面向零件车间的机加制造执行系统

谢尚款 胡博 周杨 谢晨

摘要

为了解决首都航天机械有限公司零件车间生产现场生产管理手段落后等问题，构建了机加制造执行系统。根据现有问题提出了系统的设计思路，并梳理了车间生产的业务流程。通过搭建系统的底层架构并与公司现有系统的集成，实现了计划管理、准备管理、派工管理、执行管理等功能。该研究符合零件车间制造执行信息化实际需要，在其他的生产车间具有较大的推广价值。

【关键词】制造执行系统 业务流程 信息化管理

首都航天机械有限公司是中国运载火箭技术研究院最大的制造总装企业。目前公司面临产品交付周期缩短，加工时间紧、任务重、生产计划管理复杂的严峻局面，现有的生产管理体系带来了巨大的压力。公司虽然成功实施了制造资源系统、质量管理系统、工艺管理系统等项目，但却仅限于公司专项业务层，而在车间级执行层面上却是一片空白，成熟、先进的信息化手段还未渗透到生产的各个环节，使得生产现场生产管理手段落后，数控设备独立运行，信息采集和集成较为困难。

1 制造执行系统介绍

制造执行系统（MES）作为支持车间级数字化制造过程的核心模块，负责底层设备信息的反馈和处理与上层计划指令的传达和执行。弥合了企业计划层和生产车间过程控制系统之间的鸿沟，实现了制造过程的敏捷性与快速响应性，在有效提高生产运作效率和质量的同时，降低了运营成本，减少了制造资源浪费。

MES作为车间作业现场管理、监测与控制的一体化平台，是精益生产思想在信息化时代制造业现场的落地与实践。在整个制造过程中，MES连接着生产计划和车间生产数据，其对生产数据进行处理和呈现过程中的实时性是不容忽视的。特别是存在工程变更或需要实时获取车间生产情况时，如获取机床的工作状态！刀量夹具的使用情况等，就必须充分考虑数据处理和呈现过程中的实时性。提高整个MES数据处理的实时性将会显著促进智能制造系统的功能完善。

2 制造执行系统的设计思路

系统建设前期，充分调研了公司整体运作情况及零件车间的运转情况，并考虑到良好的开放性和可扩展性。系统主要用于零件车间的生产过程电子化管理。完成从计划任务到最终产品的生产过程全生命周期管理与监控，覆盖车间对任务计划、资源管理、作业执行、工艺管理、现场管控、质量追溯、数据管理等核心业务过程的闭环管理，同时通过对各厂级信息系统的有效集成，将车间级的实时数据及时传递到各相关部门和其他车间，快速引导、响应和报告车间的生产进度。系统建设主要包含以下几个思路：

2.1 精益化生产

将生产准备阶段物料、工艺管理、产能信息进行精细管理，制定客观、合理、精准的生产计划以适应车间生产过程的实际需要。

2.2 信息化管理

对车间生产过程中需要的人员、设备、工具以及合理的时间计划等资源进行合理利用，用科学、合理、高效的信息化管理方式取代传统的人工经验式的管理方式。

2.3 质量与成本管控

通过数据自动采集技术和工业条码技术实现了生产过程可视化生产，生产质量实现可追溯。加强产品质量控制，提高生产质量和生产效率，减少损耗，降低生产成本。

2.4 实时数据采集

采用工业条码技术，作为制造过程管理系统终端载体，使生产过程全程可控，实现可视化生产，生产过程中的所有信息都能够实时记录，促进生产计划的调整，防止信息人工传递时造成信息失真、冗余和虚假。

