由于近些年國(guó)際局勢(shì)的動(dòng)蕩，國(guó)家從安全布局和戰(zhàn)略考慮，加大了對(duì)我國(guó)軍工企業(yè)的投入，對(duì)軍工產(chǎn)品的需求越來越大，這給北京航星機(jī)器制造公司等航天軍工企業(yè)帶來了新一輪的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，急需進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)能力、提高生產(chǎn)效率、加強(qiáng)生產(chǎn)管理。根據(jù)廠領(lǐng)導(dǎo)的不斷分析、調(diào)研，提出以計(jì)算機(jī)軟件輔助生產(chǎn)管理，并實(shí)現(xiàn)與已有信息系統(tǒng)的緊密集成，建立“數(shù)字化”制造車間，從而最大限度發(fā)揮生產(chǎn)效率的方針。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)航天軍工行業(yè)的機(jī)械加工業(yè)務(wù)及企業(yè)整體信息化水平的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了該行業(yè)機(jī)械制造業(yè)務(wù)的特點(diǎn)及生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)管理的需求，論述了在企業(yè)生產(chǎn)制造過程中實(shí)施車間制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的必要性和緊迫性。根據(jù)對(duì)企業(yè)實(shí)際業(yè)務(wù)需求進(jìn)行的調(diào)研與規(guī)劃，提出了企業(yè)的機(jī)加車間MES系統(tǒng)項(xiàng)目解決方案。最后，簡(jiǎn)要地介紹北京航星機(jī)器制造公司施行MES系統(tǒng)的情況與效果。
企業(yè)業(yè)務(wù)概逑
1 企業(yè)基本情況介紹
北京航星機(jī)器制造公司機(jī)加部主要負(fù)責(zé)加工生產(chǎn)該廠獨(dú)立研發(fā)的和一些外協(xié)的機(jī)械零部件。隨著幾十年的發(fā)展，其機(jī)加部從原來幾十人的純手工作業(yè)，發(fā)展到目前近300人規(guī)模和60％自動(dòng)化設(shè)備的先進(jìn)制造基地，無論是生產(chǎn)能力和還是產(chǎn)品質(zhì)量都有大幅度提升。企業(yè)的信息化水平也一直走在行業(yè)的前列。在信息化發(fā)展過程中，企業(yè)已經(jīng)成功實(shí)施了并捷EMIS(MRPⅡ/ERP)、開目PDM，CAPP系統(tǒng)與華洋宏DNC系統(tǒng)。企業(yè)在硬件配套上也加大了投入，其機(jī)加部已實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)機(jī)床向數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)變。
2 企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)
作為國(guó)內(nèi)典型的生產(chǎn)制造企業(yè)，北京航星機(jī)器制造公司既具備某些一般制造行業(yè)的普適特點(diǎn)，也具有自身的獨(dú)特性，主要表現(xiàn)在以下5個(gè)方面：
(1)典型的多品種、小批量(或單件)的離散加工。企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品品種多達(dá)上千種，每種產(chǎn)品的批量大小不一，多的幾十件到上百件，少的幾件甚至單件。
(2)多型號(hào)并舉，研制與批產(chǎn)交叉進(jìn)行。多種型號(hào)產(chǎn)品同時(shí)生產(chǎn)，研制任務(wù)和批產(chǎn)任務(wù)并舉，特別是研制任務(wù)、設(shè)計(jì)方案變化較頻繁。與之相適應(yīng)，產(chǎn)品的制造工藝、物料需求都將隨之改變。
(3)生產(chǎn)插單現(xiàn)象普遍，導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃變更頻繁。車間生產(chǎn)存在大量“插單”，在產(chǎn)品生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)接到一些指令性任務(wù)，存在較多的緊急生產(chǎn)任務(wù)。
(4)工藝過程復(fù)雜，涉及的生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，制造難度大。由于該類企業(yè)的產(chǎn)品零部件的加工工藝復(fù)雜、精度要求高。新產(chǎn)品的制造需求與企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)能力和生產(chǎn)設(shè)備不匹配，從而造成資源配置和物流的不平衡，難以體現(xiàn)單元化生產(chǎn)的效率。
