDIT。

因此，我们可以根据AUDIT比例算法，在生成工单时直接决定哪些产品需要AUDIT，并在上线时将AUDIT标记写入RFID TAG。

当车辆进入AUDIT前的岔道时，PLC从MES或RFID TAG获取AUDIT标记信息，进而判断产品的后续输送方向。

3.    质量门

通常我们在车辆制造的关键工序的结束点设置质量门检查，如整车的焊装、涂装、总装、电检下线点，如发动机装配的内装、外装、附件安装下线点。

质量门会从质量控制的角度出发，检查是否允许某件产品经过当前工艺段，进而流入下道工艺段或者完工。

质量门会检查以下可能的质量信息：

1)       是否质量状态为良品。

2)       是否经过所有关键工位。

3)       是否有零件漏装、多装。

4)       是否有工位测试不合格。

5)       是否有AUDIO项不通过。

6)       是否有缺陷未清除。

MES配合PLC，根据质量门的判断结果，决定车辆的前进方向，如是否通过道闸进入停车场，逻辑为：

1)       PLC根据RFID识别车辆。

2)       MES显示质量结果，并将缺陷信息显示到电视机上。

3)       MES将质量结果发给PLC，PLC点亮对应的信号灯，并决定是否打开道闸。

图2.4-3是示意图。

图2.4-3：质量门与道闸

MES在汽车制造中的应用之业务篇(3) -- 车辆识别

本章介绍在汽车行业的车辆识别技术应用。

简单地说，在汽车制造领域，目前主要应用以下几种介质识别车辆：

1)       超高频RFID TAG，主要用于整车制造。

2)       高频RFID TAG，主要用于发动机/变速器装配。

3)       螺钉RFID TAG，主要用于发动机/变速器机加。

4)       金属二维码，主要用于发动机/变速器机加。

5)       条码，主要用于整车制造。

下面我们分别予以说明。

1.    超高频RFID TAG

超高频RFID TAG是指工作在865 - 868 MHz（欧洲）及902 - 928 MHz（北美）这2个频段的RFID TAG。

RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即无线射频识别。

TAG是指存储数据的介质，又叫做码块、载码体、标签。

RFID相关的设备包括：

1)       TAG，用于存储数据的介质。

2)       天线，用于扩展射频信号识别范围。

3)       阅读器，向TAG发送信号、提供能量、获取数据。

4)       通信模块，组态编程后，能够将TAG数据自动传输到PLC的指定数据块。

5)       PLC，是数据接收器。选择特定的通信模块后，也能够将PC作为数据接收器，但在汽车制造行业，还是以PLC应用为主。

6)       附属设施，如线缆、接头、连接器等。

图2.3-1展示了主要RFID设备的关系：

图2.3-1：RFID设备关系

超高频RFID的主要优点是识别范围广，可达数米。

在乘用车制造的总装车间，一个典型工位的长度可达6米，并且车辆在缓慢地移动，而超高频RFID可以在距离和角度上提供有效的支持。

下面介绍几个超高频RFID的应用场景。

场景一：焊装三大件合装

当发动机舱、前地板、后地板到达合装工位时，PLC从MES下载工单及对应的VIN号、车型、配置、颜色等信息，PLC将相关信息写入RFID。

场景二：质量检测站点

质量检测站点会人工检查每一台车，但是只会把缺陷录入系统，正常车不记录。实现方式是在该站点的前、后各设立一个RFID站，MES列出已经经过前一个RFID站、尚未经过后一个RFID站的所有车辆号码，工人手动选择。

场景三：总装物料拉动

通常在PBS OUT设置一个RFID站点，当车辆经过此站时，MES把该车的过站记录广播给物流系统，通知后者处理物料拉动。

2.    高频RFID TAG

高频RFID工作在13.56 MHz频率，读写距离小于0.2米。

受此限制，要求应用时满足以下条件：

1)       阅读时TAG静止。

2)       TAG和阅读器要尽可能平行及接近。

此技术在发动机和变速机的装配工艺中应用较为广泛，就是因为他们的装配工艺符合这2个条件。

比如发动机装配通常采用摩擦轮输送线，发动机在进入装配位置时是固定的，并且固定在托盘上进行输送，而阅读器就安装在TAG的正下方。

这一特点造成发动机RFID识别和整车有较大的差别：

1)       采用高频RFID。

2)       每一个站都安装阅读器，而整车制造通常只在线头、线尾装阅读器。

由于每一个站都安装了阅读器，因此可考虑将业务指令和数据尽可能地存储在TAG上，由PLC直接读写，这样可以大大减少PLC和MES的交互。

比如西门子的高频RFID TAG可支持64KB容量的数据，那么我们可以把产品的主数据、上线日期、BOM、作业指令、装配数据、追溯数据、维修记录等都存储在TAG上，因而一个TAG就相当于一件产品的作业手册和装配档案。

