精益制造執(zhí)行系統(tǒng)（LMES）的研究與開(kāi)發(fā)

鄒強(qiáng)強(qiáng)，石宇強(qiáng)

（西南科技大學(xué) 制造科學(xué)與工程學(xué)院，綿陽(yáng) 621010）

0 引言

傳統(tǒng)的推式生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿足多品種、小批量市場(chǎng)需求，企業(yè)對(duì)市場(chǎng)反應(yīng)的遲鈍造成過(guò)多的庫(kù)存，使得企業(yè)資金大量擠壓，已經(jīng)嚴(yán)重影響企業(yè)的正常運(yùn)作。由于精益生產(chǎn)對(duì)市場(chǎng)的快速響應(yīng)以及零庫(kù)存的追求等諸多優(yōu)勢(shì)，許多企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始采用這種科學(xué)的管理理念。同時(shí)，隨著信息技術(shù)在企業(yè)生產(chǎn)中的不斷成熟，企業(yè)信息化建設(shè)已經(jīng)是實(shí)現(xiàn)企業(yè)車間高效生產(chǎn)的又一有效途徑。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）作為車間生產(chǎn)的管理信息系統(tǒng)，能夠快速有效地執(zhí)行企業(yè)層下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)。從產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)資料、產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備監(jiān)控等多個(gè)方面指導(dǎo)車間生產(chǎn)。

1 LMES總體構(gòu)架方案

1.1 LMES系統(tǒng)模型

根據(jù)AMR三層模型建立LMES的系統(tǒng)模型如圖1所示。LMES系統(tǒng)通過(guò)集成與上層ERP連接，從圖2中可以看到LMES系統(tǒng)從ERP系統(tǒng)中獲取物料，工藝路線，工作中心，生產(chǎn)訂單，序列號(hào)等信息。在這些信息中，物料信息和工藝路線數(shù)據(jù)是通過(guò)CAPP系統(tǒng)獲取的，而它們的真正數(shù)據(jù)來(lái)源是PLM系統(tǒng)和CAXA系統(tǒng)。LMES系統(tǒng)獲得的序列號(hào)是由ERP系統(tǒng)生成的，激光標(biāo)刻機(jī)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)直接獲取LMES序列號(hào)對(duì)物料進(jìn)行二維碼激光標(biāo)刻，以便LMES系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)加工過(guò)程的管控，同時(shí)LMES系統(tǒng)向上層反饋生產(chǎn)報(bào)工、質(zhì)量通知等信息；在下層LMES系統(tǒng)通過(guò)與設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)以及計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)連接，實(shí)時(shí)跟蹤設(shè)備的運(yùn)行狀況。CAXA系統(tǒng)和計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)和尺寸檢查數(shù)據(jù)的獲取，經(jīng)過(guò)LMES分析生成相關(guān)報(bào)表，并將信息傳遞給ERP系統(tǒng)。

圖1 LMES系統(tǒng)模型

1.2 LMES硬件構(gòu)架

車間設(shè)備集成網(wǎng)絡(luò)需要按照工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行搭建，并且采取工業(yè)網(wǎng)管型交換機(jī)與機(jī)整體采用二層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，檢測(cè)設(shè)備服務(wù)器與LMES服務(wù)器通過(guò)帶防火墻交換機(jī)連接，如圖3所示。車間現(xiàn)場(chǎng)需要實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，需要為車間LMES服務(wù)器分配一條專用網(wǎng)線。

圖2 LMES與周邊系統(tǒng)的關(guān)系

2 葉片生產(chǎn)車間LMES研發(fā)

2.1 車間背景概述

D公司葉片分廠主要負(fù)責(zé)加工汽輪機(jī)的葉片，屬于典型的多品種、小批量生產(chǎn)模式，生產(chǎn)品種多，工藝復(fù)雜，加工流程繁瑣。隨著車間管理的不斷提升，各部門(mén)對(duì)精益生產(chǎn)和信息化認(rèn)識(shí)的逐步深入，以及生產(chǎn)需求的不斷加大。在現(xiàn)有精益生產(chǎn)模式下，原有的生產(chǎn)系統(tǒng)已逐漸表現(xiàn)出自身的局限性，具體表現(xiàn)為：系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，數(shù)據(jù)冗長(zhǎng)，而且同一信息在多處地方儲(chǔ)存，導(dǎo)致同步更新困難等問(wèn)題。針對(duì)分廠目前存在的一系列問(wèn)題，對(duì)車間進(jìn)行LMES系統(tǒng)的研發(fā)。

2.2 LMES的功能構(gòu)架

圖3 LMES網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

圖4 葉片生產(chǎn)車間LMES功能結(jié)構(gòu)圖

葉片生產(chǎn)車間LMES系統(tǒng)是基于B/S模式，采用.NET開(kāi)發(fā)環(huán)境，Visual Studio 2008作為開(kāi)發(fā)工具，SQL Server 2008作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)完成的。葉片生產(chǎn)車間LMES系統(tǒng)有人員信息管理、看板管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)資料管理、訂單管理、生產(chǎn)追蹤，自動(dòng)化這八個(gè)子系統(tǒng)。圖4是葉片生產(chǎn)車間LMES系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖。

2.3 精益生產(chǎn)模塊

葉片生產(chǎn)車間LMES系統(tǒng)接收上層ERP下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)，而在車間生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行層則采用拉式生產(chǎn)的方式進(jìn)行生產(chǎn)。該系統(tǒng)的精益生產(chǎn)思想主要體現(xiàn)在看板管理、自動(dòng)化，數(shù)據(jù)分析等模塊。

