脈動裝配線（Pulse Assembly Line，簡稱“脈動線”），是一種按節(jié)拍移動、流水化作業(yè)的裝配線，采用了精益生產(chǎn)的思想，對裝配過程進(jìn)行再設(shè)計(jì)、優(yōu)化和平衡，將裝配作業(yè)均衡地分配到適當(dāng)規(guī)模的工位上完成，實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)和大規(guī)模定制，從而減少作業(yè)員勞動強(qiáng)度，改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高裝配效率，縮短裝配周期。

圖 中車長客地鐵車輛總裝配脈動線

二、脈動線為什么會失敗

脈動線在國內(nèi)目前已經(jīng)普遍應(yīng)用到機(jī)車車輛、電力裝備、工程機(jī)械、航空航天、國防軍工等行業(yè)，但是許多的脈動線項(xiàng)目并不是很成功，甚至部分產(chǎn)線沒有真正運(yùn)行過。

佰思杰參與過許多成功的脈動線項(xiàng)目，包括中車長客武漢工廠總裝配線、航天科工23所總裝脈動線、西開電氣高壓開關(guān)脈動線、寶雞電氣開關(guān)柜脈動線等，基于我們的經(jīng)驗(yàn)，我們梳理了其中的挑戰(zhàn)，通常包括以下：

（1）工藝不夠優(yōu)化和均衡、工藝結(jié)構(gòu)化不足

工藝的優(yōu)化不夠，無法實(shí)現(xiàn)流水化、均衡化生產(chǎn)，或者工藝數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化不足以支撐自動化產(chǎn)線運(yùn)行。

（2）無法實(shí)現(xiàn)混線生產(chǎn)下的脈動線快速切換

多品種、小批量混線模式下，產(chǎn)線的切換需要大量的人工，時(shí)間過長，容易出現(xiàn)各種錯誤，無法完成快速切換。

（3）混線生產(chǎn)模式下，無法實(shí)現(xiàn)物料精準(zhǔn)供給

混線模式下，實(shí)現(xiàn)物料按工位的精準(zhǔn)配送是一個(gè)難點(diǎn)，通常包括齊套性無法保證、零部件質(zhì)量不穩(wěn)定、配送準(zhǔn)時(shí)性難保證。

（4）自動化設(shè)備集成不足，人機(jī)交互困難

缺少設(shè)備的集成，工藝參數(shù)難以自動下發(fā)，依靠人工輸入，容易出現(xiàn)各種錯誤，缺少防呆防錯的手段，設(shè)備和人經(jīng)常相互等待，嚴(yán)重降低了效率。

（5）缺少數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)控、分析與智能輔助決策

缺少數(shù)據(jù)采集，難以實(shí)時(shí)掌握脈動線的狀態(tài)，人工調(diào)度低效，難以充分發(fā)揮出脈動線的能力，造成了許多的浪費(fèi)，更無法進(jìn)行量化分析、知識化和持續(xù)改進(jìn)。

雖然項(xiàng)目失敗的原因各有不同，但普遍存在“重硬輕軟”的情況，這里的“軟”主要是MES/MOM系統(tǒng)。脈動線項(xiàng)目雖然上線了一堆單元級的硬件和軟件子系統(tǒng)，但是如果無法使得這些軟硬件子系統(tǒng)高效協(xié)作，就無法支撐脈動線的運(yùn)行。

本文將重點(diǎn)從脈動線的軟件系統(tǒng)支撐MES/MOM角度，重點(diǎn)針對脈動線的特色需求進(jìn)行探討。MES/MOM在脈動線方面的應(yīng)用主要包括生產(chǎn)排序、物料齊套、物料配送、作業(yè)引導(dǎo)、數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度等，對人機(jī)料法環(huán)測等生產(chǎn)要素進(jìn)行全面的管理和監(jiān)控。

