第一篇：MES系统在汽车整车企业中的应用(论文)
MES系统在汽车整车企业中的应用
摘要：执行制造系统（Manufacturing Execution System，简称MES）是现代制造管理自动化领域的一项重要技术，它位于企业高端ERP与低端设备自动控制系统之间：一方面，MES对来自ERP的生产管理信息进行细化、分解，将操作指令传递给低端控制层；另一方面，MES可以采集设备、仪表状态数据，适时监控低端设备运行状态，为ERP、SCM提供现场适时数据，加强高端计划管理层与底层的沟通，起到承上启下的作用。随着我国汽车市场的快速发展，市场竞争不断加剧，MES系统作为一种企业适时管理的有效工具，其成功地导入与实施，对于汽车企业把握商机，提高生产装备的生产运行效率，快速调产，实施精益变革，以达到有效适应市场需要的目的具有重要意义。
关键词：MES 汽车企业 MES系统应用
The Application of MES in Complete Vehicle
Manufacturing Companies
Wei Lei
Abstract: Manufacturing Execution System(MES)is an important technology in the field of modern automatic manufacturing management.It is in between the upper level of ERP and the base level of equipment automatic control system of the company.On one hand, MES fractionizes and breaks down the production management information from ERP and passes the operation instruction to the control level.On the other hand, MES collects the data of the equipment and instrument, monitors the operation situation of the equipment and provides timely data to ERP and SCM.Thus MES plays a role of a linkage and enhances the communication between the planning level and the operation level.With the rapid development of automotive market in China, the competition between the auto vehicle manufacturers becomes more and more fierce.MES is an effective management tool for the enterprises.Successfully introducing MES system into vehicle manufacturing company has a great significance in helping the company to seize business opportunity, improve the production efficiency on the existing facilities, quickly adjust production and implement lean innovation to meet the market demand in an effective way.Key Words:
MES, vehicle manufacturer, MES application 引言
随着企业计算机应用的不断推广，企业信息化应用水平逐渐提高，企业越来越需要车间执行层的管理信息系统。MES信息管理系统在企业计划管理和车间生产控制之间架起了一座信息沟通和管理的桥梁，使企业更容易建立一个快速反映、有弹性、精细化、统一的信息化制造环境，帮助企业提高产品质量和环境，降低材料和人力等资源的消耗。因此如何深刻理解MES内涵，在我国企业中开发和应用好MES，对于提高企业竞争力，缩小与发达国家企业差距是迫在眉睫的事情，也将是企业信息化水平深层次推进的需要。目前，我国制造业信息化管理已经大规模的普及，MES信息管理系统在汽车行业中已经得到广泛的应用。国内实施MES系统的整车企业中，上海通用汽车将MES系统功能发挥的淋漓尽致并且上海通用汽车多年的成功实施经验和实施模式已经逐渐成为国内业界的一个默认标准。本文主要介绍MES系统功能概述、MES系统在汽车企业生产管理系统中所处地位及MES系统在汽车整车企业中的应用。
[1]2 MES系统功能概述 MES国际联合会对MES系统的定义是：MES系统能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES系统能对作出及时反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES系统能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES系统还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。
MES系统典型功能包括：工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集。实际的产品可能是包含其中一个或几个功能。各功能简述如下：
（1）工序详细调度：通过基于有限资源能力的作业排序和调度来优化车间性能。（2）资源分配和状态管理： 指导劳动者，机器，工具和物料如何协调的进行生产，并跟踪其现在的工作状态和刚刚完工情况。
（3）生产单元分配：通过生产指令将物料或加工命令送到某一加工单元开始工序或工步的操作。
（4）文档控制： 管理和分发与产品，工艺规程，设计，或工作令有关的信息，同时也收集与工作和环境有关的标准信息。
（5）产品跟踪和产品清单管理： 通过监视工件在任意时刻的位置和状态来获取每一个产品的历史纪录，该记录向用户提供产品组及每个最终产品使用情况的可追溯性。
（6）性能分析 ：将实际制造过程测定的结果与过去的历史记录和企业制定的目标以及客户的要求进行比较。其输出的报告或在线显示用以辅助性能的改进和提高。
（7）人力资源管理：提供按分钟级更新的员工状态信息数据（工时，出勤等），基于人员资历，工作模式，业务需求的变化来指导人员的工作。
（8）维护管理： 通过活动监控和指导保证机器和其它资产设备的正常运转以实现工厂的执行目标。
（9）过程管理：基于计划和实际产品制造活动来指导工厂的工作流程。这一功能实际上也可由生产单元分配和质量管理来实现。这里是作为一个单独的系统来实现。