(5)產(chǎn)品質(zhì)量要求高，生產(chǎn)過程對(duì)質(zhì)量控制非常嚴(yán)格。企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量要求非常高，出廠后的合格率必須是100％。在企業(yè)生產(chǎn)過程中，對(duì)零部件每一道工序加工完成后都要進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)量問題進(jìn)行及時(shí)處理，將質(zhì)量問題控制在企業(yè)范圍內(nèi)。
項(xiàng)目需求分析與規(guī)劃
通過對(duì)企業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)需求的細(xì)致調(diào)研，歸結(jié)出企業(yè)車間生產(chǎn)過程中遇到的問題，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。
1 生產(chǎn)計(jì)劃難制定
企業(yè)計(jì)劃員制定計(jì)劃工作量大、難度大。(1)工人能力不確定性：企業(yè)為多年國(guó)企，工人素質(zhì)參差不齊；(2)實(shí)作工時(shí)不確定性：車間設(shè)備品牌種類多樣，實(shí)際生產(chǎn)中機(jī)床受到多種復(fù)雜因素影響，難以確定任務(wù)的有效加工工時(shí)；(3)任務(wù)不確定性：生產(chǎn)中“插單”普遍，下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃經(jīng)常變更，對(duì)該類離散制造企業(yè)而言，導(dǎo)致計(jì)劃調(diào)整難度大；(4)手工排產(chǎn)落后性：車間目前依靠調(diào)度員用Excel進(jìn)行計(jì)劃和調(diào)度，工作量大且調(diào)整維護(hù)困難。
2 生產(chǎn)過程難管理
從企業(yè)生產(chǎn)狀況來看，生產(chǎn)管理人員雖然知道所需完成產(chǎn)品的數(shù)量和時(shí)間，但由于整個(gè)生產(chǎn)過程不透明，需要大量計(jì)調(diào)員在現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)生產(chǎn)，甚者需車間領(lǐng)導(dǎo)親臨現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)生產(chǎn)。(1)生產(chǎn)監(jiān)控不及時(shí)：缺乏對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)的及時(shí)監(jiān)控，無法動(dòng)態(tài)掌握當(dāng)前各種資源的狀況；(2)生產(chǎn)歷史難以追溯：管理人員無法快速準(zhǔn)確定位產(chǎn)品的加工設(shè)備、任務(wù)的加工者、實(shí)際加工時(shí)間、廢品數(shù)量等生產(chǎn)管理人員所關(guān)注信息；(3)計(jì)劃跟蹤不及時(shí)：缺乏對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度的精確把握，對(duì)不同型號(hào)產(chǎn)品當(dāng)前的生產(chǎn)狀況細(xì)節(jié)信息很難準(zhǔn)確及時(shí)掌控；(4)突發(fā)因素處理不及時(shí)：生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、突發(fā)因素多，車間對(duì)突發(fā)狀況的應(yīng)變能力有限，調(diào)度人員無法及時(shí)獲取車間異常情況，很難及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理；(5)生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)分析不準(zhǔn)確：生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)非常復(fù)雜和繁重，對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可靠性要求很高，目前這部分?jǐn)?shù)據(jù)很難準(zhǔn)確獲得。
3 企業(yè)信息難集成
該企業(yè)機(jī)加部生產(chǎn)過程中接收處理的信息多、量大等原因，導(dǎo)致信息難以集成統(tǒng)一。(1)涉及信息的類型多：加工過程中涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)各種信息，信息類型多，信息量大；(2)信息的實(shí)時(shí)性要求高：車間生產(chǎn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，為了準(zhǔn)確把握現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)信息的實(shí)時(shí)性要求高；(3)設(shè)備情況復(fù)雜，需要多種數(shù)據(jù)采集方式并用：由于機(jī)床品牌種類多樣，無法通過單一的數(shù)據(jù)采集方式將車間所有設(shè)備數(shù)據(jù)采集完整，必須通過多種數(shù)據(jù)采集方式獲得設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)特色功能規(guī)期分析