三、脈動產(chǎn)線和工藝建模

脈動產(chǎn)線精益生產(chǎn)和持續(xù)改進(jìn)需要考慮如何設(shè)定節(jié)拍，科學(xué)合理地分配工位，產(chǎn)能平衡，縮小占地面積、實(shí)現(xiàn)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、提高作業(yè)效率，研發(fā)適合自己產(chǎn)品的裝配新工藝，研制專用的工裝，進(jìn)行工藝的重組和優(yōu)化，還需要考慮物料供給方式、路徑規(guī)劃等。

MES/MOM系統(tǒng)脈動線建模工具是實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)和持續(xù)改進(jìn)的必要條件，用于支持生產(chǎn)線的重構(gòu)和柔性配置。建模的內(nèi)容包括工位設(shè)置、資源配備、物流供應(yīng)等，因?yàn)檫@些信息是脈動線可以正常運(yùn)行的最重要的基礎(chǔ)支撐，如下圖。

圖 脈動產(chǎn)線建模

脈動產(chǎn)線建模的主要內(nèi)容包括：

（1）工位的設(shè)置以及工位的連接關(guān)系，要求支持拖拉式布局調(diào)整。

（2）工位配備的生產(chǎn)資源，設(shè)備、工具、工裝、人員要求、安全點(diǎn)檢、設(shè)備點(diǎn)檢等信息。

（3）物料供應(yīng)相關(guān)配置，包括線邊倉、配送路線、配送方式、配送工具等。

（4）環(huán)境工藝參數(shù)等，例如環(huán)境信息、工藝參數(shù)等。

借助MES/MOM的生產(chǎn)線建模功能，基于圖形化可拖拽建模方式實(shí)現(xiàn)工位設(shè)置和連接方式、制造資源（例如人、設(shè)備、工具工裝等）的配置，形成能夠提供制造加工服務(wù)的可重構(gòu)的制造功能體。

另外還需要將優(yōu)化之后的工藝進(jìn)行建模，脈動線工藝建模的主要內(nèi)容包括：

圖 脈動線工藝建模

（1）工序的設(shè)置以及工序的連接關(guān)系：工序的基本信息，要求所有工序分配到工位，能夠滿足均衡生產(chǎn)的要求，可以方便調(diào)整工序與工位的分配。

（2）工序的生產(chǎn)要素信息：工序的人員要求、設(shè)備要求、工具工裝要求、圖紙、工藝文件、工藝參數(shù)、物料需求、質(zhì)量檢驗(yàn)要求、質(zhì)量預(yù)警判定規(guī)則、環(huán)境要求等信息。

（3）維護(hù)特殊工藝信息：例如擰緊扭矩要求、油脂加注參數(shù)、焊接電壓電流等。

如下圖，佰思杰MOM系統(tǒng)支持結(jié)構(gòu)化的工藝路線，不僅僅定義了工藝路線，還包括執(zhí)行工序和工序工時(shí)，以及工序所需要的資源，包括人員、設(shè)備、物料、工具工裝、檢驗(yàn)要素等，同時(shí)包括相關(guān)的工藝參數(shù)、圖紙工藝等附件資料。

圖 結(jié)構(gòu)化工藝

對于復(fù)雜的脈動線，還需要對每個(gè)工位之下的工序和工步進(jìn)行細(xì)化管理，包括這些工步的并行和串行關(guān)系，所需要的工時(shí)和生產(chǎn)資源，例如設(shè)備、工具工裝、人員等生產(chǎn)資源的。例如地鐵車輛的單個(gè)工位的裝配又分為許多的工步，排程時(shí)不僅僅要排到工位節(jié)拍，還需要進(jìn)一步排程到工步。

圖 定義工藝執(zhí)行順序

對于脈動生產(chǎn)線，生產(chǎn)計(jì)劃一般會排程到每一個(gè)節(jié)拍，編排好每一個(gè)產(chǎn)品上線的順序，這個(gè)順序非常重要，不僅決定了上線、交貨的順序，更重要的是要指導(dǎo)生產(chǎn)準(zhǔn)備工作，例如物料要提前進(jìn)行揀配。生產(chǎn)計(jì)劃排程子系統(tǒng)的模塊通常包括：