（10）质量管理：根据工程目标来实时记录，跟踪和分析产品加工过程的质量，以保证产品的质量控制和确定生产中需要注意的问题。
（11）数据采集：监视，收集和组织来自人员，机器和底层控制操作数据以及工序，物料信息。这些数据可由车间手工录入或由各种自动方式获取。
[6]
[3]3 MES系统在企业生产管理系统中的重要性
21世纪的企业面临着日益激烈的国际竞争，要想赢得市场、赢得用户就必须通过实施MRPII/ERP来加强管理。然而上层生产计划管理受市场影响越来越大，明显感到计划跟不上变化。面对客户对交货期的苛刻要求，面对更多产品的改型，订单的不断调整，企业决策者认识到，计划的制订要依赖于市场和实际的作业执行状态，而不能完全以物料和库存回报来控制生产。同时MRPⅡ/ERP软件主要是针对资源计划，这些系统通常能处理昨天以前 [3]发生的事情（作历史分析），亦可预计并处理明天将要发生的事件，但对今天正在发生的事件却往往留下了不规范的缺口，而传统生产现场管理已无法满足今天复杂多变的竞争需要。因此找出任何影响产品品质和成本的问题，提高计划的实时性和灵活性，同时又能改善生产线的运行效率已成为目前每个企业十分关心的问题。
制造执行系统（MES）恰好能填补这一空白。MES是处于计划层和车间层操作控制系统SFC之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供一种系统的在统一平台上集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能的方式。从而实现企业实时化的ERP/MES/SFC系统。
MES系统为企业中其他管理信息系统提供实时数据。例如，ERP系统需要MES提供的成本、制造周期和预计产出时间等实时生产数据；SCM从MES中获取当前的订单状态、当前的生产能力以及企业中生产换班的相互约束关系；CRM的成功报价与准时交货，则取决于MES所提供的有关生产的实时数据；PDM中的产品设计信息，可以基于MES的产品产出和生产质量数据进行优化等
[4][5]。
在许多工厂中，全厂管理的功能目前仍然由文件和人工系统进行，通常有经验的人员执掌着工厂生产效益的钥匙。在大多数运行中，人工系统和有经验运行人员的判断总是起着重要作用。但是，市场要求产品的品种和数量经常变化，靠人工和经验调整生产显然效率低、反应慢、缺乏竞争力。而且人工系统也不可能适应产品、工艺、技术和用户要求日趋加速的变化。由于生产运行变化如此迅速，MES的信息的及时性要求以分，甚至秒的速度进行反应，此时光靠人恐怕不行。因此，采用MES带来的效益不言而喻。ERP／MRP的环境是以具体事务为基础的。其数据交换就是对生产调度、运输安排或对生产计划要求的响应。与此不同的是，控制的决策必须在秒甚至更短的时间内完成，它对生产过程、操作人员，或对材料的操作需求做出响应。显然，实时环境和实时响应的差异影响着绝大多数的具体事务和在控制层的执行。传统的数据流和控制流在ERP与控制层之间存在着巨大的鸿沟。传统的信息管理系统向主管财务的总经理和财务管理负责人报告，居于管理层；而传统的工程生产信息则向负责生产的总经理报告；职责不同，相互之间的沟通不一定能做到及时且细致深入。
与此相反，MES系统能提供的材料数据是与生产消耗相关的，同时能生成基于精确执行时间的材料供应提前量，这将改善仓储控制。准确的生产模型是与实际测量相对于计划时间表的关系紧紧相连的，有助于精确表达生产计划的实时行为。
现今的生产企业在不断加剧的市场竞争下，越来越感到市场的残酷和面临的挑战，如何把握先机，快速调整生产以适应市场的需要，在现有的设备条件下提高生产效率，做到精益生产是不断摆在企业管理人员面前的一道道课题。例如，在市场订单多同级别车品种多的情况下，整车企业管理人员最担心的就是生产线停线。如果企业不能及时生产出高质量高可靠性的产品来满足用户的需求，就会造成大量订单的流失，这对企业来说损失是巨大的。但是如何减少生产线停线次数提高生产效率，找出生产过程中存在的质量问题一直是困扰着企业的难题。于是，企业就在寻求一种可以对在制品的生产过程进行实时监控的方法，实时 3 性管理成为企业赢利企业的基石。而MES信息管理系统恰恰是实时性管理的最好工具也仅有它才能真正的满足企业的要求。MES系统在汽车整车企业中的应用
目前，我国大型整车企业为了提高生产效率，降低材料和人力等资源的成本实现精益生产，广泛应用MES信息管理系统。如：上海通用汽车、湖南长丰、昌河铃木等等。一般来说，整车企业在应用MES系统过程中主要包含以下几个功能模块：生产计划管理、PMC（生产监控系统）、质量ANDON系统、物料ANDON系统、AVI（车身跟踪系统）。下面我们通过具体实施的项目经验来研究这几个功能模块如何在整车企业中发挥作用以达到MES系统要求。
4.1 生产计划管理
这个功能模块主要实现了生产计划的接收、分解、下达以及上传给上层计划系统信息的功能。通常情况下，MES系统与ERP系统不会采用同一个操作平台，因此需要用FTP协议来解决通讯问题。例如：利用SERVER U软件搭建FTP服务器。MES系统与ERP系统通过文本文件交换数据的，MES系统每天将文本文件存储在特定的文件夹中。
当MES系统接收到文本文件后，用某种高级编程语言将文本文件中每条生产计划进行分解并存储在SQL数据库中的特定数据表中。比如：在焊装车间我们每天都会接收到来自ERP的生产计划文件，然后将其进行分解分别存储在几张数据表中。这几张数据表分别对应左右侧围生产线、地板生产线，左右门生产线等等。现场生产车辆信息都存储在这些数据表中。MES系统与ERP系统会对文本文件的格式进行约定，通过标识符判断获取计划文件信息的完整性。
计划文件格式举例如下：
#####Begin##### 计划内容
######END###### 50 其中第一行作为计划文件的起始标识行，最后一行为计划文件的结束标识行，并在结束标识行末端标识计划文件下达计划的记录数。此记录数用来MES系统较对分解文本文件后的完整性。
MES系统将存储在数据库中的计划信息下达到各生产线OEM PLC设备以及条码打印设备。OEM设备及条码打印设备都根据数据表中车辆信息指导现场操作。在昌河铃木焊装车间通过操作现场设备车型显示板简化了生产计划部门和班组长的工作内容。车型显示板显示的信息完全与ERP下达的生产计划信息一一对应，操作工根据显示信息就可知道当前应该生产哪种车型的车辆。
ERP系统会在在制品生产过程中设定几个关键信息点，这几个信息点对于ERP系统推算车辆生产时间、库存、物料管理非常重要。MES系统将采集到的生产实时信息储存在MES系统的数据库中，ERP系统可以直接从MES系统数据库中获取，ERP系统需要随时关注MES系统数据库指定表格中数据的变化，并及时的将生产信息传递给ERP系统，以实现ERP生产计划管理功能。
由此，我们可以看出生产管理模块实现了从ERP接收数据并将现场信息传递给ERP的整个过程，同时验证了MES系统在企业管理系统中承上启下的作用。
4.2 PMC生产监控系统