2.5 优化统计分析

自动记录下生产过程中产生的各种数据，生成报表。车间可以依据报表数据，优化生产流程，提高管控效率。

3 制造執行系统的技术方案与实施

3.1 技术方案

系统与现有各类信息管理系统集成，建立大数据挖掘机制，便于数据分析统计。系统的数据库与控制系统集成，实时采集反馈作业情况，有效指导生产。具体生产流程如图1所示。

调度员在生产计划管理系统中签收生产处下发的型号计划和月度计划，机加车间精益生产管理系统自动同步签收任务，调度组长将任务派发给调度员，调度员将任务拆分为若干子任务，之后通知生产准备。工艺人员核对模板，为每项子任务设置工艺规程和质量控制卡。调度员通过查看信息了解生产准备情况，准备完成后对工艺规程进行排产（排产主要依据时间、生产人员和设备），排产完成后下发任务。生产班组接收任务后开工，完工采用刷卡的方式进行完工汇报。

3.2 方案的实施

系统的建设分为三方面开展实施：

（1）搭建系统底层架构，开发包括计划管理（车间、工段、外协、检验计划）、资源管理（人员、设备、物料、库房、场地、编码）、工艺管理（标准管理、文档管理、优化管理）、过程管理（数据采集、执行反馈、协同制造）和成本管理（实作工时、外协工时、科技工时）五大部分功能。

（2）集成车间生产过程中的“工艺、质量、成本”等各类公司级信息系统的数据。

（3）通过数据挖掘分析，对车间生产过程中的“原材料一在制品一成品”过程数据采集和追溯，分析车间生产“进度、质量、成本、产能”等数据，支撑生产决策。

4 制造执行系统的主要特点与功能

制造执行系统通过多层级、多角度生产过程监控，实时掌控项目进度和在制状况，对生产进行预警和调整，实现有限产能车间作业排程，能灵活的调整计划适应各种情况，能直接细化生产任务到机台、人员/班组。并在线提供生产统计分析，辅助生产决策，通过工序流转卡条码化、电子化，实现生产执行与在制品跟踪和快速报工，实现产品的全过程跟踪控制;通过集成机床设备采集信息，实时监控设备状况，采集加工数据。系统借助二维码、设备集成采集生产过程质量数据，实现从原材料到半成品再到成品的批次双向追溯，借助与立体库系统集成，实现物料的线边收料和完工入库的管理与可视化管理，实现在制品转序任务管理。

制造执行系统主要包括以下几个功能模块：

计划管理：主要用于车间签收、创建车间产品、月度计划;创建及维护车间订制单，针对车间所有未完工任务进行管理，包括查询、编辑、下发、反馈等;对车间所有历史任务进行查询、分析、统计。

准备管理：主要用于任务开工前的准备工作，主要包括工艺规程与任务的匹配;加工过程中进行工序管理;质控卡与质量信息系统的同步、查询;通过系统发起领料申请到厂级业务流程平台;来料入库及物料管理;对开工前的工序进行定额准备;现场工具的管理及使用记录、统计。

派工管理：主要用于工段长根据车间调度分派的任务进行设备、人员派工;对单台设备进行排产;车间外协任务的管理。

执行管理：主要用于在生产现场刷卡报工及现场查阅工艺规程;对机床数据采集数据的管理与分析;对任务过程中的质量问题进行记录对生产过程中的工艺问题进行分类统计。

资源管理：主要用于系统与立体库的交互操作，对立体库的货位、托盘、出入库操作进行统一管理;对设备、场地、人员进行统一管理、维护;对库房的借出借入进行管理;对车间生产过程中的人、机、料、法、环进行编码及二维码的生成。

5 结语

通过制造执行系统的建设与推广，将车间内原有纸质数据全部纳入到系统内，提高数据的准确性和完整性减少各个过程中的统计、记录工作;将对质量过程记录电子化，将质控卡信息进行在线填报，實时性和准确性大大提高，并且取消纸质改动;由原来的后期工人统计变为提供实时、准确的生产过程数据，根据操作动态刷新，为管理层提供决策依据。制造执行系统可以进行推广应用，从而提高车间的信息化管理水平，为建立高效运行的数字化生产车间奠定基础，同时对数字化工厂的建设也起到示范性作用。

参考文献

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