起重機(jī)端梁生產(chǎn)車間制造執(zhí)行系統(tǒng)分析與規(guī)劃

張培++祁麗霞

【摘 要】端梁是起重機(jī)裝備制造最重要的部件，屬于大批量定制產(chǎn)品，其生產(chǎn)制造計(jì)劃復(fù)雜，制造管理要求高。論文分析了端梁生產(chǎn)制造的特點(diǎn)，并結(jié)合端梁生產(chǎn)管理中的信息需求，對(duì)端梁生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行了分析與規(guī)劃，為起重機(jī)裝備制造深化升級(jí)提供思路。

【Abstract】 End beam is the most important component of crane equipment manufacture， and belongs to the mass customization product. The manufacturing plan is complicated and the manufacturing management requirement is high. This paper analyzes the characteristics of end beam production， combined with the information demand in the production management of end beam， the design and implementation of the end beam manufacturing execution system are analyzed and planned， which provides the thinking for the further upgrading of crane equipment manufacturing

【關(guān)鍵詞】制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）；端梁生產(chǎn)；車間調(diào)度；信息化

【Keywords】 manufacturing execution system （MES）； beam production； workshop scheduling ； informatization

【中圖分類號(hào)】TH2 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）08-0040-03

1 引言

起重機(jī)端梁生產(chǎn)車間是典型的成批量的離散類制造車間。相對(duì)于面向庫(kù)存的大批量生產(chǎn)車間和多品種小批量生產(chǎn)，端梁成批生產(chǎn)車間的管理更為復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)組織在調(diào)度過(guò)程中更容易出現(xiàn)混亂的情況，生產(chǎn)過(guò)程比較難以掌握和調(diào)控，離散型產(chǎn)品的交貨期也更難以向客戶保證。

在制造信息行業(yè)，普及比較廣的是ERP系統(tǒng)，但是在實(shí)施ERP的企業(yè)中很多都沒(méi)有達(dá)到計(jì)劃的發(fā)展目標(biāo)和得到預(yù)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益。究其原因主要是由于沒(méi)有MES的支持，企業(yè)根據(jù)ERP系統(tǒng)制定了生產(chǎn)計(jì)劃，但是往往是和企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)情況及生產(chǎn)過(guò)程脫節(jié)的，因此造成ERP在執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)很多的紕漏，進(jìn)而企業(yè)不能最終按照計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)制造。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是介于企業(yè)計(jì)劃層和計(jì)劃執(zhí)行層之間的控制層系統(tǒng)。MES和計(jì)劃層ERP以及操作執(zhí)行層都有雙向的信息數(shù)據(jù)交互，通過(guò)數(shù)據(jù)的雙向交互將計(jì)劃層和執(zhí)行層聯(lián)系起來(lái)[1]。相較于ERP系統(tǒng)，MES系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)對(duì)企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化管理和強(qiáng)調(diào)收集生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并做出相應(yīng)的分析和反饋調(diào)節(jié)措施。這樣，通過(guò)MES就可以對(duì)企業(yè)生產(chǎn)制造過(guò)程進(jìn)行控制，使企業(yè)根據(jù)計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)，從而減少無(wú)效的生產(chǎn)活動(dòng)，其次也可以根據(jù)實(shí)際的計(jì)劃執(zhí)行情況來(lái)調(diào)整企業(yè)的生產(chǎn)目標(biāo)，做到企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的合理安排。

離散型生產(chǎn)車間是MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)，本文分析了其中及端梁生產(chǎn)的特點(diǎn)，分析了其制造的關(guān)鍵點(diǎn)，初步規(guī)劃形成了起重機(jī)端梁生產(chǎn)車間的結(jié)構(gòu)框架，以期為起重機(jī)裝備制造的提升提供思路。

2 起重機(jī)端梁生產(chǎn)的特點(diǎn)

端梁生產(chǎn)一般為定型產(chǎn)品，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和工藝有一定的相似度，生產(chǎn)中通常采用半模塊化的生產(chǎn)方式。半模塊化的生產(chǎn)方式使端梁成批生產(chǎn)的專業(yè)化程度和生產(chǎn)連續(xù)性都比較低，這也使端梁的生產(chǎn)不能完全采用加工流水線的方式組織制造。