生产监控系统PMC（Production Monitoring & Control）是一个工厂范围内的多功能系统，一方面，系统对车间一级设备进行实时监控，在第一时间捕获停机原因，从而达到减少停线时间，提高生产效率的目标。同时系统将自动记录各个设备在各个班次停机次数及停机原因、为维修部门制定预防性和预测性维修计划提供第一手的信息，从而提高设备运行效率,最终提高生产效率。
另一方面，该系统被用来实时地监视生产状态。建立生产监控系统的目的是测量和跟踪生产设备的工作情况，当生产设备出现生产问题时，生产监控系统将向车间人员报警。该系统将监视生产的车辆、节拍时间、设备的正常运行时间、故障停机时间以及生产设备的故障。
生产监控系统所采集到的信息将通过计算机屏幕、显示板和声音报警器广播给用户。生产监控系统通过TCP/IP 或 OPC以太网协议与现场设备(可编程逻辑控制器、机器人、个人计算机、其它控制系统)进行通讯。
通过车间层面的PMC及时管理和控制，可以立刻进行故障解决。同时系统在停工期会自动记录停工的时间和原因，为维护提供第一手的资料。因此系统将得到更优化，设备将更有效地工作，最终提高生产效益。PMC系统的组成如下图：
图1 PMC系统组成
[2]收集和管理报警数据 数据登录SQL数据库 生成报表 趋势数据
控制PLC以决定传送带的启动和停止 图象显示 车间流程 区域流程 安装信息 车间生产信息 车间班次信息 车间传送带状态
该系统可提供车间生产实时信息，用于维护和改进产品质量、稳定性和生产设备的效率。
4.3 质量管理系统
质量管理系统是一个用声光显示当前生产线状况的系统，它提醒工段长，分工段长，维修人员及其他相关人员发生在某工位的质量问题及物料需求，它也是操作工工作时请求帮助的一个工具。它是一套专门为汽车生产、装配线设计的信息管理和控制系统，系统能够收集生产线上有关设备及质量管理的信息，加以处理后，控制分布于车间各处的灯光和声音报警系统。质量管理系统在汽车四大工艺车间中被广泛使用。
现今的汽车工业面临巨大的竞争压力，必须不断提高生产效率，降低生产成本。为了提高生产效率，就必须减少生产线的停线次数。为了降低成本，必须对产品质量进行密切监测和控制。
质量管理系统顾名思义就是为了提高质量，汽车发动机车间的生产线是现代化高度集中的流水化作业，我们的质量管理系统就是保证生产线上的每个工位能按时、保质地完成本工位的加工作业，以便让带有质量问题的工件在进入到下一工位前能得到妥善处理和解决，而不希望是到达末端后再修理或再作统一处理解决，避免不必要的重复加工或返工，提高下线一次合格率，协调各工位间、班组间的活动，提高效率和整体质量水平。在传统的生产流水线上，任何一个工位如果发生质量问题，操作人员就要停止整条生产线来排除故障。采用质量管理系统后，一旦出现问题，操作人员可以在本工位拉一下绳索，点亮相应的报警灯，触发相应的声音报警，提示维修人员和管理人员立即找出发生故障的地方以及故障的原因，可以不用停止生产线而解决问题。因此既减少了停线时间，又提高了生产效率。同时管理人员还可以根据质量管理系统记录报告的各种信息，分析解决问题，识别出工艺上须改进的部分，或者对操作人员作进一步的培训。
质量管理系统要达到以上功能，以下四大部分是必不可少的：
操作部分：在重要质量工位均安置拉杆，操作人员在需要时，通过它们发出信息，以便及时得到所希望的支持和帮助。
显示部分：为让人们通过视觉了解发生的事件。一块或几块质量管理显示牌能简单、直观地反映事件信息。同时各工位的报警指示灯则表明了事件发生或有所需求之处的区域和具体位置。
声音部分：通过声音或音乐，也可以了解到事件发生的大致地点、事件的类型、性质和该谁去处理事件等信息。另外还可以播放上下班、休息等辅助信息。
记录部分：对生产过程中发生的拉杆事件、自动事件进行记录，提供给管理人员作为分析、改进、研究的依据。
生产线上的质量管理系统，允许操作者在生产过程中发生质量问题时得到帮助和支持，能够用来帮助生产线上的工人在规定生产节拍内、完成质量可靠的发动机装配任务。可见，安装在汽车发动机车间的质量管理系统起到了在生产流水线上传递信息、提高生产效率、降低生产成本的作用。质量管理系统又简称质量ANDON系统或者ANDON系统。质量管理系统的功能支持制造业的同步制造原则，即在当前工位按照质量完成所有工作，而不是将质量问题流入下一个工位，最后维修。质量管理系统的控制核心由一台质量管理PLC完成，控制 6 各个生产线和所有质量设备、按钮，并在相应的质量管理显示板显示相应的信息，质量管理系统的功能见图2。
图2 质量管理系统功能
当工位上的操作工需要帮助时，操作工可以拉动位于该工位的质量拉杆，该质量拉杆将激活质量管理系统，点亮该工位的指示灯，同时在质量管理显示板上点亮对应该工位的灯以示寻求帮助，同时，该系统还会播放特定的音乐以引起相关人员的注意力。
当工段长听到音乐后，根据质量管理显示板信息可以判断出需要帮助的工位，并及时赶到该工位，帮助解决问题。当问题解决后，操作工应再次拉下质量拉杆，复位该请求信息。
对于连续流水线，在操作工拉下质量拉杆后，如果在车辆到达终端到位FPS位置前没有解决问题，则流水线停在FPS位置上。只有当质量拉杆复位后，流水线才继续运行。如果操作工在车辆到达FPS位置前解决了该问题，拉动质量拉杆复位，该情况不会造成流水线停线。
质量管理内嵌事件跟踪及报表功能。它可以跟踪质量管理呼叫的次数，流水线停线的次数及停机时间等。
4.4 物料求援系统
物料求援系统基于及时供货的准则。物料请求功能允许操作工对其所需的物料提出申请。该系统提供送货人员的工作效率，节省车间存放空间，避免了不必要的延迟、等待时间，及由于物料短缺而造成的停线，物料求援系统结构见图3。
图3 物料求援系统结构
主计算机（服务器）打印机LED显示屏 WL01WL07现场物料求援触摸屏WL08WL09WL12现场物料求援触摸屏WL13 物料求援系统的功能如下：
● 物料求援触摸屏将悬挂在有物料请求的货价上方，用于物料请求及确认
● 在物料配送区域的物料LED板上将显示物料请求，该系统通过显示求援信息的排 列
顺序保证FIFO ● 系统提供给物料配送人员所需配送物料的所有必须信息 ● 系统提供对物料求援触摸屏上的位置及部件信息的配置方式 ● 查询库存信息 – 显示特定库存位置上的物料库存量
● 库存盘点 – 在对xxx和xxx库进行库存盘点后，根据实际库存数据允许相关人员手动调整库存量，并生成库存量报表
● 开启或关闭库存报警 – 对于对于指定存储区域内的物料设定开启或关闭库存报警，当库存量过低或过高时提供报警提示
● xxx物料存储区的库存消耗 – 当收到来自工位的送料到达的确认信号后，在xxx物料存储区扣除相应物料库存
● xxx物料存储区的库存增加－ 当收到来自JIT供应商的供货到达信号后，在xxx物料存储区增加相应物料库存
物料求援系统可通过配置对下列信息进行跟踪：每个触摸屏提出请求的次数，请求时间，确认时间，货物送抵时间等。
4.5 AVI车身跟踪系统
