航天企業(yè)電裝車(chē)間MES的建設(shè)與應(yīng)用

鄭景珍，李湘媛

(北京機(jī)電工程研究所，北京 100074)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外多家制造企業(yè)持續(xù)推進(jìn)智能制造，加大企業(yè)自動(dòng)化、信息化建設(shè)的投入。一般企業(yè)將企業(yè)資源規(guī)劃(enterprise resource plan，ERP)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)作為企業(yè)信息系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)[1]。由于ERP系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象是企業(yè)管理的上層，現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控[2-3]，因此僅靠ERP和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)法解決企業(yè)資源計(jì)劃管理層和過(guò)程控制層之間的信息斷層問(wèn)題。而制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution system，MES)位于上層企業(yè)資源規(guī)劃和底層工業(yè)控制之間[4]，把制造系統(tǒng)的計(jì)劃、進(jìn)度安排、物料流動(dòng)、質(zhì)量管理和計(jì)算機(jī)集成制造接口等信息進(jìn)行有效集成[5]，恰好可填補(bǔ)這一空白。在國(guó)外，MES已被成功應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、制造工業(yè)和生物制藥等領(lǐng)域[6]。在國(guó)內(nèi)，MES在民用制造業(yè)、航空、航天等領(lǐng)域也獲得廣泛的應(yīng)用。

受制于航天產(chǎn)品現(xiàn)狀，北京機(jī)電工程研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)本單位)電裝車(chē)間產(chǎn)品生產(chǎn)仍然面臨信息孤島所帶來(lái)的各種問(wèn)題。通過(guò)調(diào)研并借鑒國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)信息化系統(tǒng)的應(yīng)用情況，認(rèn)為實(shí)施具有企業(yè)特色的MES，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的精細(xì)管理與監(jiān)控，解決本企業(yè)計(jì)劃、工藝、生產(chǎn)、質(zhì)量等管理系統(tǒng)間的信息斷層問(wèn)題，大大提升生產(chǎn)效率。

1 航天企業(yè)電裝車(chē)間現(xiàn)狀及建設(shè)思路

1.1 現(xiàn)狀分析

本單位生產(chǎn)業(yè)務(wù)主要涉及計(jì)劃管理、工藝管理、物資管理、生產(chǎn)過(guò)程管理及庫(kù)管理等方面。其中計(jì)劃管理利用多項(xiàng)目系統(tǒng)；工藝管理利用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(product date management，PDM)系統(tǒng)；物資管理及庫(kù)管理利用ERP系統(tǒng)；生產(chǎn)過(guò)程管理目前無(wú)信息化系統(tǒng)進(jìn)行管理。此外，現(xiàn)有系統(tǒng)相互獨(dú)立，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。因此，基于物料清單(bill of material,BOM)的設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、交付一體化的全壽命周期管理尚沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。

本單位生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程主要存在以下幾方面問(wèn)題：

1)生產(chǎn)業(yè)務(wù)涉及的各信息化系統(tǒng)相互獨(dú)立，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。目前多項(xiàng)目、ERP、PDM等系統(tǒng)尚未打通，尚未實(shí)現(xiàn)以產(chǎn)品履歷為載體的貫穿設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)等過(guò)程的產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享。

2)生產(chǎn)作業(yè)排產(chǎn)計(jì)劃管理不足。本單位目前多項(xiàng)目中的生產(chǎn)計(jì)劃是一個(gè)指令性計(jì)劃，只明確了產(chǎn)品的數(shù)量和完成時(shí)間等要求，并沒(méi)有按照工序進(jìn)行任務(wù)排產(chǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控，缺乏實(shí)時(shí)高效的生產(chǎn)進(jìn)展及質(zhì)量情況的收集和反饋。

3)生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息化程度低。車(chē)間任務(wù)執(zhí)行信息反饋主要依賴(lài)被動(dòng)的表格統(tǒng)計(jì)，缺乏系統(tǒng)化、專(zhuān)業(yè)化的軟件系統(tǒng)支持，無(wú)法及時(shí)采集車(chē)間的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析，導(dǎo)致對(duì)各種緊急狀況的快速響應(yīng)能力不足，在一定程度上對(duì)生產(chǎn)管理的質(zhì)量和效率產(chǎn)生不利影響。