端梁車間生產(chǎn)的特點(diǎn)：

①多品種，小批量生產(chǎn)。作為通用起重機(jī)械的一部分，端梁配套其他起零件，由于每種產(chǎn)品生產(chǎn)量不同，而且配套組裝成起重機(jī)根據(jù)客戶用途的不同有時(shí)會(huì)有很強(qiáng)的個(gè)性化要求。

②生產(chǎn)計(jì)劃復(fù)雜。端梁車間生產(chǎn)成品主要是以訂單為主進(jìn)行安排生產(chǎn)計(jì)劃，但是組裝端梁的標(biāo)準(zhǔn)件則是按照保證安全庫(kù)存原則生產(chǎn)?？蛻粲唵蔚碾S機(jī)性和端梁標(biāo)準(zhǔn)零部件的計(jì)劃性生產(chǎn)增大了離散型生產(chǎn)車間調(diào)度的復(fù)雜性，往往會(huì)產(chǎn)生計(jì)劃上的矛盾沖突。

③質(zhì)量要求高。通用起重機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的好壞關(guān)系到客戶使用過(guò)程中的安全生產(chǎn)問(wèn)題，涉及到使用者的生命財(cái)產(chǎn)安全。所以端梁生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量要求高，在生產(chǎn)過(guò)程中需要對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)檢信息做全面采集記錄，保證完整的端梁質(zhì)量追溯鏈。

④不確定性大。起重機(jī)市場(chǎng)環(huán)境的快速變化及客戶需求條件具有不確定性。整體的起重機(jī)產(chǎn)品大多是由客戶定制的，由于產(chǎn)品訂貨規(guī)格、數(shù)量、最終交貨期的變化，容易出現(xiàn)緊急的生產(chǎn)任務(wù)，增加端梁車間計(jì)劃執(zhí)行的困難度。

⑤端梁車間生產(chǎn)管理具有動(dòng)態(tài)性。作為典型的離散型制造，端梁的生產(chǎn)過(guò)程不確定因素太多。例如，在端梁焊接過(guò)程中，由于工人的熟練程度不同，可能會(huì)造成生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃的不確定性。并且由于生產(chǎn)過(guò)程中需要控制變量因素（人機(jī)料法環(huán)）多，車間管理人員不能及時(shí)知道生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的第一手反饋信息，無(wú)法對(duì)端梁的生產(chǎn)進(jìn)度狀況宏觀把握，因而不能隨機(jī)做出正確的調(diào)整措施。

3 端梁制造MES系統(tǒng)規(guī)劃的關(guān)鍵點(diǎn)分析

根據(jù)以上對(duì)端梁生產(chǎn)特點(diǎn)的分析，端梁制造MES系統(tǒng)在規(guī)劃時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面：

①生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題：車間的生產(chǎn)調(diào)度是車間計(jì)劃的執(zhí)行過(guò)程，是對(duì)車間日常生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)。生產(chǎn)調(diào)度需要根據(jù)車間實(shí)際生產(chǎn)能力和現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，接收車間生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)的任務(wù)信息，為計(jì)劃資源做優(yōu)化調(diào)配，制定具體加工計(jì)劃；另外需要及時(shí)處理生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的異常情況，對(duì)生產(chǎn)作業(yè)重新安排調(diào)度。車間生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題本質(zhì)上是一個(gè)存在多目標(biāo)和多優(yōu)先級(jí)約束的優(yōu)化決策問(wèn)題。這里的目標(biāo)包括：車間生產(chǎn)成本、產(chǎn)品交貨期滿意度、任務(wù)完工時(shí)間、機(jī)器設(shè)備總負(fù)荷、產(chǎn)品質(zhì)量；多約束條件則主要指產(chǎn)品工藝路線約束、加工設(shè)備約束和訂單交貨期約束等[2]。車間作業(yè)調(diào)度是車間生產(chǎn)管理的核心和難點(diǎn)，也是整個(gè)企業(yè)管理最煩瑣和最困難的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。MES系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化車間制造目標(biāo)，就必須解決如何優(yōu)化車間生產(chǎn)調(diào)度。endprint