为了完成生产管理体系中工序详细调度、产品跟踪和产品清单管理等工作，实现MES中的操作/详细排产、产品的宗谱与产品跟踪等功能模块的部分功能，我们设计了车辆跟踪系统，车辆跟踪系统可以应用于冲压、焊装、涂装和总装车间。
车身跟踪系统是一种应用扫码设备、无线射频设备或者其他识别设备对进入和离开生产过程中的每一个区域的每一个车辆进行识别身份，并作记录，在生产过程中，系统利用一定的运算策略，根据生产线提供的生产情况信号，将车辆生产队列进行整理和排序，实时地反映出当前车间每一个主要生产工位在产情况，并可以将每一个生产车辆的生产信息与车辆相对应，记录到数据库，这样即可以实现产品的宗谱与产品跟踪等功能。同时也方便了管理者随时对特定生产车辆进行生产状态查询以及了解车间内的车辆生产的详细分布信息。
图4 车身跟踪系统总体系统结构
车身跟踪系统总体系统结构如上图所示，但是在实际应用上来讲，对于不同的生产车间，车身跟踪系统的设计方案也不尽相同。对于普通的生产流水线，为了实时地反映出当前车间每一个主要生产工位在产情况，我们首先将整个车间根据生产工艺的顺序，进行区域划分，[7]将每一段连续的流水线划分为一个区域，并对每一个流水线区域的工位数量和工位位置进行定义，以此来建立整个车间的车身跟踪系统模型。该系统的功能如下： ● 动态车辆信息显示 ● 物料装载提示 ● 为质量设备提供信息 ● 质量检查
生产管理者可以获得每条生产线当前车辆的准确装配信息，同时获取流水线上每个正在装配的车辆的准确位置。该系统的目的是为生产线创造车辆跟踪模型，它能保存所有的车辆装配信息以用于显示和数据查询。结论
本文结合汽车制造企业MES系统实际项目，详细介绍了生产计划管理、PMC系统、质量管理系统、物料求援系统、AVI车身跟踪系统等MES功能模块在企业中的应用。从信息流的角度看，MES系统在高端计划层与低端现场控制层之间建立起了有效的信息传递途径，充分发挥了承上启下的作用。从产品质量控制和适时管理角度看，MES系统强调生产过程的系统优化，它收集生产过程中大量产生的适时数据，并及时处理，为企业持续改进动态机制的建立提供了强劲的技术支持。总之，MES系统的导入与实施，对于企业提高产品质量和劳动生产效率，降低材料、人力等资源消耗，有效建立起动态、适时管理体系具有重大意义。
参 考 文 献
[1] 曹江辉，王宁生，解放，制造执行系统现状与发展趋势，高技术通讯，2003.06 [2] MESA International，“MES Explained: A High Level Vision”，White Paper6(Pittsburgh: Manufacturing Execution Systems Assoc., 1997).[3] 蒋晴宇，MES与SCM的协作与应用，现代制造，2003年 第11期
[4] 何清刚，浅谈制造执行系统MES，CAD/CAM与制造业信息化，2005.05 [5] 何霆，刘文煌，梁力平，MES的计划、调度集成问题研究，制造业自动化，2003.03 [6] 陈宇，廖永斌，段鑫等，制造业车间级管理系统(MES)及其典型结构，广东自动化与信息工程，2004.02 [7] 祁贻炳，GE Fanuc内部培训资料，GE Fanuc自动化有限公司，2004 9
第二篇：MES系统功能在ERP系统中的应用
MES系统功能在ERP系统中的应用
很多的人认为有了ERP系统,MES系统就不用引进了，这种观点对吗。我们知道ERP系统是生产计划管理层，而MES处于ERP系统和生产执行层的中间，是制造执行系统。很多的企业，ERP系统和MES系统是一起引进的。因为每一个ERP项目都需要一个MES功能。MES系统的功能很多都是要靠ERP系统的配合才能完成的。理由有很多，下面就来具体的看看原因。
一：ERP上微小的变动会造成大影响.ERP级别上的策略和市场改变造成的影响几乎是生产级别上的变动的10倍。因此，应该专门制造一个生产系统，用于管理生产过程中产量和生产速度的变化。
二：ERP不是车间级产品。尽管ERP系统包含着生产执行的功能，但目前没有一个ERP系统可以实现每生产一件就更新一次的功能。车间生产系统和ERP系统对“实时”的解释不同：ERP是从典型的企业战略管理角度上解释，而MES则是生产过程的实时概念。生产系统需要作为一个满足客户，监管机构，供应商以及内部员工的不断变化的需求无缝的整体。这，显然更适合MES的概念。
三：供应链需要在战略或商业级以上的层次整合起来。如今，公司间的竞争已经不仅仅是两个公司之间的事了，而是两条供应链之间的事。这也意味着提高效率不仅要从战略或商业层面上进行改善，而是要从整个供应链改善。信息整合只能从车间级开始的各个层次开始整合起来。只有具备及时，准确的信息流。供应链才能高效的运转起来。
四：ERP所提供的信息和生产人员所需的信息不同。不同需求的员工不仅信息不同，而且所需信息呈现的方式也不同。传统的ERP项目的界面是为那些分析，决策者设计的。在生产部门中，由于变化更快，应该更快的呈现这种变化。生产过程中，通常不会去分析过时的静态数据，而是会去分析正在发生的信息以及趋势。不同职位的人，需要的信息种类不同，系统呈现的方式也就不同。
五：对于企业的生产中，很多的时候ERP系统扮演的计划的制度者，而MES系统则是一线的主管，从决策层来领取生产计划，交给MES系统执行，将生产中的信息及时反馈给计划层。前者用来策略制定，而后者则是操作层面上的东西。知道怎么做的人给知道为什么的人做事，知道为什么的人需要知道怎么做的人实现他们的想法。这是一种很重要的互相依存的关系，因此企业在实施MES系统时，最好是MES和ERP系统一起实施。
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第三篇：卷烟厂烟草机械中MES系统的应用
工控商务网：卷烟厂烟草机械中MES系统的应用 文章来自：工控网
【应用领域】：打叶复烤仓储/醇化制丝滤棒成型机卷接机烟草包装机烟草烟草机械 概述：
经过多年发展，国内各烟草企业通过不断提高生产线自动化程度和引进先进的企业级管理系统（ERP/MIS），使本企业的生产管理水平和市场竞争力有了很大提高。但是一个突出问题也逐渐暴露出来，这就是如何将先进的生产线控制系统和企业级的生产管理信息系统有效结合起来，一方面让与企业生产密切相关的部门能够及时有效地了解到车间生产的各方面信息，另一方面也使企业的各项生产调度和决策信息及时下达到生产第一线，使之得到有效地贯彻和执行。正是基于这样一个出发点，昆明卷烟厂于2002年5月立项实施生产二部生产制造执行系统（MES）项目。
整个MES系统采用美国Wonderware公司国际领先的过程监控和生产管理软件平台——FactorysuiteA2，是国内第一个全面采用Wonderware软件平台在烟草行业实施的MES项目。
经过对昆烟企业生产控制系统和生产管理业务流程进行充分地调研和详细的系统分析和规划后，整个MES系统于2003年6月正式启动，并由云南萨美特科技有限公司负责实施。项目实施过程中，在昆烟信息中心和云南萨美特科技有限公司共同努力下，不仅通过合理调整生产管理流程提高了生产管理水平，同时尽可能完整地体现了MES系统的生产管理理念和特点，使得本项目实现的系统具备了更多的特色和亮点。