1.2 MES模型架構(gòu)

MES以生產(chǎn)核心流程為依托，圍繞計(jì)劃、進(jìn)度、質(zhì)量、資源等關(guān)鍵要素，基于SIMATIC IT平臺(tái)(西門(mén)子公司構(gòu)建MES的通用平臺(tái))構(gòu)建MES?？傮w設(shè)計(jì)分為基礎(chǔ)平臺(tái)層、業(yè)務(wù)邏輯層、集成層，如圖1所示?；A(chǔ)平臺(tái)層包括生產(chǎn)工單管理模塊(POM)、物料管理模塊(MM)、人員管理模塊等；業(yè)務(wù)邏輯層有生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)資源管理、生產(chǎn)執(zhí)行管理、生產(chǎn)質(zhì)量管理等；集成層通過(guò)集成 ERP、多項(xiàng)目、業(yè)務(wù)流程管理(business process management,BPM)等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)間計(jì)劃數(shù)據(jù)、領(lǐng)料數(shù)據(jù)等信息的實(shí)時(shí)傳遞。

圖1 總體設(shè)計(jì)圖

2 MES建設(shè)內(nèi)容

2.1 系統(tǒng)集成

MES可接收多項(xiàng)目系統(tǒng)下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃，以及ERP 系統(tǒng)中的物料數(shù)據(jù)、TC/ PDM系統(tǒng)中的工藝數(shù)據(jù)、統(tǒng)一用戶(hù)目錄中的人員數(shù)據(jù)，并能夠?qū)⑿畔⒎答伣o相關(guān)系統(tǒng)。MES與相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞如圖2所示。

圖2 MES與相關(guān)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系圖

1)MES從統(tǒng)一用戶(hù)目錄獲取用戶(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(用戶(hù)登錄名、行政組織等)信息，用于用戶(hù)信息管理。

2)MES從多項(xiàng)目管理系統(tǒng)中獲取項(xiàng)目的生產(chǎn)計(jì)劃，并將生產(chǎn)計(jì)劃的完成情況反饋給多項(xiàng)目管理系統(tǒng)。

3)MES從ERP系統(tǒng)獲取物料、半成品/成品等庫(kù)存信息，開(kāi)展生產(chǎn)過(guò)程的精細(xì)管理。

4)MES從工藝管理系統(tǒng)(當(dāng)前是PDM系統(tǒng)，后續(xù)是TC系統(tǒng))獲取工藝路線(xiàn)、材料定額、工藝BOM、工藝文件等信息，在MES中開(kāi)展生產(chǎn)物料跟蹤、生產(chǎn)執(zhí)行、檢驗(yàn)等工作。

5)MES生成的產(chǎn)品履歷，以鏈接地址的方式反饋給TC系統(tǒng)，豐富產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理。

2.2 MES整體功能設(shè)計(jì)

MES主要包括生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)資源管理、生產(chǎn)執(zhí)行管理、生產(chǎn)質(zhì)量管理4個(gè)核心功能及生產(chǎn)信息追溯、數(shù)據(jù)報(bào)表與看板管理等功能，具體功能模塊如圖3所示。

圖3 MES功能圖

2.3 MES核心功能模塊設(shè)計(jì)

2.3.1生產(chǎn)計(jì)劃管理流程

技術(shù)助理首先從多項(xiàng)目系統(tǒng)中分別接收工藝資料準(zhǔn)備計(jì)劃、物料齊套計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃，然后向車(chē)間工藝組、物資保障組分配計(jì)劃，最后創(chuàng)建生產(chǎn)工單，下達(dá)到車(chē)間生產(chǎn)班組。

工藝組從MES查看并接收工藝準(zhǔn)備計(jì)劃，搭建生產(chǎn)BOM，準(zhǔn)備工藝文檔(包含工藝文件、質(zhì)量跟蹤卡)，將生產(chǎn)BOM、質(zhì)量跟蹤卡導(dǎo)入到MES中，創(chuàng)建工藝路線(xiàn)、配套明細(xì)表等，為創(chuàng)建生產(chǎn)工單做準(zhǔn)備。

物資保障組在工藝資料確認(rèn)后，從MES查看物料齊套計(jì)劃，向ERP傳遞領(lǐng)料信息。

生產(chǎn)計(jì)劃管理流程圖如圖4所示。

2.3.2生產(chǎn)資源管理流程

生產(chǎn)資源管理主要包含物資/成品/半成品管理(制造BOM管理)及工裝工具管理。目前制造BOM (包括產(chǎn)品組成結(jié)構(gòu)、物料編碼、生產(chǎn)廠(chǎng)家、工藝文件編號(hào)等信息)是生產(chǎn)工單執(zhí)行的數(shù)據(jù)源頭，工裝工具則作為系統(tǒng)管理的臺(tái)帳，這兩項(xiàng)均由工藝人員錄入和維護(hù)。