圖 生產(chǎn)計(jì)劃排程子系統(tǒng)

對于存在總裝和部裝的情況，需要考慮總裝和部裝計(jì)劃的聯(lián)動，通常是總裝計(jì)劃拉動部裝計(jì)劃，計(jì)劃排程會更加復(fù)雜，如下圖所示：

圖 總裝線與部裝線的聯(lián)動

另外還有一些情況需要考慮，例如部裝線下線緩沖區(qū)、總裝工位上線點(diǎn)、多產(chǎn)線之間平衡問題、對外供應(yīng)插單問題等。

圖 總裝線和部裝線的聯(lián)動排程

需要考慮部裝線和總裝線的緩沖區(qū)容量問題，既要保證連續(xù)供應(yīng)，也不能超出緩沖區(qū)的容量。又如，多條總裝線同時(shí)生產(chǎn)時(shí)，部裝線必須混線生產(chǎn)，為多條總裝線交叉切換，保證多條總裝線的及時(shí)供應(yīng)。有時(shí)候，部裝線還對外供貨，盡量利用為總裝線供應(yīng)的空檔期插單進(jìn)行排程，不影響總裝線的連續(xù)供應(yīng)。

很多時(shí)候會因?yàn)槲锪喜积R套造成停工待料，而人工進(jìn)行物料齊套檢查是非常困難的，但是計(jì)算機(jī)卻很擅長。此時(shí)需要讀取物料的庫存數(shù)據(jù)，以及已配送的物料信息，如果可以獲取采購在途、采購到貨時(shí)間確認(rèn)的信息，可以將外購物料的齊套檢查納入齊套檢查范圍。

圖 物料齊套檢查

圖 西開電氣齊套檢查

通常情況下，計(jì)劃與齊套檢查結(jié)果是相互影響的，例如計(jì)劃的順序會影響齊套的結(jié)果，比如前面生產(chǎn)的消耗物料，會造成后面的生產(chǎn)計(jì)劃缺料。因?yàn)槿绷蠒{(diào)整計(jì)劃，也會影響齊套結(jié)果，通常需要重新計(jì)算齊套結(jié)果。

系統(tǒng)自動計(jì)算物料齊套情況，輸出欠料清單，以便及時(shí)對物料進(jìn)行跟催，或及時(shí)對計(jì)劃進(jìn)行順延，減少停工待料異常。這項(xiàng)工作通常不能自動進(jìn)行，需要人工介入，因?yàn)樯婕暗酵獠抗?yīng)商，確認(rèn)的結(jié)果不同，計(jì)劃的調(diào)整可能是不同的。

五、拉動物料精準(zhǔn)配送

國內(nèi)建設(shè)的一些脈動線無法真正實(shí)現(xiàn)脈動生產(chǎn)，最重要的原因是無法保證物料的精準(zhǔn)供給，物料供給系統(tǒng)的最終目的是根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和物料拉動指令將合格的物料按需準(zhǔn)確、按時(shí)間節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)配送到相應(yīng)的工位，形成拉動式物料配送。

物料供給系統(tǒng)通常包括自動化立體倉庫、物料揀選料架、叉車/物料小車、AGV、自動上料裝置等。許多企業(yè)雖然建設(shè)了自動化的物流設(shè)備，但是沒有與MES/MOM的生產(chǎn)計(jì)劃和執(zhí)行相連接，以至于無法實(shí)現(xiàn)拉動式配送。

圖 拉動式配送典型業(yè)務(wù)流程

拉動配送的流程一般如下：

（1） 生成物料配送需求計(jì)劃

物料配送需求需要根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃自動生成，當(dāng)計(jì)劃有調(diào)整時(shí)，應(yīng)該自動更新物料配送需求計(jì)劃。一般來說，配送需求計(jì)劃會包括配送的工位、時(shí)間、物料、數(shù)量等信息。