1 實(shí)現(xiàn)車間資源的數(shù)字化建模
通過采用對(duì)象化的技術(shù)與方法，對(duì)機(jī)加生產(chǎn)車間現(xiàn)有的主體資源，建立一個(gè)能夠滿足企業(yè)生產(chǎn)需求的數(shù)字化資源模型，并通過關(guān)聯(lián)關(guān)系建立相應(yīng)實(shí)體對(duì)象之間的內(nèi)在聯(lián)系，更好地管理車間的人員、設(shè)備、物料及工時(shí)等信息，為后續(xù)的生產(chǎn)排產(chǎn)和生產(chǎn)任務(wù)的有效執(zhí)行作準(zhǔn)備，圖1為人員類資源的管理界面。
圖1 人員類資源的管理
2 生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)
通過導(dǎo)入MRPⅡ下達(dá)的主計(jì)劃，根據(jù)生產(chǎn)準(zhǔn)備情況拆分成車間生產(chǎn)計(jì)劃，結(jié)合車間的有限資源，通過先進(jìn)的排產(chǎn)引擎對(duì)車間生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行快速有效的排程，生成可執(zhí)行的工序級(jí)任務(wù)計(jì)劃，從而導(dǎo)出供在車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)流轉(zhuǎn)依據(jù)，車間任務(wù)流轉(zhuǎn)過程的執(zhí)行信息記錄在MES系統(tǒng)中作為下次排產(chǎn)的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)入排產(chǎn)引擎以支持企業(yè)的滾動(dòng)排產(chǎn)過程，圖2為企業(yè)車間計(jì)劃排產(chǎn)的生產(chǎn)排產(chǎn)流程。
圖2 車間計(jì)劃的生產(chǎn)排產(chǎn)流程
3 生產(chǎn)過程管理
生產(chǎn)排產(chǎn)后，生成了工序級(jí)的任務(wù)計(jì)劃，經(jīng)車間調(diào)度員派工，任務(wù)就進(jìn)入了車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)加工流轉(zhuǎn)過程。車間生產(chǎn)過程管理主要包括隨活卡管理、班組任務(wù)管理、物料轉(zhuǎn)移通告、車間生產(chǎn)監(jiān)控、車間視頻監(jiān)控、生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)度跟蹤及車間報(bào)警事件管理。隨活卡管理主要是為任務(wù)計(jì)劃在車間制造終端上流轉(zhuǎn)執(zhí)行提供信息管理，也為生產(chǎn)加工執(zhí)行信息進(jìn)行記錄提供載體，并為后續(xù)數(shù)據(jù)追溯查詢與統(tǒng)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)支持，圖3為車間用的電子隨活卡。班組任務(wù)管理主要是對(duì)隨活卡中記錄的任務(wù)計(jì)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度管理和細(xì)化執(zhí)行過程管理，主要包括車間班組長(zhǎng)分配任務(wù)給工人、工人接收任務(wù)、匯報(bào)提交任務(wù)、車間異常事件報(bào)警等操作，圖4為車間班組長(zhǎng)觸摸屏的相關(guān)操作界面。
圖3 車間電子隨活卡
圖4 車間班組長(zhǎng)觸摸屏的相關(guān)操作界面
物料轉(zhuǎn)移通告主要是為及時(shí)地了解跟蹤目前需要轉(zhuǎn)移的物料情況所提供的看板；車間生產(chǎn)監(jiān)控細(xì)分為任務(wù)執(zhí)行進(jìn)度、設(shè)備狀態(tài)與報(bào)警事件監(jiān)控，這些均以看板方式通過車間大屏幕實(shí)時(shí)地了解車間現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)進(jìn)度、設(shè)備運(yùn)行狀況及車間突發(fā)事件，及時(shí)地響應(yīng)和處理車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所發(fā)生的問題，盡最大限度地保證生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)能夠持續(xù)穩(wěn)定的推進(jìn)生產(chǎn)，從而提高車間的生產(chǎn)效率，圖5為車間計(jì)劃的生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)控界面。
圖5 車間生產(chǎn)計(jì)劃的加工進(jìn)度監(jiān)控界面