系统构架
昆明卷烟厂生产二部MES系统全面采用Wonderware公司FactorysuiteA2套件软件，充分发挥了该软件平台的特点并针对用户的具体情况进行了功能扩展和完善，软件系统结构图如下：
在本系统中采用如下Wonderware软件产品： MES系统建模和资源跟踪平台——InTrack 实时工业关系数据库——IndustrialSQLServer 生产过程监控软件——InTouch 生产/产品质量服务器软件平台——QIAnalyst 实时WEB门户服务器端软件平台——SuiteVoyager 针对IndustrialSQLServer的高性能客户端工具——ActiveFactory 整个MES系统涉及分为生产控制系统系统数据采集、生产管理两大部分和生产计划管理、生产过程跟踪和产品追溯、质量管理、设备管理、人力资源管理五大模块。系统结构图如下：
功能简介
在对昆明卷烟厂生产特点和管理业务流程进行充分分析的基础上，MES系统的各个模块不仅满足用户的需求，同时体现出更多的特色。
数据采集
生产过程数据的采集是MES系统和厂级生产管理信息化系统（ERP/MIS）的信息来源和基础，在本项目中，实现了对烟草生产过程中的制丝、风送、卷包、装箱等完整地生产流程进行生产过程和工艺数据的采集，对于无法从控制系统中直接获得的设备维修、质量抽检采样等信息，则通过人工录入方式，保证MES系统可以获得完整的生产管理信息。
本系统中对于数据采集不仅仅限于生产过程控制系统，对于质量管理的离线检测设备，也通过研究实现了数据自动采集，包括质量检测三级站如下主要设备：
QTM—物理检测平台（斯茹林公司产品）； AT201—电子天平（梅特勒公司产品）； SM400—直线型吸烟机； RM200—全自动吸烟机； HP气相色谱仪； 化学成分检测平台 生产管理
生产管理模块分为五大模块，下面分别加以介绍： 生产计划管理
生产计划管理包括如下功能
工作日历制定：通过制定工作时间、轮班计划、班次时间等信息作为系统中的通用时间标准，数据采集、生产记录、设备维修、质量检测都将以此工作日历为依据；
生产计划制定和下达：接收并分解从厂级生产管理信息系统中下达的生产作业指导书，制定详细的制丝和卷包生产计划，并生成产品生产的统一批次编号。生产计划将直接下达到生产现场的工作站，指导实际生产流程；
原辅料领料申请：根据详细生产计划，系统自动生成原辅料领料申请，并与厂级原辅料供应部门联网，实现领料计划的快速传递，提高生产效率;生产计划跟踪：实时的跟踪生产计划的进行情况，便于生产管理部门及时调整生产； 产量统计查询和分析：提供多种表格和图形化的方式对制丝线和卷包线的产量进行查询统计和分析。
生产计划管理模块还和国家局1号工程——烟箱条码打印系统的信息交换，能够更加准确和完整的反映生产计划的执行情况。
生产流程跟踪和产品追溯
MES系统的主要功能之一就是实现对生成过程的跟踪，但是仅仅对制丝和卷包生产线进行简单的孤立的生产跟踪或者仅仅获得产量、品牌、批次等生产管理信息是不能全面体现出MES系统的特色和生产管理功能的，同时，如果对于这些生产过程跟踪信息不能进行进一步的利用和分析也将令MES系统失色不少。因此在本系统中不仅在生产流程跟踪的信息完整性和连贯性等方面进行了更深层次的挖掘，同时实现了产品信息追溯功能：
生产流程跟踪：从生产计划中生产批次号生成开始，系统就开始跟踪每个生产批次的完整的生产过程，直到产品入库。也就是说，系统对于每批产品在那个制丝工序生产过、生产了多长时间、用了那些原料和香糖料配方、在那个储柜储存的，存储了多长时间、设备状态如何、工艺质量检测结果如何、是那个操作员操作的，在卷包车间那些机台进行的卷接和包装，设备发生了哪些故障、使用了何种辅料、废品有多少、是那些操作人员操作的、何时生产结束何时入库等等有关产品生产、原辅料、质量、设备各个方面的信息都进行了连贯的、全面的跟踪和记录，保证了系统庞大的数据库中存储的生产过程信息能够有一个清晰和合理的结构，更加便于统计和查询； 产品追溯：基于生产流程跟踪获得的产品生产过程跟踪信息，可以灵活和完整的实现产品追溯功能，也就是说，用户可以查询过去任何一天生产了那些品牌、那些批次，其中任何一个批次生产过程中所包含的生产时间、产量、工艺线路信息，设备故障、停机、维修信息，质量检测、工艺参数信息，原辅料配方和消耗信息等等数据。产品追溯对于用户及时发现质量问题，改善生产流程，加强生产过程管理力度具有重要意义。
设备管理
设备管理包括如下功能：
设备资料管理：系统中对于设备各项资料都能够进行全面的管理和查询，其中既包括了设备固定资产台帐、合同、使用手册等资料，也包括了电气和机械图纸、程序清单、操作说明、维修视频等资料。另外在分布于现场的各个工作站上，相关设备维修和管理人员能够方便的对这些资料进行检索和查询；
设备基本信息管理：系统对于设备总成、关键件、故障列表信息都进行了分门别类的存储，为设备的维修和备件管理打下了坚实的基础；
设备维修管理：系统在实现了设备维修管理的基础上通过和厂级设备管理部门的联网信息交换，实现了设备故障和维修信息的快速上报，能够及时发现设备问题并制定维系保养计划；
设备备件管理：通过和厂级设备管理系统的信息交换，使得设备的备件管理更加全面和完整；
设备任务管理：系统提供了设备维修、保养、润滑工作的计划制定、审批、执行、验收等工作的管理功能，并在各个现场工作站对设备任务进行及时的提示和检索查询； 设备信息查询、统计和分析：系统借助于多种图表对设备实时运行状态、故障、维修、任务等信息进行灵活的统计分析查询，同时借助于SPC统计分析控制图，实现了设备信息更深层次的分析。下图为设备故障的SPC巴雷托统计分析控制图：
质量管理
质量管理包括如下功能：
质量标准管理：包括质量标准的接收、同步、分解、调整功能，质量标准不仅可以在各个现场工作站进行灵活的查询，还直接作为生产过程数据统计分析的依据；
在线质量管理：对于从数据采集系统中获得生产过程实时工艺参数和数据，系统提供了多种方式进行统计分析，包括：报警分析、历史趋势分析、数理分析、SPC分析等等。同时允许用户对在线质量分析数据的数量、采样时间、分析对比方式进行灵活的配置；
离线质量管理：系统对生产部、质检科、三级站质量检测结果都进行了及时的收集和存储，并以灵活的手段对这些信息进行查询和统计分析，帮助用户更加全面和及时的了解产品质量情况；
SPC统计分析：除了保留现有的烟草行业质量统计分析手段，系统在质量管理中引入了国际先进的SPC统计分析模式，借助于SPC统计分析控制图，用户可以对系统收集的各项在线和离线质量检测结果进行深入的统计分析，在质量事故发生之前就能够及时发现质量隐患并根据SPC统计分析结果采取及时有效的措施防患于未然。下图为SPC控制图实例：
人力资源管理
借助于WonderwareFactorysuite软件平台先进的用户管理体系，系统中引入了操作认证和用户信息两级用户管理的模式，只有具备相应的并且在有效期内的操作认证，用户才能具备某种系统操作权限。通过这样的用户管理模式，系统能够更加灵活和全面对各生产线操作人员和各部门生产管理人员进行管理并实现对系统用户的操作跟踪和记录。