生產(chǎn)資源管理具體流程如圖5所示。首先物資保障組在線(xiàn)下從庫(kù)房領(lǐng)料到車(chē)間，然后MES根據(jù)配套明細(xì)表進(jìn)行分料、配料、物料核實(shí)，最后下發(fā)到執(zhí)行班組。此外，當(dāng)物料數(shù)量較多時(shí)需要分箱(將物料分在好幾個(gè)箱子里)，出現(xiàn)意外時(shí)需要解綁料箱重新分料。

圖5 功能設(shè)計(jì)之生產(chǎn)資源管理流程

2.3.3生產(chǎn)執(zhí)行管理流程

班組長(zhǎng)接收到生產(chǎn)工單后，進(jìn)行班組長(zhǎng)派工，操作者開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)。順序是：在系統(tǒng)中核實(shí)物料(核實(shí)料箱內(nèi)物品批次、型號(hào)規(guī)格、數(shù)量等信息是否一致)、執(zhí)行工單(MES記錄生產(chǎn)工單工序開(kāi)始時(shí)間、生產(chǎn)工單執(zhí)行狀態(tài))、填報(bào)進(jìn)度。工單完成后與班組長(zhǎng)完成工單交接，流轉(zhuǎn)到下一工序。生產(chǎn)執(zhí)行過(guò)程中遇到質(zhì)量問(wèn)題、狀態(tài)變更等特殊情況，執(zhí)行工單暫停，填寫(xiě)特殊情況記錄。具體流程如圖6所示。

圖6 功能設(shè)計(jì)之生產(chǎn)執(zhí)行管理流程

2.3.4生產(chǎn)質(zhì)量管理流程

生產(chǎn)工單執(zhí)行過(guò)程中，自檢人員完成自檢，同組組長(zhǎng)完成互檢，質(zhì)檢員完成專(zhuān)檢。工單完工后，由質(zhì)檢員生成質(zhì)量履歷書(shū)、開(kāi)具合格證。此外，根據(jù)工藝要求需要多媒體記錄時(shí)，由質(zhì)檢員完成拍照、攝像等多媒體采集工作。出現(xiàn)不合格品時(shí)，質(zhì)檢員將相關(guān)質(zhì)量信息同步錄入到MES，該系統(tǒng)與質(zhì)量管理相關(guān)系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)不合格品的管理。生產(chǎn)質(zhì)量管理流程如圖7所示。

圖7 功能設(shè)計(jì)之生產(chǎn)質(zhì)量管理流程

3 應(yīng)用效果

應(yīng)用MES進(jìn)行生產(chǎn)管理的電裝車(chē)間，通過(guò)10余個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)組織驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的透明化管理，有效提升了制造車(chē)間的管控水平。具體效果如下：

1)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)源統(tǒng)一管理。MES以生產(chǎn)核心流程為主線(xiàn)，圍繞計(jì)劃、進(jìn)度、質(zhì)量、資源等關(guān)鍵要素，實(shí)現(xiàn)了MES與多項(xiàng)目、BPM、ERP等系統(tǒng)的縱向集成，構(gòu)建出一套滿(mǎn)足多品種、變批量、齊料與缺料并存的可控高效的生產(chǎn)過(guò)程管理信息化系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)效率。

2)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的電子化、透明化管理。通過(guò)系統(tǒng)實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了工藝資料、物料信息、過(guò)程數(shù)據(jù)、質(zhì)量等信息的電子化和透明化，解決了任務(wù)進(jìn)度難以監(jiān)控、物料狀態(tài)難以跟蹤的難題，有效減少了任務(wù)拖期/趕工、緊急插單等任務(wù)執(zhí)行、失控等現(xiàn)象，為開(kāi)展產(chǎn)能綜合分析、形成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)輔助決策能力奠定基礎(chǔ)。

3)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)可追溯。工藝、物料、生產(chǎn)、質(zhì)量全部生產(chǎn)信息可追溯，初步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享及全壽命周期的履歷管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

本單位完成了MES的前期建設(shè)，解決了車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)任務(wù)計(jì)劃的下達(dá)、生產(chǎn)執(zhí)行、質(zhì)量及相關(guān)問(wèn)題的反饋問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化車(chē)間奠定了重要基礎(chǔ)。隨著企業(yè)信息化在理論和實(shí)踐上的不斷深入，以系統(tǒng)集成思想為基礎(chǔ)的信息化建設(shè)體系已經(jīng)基本清晰。下一步將加強(qiáng)工藝的精細(xì)化建設(shè)，保障MES應(yīng)用的數(shù)據(jù)源；同時(shí)，積極推進(jìn)基于MES的集成技術(shù)，逐步完善系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞，盡快打造具有航天特色的數(shù)字化制造車(chē)間。