1.

什么是脉动装配线

脉动装配线，也就是简称的“脉动线”，它是一种装配线，会按节拍移动，进行流水化作业，采用了精益生产思想，对装配过程做再设计、优化以及平衡，把装配作业均衡地分配到规模适当的工位上完成，能实现柔性生产和大规模定制，进而减少作业员劳动强度，改善产品质量，提高装配效率，缩短装配周期。

图 中车长客地铁车辆总装配脉动线

2.

脉动线为什么会失败

脉动线在国内机车车辆、电力装备、工程机械、航空航天、国防军工等行业已普遍应用，然而许多脉动线项目并不成功，甚至部分产线从未真正运行过。

笔者参与过不少成功的脉动线项目，像中车长客武汉工厂总装配线、航天科工23所总装脉动线、西开电气高压开关脉动线、宝鸡电气开关柜脉动线等，依据我们的经验，我们梳理了其中的挑战，一般包含以下这些：

（1）工艺不够优化和均衡、工艺结构化不足

工艺优化程度不足，不能达成流水化生产，也无法实现均衡化生产，又或者工艺数据的结构化程度不够，难以支撑自动化产线运行。

（2）无法实现混线生产下的脉动线快速切换

在多品种、小批量混线的模式当中，产线进行切换时，需要耗费大量的人工，而且时间过长，这样一来容易出现各种各样的错误，进而无法完成快速切换。

（3）混线生产模式下，无法实现物料精准供给

在混线模式下，实现物料按工位精准配送存在难点，这通常涵盖齐套性难以得到保证，零部件质量不稳定，配送准时性难以确保。

（4）自动化设备集成不足，人机交互困难

缺少设备集成，工艺参数无法自动下发，只能依靠人工输入，这样容易出现各种错误，且缺少防呆防错手段，导致设备和人经常相互等待，严重降低了效率。

（5）缺少数据采集、数据监控、分析与智能辅助决策

缺少数据采集，就难以实时掌握脉动线的状态，人工调度效率低，难以充分发挥脉动线的能力，造成了许多浪费，更无法进行量化分析、知识化以及持续改进。

项目失败原因各不相同，不过普遍存在“重硬轻软”的状况，这里的“软”主要指的是MES/MOM系统。脉动线项目上线了许多单元级的硬件子系统和软件子系统，然而要是不能让这些软硬件子系统高效协作，那就无法支撑脉动线的运行 。

本文将重点从脉动线的软件系统支撑MES/MOM这一角度，针对脉动线的特色需求展开探讨。MES/MOM在脉动线方面的应用涵盖生产排序、物料齐套、物料配送、作业引导、数据采集、生产监控、生产调度等内容，它能对人机料法环测等生产要素进行全面的管理与监控。

3.

脉动产线和工艺建模

脉动产线精益生产和持续改进，要考虑如何设定节拍，要科学合理地分配工位，要实现产能平衡，要缩小占地面积，要实现作业标准化，要提高作业效率，要研发适合自己产品的装配新工艺，要研制专用的工装，要进行工艺的重组和优化，还需考虑物料供给方式、路径规划等 。

MES/MOM系统脉动线建模工具是达成精益生产与持续改进的必备条件，它能用来支持生产线的重构以及柔性配置。建模涵盖工位设置、资源配备、物流供应等内容，这是由于这些信息是脉动线得以正常运行的最为重要的基础支撑 。

脉动产线建模的主要内容包括：

工位需要设置，工位之间的连接关系也需要设置，并且要求能够支持拖拉式布局调整。

工位配备了生产资源，其中包括设备，还有工具、工装，对人员也有要求，另外还有安全点检以及设备点检等信息。

物料供应存在相关配置，其中涵盖线边仓，还有配送路线，以及配送方式，另外包括配送工具等。

（4）环境工艺参数等，例如环境信息、工艺参数等。

借助MES/MOM的生产线建模功能，通过图形化可拖拽建模方式，实现工位设置，确定连接方式，配置制造资源，比如人、设备、工具工装等，形成可重构的制造功能体，用以提供制造加工服务。