最新进展
截至2004年6月，该项目已经取得了阶段性成果，获得了用户的认可，并进入了验收阶段。
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第四篇：制造执行系统(MES)在制造业信息化中的应用
随着制造企业信息化建设的发展，企业在上层宏观计划和下层生产管理控制上出现了一些新的问题，严重影响了企业信息化建设的深入开展，制造执行系统的出现填补了企业计划层和车间操作控制系统之间的缝隙，使企业信息化的建设得以纵深推进.0 引言
随着制造业信息化建设的展开，很多企业已经重视并有效地应用了以MRP IFERP 为代表的企业资源计划管理软件和以监控和数据采集为主的生产过程监控软件。在目前的ERP 系统中，资源和计划管理是重要功能，但几乎不涉及车间内部具体生产活动的管理(如生产单元间的资源调配、计划执行、生产监督等)。企业生产管理软件和制造单元控制软件之间不能有效集成，上层ERP 软件系统精确的生产数据不能从生产车间得到支持，而制造控制单元又常常不能及时得到指令来调整工作状态，形成了上层信息不能直接传输到生产和设备控制系统的局面，严重影响了制造企业生产和信息化的进程。20世纪90年代发展起来的企业制造执行系统(MES)打通了这一瓶颈，并已得到学术界、工业界的普遍重视和认可，成为企业信息化的热点之一。制造执行系统(MES)
EPR(企业资源计划管理)，JIT(准时成产)及OPT(最优生产技术)等理论和方法以及基于这些理论和方法的生产管理系统，为企业的生产管理提供了有效的方法和工具。ERP，JIT及OPT等强调企业的计划性，生产管理则强调生产计划的执行性及生产现场数据的采集和反馈，因而，生产管理和控制必须寻求新的模式。20世纪90年代，美国先进制造研究机构(AMR)提出了制造执行系统(MES)概念。国际MES协会对MES的定义为:MES使用实时精确的数据，优化从订单到产品完成的整个生产过程，对工厂的全部生产活动进行指导、反映和报告。
通过对变化情况的快速反应，减少无附加值行为，提高工厂运行和处理的有效性。MES能够提高投资回报、提高利润率、加快资金的流通和减少库存。美国国家标准协会(NIST)对MES的定义为:从生产计划/工单下达到成品产出的整个过程中，采集所有软件和硬件数据，保证能够完成生产管理以及生产优化。
MES解决了生产作业计划的制定、执行和生产指挥调度，生产过程中的突发事件的处理，生产过程中的工艺标准的执行，产品质量的控制，设备运行情况的掌握，产量、在制品、生产消耗的统计，生产线人力资源状况，原料、材料、成品的库存等生产管理者最关心的问题。
MES系统的基本功能模块包括工序详细调度，资源分配和状态管理，生产单元分配，过程管理，人力资源管理，维护管理，质量管理，文档控制，产品跟踪和清单管理，性能分析和数据采集等，具体如图ME S在计划管理层(EPR)与底层控制(CP)S之间架起了一座桥梁，其功能如图2所示。一方面，MES可对来自MPR IFEPR 的生产管理信息进行细化、分解，形成操作指令传给底层;另一方面，MES可以通过Pcs采集设备、仪表的状态数据和控制资源的实时动态管理，将制造系统与信息系统整合在一起，把生产状况及时地反馈给计划层，进行作业的动态调度，形成ERP/MES/PCS3层为核心的企业信息集成系统。MES在制造业信息化中的应用
企业制造执行系统的建设是企业信息化发展的关键环节，是企业从工艺控制、制造过程控制向信息化与全面综合自动化发展的必然之路。现在，制造业信息化系统已从初级的MIS发展到以生产控制、调度、优化、营销、经营和决策等为一体的企业综合控制自动化系统，企业的框架结构由经营层ERP 系统、生产层MES系统及控制层PCS系统组成。MES作为执行机构，对生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化，实时地将生产过程信息反馈给上层系统，其时间维度主要集中在班组和生产执行部门。提升管理水平
制造企业在实施MES以后，生产管理将会上升到一个新的水平，归纳起来主要有:
(1)提高了生产管理的技术含量和企业的信息化水平，适应现代化企业生产管理需要。
(2)根据生产现场的实时数据进行排产和调度，提高了排产和调度的效率。
(3)提高了生产管理的实时性、科学性。
(4)实现了物料跟踪。
(5)加强质量控制。
(6)为计算生产成本提供了依据。
(7)为建立数字化企业提供了坚实的基础。
效益分析
制造执行系统国际联盟组织MEAS调查结果表明，企业实施MES以后，带来的效益主要表现在:
(1)生产周期缩短45%(6%的被调查企业)。
(2)数据输人工作减少57%(6%的被调查企业)。
(3)半成品的积压减少24%(57%的被调查企业)。
(4)交接班的纸面工作减少16%(36%的被调查企业)。
(5)缩短生产提前期35%(36%的被调生产过程进行优化，实时地将生产过程信息反馈给上层系统，其时间维度主要集中在班组和生产执行部门。MES系统的实施
3.I MES在中国的现状
目前，在企业信息化中起呈上启下作用的MES主要停留在MES思想、内涵以及体系结构方面的研究上，软件开发和应用还比较薄弱。我国对车间层、单元层的研究大都偏重控制模型的研究，很少从MES角度研究开发面向制造过程的集成化管理和控制软件。在MES技术研究上，国内外差别并不是很大，但在应用上大多还停留在制造设备的集成、状态监督和控制阶段，MES产品开发和应用还处于起步阶段。
目前，MES主要应用在电子、汽车、食品及医药加工等离散制造企业。国内MES市场还处于刚起步阶段，应用面窄量少。通常制造执行系统是以ERP 与企业自动化设备集成为主要目标的。3.2 如何实施MES系统
企业经过项目立项、论证并决定实施MES系统后，应对MES的实施进行总体规划，确定总体目标，对实施工作做出总体安排囚。MEs的实施进程如图3所示。
(1)成立MES项目实施小组。MES的实施涉及到企业生产过程的各个环节，部门与人员之间的协调十分重要，因此成立项目小组是必要的。项目小组主要完成MES项目的规划、组织、协调和培训工作，确保项目按计划、分步骤地顺利实施。项目组成员应全程参与MES的实施，配合与协调项目工作的进行，负责具体的项目实施工作。政策的贯彻执行通过高层管理人员直接渗透的，实施MES要有高层管理者的支持，每个部门要有管理者来负责公司决策的实施。
(2)选择MES供应商。选择适合企业的管理软件、寻求有实力的软件公司作为供应商是前期的重要工作。应选择技术力量雄厚并且熟悉企业业务流程的软件厂商合作，并着重考察软件商解决实际问题的能力，另外，要考察软件供应商的生存能力。
(3)业务流程重组与系统开发。实施MES后，企业的生产管理模式会有很大变化，必须对企业的业务流程进行重组，对于职能重叠的部门合理分工、明确职责，这样才能保证信息及时处理，使MES系统达到最好的运行效果。由于每个企业的情况不同，一定要配合软件厂商做好MES的业务需求调研工作，这样，厂商才能开发出真正适合企业的MES软件系统。