②生產(chǎn)計(jì)劃問(wèn)題：MES通過(guò)系統(tǒng)接口從ERP系統(tǒng)中導(dǎo)入主生產(chǎn)計(jì)劃并進(jìn)行生產(chǎn)任務(wù)分解、車間零件級(jí)作業(yè)計(jì)劃的制定和下達(dá)、關(guān)鍵設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)的調(diào)度、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息采集的采集—傳遞—反饋的閉環(huán)運(yùn)行。

車間生產(chǎn)調(diào)度應(yīng)與生產(chǎn)計(jì)劃控制相輔相成，即調(diào)度結(jié)果能準(zhǔn)確符合車間的實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)的需求，合理的動(dòng)態(tài)車間生產(chǎn)調(diào)度可以做到“按訂單組織生產(chǎn)”并兼顧“按庫(kù)存組織生產(chǎn)”[3]。動(dòng)態(tài)調(diào)度是指在不可知的動(dòng)態(tài)時(shí)間出現(xiàn)的情況下，如果繼續(xù)執(zhí)行原有的計(jì)劃調(diào)度方案，可能會(huì)出現(xiàn)不合理的結(jié)果或不可能正常執(zhí)行調(diào)度時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)最新的數(shù)據(jù)信息和重新調(diào)度指令進(jìn)行新調(diào)度方案的生成操作。動(dòng)態(tài)調(diào)整原調(diào)度方案時(shí)，要做到新的調(diào)度作業(yè)與原方案對(duì)接，保證實(shí)施生產(chǎn)計(jì)劃的高效性及系統(tǒng)對(duì)外界擾動(dòng)反應(yīng)的靈敏度，把對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響降低到最低程度。對(duì)于車間在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的一些不可預(yù)見(jiàn)擾動(dòng)，例如機(jī)器故障、緊急生產(chǎn)任務(wù)的插入，打亂了原先的作業(yè)計(jì)劃和調(diào)度安排，及時(shí)根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)，對(duì)其資源進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)度，并重新對(duì)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃與仿真。

③端梁產(chǎn)品質(zhì)量管理問(wèn)題：MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)端梁生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)質(zhì)量信息反饋和質(zhì)量問(wèn)題處理，實(shí)現(xiàn)端梁質(zhì)量信息的統(tǒng)計(jì)和分析的一體化運(yùn)行。

4 端梁制造執(zhí)行系統(tǒng)的規(guī)劃與框架

根據(jù)以上分析，構(gòu)建端梁制造執(zhí)行系統(tǒng)功能模型與框架如圖1所示。制造執(zhí)行系統(tǒng)處于整個(gè)企業(yè)信息架構(gòu)的中間層，所扮演的角色對(duì)企業(yè)資源計(jì)劃管理層是執(zhí)行者，對(duì)車間生產(chǎn)控制系統(tǒng)是指揮者。在數(shù)據(jù)量上主要通過(guò)實(shí)時(shí)收集與控制端梁生產(chǎn)過(guò)程的物料、人員、設(shè)備和生產(chǎn)指令在內(nèi)的所有車間資源來(lái)提高競(jìng)爭(zhēng)力，關(guān)注端梁從生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)到成品產(chǎn)出的生產(chǎn)信息。

其基本思路是：制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）從上層ERP系統(tǒng)接收端梁的生產(chǎn)計(jì)劃，將生產(chǎn)任務(wù)經(jīng)過(guò)細(xì)化分解處理后，向下層生產(chǎn)控制系統(tǒng)發(fā)出生產(chǎn)任務(wù)指令；與此同時(shí)從下層生產(chǎn)控制系統(tǒng)接收生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)進(jìn)度、物料、質(zhì)量和設(shè)備信息等數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)時(shí)信息進(jìn)行及時(shí)的整理分析，并向上層ERP系統(tǒng)反饋計(jì)劃任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果，實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)計(jì)劃、物料、質(zhì)量、工藝技術(shù)文件和制造資源的有效管理和制造過(guò)程的監(jiān)控，從而提高生產(chǎn)制造過(guò)程的實(shí)時(shí)性、透明性和可控性。