車間視頻監(jiān)控可通過監(jiān)控探頭監(jiān)控車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)工位上的實(shí)時(shí)生產(chǎn)現(xiàn)狀，也可以查看以往的生產(chǎn)視頻，追溯過往的生產(chǎn)過程信息；生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)度跟蹤是為了對(duì)一些考核的任務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控其生產(chǎn)執(zhí)行進(jìn)度，以保證其能夠按期完成；車間報(bào)警事件管理是對(duì)車間發(fā)生的各種異常事件進(jìn)行統(tǒng)一的維護(hù)和管理，可供方便的查詢和統(tǒng)計(jì)分析，為后續(xù)生產(chǎn)持續(xù)改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持。
4 車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集
生產(chǎn)車間的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控?fù)?dān)負(fù)著整個(gè)生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)所需要的生產(chǎn)狀態(tài)信息的采集與處理，在生產(chǎn)過程涉及大量的制造設(shè)備、多變的工藝因素，因而所需要采集的信息包含了復(fù)雜的環(huán)境和狀態(tài)信息。在機(jī)加車間MES系統(tǒng)中，對(duì)如下信息進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)采集或統(tǒng)計(jì)分析：設(shè)備狀態(tài)信息、生產(chǎn)進(jìn)度信息、物料信息、質(zhì)檢信息、故障信息。在MES系統(tǒng)中提供了相應(yīng)的模塊進(jìn)行相應(yīng)信息的采集與處理分析。
5 統(tǒng)計(jì)與分析
在機(jī)加車間MES系統(tǒng)中，使用報(bào)表管理模塊進(jìn)行報(bào)表定義以及統(tǒng)計(jì)分析；在報(bào)表管理模塊中，提供了報(bào)表、線型圖、餅狀圖、柱狀圖等數(shù)據(jù)的展示手段。該功能模塊的主要操作人員和角色包括：授權(quán)的車間管理人員、計(jì)調(diào)人員、統(tǒng)計(jì)人員。
實(shí)施效果和項(xiàng)目示范點(diǎn)
1 KMMES實(shí)施的效果
北京航星機(jī)器制造公司生產(chǎn)車間通過實(shí)施KMMES系統(tǒng)，建立了企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的信息化支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了車間資源數(shù)字化建模、車間計(jì)劃的優(yōu)化排產(chǎn)、車間生產(chǎn)過程無紙化作業(yè)和透明化管理、企業(yè)各應(yīng)用系統(tǒng)間的有效集成，提高企業(yè)有限資源的合理配置能力和使用效率，使企業(yè)在面臨日益復(fù)雜的生產(chǎn)制造業(yè)務(wù)的各種不同需求方面具有較大的柔性空間，提高了企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)變化的能力，幫助企業(yè)更快地研發(fā)并制造出滿足市場(chǎng)要求的各種新型產(chǎn)品；減少了企業(yè)生產(chǎn)過程中人為因素的干擾；系統(tǒng)中的各種生產(chǎn)監(jiān)控和管理手段施保證了生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行及故障的及時(shí)排除，為產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和提高、增強(qiáng)企業(yè)信譽(yù)提供了有利條件；KMMES系統(tǒng)所具有的合理規(guī)劃與調(diào)度能力，能及早預(yù)測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程或企業(yè)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題，從而減少產(chǎn)品研發(fā)和制造過程中的失誤和時(shí)間，降低產(chǎn)品生產(chǎn)管理成本。
2 KMMES項(xiàng)目示范點(diǎn)
(1)建立起適合企業(yè)信息化的總體解決方案。
北京航星機(jī)器制造公司MES信息化支撐平臺(tái)的實(shí)施，提出了“計(jì)劃—制造—執(zhí)行”的信息化平臺(tái)解決方案和實(shí)施方法，主要包括業(yè)務(wù)模型、車間資源模型、生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)、生產(chǎn)過程管理、企業(yè)一體化集成架構(gòu)、企業(yè)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析等，以及完整的實(shí)施過程規(guī)范，成為該行業(yè)制造企業(yè)信息化的整體解決方案。通過在北京航星機(jī)器制造公司的實(shí)施驗(yàn)證，對(duì)整個(gè)行業(yè)起到一定的示范作用。