(4)全面的人员培训。MES实施涉及到计算机、企业管理及车间现场操作等人员，这些人员的知识层次、业务水平、对MES的认识及计算机应用水平均有差别，为保证MES顺利实施，必须对相关人员进行培训。一是要培训员工对MES的了解、认识与操作;二是要学习现代生产管理方式，转变观念、优化工作方式;三是重点培训项目组成员，让他们到企业外面参观培训，切实保证培训效果。
(5)重视数据准备。MES系统强调生产管理与协调，与生产相关的基础信息(如物料、设备、工艺路线及质量标准等)必须录人计算机，并针对这些数据建立科学的编码体系。基础数据的准确与完整是MES系统运行的基础，必须把数据准备工作做好、做细。
(6)模拟运行与用户化。MES系统开发基本完成后，应进行计算机模拟运行，测试模拟运行效果，发现问题及时修改完善程序。在模拟运行期间，企业的计算机技术人员应该全程参与并接受软件供应商的培训(包括系统、数据库、开发工具、服务器及网络等)，使计算机人员尽早掌握MES系统的维护方法;然后进行现场模拟运行，培训MES用户，最后进行考试检测，以了解用户应用MES系统的水平。
(7)EMS系统试运行与系统切换。系统试运行期间会发现很多新问题，这时要找出问题的原因，提出间题的解决方案，对软件进行维护完善，然后再试运行、发现问题和解决问题，直到MES系统能够稳定运行。在该过程中，对计算机人员、管理人员及用户的培训要持续进行，尽早使企业的人员能正常使)用和维护MES系统。经过一段时间运行后，MES系统运行稳定，就可以进行系统切换正式运行了。结束语
信息化是当今世界发展的大趋势，也是我国实现工业化、现代化的关键环节。目前，只有大力推广MES的理念和应用，以促进MES的普及，才能促进制造企业信息化的深人开展，使我国制造企业信息化的建设迈向更高层次。
第五篇：LED在汽车照明系统中的应用
【本文来源：中国电源博览】引言
在20世纪80年代中期,LED开始被用于汽车中央高位刹车灯(CHMSL)。进入90年代,汽车仪表LCD面板背光照明普遍采用LED这种固态新光源。进入新世纪后,随LED功率和亮度的提升,除了汽车前照灯外,LED全面进入了汽车照明和信号系统中的应用。2005年,全球LED在手机中所占的市场份额达52%。自从2005年以后,由于手机市场趋于饱和,不再呈增长的态势,取而代之的则是汽车、交通信号灯、景观装饰照明和一般照明市场,其中车用LED市场具有较大的诱惑力。传统汽车灯的发展历程及其分类
2.1 传统汽车的发展历程
1879年,爱迪生发明了以电能作能源的真空白炽灯泡。1886年汽车问世之初,老爷车在夜间行驶时悬挂的是摇晃不定的汽灯。由于那时车辆很少,车速很低(不到30km/h),尽管道路狭窄而崎岖不平,既无伤人之虞,更无撞车之险。
在汽车车辆逐渐增加、车速也有所提高的情况下,路上行人也渐多,汽车不再允许仅靠一盏汽灯悠闲晃荡了。于是光源工程师依托新兴的白炽灯为汽车设计了一双铮亮的白炽灯眼睛。当时的汽车的电气工程师已给汽车配备了车载小型发电机,这为汽车电气照明的发展奠定了基础。
在车辆日益增多、车速不断提高的形势下,照明仅是瞻前已经不够,还需左顾右盼和免除后顾之忧,从此不仅车前灯,而且各种尾灯如行车灯、刹车灯、转向灯、后雾灯等一系列灯种相继问世,为避免夜晚行车的追尾或转弯时的相撞起了关键性作用。随后前照灯又发展成近光灯、远光灯、前雾灯等多种灯种。
为在不降低白炽灯寿命的前提下,提高灯丝温度和发光效率,上世纪50年代光源工程师发明了充气白炽灯泡,随后60年代又发明了在充气白炽灯中加入卤素的卤钨灯。20世纪70年代,光效达201m/W的卤钨灯大规模替代了自炽灯用于汽车照明,至今仍然是汽车前照灯中占统治地位的灯种。为满足高速车辆的照明要求,更先进的高强度放电(HID)灯应运而生,其中的代表性光源则是氙气金卤灯。一只35W氙气金卤灯辐射光通(3200lm)为55W卤钨灯(1101lm)的3倍,光效比金卤灯高4.5倍,寿命超过10倍。
2.2 汽车灯的分类
汽车灯按用途分照明灯和信号灯两大类。照明灯犹如汽车的“眼睛”,在黑暗中照亮汽车行驶方向上的道路,延伸和拓宽驾驶员的视野;信号灯如同汽车的“嘴巴”,车辆可通过灯
光信号同其它车辆进行“语言”交流,向其它汽车司机明示本车的存在及其行驶的状态,以使汽车在道路上能够安全快捷行驶。
照明灯又分为车外照明灯和车内照明灯。车外照明灯包括前照灯、前雾灯和牌照灯等;车内照明灯主要是指仪表灯和阅读灯等。
信号灯也分车外信号灯和车内信号灯。车外信号灯是指转向指示灯、制动灯、尾灯、示宽灯、倒车灯等;车内信号灯泛指仪表板指示灯,主要有转向、机油压力、充电、关门提示及音响、空调等指示灯。在这些车灯中,属于控制性检验的有车外照明灯和车外信号灯,因为它们是行车安全的关键部件。
汽车车前灯具如图1所示。其中的前照灯像人的眼睛一样,起到画龙点睛的作用,为汽车增色不少,如图2所示。
在车用灯具中,通常人们还将后转向灯、制动灯、尾灯、后雾灯、倒车灯和行李箱灯等称为辅助灯具,如图3所示。
2.3 汽车灯的重复作用
汽车车灯是汽车行驶必不可少的安全部件。据统计,车辆总行驶里程的25%是在夜晚或自然光线不足的情况下行驶的,而在此间发生的交通事故占到总事故的33%,并且50%的伤亡事故发生在夜间。在多个ECE法规中,与车灯有关的法规就有近40个。我国目前汽车产品的74项强制性检验中,与车灯有关的项目就占23项。新一代固态光源LED成为汽车车灯的新宠
3.1 LED在汽车照明系统中应用的优势
新一代固态冷光源LED于上世纪60年代问世。直到80年代之前,由于那时LED的亮度不高,只是将其作为指示灯等使用,不会有人想到它会能作为汽车车灯。进入80年代后,LED亮度有了较大提高,1985年被用于一辆客车上。1986年Nissan公司在300ZX型汽车上使用了72只φ5mm的LED作为中央高位刹车灯,标志着LED开始进入了汽车领域中的应用。与传统车灯光源比较,LED的优势如下：
(1)寿命长,免维护,在整个汽车使用期限之内有可能不用再更换灯具。
(2)非常节能,比同等亮度的白炽灯节能至少在一半以上。表1列示了汽车信号灯与白炽灯能耗的比较。
根据2003年美国能源署(DOE)车用LED节能审估报告,结果令人吃惊。仅对小轿车而言,若美国全国都使用LED车灯,每年可节省燃料14亿加仑(美制1加仑=3.785升),而且载货卡车节省的燃料比小轿车多2倍。
(3)无须热启动时间,亮灯响应速度快。普通自炽灯灯泡的启动时间一般为100-300ms,而LED通常不足70ms。对于事关重要的制动灯来说,这样的时间差距意味着高速行驶时的制动距离相差4～7m,从而使汽车追尾事故发生率降低5%。
(4)结构简单,扰震动和耐冲击性能强。
(5)体积小,设计灵活性大,可以随意变换灯具模式,适用各种造型的汽车。
(6)LED的冷光特性,使灯具不会因长期受热而变形,从而提高了整套灯具的寿命。
(7)受电压变换的影响远远小于普通灯泡,而且易于控制。
表2给出了LED高位制动灯与自炽灯高位制动灯的比较。