由于制造執(zhí)行系統(tǒng)是面向車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理的信息系統(tǒng)，它的大多數(shù)操作都是以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，這些信息中，絕大多數(shù)都必須具有時(shí)效性。因而，實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息是MES整體運(yùn)行的支撐和關(guān)鍵[4，5]。信息采集主要是收集表征每種生產(chǎn)要素過(guò)程信息的各種信息指標(biāo)，通過(guò)查詢這些信息能夠了解整個(gè)的生產(chǎn)過(guò)程，甚至是還原再現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。在本端梁生產(chǎn)系統(tǒng)中，MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間信息的采集管理主要作用在兩個(gè)方面，一方面實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)指令、技術(shù)文檔、派工作業(yè)等信息的實(shí)時(shí)下達(dá)，另一方面實(shí)現(xiàn)車間現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)進(jìn)度、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)物流等信息的實(shí)時(shí)采集和反饋，這些基本信息包括人員信息、設(shè)備及工裝信息、物料信息、過(guò)程信息，同時(shí)為了更好地描述整個(gè)車間的生產(chǎn)過(guò)程，還需要采集必要的輔助信息，包括車間各種計(jì)劃調(diào)度信息、制造信息、相關(guān)的工藝信息等。信息采集為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控提供實(shí)時(shí)信息，能夠讓管理者把握整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)；為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)調(diào)度提供實(shí)依據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)異常并做出相應(yīng)的調(diào)度決策；為產(chǎn)品物料追蹤和質(zhì)量問(wèn)題分析提供生產(chǎn)過(guò)程的歷史信息，能夠再現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程來(lái)支持質(zhì)量事故時(shí)候追蹤和生產(chǎn)過(guò)程分析。

端梁生產(chǎn)車間信息實(shí)時(shí)采集在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上會(huì)存在以下難點(diǎn)：設(shè)備的自動(dòng)化水平差異大，不同設(shè)備信息采集方式不同造成采集效率低下，形成短板效應(yīng)；端梁生產(chǎn)車間的不確定因素多，信息的采集干擾比較嚴(yán)重，影響信息采集的準(zhǔn)確性和信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性；不同設(shè)備的傳輸?shù)男畔⒏袷讲煌?，在進(jìn)行MES編程實(shí)現(xiàn)時(shí)，需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備標(biāo)記和信息格式轉(zhuǎn)換才能供管理者使用。

5 結(jié)論

通過(guò)實(shí)施MES，可以將企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)連成一個(gè)整體，減少生產(chǎn)計(jì)劃和實(shí)際生產(chǎn)情況的偏差。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)制造各方面的實(shí)施信息采集，形成一個(gè)跟蹤生產(chǎn)進(jìn)度、庫(kù)存情況、工作進(jìn)度和其他與車間生產(chǎn)相關(guān)活動(dòng)的信息流，通過(guò)該信息流消除制造過(guò)程中的 “信息孤島”和 “自動(dòng)化孤島”，實(shí)現(xiàn)企業(yè)制造信息的全集成，從而使制造管理更精益化。

隨著起重機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)展，端梁生產(chǎn)上層計(jì)劃管理受市場(chǎng)影響越來(lái)越大，對(duì)時(shí)間的敏感性要求愈來(lái)愈高，企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的制定更要依賴于市場(chǎng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)執(zhí)行狀態(tài)，而不能完全以物料和庫(kù)存來(lái)控制生產(chǎn)。制造執(zhí)行系統(tǒng)解決了企業(yè)計(jì)劃層和控制層的信息斷層問(wèn)題，滿足了真正意義上的車間自動(dòng)化需求和車間保持對(duì)市場(chǎng)變化敏感度的需求，因此MES技術(shù)在端梁生產(chǎn)車間的推廣應(yīng)用可有力促進(jìn)裝備制造企業(yè)信息化的發(fā)展， 是裝備制造業(yè)值得研究的方向。

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