（2） 根據(jù)配送需求生成配送計(jì)劃

（3） 生成揀配任務(wù)并執(zhí)行揀配

系統(tǒng)根據(jù)配送計(jì)劃生成揀配任務(wù)，倉庫內(nèi)執(zhí)行揀配，并將物料分揀到容器中。揀配完成，轉(zhuǎn)配送緩沖區(qū)暫存等待配送，如果倉庫不是很靠近生產(chǎn)工位，可以周轉(zhuǎn)到線邊庫暫存。

圖 按波次下架及按臺套需求二次分揀

（4） 工位拉動進(jìn)一步配送到工位

工位根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度自動拉動或人工叫料，物流人員或AGV將容器配送到工位上，同時(shí)將工位的空容器回收到倉庫。

圖 AGV執(zhí)行配送任務(wù)

有些時(shí)候在配送工位之前還需要進(jìn)行一些預(yù)處理。例如有些零件需要進(jìn)行清洗作業(yè)，例如高壓開關(guān)中的某些零件必須保持高度清潔，對于齒輪箱裝配還需要對軸承進(jìn)行預(yù)熱處理。配送的過程會包含更多的采集和監(jiān)控點(diǎn)。

為了減少物料搬運(yùn)次數(shù)，還需要支持采購直供和自制直供配送模式。某些零部件由供應(yīng)商直接配送到車間，稱為采購直供件；某些零件由其他車間直接供應(yīng)，稱為自制直供件。一般在車間設(shè)置直供件接收點(diǎn)，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃提前將直供件拉動配送到直供點(diǎn)，物流人員在直供點(diǎn)進(jìn)行揀配并送到工位。

如果存在分裝線、總裝線，還需要考慮分裝線和總裝的聯(lián)動。對于混線的情況，分裝線按總裝產(chǎn)品的順序組織生產(chǎn)，分裝下線后進(jìn)入一個(gè)暫存區(qū)排隊(duì)，等待總裝工位的拉動信號再配送到總裝線。

圖 配送看板

六、裝配執(zhí)行與防錯

在進(jìn)行裝配作業(yè)時(shí)，產(chǎn)品按計(jì)劃的上線順序上線，在首工位打印粘貼產(chǎn)品序列號條碼，也可以采用RFID標(biāo)簽。產(chǎn)品按順序依次經(jīng)過各個(gè)工位，最終完成產(chǎn)品的裝配、調(diào)試、試驗(yàn)等工作。

對于每個(gè)工位，作業(yè)員可以看到終端上顯示了當(dāng)前產(chǎn)品的作業(yè)指導(dǎo)等相關(guān)信息，并按作業(yè)指導(dǎo)進(jìn)行裝配作業(yè)。作業(yè)過程中，可以采集裝配的關(guān)鍵零部件、自制件等信息，并自動關(guān)聯(lián)作業(yè)人員、設(shè)備、工具工裝等信息。

圖 支持可穿戴終端

佰思杰實(shí)施了中車集團(tuán)戚墅堰研究所高鐵齒輪箱裝配線的MES項(xiàng)目，其裝配工位安裝了智能工作臺。

圖 中車集團(tuán)戚墅堰所裝配工位智能工作臺

圖 工具的激光自動引導(dǎo)

MES/MOM系統(tǒng)控制裝配作業(yè)必須按照工步順序執(zhí)行，每執(zhí)行一個(gè)工步，可以在MES/MOM系統(tǒng)中反饋工步執(zhí)行狀態(tài)，并采集工步相關(guān)的生產(chǎn)要素信息，一個(gè)工步完成后自動跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)工步。

圖 中車集團(tuán)戚墅堰所裝配工位作業(yè)引導(dǎo)界面

該項(xiàng)目通過智能工作臺和工步引導(dǎo)，可以做到：

（1） 集成包括讀卡器、條碼槍、指紋識別、安燈、觸摸屏、智能工具箱等硬件

（2） 基于RFID自動檢查智能工具箱的工裝、工具

（3） 嚴(yán)格按工步的順序指導(dǎo)裝配作業(yè)