3.    螺钉RFID TAG

RFID TAG的有效部分是数据存储芯片，可以通过各种方式进行封装、固定。

比如有的TAG和磁铁封装在一起，可以吸在车辆的顶部；又比如有的TAG是一个硬币形式的薄片，可以很方便地塞入托盘的固定孔。

这里介绍一种螺钉形式的TAG，如西门子的RF630T。

此TAG封装了一个M6螺钉和一个64B的存储芯片，可以安装在一个专门设计的固定孔上。

这种螺钉主要有2个应用场合。

场合一：发动机/变速器的机加工艺段。

由于在机加车间通常不采用托盘，机械结构(缸体/缸盖/离壳/变壳)结由桁架机械手在不同工位间移动，因此我们只能将TAG固定安装到机械结构上，并始终随着机械结构一起移动。

场合二：发动机/变速器的装配工艺段。

尽管在装配工艺段有托盘，但是有的厂家希望TAG保留加工过程中的关键数据(如拧紧值)，并且和发动机一起出厂，这样将来召回或返修的时候可以直接从TAG中读取原始的装配信息。

4.    金属二维码

在发动机/变速器的机加工艺段，由于环境恶劣(如油污)，通常会采用激光蚀刻的方式，在金属表面生成二维码。

金属二维码设备通常又叫激光打标机，由激光发射机、控制模块、定位模块、通信模块等组成。

金属二维码由于表面反射率高，需要专门的识别设备，此设备由拍照、图像处理、OCR识别、通信等模块组成。

5.    条码

一直以来，条码在MES领域都有着广泛的应用，汽车制造方面也是如此。

这是因为，条码有以下几个突出的优点：

1)       便宜。

2)       可目视识别。

3)       扫描枪识别条码时无需与系统交互(对于PC来说扫描枪相当于键盘)。

下面介绍2个应用的例子。

例子一：装车单打印。

当车辆出PBS时，总装车间所有分装线自动打印此车的装车单，包括了车辆的VIN号、车型、关键工位物料号条码等。当工人装配时，先后扫描料架和装配单上的物料号条码，MES将检查这2个条码是否一致。

例子二：作业防错。

当车辆上线时，MES打印防错单，将关键工位的防错指令参数转换成长字符串并打印在防错单上。当车辆进入防错工位时，工人扫描防错单，设备由此获得防错指令参数。

MES在汽车制造中的应用之业务篇(2) -- 焊装与订单下发

 

汽车制造是离散型生产模式，一般按照订单生产。

汽车行业有个术语叫做OTD(Order To Delivery)，指的是制造商从接收订单到交付的整个过程。

一般而言，4S店按照顾客的购车要求、调研结果、市场预测，在制造商的销售系统创建订单。

制造商的销售系统结合市场策略(如新车型四驱延后生产)，形成销售订单。

销售订单进入工厂的ERP系统，ERP根据工厂日历、设备状态、物料库存、采购计划等信息，进行MRP/APS运算，生成每日的生产订单。

以生产订单为依据，在SRM系统中生成零件发运单，通知供应商生产。

车辆生产完成后，车辆通过物流发运环节，配送到各4S店。

图2.2-1是OTD流程示意图：

图2.2-1：OTD流程

 

通常整车的冲、焊、涂、总四大工艺每个车间各需1天进行生产，然后在整车发运环节约需数天，而ERP系统首先根据系统设置，创建总装车间的生产订单，然后再以之创建其它车间的订单。

ERP订单不仅包含了车辆的车型配置等信息，还包括了车型生产的先后顺序。

但是在冲压车间，由于采用批量生产模式，车间只看各车型配置的总数，因此并不严格按照ERP中每台车的先后顺序生产。

在焊装车间，MES从ERP接收生产订单，进而生成MES的生产工单。计划员可以MES中进行锁定、冻结、重排序等操作，因而MES生产工单的顺序可能与ERP顺序有所不同。

焊单作业完成后，车辆经过WBS进入涂装车间，有的工厂在WBS设置路由规则，可以自动调整车辆进入涂装车间的顺序。

涂装作业完成后，车辆经过PSB进入总装车间，通常工厂会在PBS设置路由规则，车辆根据车型、VIN号等信息的检查，经过路由调度进入总装车间。

因此，严格的说起来，只有焊装的计划与ERP计划是高度一致，而涂装、总装的生产顺序根据现场的实际情况调整。

在焊装车间，MES要实现以下计划管理功能：

1)       从ERP自动接收生产订单；

2)       对生产订单执行锁定、冻结、重排序等操作；

3)       订单的有效性校验(如工艺是否完备)；

4)       将订单下发给主线的分装线的设备PLC；

5)       将订单广播给后续工位。

 

如下图2.2-2所示：

1)       MES将计划下发给三大件、左右侧围上线工位PLC。

2)       在三大件合拼工位，PLC检查三大件的车型是否匹配，如匹配则生成VIN号并进行生产。

3)       当车辆进入主线，PLC检查车辆与左右侧围的车型是否匹配，如不匹配则从缓存区调取零件。

图2.2-2：焊装计划下发

 

在各订单下发工位，设备PLC从MES下载订单信号，包括：订单号、VIN号、车型、配置等，并且在合拼工位将重要信息写入RFID TAG。

为了减少对MES实时响应的依赖，通常PLC会缓存3-10台车的订单信息。

 

 

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