LED以其卓越的安全性、可靠性、环保性和节能性,成为汽车照明系统的新宠,给汽车车灯的升级和革命带来了楔机。
3.2 LED在汽车照明系统中的应用
LED在汽车中的应用非常广泛,除车头前照灯外,其它一些车外和车内灯、照明与信号灯、高照度与低照度灯均可采用LED光源,如图4所示。
3.2.1 LED在汽车低照度照明中的应用
LED在汽车低照度照明系统中的应用主要是仪表板背光照明、操作开关、阅读灯、示宽灯、牌照灯等,这是汽车制造商最早将LED应用于汽车,同时也是目前LED在汽车中应用最多的部分。
汽车内部的显示,如仪表盘,过去主要采用白炽灯或真空荧光(VF)来提供背光,后来出现了用CCFL作为背光源的显示板。随着LED技术的不断进步,LED已经取代传统光源组合到背光照明中。从仪表盘到整个娱乐、导航、行程计算及信息中心控制显示等等,LED几乎无处不在。LED用于背光照明主要有以下三种方式：
(1)最简单的方式是把LED直接安装在LCD散射膜的后面,可使用许多封装的LED,也可采用未封装的管芯。
(2)另一种方式是将LED发出的光导入光纤束中,在光纤束的散射膜后面构成一个平坦的薄片,可以不同的方式将光从薄片中取出作为LCD的背光照明。
(3)还有一种方式是边缘光LCD背光照明,用一个透明或半透明的矩形塑料块作为导光体,将其直接安装在LCD散射膜后面,塑料块的后表面涂有白色反光材料,LED光从塑料块的一个侧边射入,其余侧边或白色反光材料。
当多个LED一同用于汽车仪表盘照明或娱乐系统控制时,颜色和亮度的一致性就显得特别重要,被照区域的亮度需要均匀一致,不应有任何阴影。
LED在汽车内部的照明主要包括一般照明用顶灯、阅读灯、美容化妆灯、门锁灯等等。其达到的目的是提供放松和友好的和谐气氛,以减轻驾驶员的疲劳,改善和提高舒适程度,帮助驾驶员能得到大量可读和清晰的信息。
3.2.2 LED在汽车高照度照明中的应用
(1)LED在汽车信号灯中的应用
汽车信号灯主要指刹车灯、方向灯和尾灯,对其照度和颜色都有明确的规定。在上个世纪80年代中期,LED开始进入到汽车产业。我国第一个LED车灯是桑塔纳2000型轿车的高位制动灯,它由上海汽车电子工程中心和上海小系车灯有限公司联合开发,并于2000年通过上海大众汽车公司认证而投产。迄今为止,LED在汽车上的应用除了仪表LCD面板背光照明外,最流行的当属中央高位刹车灯,目前已有80%以上的欧系和日系汽车安装了LED中央高位刹车灯。
在2004年北京车展上,法国富奥公司展示了用4个LED做成的高位刹车灯,还有用一个LED灯来实现所有尾部信号灯功能,包括停车灯、后小灯、转弯指示灯、雾灯和倒车指示灯等。到2010年,绝大部分汽车尾灯照明将采用LED,包括倒车灯和牌照灯在内。2000型凯迪拉克和S级奔驰车上,后灯(尾灯、刹车灯和转向灯)全部使用了LED。新奥迪A8轿车侧面转向灯、行车灯、刹车灯和转向灯等,也全部使用了LED。目前国际上新款式高档轿车,如凯迪拉克、宝马、丰田、奔驰和福特等,都装配了五彩缤纷LED灯具。
(2)LED在汽车前照灯中的应用初见端倪
前照灯是汽车在夜问行驶时照明前方道路的灯具,是保障汽车安全运行的重要部件之
一。前照灯的照明距离越远,配光性越好,汽车行驶的安全性能也就越高。汽车前照灯发出远光和近光两种光束,其中远光在无对方来车的道路上,汽车以较高速度行驶。远光应保证在车前100m或更远的路面上得到明亮而均匀的照明。
在全部车LED灯具中,最难也是最后投入使用的则是车头前照灯。目前LED前照灯都是用在一些车展上的概念车上,如图5所示。
自2003年以来,有15多家汽车制造厂在相关车展上展出了采用LED头灯的概念车。在北美一次国际车展上登场的福特概念车中,其中一辆则采用了LED头灯。日本小系等公司也有样灯展出。2007款林肯Aviator等车型同样采用全新的照明系统,其中包括LED前照灯。Lexus公司在2007年推出一款2008LSGoohL混合动力豪华汽车量产车,其前照灯采用了LED设计。日本丰田于2007年在凌志600H车型上开始安装LED车头前照灯,德国大众计划于2008年在奥迪R8车型上安装LED前照灯。从目前的情况来看,LED前照灯还处在研发阶段,预计在10年之内将会在普通轿车上比较普遍地被采用。
LED这种新光源,对于汽车前照灯的形状和排列有着较大的灵活性。利用LED体积小这一优势,可以大幅缩小前照灯整组灯具的体积,让出一些宝贵的空间给其它相关装置。现有的卤钨灯或HID灯灯具总长约30cm,而许多概念车上的LED灯具只有12.5cm,而且可以在造型上突破传统灯具的圆形设计。由于LED采用模块化设计,从造型上看,前照灯设计给人们以全新的视觉冲击。使用LED作为前照灯,不仅颜色识别性比卤钨灯等老式灯高,而且由于老式灯只有一个光源,难以扩大照明区域,而LED灯具有多个光源,由此可使照明区域广度扩大。
(3)LED在汽车前照灯中应用面临许多挑战
在LED全面进军汽车应用市场中,一个最大的障碍就是前照灯。前照灯传统光源已经十分成熟,像代表性光源卤钨灯,虽然光效不是很高(约201m/W),但价格低廉。高压氙灯虽然价格相对较高,但安全、高效、节能,而且体积小,灯具设计简单,因而倍受青睐。LED要在汽车头灯中取代传统光源,并非是一件容易的事情,需要解决以下几方面的问题。
一是亮度输出。前照灯的亮度要求是：近灯900lm,远灯1100lm,整体为2000lm,约是Lumileds公司的40个1W的LuxeonLED在25℃时的总光源输出。这类LED当环境温度升至50℃时,效率会降至80%以上。为提高亮度,需要更多数量的LED,这不仅会引起成本增加,而且会使LED的故障率增加。
二是散热问题。传统光源产生的热虽然远远高于LED,但不会囚高温而降低其光输出。然而,LED光输出却会因结温升高而下降。因此,散热问题在LED前照灯灯具设计工作中至关重要。为防止LED过热而烧毁,需要为其加装散热片。由于前照灯需用很多个LED,加设散热片后体积会过于庞大,难以纳入灯具之中。
三是光学设计,利用LED作为光源设计灯具,需要对传统的柱光源变为面光源。为得到需要的流明输出,LED需要较大的封装面积,致使光学设计难度增大。在目前一些概念车上,都以模块化设计取代现有的单一灯室设计,利用多组灯光源来达到传统灯具的照明水平,从而减小了光学设计难度,并增加了车体造型设计感。
3.3 LED在汽车中应用市场前景看好
在2006年之前,LED最大的应用亮点是手机,其在全球所占的份额达52%。2005年之后,手机趋于饱和,取而代之的是汽车、交通灯、景观照明和一般照明。
汽车产业在全球经济中仍然是一个支柱产业。目前我国的汽车年产能达800多辆,已超过德国,产量位居世界第三。规模如此之大的汽车产业,拉动了车用灯具的发展,同时为LED在汽车上的应用提供了广阔的市场空间。按目前LED的技术水平,一辆汽车需要300多个LED,其需求量非常之大。未来几年我国车灯将会有较大的发展,形成超过10亿元的年产值。
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