支持零部件MES系统变更的系统设计

在装配线的生产过程中，由于试装、爬坡、零部件供应或质量等问题，产品设计部门在技术评估后常常会要求在装配过程中执行零部件临时变更的要求。MES作为面向车间执行层的管理系统，需要有合理的功能设计来支持这一业务的准确执行。

1 业务需求分析

　　零部件临时变更是指这样一种业务场景，在制造执行过程中不使用产品设计系统下发的BOM进行装配，而是按照特殊需求，使用另外一个供应商或另外一种型号的零部件来替换BOM中原指定的零部件。通常，用于替换的新零部件的编号与BOM中的原零部件不相同。这类临时变更通常是暂时性的，在执行一段时间或者生产一定数量的发动机后，会再切换回使用原BOM中指定的零部件进行装配，这时零部件临时变更执行终止。

　　由于这类变更的临时性和短暂性，产品部门一般不会在产品设计系统中直接变更产品BOM，而是选择保持产品BOM不变的情况下，直接在车间、MES和ERP系统中执行变更。产品设计系统、MES和ERP间BOM数据的传递如图 1所示。在零部件临时变更的整个流程中，涉及多部门的协作及信息传递，如产品部、制造部、质量部、车间、仓库及生产计划等。这就要求工厂需要有能力对每个环节进行严格地控制，降低变更风险，保证产品质量，准确地执行零部件的临时变更。

　　对于车间装配过程的控制，要求装配必须按照MES系统显示的零部件清单和装配工艺执行装配。当出现零部件临时变更时，MES系统需要给装配工显示准确的新零部件清单和新装配工艺，把变更要求的新控制参数传递给PLC进行设备控制。另外，还需要通过警示信息、数据校验和防错功能降低零部件变更过程中的风险，以及在发动机档案的数据库表中准确记录新零部件的信息，以用于日后质量的追溯和分析。

　　零部件临时变更的最终执行结果是车间装配工拿取准确的变更要求的新零部件，按照新的工艺要求把新零部件装配到发动机上。在这个过程中，MES作为指导车间装配制造的信息系统，它的功能设计直接影响到零部件临时变更在车间的执行效果。设计更合理、更符合业务要求的MES功能能在降低变更风险和提供变更追溯数据方面发挥有效作用。

2 MES零部件临时变更功能的设计

　　根据以上对零部件临时变更业务进行的需求分析， MES系统可以从如下几个方面进行功能设计。

　　1） 变更的新零部件是从产品设计系统下发的零部件列表中抓取的。变更的新零部件需要是通过实验验证和评审，在产品设计系统中维护并发放的零部件。原则上MES不应允许在系统中创建产品设计系统中不存在的新零部件用于变更功能。

2）零部件种类和数量的N对N替换。业务上的零部件替换关系存在很多种情况，MES需具备灵活的配置功能。

　　一种最简单也是最常用的替换关系是1对1替换，即一种零部件被另一种新零部件替换。但如果使用总成件装配，在零部件替换时有可能会存在非1对1的替换关系。比如BOM中的原零部件是两种总成件零部件A和零部件B，替换之后使用的不再是总成件，如图 2，总成件A被两种零部件A1和A2替换，总成件B被两种零部件B1和B2替换。为了能灵活的支持替换前后零部件种类的多样性，MES零部件变更的配置功能需要设计为支持N对N的零部件种类替换关系。如果是1对1的替换，即N= 1。

　  　3）支持多种替换执行方式。根据不同的业务需求，MES系统需要支持以如下三种方式来执行发动机零部件替换。

　  （1）指定工单。这是一种最精确的执行方式，可以精确指定某一台发动机执行零部件替换。即使由于返修等原因，几台指定的发动机混在其他发动机中进行生产，也可以准确地执行零部件替换。配置时需勾选执行的工单列表。

（2）指定数量。如果替换件的数量是固定的，用完即止，那么可以采用指定数量的执行方式。配置时需指定开始的第一个工单和替换总数量。

　　（3）指定时间。按时间执行是一种比较模糊的方式，仅对在确定的时间区间内到达装配工位的发动机生效。如果零部件变更的执行时间是明确的，且执行的工单和数量都不需要控制，则可以采用此方式。只有在替换实际执行完成后，从系统的记录才能统计出实际执行替换的工单信息。实际应用中，这种方式使用较少。配置时需设定执行时间区间。

　　4）支持对已上线的发动机执行零部件临时变更。通常这种变更是在生产过程中临时决定并要求立即执行，所以MES需要支持对已经上线但还没有经过变更工位的发动机执行零部件变更。

　　5）支持装配工艺变更。使用新的零部件，意味着装配工艺可能随之发生变化，MES系统需支持新装配工艺的配置，比如需要支持新的装配工位、拧紧工位、料架地址、拧紧信息和装配图片的配置。

　　6）显示并保存零部件变更的信息。在MES客户端的装机清单中需显示新的零部件信息，以指导装配。并需要把替换的新零部件信息保存到发动机装机档案的数据库表中，包括新的零部件号、零部件序列号或批次号，这些数据可以为返修和故障调查提供数据支持。

　　7）提供防错功能，降低车间装配工人错装零部件的风险。错装是在执行零部件临时变更中存在的一个很大的风险点。如果变更信息没有准确地传递到车间，或者装配工疏忽大意，都可能会造成产品的质量问题。MES系统需要充分利用客户端显示界面、零部件号校验和料架防错等防错功能，降低错装的概率。具体的防错功能可以进行如下设计：

　　（1）MES界面的装机清单中显示明显的变更提醒。在MES客户端显示的装机清单中，可以对变更的零部件进行明显的符号标识，比如零部件号高亮标识或者显示明显的提醒符号。目的是提醒装配工注意装机清单中的零部件变更。

　　（2）对装配零部件的零部件号进行校验。通过扫描枪把零部件上标识的一维或二维零部件号码扫描到MES系统中，MES会把扫描枪扫入的字符串与系统装机清单中的零部件号进行匹配，如果不相等，提示扫描的零部件号错误。

　　（3）使用料灯指导工人拿取准确的零部件。通过控制物料架上安装的指示料灯可以指导工人拿取准确的零部件。MES会把装机清单中零部件对应的料灯地址传递给PLC，不同的装配零部件对应不同的料灯地址。如果要求装配原零部件，原零部件对应的料灯闪烁，如果要求装配新零部件，则新零部件对应的料灯闪烁。当工人伸手拿取料灯正在闪烁的料道上的零部件时，PLC传输防错完成信号1给MES，MES收到此信号后继续下一步操作。如果工人不按照料灯的指示拿取零部件，PLC的防错完成信号将不会传输给MES，MES会控制发动机不被允许流转至下一工位继续装配。

3 结论

　　执行零部件临时变更是一个容易出错且有控制难度的业务，需要充分地利用MES系统面向车间制造和设备控制的优势，根据工厂的业务要求和设备硬件条件对MES系统进行合理开发和应用，最大化地降低执行风险，保证产品质量。