(2)構(gòu)建企業(yè)“計(jì)劃—制造—執(zhí)行”一體化集成框架。北京航星機(jī)器制造公司生產(chǎn)部門以前的生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)計(jì)、工藝、設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行等信息都是分散在各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中，無法整合企業(yè)從上層到下層整個(gè)信息鏈，出現(xiàn)了所謂的“信息孤島和斷層”。實(shí)施MES系統(tǒng)后，將突破傳統(tǒng)的主要依靠人為或外部數(shù)據(jù)文件進(jìn)行不同應(yīng)用系統(tǒng)間信息傳遞與共享，通過數(shù)據(jù)中心方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的有效集成，規(guī)范數(shù)據(jù)的流通和共享，極大地減少了企業(yè)數(shù)據(jù)的冗余度和提高了企業(yè)信息的共享度。通過面向車間的制造執(zhí)行系統(tǒng)在上層計(jì)劃層與底層控制層架起一座信息的橋梁實(shí)現(xiàn)上中下3層模式的企業(yè)級(jí)集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃—制造—執(zhí)行的一體化作業(yè)，提高企業(yè)有限資源的利用效率，解決了困擾企業(yè)的高端數(shù)控設(shè)備利用率低的問題。
(3)實(shí)現(xiàn)企業(yè)車間生產(chǎn)過程有效管理。通過實(shí)施MES項(xiàng)目，建立起車間各種主體資源數(shù)字化管理模型，實(shí)現(xiàn)車間資源統(tǒng)一管理，各主體資源基本信息統(tǒng)一在MES系統(tǒng)維護(hù)；通過MES系統(tǒng)無縫集成的高效排產(chǎn)引擎實(shí)現(xiàn)以計(jì)算機(jī)為主的自動(dòng)化排產(chǎn)過程，改變了企業(yè)原有以人為主的生產(chǎn)排產(chǎn)模式，極大地降低了生產(chǎn)排產(chǎn)調(diào)整難度，提高了生產(chǎn)排產(chǎn)的靈活性，增強(qiáng)了生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度的柔性以適應(yīng)離散制造業(yè)需求；通過高效快速排產(chǎn)生成的工作任務(wù)，導(dǎo)出供MES平臺(tái)派工生成車間所用的電子隨活卡，以記錄和追蹤零部件加工執(zhí)行信息，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工作人員通過制造終端接受上級(jí)下達(dá)的工作任務(wù)計(jì)劃、匯報(bào)生產(chǎn)信息與反饋生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各種異常情況，車間管理者通過MES平臺(tái)提供多種看板實(shí)時(shí)了解和監(jiān)控車間生產(chǎn)活動(dòng)，極大地提高了企業(yè)生產(chǎn)過程的無紙化作業(yè)程度與企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的透明化監(jiān)管程度；MES平臺(tái)通過細(xì)化檢驗(yàn)人員的工作，采集檢驗(yàn)人員匯報(bào)的質(zhì)量信息，結(jié)合企業(yè)質(zhì)量管理業(yè)務(wù)流程通過工作流技術(shù)對(duì)生產(chǎn)中質(zhì)量問題進(jìn)行管理，加強(qiáng)了企業(yè)對(duì)質(zhì)量的控制與管理；系統(tǒng)提供基本報(bào)表與支持用戶自定義報(bào)表進(jìn)行對(duì)生產(chǎn)過程相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，更好地改善了生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)的可追溯性，通過統(tǒng)計(jì)分析不斷發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的內(nèi)在問題，從而持續(xù)的改進(jìn)企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。
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本文標(biāo)題：北京航星機(jī)器制造公司車間制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用案例分析
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