另外还需要对优化之后的工艺开展建模工作，脉动线工艺建模的主要内容涵盖：

图 脉动线工艺建模

工序的设置情况，工序之间的连接关系，工序的基本信息，要求将所有工序分配到工位，要能满足均衡生产的要求，且可以方便地调整工序与工位的分配。

工序有生产要素信息，包括工序的人员要求，工序的设备要求，工序的工具工装要求，工序的图纸，工序的工艺文件，工序的工艺参数，工序的物料需求，工序的质量检验要求，工序的质量预警判定规则，工序的环境要求等信息。

维护特殊工艺信息，比如拧紧扭矩要求，还有油脂加注参数，以及焊接电压电流等 。

对于复杂的脉动线，要对每个工位之下的工序进行细化管理，还要对每个工位之下的工步进行细化管理，这包括这些工步的并行和串行关系，以及所需要的工时，还包括所需的生产资源，比如设备、工具工装、人员等生产资源。比如说地铁车辆单个工位的装配会分为许多工步，排程时不仅要排到工位节拍，还得进一步排程到工步。

4.

上线排序与齐套检查

对于脉动生产线，生产计划通常会安排到每一个节拍，还要编排好每一个产品上线的顺序，这个顺序十分关键，它不但决定了上线、交货的顺序，更重要的是能指导生产准备工作，比如物料需提前进行拣配。

存在总装和部装的情形时，要考虑总装与部装计划的联动，一般是总装计划拉动部装计划，如此计划排程会更复杂，如下图所示：

图 总装线与部装线的联动

另外还有一些情况需要考虑，比如部装线下线缓冲区的情况，总装工位上线点的情况，多产线之间平衡问题的情况，对外供应插单问题的情况等。

图 总装线和部装线的联动排程

要考虑部装线和总装线缓冲区的容量问题，要保证连续供应，且不能超出缓冲区容量。多条总装线同时生产时，部装线须混线生产，要为多条总装线交叉切换，以保证多条总装线能及时供应。部装线有时还对外供货，要尽量利用为总装线供应的空档期插单排程，不能影响总装线的连续供应。

很多时候，会因物料不齐套导致停工待料，人工进行物料齐套检查极为困难，计算机却很擅长此项工作。此时，需要读取物料的库存数据，还要读取已配送的物料信息。若能获取采购在途、采购到货时间确认的信息，便可将外购物料的齐套检查纳入齐套检查范围。

通常情况下，计划与齐套检查结果相互影响，计划顺序会影响齐套结果，如前面生产消耗物料，会导致后面生产计划缺料，缺料会调整计划，也会影响齐套结果，通常需重新计算齐套结果。

系统会自动计算物料齐套情况，进而输出欠料清单，其目的是能及时对物料进行跟催，或者及时对计划进行顺延，以此减少停工待料异常。但这项工作通常无法自动开展，而是需要人工介入，原因在于涉及外部供应商，由于确认结果不同，所以计划的调整可能会有所不同。

5.

拉动物料精准配送

国内建设的一些脉动线不能真正达成脉动生产，最关键的缘由是没法确保物料精准供应，物料供给系统的终极目标是依照生产计划以及物料拉动指令，把合格的物料依据需求准确且按照时间节点准时配送到相应工位，进而形成拉动式物料配送。

物料供给系统一般涵盖自动化立体仓库，物料拣选料架，叉车或物料小车，AGV，自动上料装置等。不少企业虽构建了自动化物流设备，却未与MES/MOM的生产计划及执行相衔接，致使无法达成拉动式配送。

图 拉动式配送典型业务流程

拉动配送的流程一般如下：

（1）生成物料配送需求计划

物料配送需求要依据生产计划自动生成，若计划出现调整，物料配送需求计划应自动更新。通常情况下，配送需求计划涵盖配送的工位、时间、物料、数量等信息。

（2）根据配送需求生成配送计划

配送计划根据配送需求计划生成，一般需要考虑：

（3）生成拣配任务并执行拣配

系统依据配送计划生成拣配任务，在仓库内开展拣配工作，把物料分拣至容器中。拣配完毕后，转至配送缓冲区暂存以等待配送，若仓库距离生产工位较远，可周转到线边库暂存。

（4）工位拉动进一步配送到工位

工位会依据生产进度自动进行拉动操作，或者由人工进行叫料，物流人员或者AGV会把容器配送到工位上，与此同时，会将工位的空容器回收到仓库 。

图 AGV执行配送任务

有些时候，在到达配送工位之前，还需进行一些预处理。比如，有些零件要进行清洗作业。比如，高压开关中的某些零件必须保持高度清洁。对于齿轮箱装配，还需对轴承进行预热处理。配送过程会包含更多的采集和监控点。

