产线管理系统：实时监控、可视化报告、降低成本

产线管理系统将覆盖整条生产线，对整条生产线的状态进行监控，这就要求MES必须与产线实现高度集成。

1.PLC集成接口及系统架构

图6-39描述了系统与产线的集成架构。

图中绿色的粗实线代表了生产线体的现场总线，一般为PROFIBUS或者PROFINET。现场总线是一种网络形式，工业网线及工业交换机等设备组成的网络将产线所有的设备，例如机器人、PLC、传感器、HMI等连接在一起，互相通信。而对生产线进行控制的则是PLC设备，一条产线上有可能不止一个PLC，之间可以设置主从关系。对于MES来讲，只需要连接每条线的主PLC，即可获得该条线体所有PLC中的信息。图中红色的线代表企业的局域网（Ethernet），一般应用TCP/IP，PLC将通过通信模块与该网络连接，并拥有该网络的固定IP地址。

图6-39 MES与线体的集成（书后有彩插）

针对线体和设备，系统需要收集不同的数据。

（1）线体状态 线体状态是反映该条线目前的实际状态，它不是由一个参数来进行控制，而是收集该条线体上所有工位的实时信息，并汇总所得出的最终结果。线体状态主要有：

1）休息时间。在休息时间线体会自动停线，通常在上午或下午各有10～15min的休息时间以及午饭时间等。

2）故障。线体设备出现故障，导致停线。这类故障一般PLC能够自动判断，并将其反馈到MES中。

3）紧急。紧急是指线体某处有维修人员打开安全门进行故障的维修，或者有人误操作打开安全门，都会造成生产线紧急停线。

4）满量。满量是指由于下一条生产线或者中间传动链出现问题，导致该条生产线的车无法流动而造成的停线，也就是通常所说的“堵车”的情况。

5）欠量。欠量是上一条产线或者上一条产线到该条线之间出现问题，导致车辆不能正常运送到该线体。

6）生产。生产是属于正常的状态，因此生产状态一般为绿色。

7）设备更换。进行设备更换时，需要停线。例如，焊装需要更换焊枪的接触点，就属于设备更换的一种情况。

8）线边停止。线边停止是一种人为的操作，是线上的工人发现问题，为了有问题的车辆流入下一道工序而采取的措施——按停止按钮停线。

9）手动。手动通常是指焊装车间的机器人操作，要进行特殊操作或者更换机器人程序时，需要将PLC线体调整为手动模式。

10）超时。超时是个非常有用的概念，指某一工位的工作时间超出线体规定的统一的生产节拍，如果某一工位经常显示超时，那么该工位就成为了该条线体的瓶颈工位，那么所有的优化工作应该先针对该工位进行。

（2）设备故障 设备故障信息的基础数据是各个设备的BOM，进行这个工作的工作量非常巨大。首先要获得所有设备的列表及编码，同时也要获取到设备的BOM，这里的BOM并不是细化到每个螺栓、螺母的BOM，而是设备上关键零部件的列表以及它们的层级关系；其次要在PLC中设定所有关键零部件的故障类型，配合线上安装的传感器，来实时监测设备当前的运行状态，如设备发生故障，如果这类故障在PLC中已经进行了定义，那么就会被相应的传感器感知到，并通知MES系统故障信息，MES会将该信息及时反馈给可视化系统，维修班组的人员就能及时地对设备进行维修和养护。

同时，这个故障信息应该及时集成到后续的维修流程中，自动创建维修的单据，以便后期进行备件领料等相关操作，但更重要的是对故障信息进行有效的记录。通常在整车厂中，设备出现故障后，直接带来的后果就是停线维修，这对于流水线来说是比较致命的，这意味着所有的工人都有可能停下手中的工作，等待该设备恢复正常。因此，维修人员并不能也没有时间先将信息录入，然后再进行维修。所以，系统自动记录相关故障信息是非常必要的。

如果发生的故障信息并不是PLC中已经定义的，也就是临时的突发性故障，系统就只能记录当前状态，并由维修人员事后录入系统。通常是在下班前的10～20min进行集中录入。

2.统计报表及OEE的计算

统计报表对于产线具有非常关键的作用，通过结构化的数据，往往能够在众多现象当中发现本质，并且快速地定位优化点及优化方案。在WCM实施较好的公司，曾经出现过MES系统通过对海量数据的分析，优化产线及工艺，从而带来了5000万元的成本节约以及其他一些长期效益的例子。因此，MES在该层次的系统上应该属于一个企业战略性投资的内容。

对于统计报表，每个企业有每个企业的具体要求和形式，本节只介绍统计分析的标准化内容OEE的计算。

一般，每一个生产设备都有自己的理论产能，要实现这一理论产能必须保证没有任何干扰和质量损耗。设备综合效率（Overall Equipment Effectiveness，OEE）是一种严格的机器总体性能的衡量手段，提示时间浪费存在于哪里，统计各种时间浪费的目的在于实现改进。(www.xing528.com)

实施OEE对企业会带来以下效益：

1）可以为企业规划提供客观科学的决策依据。

2）可以为企业提供很多的增值意见和建议。

3）能收集到生产线的实时数据，以便建立车间监控管理系统。

4）能分析/跟踪生产线设备的有效利用情况，以便最大化挖掘设备生产潜力。

5）能分析/跟踪产线的潜在风险和6大损失，以便降低生产成本、提高生产力。

6）能为企业精益生产管理提供可视化的生产报告。

7）降低设备故障以及维修成本，加强设备管理以延长设备的使用寿命。

8）通过明确操作程序和SOP，提高劳动者的熟练程度和有效工作业绩，来提高生产效率。

9）通过解决工艺上的瓶颈问题，提高生产力。

10）提高产品直通率（FTT），降低返修率，减少质量成本。

OEE是一个独立的测量工具，用来表现实际的生产能力相对于理论产能的比率。它由

可用率（Availability Time）、表现性（Performance）以及质量指数（Quality）3个关键要素组成。

公式如下：

OEE=时间开动率×性能开动率×合格品率

其中：

时间开动率=开动时间/负荷时间

负荷时间=日历工作时间-计划停机时间

开动时间=负荷时间-故障停机时间-设备调整初始化时间（包括更换产品规格、更换工装模具、更换刀具等活动所用时间）

性能开动率=净开动率×速度开动率

净开动率=加工数量×实际加工周期/开动时间

速度开动率=理论加工周期/实际加工周期

合格品率=合格品数量/加工数量

在OEE公式里，时间开动率反映了设备的时间利用情况；性能开动率反映了设备的性能发挥情况；而合格品率则反映了设备的有效工作情况。反过来，时间开动率度量了设备的故障、调整等停机损失；性能开动率度量了设备短暂停机、空转、速度降低等性能损失；合格品率度量了设备加工废品损失。