（4） 查看文字、圖片、動畫、pdf等格式的圖紙、作業(yè)指導(dǎo)文件

（5） 自動采集人員、設(shè)備、工具工裝

（6） 使用PDA采集關(guān)鍵零部件序列號

（7） 采集自檢的相關(guān)數(shù)據(jù)

（8） 集成智能力矩扳手，扭矩要求自動下發(fā)，實(shí)際值自動采集

（9） 基于激光和RFID的工具、套筒扳手引導(dǎo)和防錯報(bào)警

（10） 防錯安燈自動提醒、異常提報(bào)

（11） 質(zhì)量問題例外處理申請和放行

（12） 過盈配合等特殊功能……

圖 扭矩自動下發(fā)到智能扳手并采集實(shí)際扭矩

圖 自動注油機(jī)集成

圖 全自動機(jī)器人涂膠

對于有條件的情況，可以適度進(jìn)行自動化。例如可以集成壓力機(jī)、智能力矩扳手、油脂加注機(jī)、自動涂膠機(jī)、組裝機(jī)器人、機(jī)器視覺檢測設(shè)備，以減少勞動強(qiáng)度、提高效率、提高質(zhì)量穩(wěn)定性。

圖 自動在線檢測

圖 無線量具實(shí)時(shí)傳輸質(zhì)檢數(shù)據(jù)

下圖是佰思杰自動化設(shè)備比較典型的流程。其中包括了產(chǎn)品流入檢測、設(shè)備啟停、拉動物料配送、生產(chǎn)參數(shù)下發(fā)、啟動作業(yè)、作業(yè)完成自動轉(zhuǎn)出等，進(jìn)入下一節(jié)拍，根據(jù)轉(zhuǎn)入產(chǎn)品自動切換工藝參數(shù)，繼續(xù)作業(yè)。

圖 佰思杰MOM、FMS和IOT模塊

裝配過程中存在的異常，一般情況下應(yīng)該在轉(zhuǎn)序前解決，通常會報(bào)告異常、或者填報(bào)不合格處理單，觸發(fā)不合格品處理，如果存在不能及時(shí)解決的異常，為了避免脈動線堵塞，可以進(jìn)行例外放行。

圖 不符合項(xiàng)報(bào)告

一般例外放行需要進(jìn)行例外轉(zhuǎn)序申請，得到許可后方可進(jìn)行例外轉(zhuǎn)序。存在的問題一般會要求在某工位之前解決，也存在下線后解決的情況，最典型的就是缺件補(bǔ)裝。

圖 質(zhì)量放行檢查

裝配線缺件很多時(shí)候無法完全避免，如果所缺少的零部件不影響產(chǎn)品后續(xù)組裝和調(diào)試，可以允許線下補(bǔ)裝。當(dāng)然需要進(jìn)行一系列卡控，以防止忘記補(bǔ)裝的情況。

研究并建立車間數(shù)字化智能看板，通過多維度、多種形式的可視化、健康參數(shù)感知、求解和綜合評價(jià)，實(shí)現(xiàn)對脈動線生產(chǎn)計(jì)劃、物料供給、生產(chǎn)執(zhí)行、質(zhì)量控制、異常處理、設(shè)備運(yùn)維、人員績效等方面的全面監(jiān)控和動態(tài)調(diào)度。

監(jiān)控的內(nèi)容通常包括：

圖 產(chǎn)線推移看板

圖 生產(chǎn)綜合看板

圖 工位實(shí)時(shí)狀態(tài)看板

圖 基于VR的現(xiàn)場實(shí)時(shí)還原

九、MES/MOM是脈動線的大腦

筆者認(rèn)為，要確保脈動線的成功實(shí)施，要避免重“硬”輕“軟”。必須要同等重視“軟件”和“硬件”的建設(shè)，MES/MOM是脈動線高效運(yùn)轉(zhuǎn)、動態(tài)調(diào)度和優(yōu)化的大腦。

圖 MES/MOM驅(qū)動制造，是制造系統(tǒng)的大腦

MES/MOM在脈動裝配線方面帶來的效益總結(jié)如下：

圖 MES/MOM在脈動裝配線方面帶來的效益總結(jié)