为了降低物料搬运的频次，还需支持采购直接供应以及自制直接供应的配送模式。有一些零部件是由供应商直接配送到车间的，这被称作采购直供件；还有一些零件是由其他车间直接供应的，这被称作自制直供件。通常会在车间设置直供件的接收点，依据生产计划预先把直供件拉动配送到直供点，物流人员在直供点进行拣选和配货后再送到工位。

若有分装线、总装线，要考虑分装线与总装的联动。在混线情形下，分装线依总装产品顺序组织生产，分装下线后进入暂存区排队，等总装工位的拉动信号后再配送到总装线 。

6.

装配执行与防错

进行装配作业时，产品依照计划的上线顺序上线，在首工位打印粘贴产品序列号条码，也能够采用RFID标签，产品按顺序逐个经过各个工位，最终达成产品的装配、调试、试验等工作。

对于每个工位，作业员能够看到终端上显示的当前产品作业指导等相关信息，然后按此作业指导开展装配作业。在作业过程中，能够采集装配的关键零部件、自制件等信息，还能自动关联作业人员、设备、工具工装等信息。

图 支持可穿戴终端

MES/MOM系统控制装配作业，装配作业必须按工步顺序执行，每执行一个工步，能在MES/MOM系统中反馈工步执行状态，还能采集工步相关的生产要素信息，一个工步完成后会自动跳转到下一个工步。

通过智能工作台和工步引导，可以做到：

集成包含读卡器，集成包含条码枪，集成包含指纹识别，集成包含安灯，集成包含触摸屏，集成包含智能工具箱等硬件。

（2）基于RFID自动检查智能工具箱的工装、工具

（3）严格按工步的顺序指导装配作业

查看文字格式的图纸，查看图片格式的图纸，查看动画格式的图纸，查看pdf格式的作业指导文件。

（5）自动采集人员、设备、工具工装

（6）使用PDA采集关键零部件序列号

（7）采集自检的相关数据

（8）集成智能力矩扳手，扭矩要求自动下发，实际值自动采集

（9）基于激光和RFID的工具、套筒扳手引导和防错报警

（10）防错安灯自动提醒、异常提报

（11）质量问题例外处理申请和放行

（12）过盈配合等特殊功能……

在有条件时，可适度开展自动化。比如能集成压力机，能集成智能力矩扳手，能集成油脂加注机，能集成自动涂胶机，能集成组装机器人，能集成机器视觉检测设备，以此来降低劳动强度，提高效率，提高质量稳定性。

7.

例外放行与线下补装

装配过程中若出现异常，正常情况下应在转序前予以解决，通常会报告异常情况，或者填报不合格处理单，以此触发不合格品处理流程。要是存在无法及时解决的异常，为防止脉动线堵塞，可进行例外放行 。

一般例外放行要进行例外转序申请，得到许可才行例外转序。存在的问题通常要求在某工位之前解决，也有下线后解决的情况，最典型的是缺件补装。

装配线缺件有时难以完全杜绝，要是缺少的零部件对产品后续组装及调试没有影响，那么可以准许线下补装，当然，这需要进行一系列卡控，以此防止出现忘记补装的状况。

8.

过程可视与数字孪生

研究并建立车间数字化智能看板，对脉动线生产计划进行全面监控和动态调度，对物料供给进行全面监控和动态调度，对生产执行进行全面监控和动态调度，对质量控制进行全面监控和动态调度，对异常处理进行全面监控和动态调度，对设备运维进行全面监控和动态调度，对人员绩效进行全面监控和动态调度，通过多维度、多种形式的可视化、健康参数感知、求解和综合评价来实现。

监控的内容通常包括：

图 基于VR的现场实时还原

9.

MES/MOM是脉动线的大脑

笔者认为，要确保脉动线成功实施，需避免重“硬”轻“软”，必须同等重视“软件”与“硬件”建设，MES/MOM是脉动线高效运转的大脑，MES/MOM是脉动线动态调度的大脑，MES/MOM是脉动线优化的大脑。

图 MES/MOM驱动制造，是制造系统的大脑

MES/MOM在脉动装配线方面带来的效益总结如下：

图 MES/MOM在脉动装配线方面带来的效益总结

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