看板管理是精益生產(chǎn)很重要的一個(gè)內(nèi)容，它是被用在工序之間、車間、或者工廠與工廠之間傳遞生產(chǎn)相關(guān)信息的重要工具。葉片生產(chǎn)車間LMES系統(tǒng)看板管理模塊主要是顯示每個(gè)機(jī)床的生產(chǎn)任務(wù)，設(shè)備的電子地圖以及設(shè)備的檢修通知等相關(guān)信息。員工每天的生產(chǎn)任務(wù)是通過(guò)車間現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)任務(wù)看板下達(dá)的，圖5為生產(chǎn)任務(wù)看板。當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)異常狀況，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)車間現(xiàn)場(chǎng)的電子地圖（如圖6所示，其中綠色代表正常運(yùn)行，黃色代表機(jī)床處待加工狀態(tài)，紅色代表機(jī)床故障）、電子郵件（圖7為電子郵件發(fā)送界面）、或者手機(jī)短信三種方式及時(shí)與相關(guān)負(fù)責(zé)人進(jìn)行溝通，快速對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況做出反應(yīng)。同時(shí)，車間現(xiàn)場(chǎng)電子看板還會(huì)顯示月季度的生產(chǎn)合格率，以此來(lái)了解車間真實(shí)的生產(chǎn)質(zhì)量情況。

圖5 生產(chǎn)任務(wù)看板

圖6 電子地圖

圖7 發(fā)送電子郵件

圖8 不合格記錄

自動(dòng)化作為精益生產(chǎn)中保證質(zhì)量、降低成本的重要手段，它要求每個(gè)操作員工都能自主的控制生產(chǎn)線的停止和重新起動(dòng)，起到對(duì)生產(chǎn)線的監(jiān)視與管理的作用。自動(dòng)化模塊主要是完成對(duì)車間設(shè)備狀態(tài)的維護(hù)、物料的不合格處理的功能。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，操作人員首先停止設(shè)備生產(chǎn)，并且需要在LMES系統(tǒng)中更改設(shè)備狀態(tài)，以便設(shè)備維修部負(fù)責(zé)人能進(jìn)行及時(shí)的處理。同時(shí)，在一批物料從上工序轉(zhuǎn)運(yùn)到下工序時(shí)，下工序操作員工需要做接收檢驗(yàn)，或者是在正常加工的過(guò)程中，以上兩種情況下出現(xiàn)不合格品時(shí)，均需要錄入不合格品信息（如圖8所示，包括工單號(hào)、建議處理方式、以及詳細(xì)說(shuō)明），以便質(zhì)檢部門(mén)能及時(shí)找出原因。

圖9 標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)查看

圖10 SOP查看

標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)是車間實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)的前提條件，數(shù)據(jù)分析模塊主要是完成產(chǎn)品各道工序加工的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的維護(hù)以及不合格品統(tǒng)計(jì)功能。標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的計(jì)算的數(shù)據(jù)是由原始數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)采集模塊提供的，通過(guò)公式計(jì)算得出各工序加工的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)（如圖9所示），標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的制定與員工每天的工作期量有著重要的關(guān)系。除此之外，操作人員還可以通過(guò)LMES系統(tǒng)查看標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)（SOP）如圖10所示；精益生產(chǎn)的又一大優(yōu)勢(shì)就是品質(zhì)管理，不合格處理是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析，主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作員工生產(chǎn)不合格品的統(tǒng)計(jì)。生成的質(zhì)量報(bào)告需要與員工的工資績(jī)效相關(guān)聯(lián)。

2.4 其他模塊

除了以上介紹的與精益生產(chǎn)有關(guān)的模塊，葉片生產(chǎn)車間LMES系統(tǒng)還具有傳統(tǒng)MES系統(tǒng)的其它功能。數(shù)據(jù)采集模塊：各工位上葉片加工信息的維護(hù)，有生產(chǎn)加工時(shí)間的記錄、工序加工關(guān)鍵尺寸的錄入、以及不合格品的錄入；生產(chǎn)資料管理：對(duì)葉片生產(chǎn)的相關(guān)信息的維護(hù)，如工藝信息、加工所需工具（如圖11所示，其中設(shè)備，人員以及工序都是相互綁定的）等；訂單管理模塊：對(duì)葉片的訂單與工單的管理，工單號(hào)與產(chǎn)品是一一對(duì)應(yīng)的；生產(chǎn)追蹤模塊：是對(duì)葉片從生產(chǎn)到入庫(kù)的全過(guò)程進(jìn)行信息的跟蹤管理如圖12所示，可以通過(guò)訂單號(hào)、工單號(hào)或者查看機(jī)床都可以了解現(xiàn)場(chǎng)的加工狀況。

3 結(jié)論

本文提出了LMES系統(tǒng)的總體構(gòu)架方案，并結(jié)合D公司葉片生產(chǎn)加工車間生產(chǎn)現(xiàn)狀研發(fā)出了LMES系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用拉式生產(chǎn)方式執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)MES單一接收主生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)不靈活的缺點(diǎn)，減少不必要的庫(kù)存浪費(fèi)。并將自動(dòng)化、看板管理、目視管理，標(biāo)準(zhǔn)化等精益生產(chǎn)思想嵌入MES系統(tǒng)當(dāng)中，進(jìn)一步提高了車間的生產(chǎn)效率。

圖11 生產(chǎn)任務(wù)看板

圖12 生產(chǎn)信息追蹤

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