面向零件車間的機加制造執(zhí)行系統(tǒng)

謝尚款 胡博 周楊 謝晨

摘要

為了解決首都航天機械有限公司零件車間生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)管理手段落后等問題，構(gòu)建了機加制造執(zhí)行系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)有問題提出了系統(tǒng)的設(shè)計思路，并梳理了車間生產(chǎn)的業(yè)務(wù)流程。通過搭建系統(tǒng)的底層架構(gòu)并與公司現(xiàn)有系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)了計劃管理、準(zhǔn)備管理、派工管理、執(zhí)行管理等功能。該研究符合零件車間制造執(zhí)行信息化實際需要，在其他的生產(chǎn)車間具有較大的推廣價值。

【關(guān)鍵詞】制造執(zhí)行系統(tǒng) 業(yè)務(wù)流程 信息化管理

首都航天機械有限公司是中國運載火箭技術(shù)研究院最大的制造總裝企業(yè)。目前公司面臨產(chǎn)品交付周期縮短，加工時間緊、任務(wù)重、生產(chǎn)計劃管理復(fù)雜的嚴(yán)峻局面，現(xiàn)有的生產(chǎn)管理體系帶來了巨大的壓力。公司雖然成功實施了制造資源系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、工藝管理系統(tǒng)等項目，但卻僅限于公司專項業(yè)務(wù)層，而在車間級執(zhí)行層面上卻是一片空白，成熟、先進的信息化手段還未滲透到生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，使得生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)管理手段落后，數(shù)控設(shè)備獨立運行，信息采集和集成較為困難。

1 制造執(zhí)行系統(tǒng)介紹

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）作為支持車間級數(shù)字化制造過程的核心模塊，負(fù)責(zé)底層設(shè)備信息的反饋和處理與上層計劃指令的傳達和執(zhí)行。彌合了企業(yè)計劃層和生產(chǎn)車間過程控制系統(tǒng)之間的鴻溝，實現(xiàn)了制造過程的敏捷性與快速響應(yīng)性，在有效提高生產(chǎn)運作效率和質(zhì)量的同時，降低了運營成本，減少了制造資源浪費。

MES作為車間作業(yè)現(xiàn)場管理、監(jiān)測與控制的一體化平臺，是精益生產(chǎn)思想在信息化時代制造業(yè)現(xiàn)場的落地與實踐。在整個制造過程中，MES連接著生產(chǎn)計劃和車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)，其對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行處理和呈現(xiàn)過程中的實時性是不容忽視的。特別是存在工程變更或需要實時獲取車間生產(chǎn)情況時，如獲取機床的工作狀態(tài)！刀量夾具的使用情況等，就必須充分考慮數(shù)據(jù)處理和呈現(xiàn)過程中的實時性。提高整個MES數(shù)據(jù)處理的實時性將會顯著促進智能制造系統(tǒng)的功能完善。

2 制造執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計思路

系統(tǒng)建設(shè)前期，充分調(diào)研了公司整體運作情況及零件車間的運轉(zhuǎn)情況，并考慮到良好的開放性和可擴展性。系統(tǒng)主要用于零件車間的生產(chǎn)過程電子化管理。完成從計劃任務(wù)到最終產(chǎn)品的生產(chǎn)過程全生命周期管理與監(jiān)控，覆蓋車間對任務(wù)計劃、資源管理、作業(yè)執(zhí)行、工藝管理、現(xiàn)場管控、質(zhì)量追溯、數(shù)據(jù)管理等核心業(yè)務(wù)過程的閉環(huán)管理，同時通過對各廠級信息系統(tǒng)的有效集成，將車間級的實時數(shù)據(jù)及時傳遞到各相關(guān)部門和其他車間，快速引導(dǎo)、響應(yīng)和報告車間的生產(chǎn)進度。系統(tǒng)建設(shè)主要包含以下幾個思路：

2.1 精益化生產(chǎn)

將生產(chǎn)準(zhǔn)備階段物料、工藝管理、產(chǎn)能信息進行精細(xì)管理，制定客觀、合理、精準(zhǔn)的生產(chǎn)計劃以適應(yīng)車間生產(chǎn)過程的實際需要。

2.2 信息化管理

對車間生產(chǎn)過程中需要的人員、設(shè)備、工具以及合理的時間計劃等資源進行合理利用，用科學(xué)、合理、高效的信息化管理方式取代傳統(tǒng)的人工經(jīng)驗式的管理方式。

2.3 質(zhì)量與成本管控

通過數(shù)據(jù)自動采集技術(shù)和工業(yè)條碼技術(shù)實現(xiàn)了生產(chǎn)過程可視化生產(chǎn)，生產(chǎn)質(zhì)量實現(xiàn)可追溯。加強產(chǎn)品質(zhì)量控制，提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，減少損耗，降低生產(chǎn)成本。

2.4 實時數(shù)據(jù)采集

采用工業(yè)條碼技術(shù)，作為制造過程管理系統(tǒng)終端載體，使生產(chǎn)過程全程可控，實現(xiàn)可視化生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中的所有信息都能夠?qū)崟r記錄，促進生產(chǎn)計劃的調(diào)整，防止信息人工傳遞時造成信息失真、冗余和虛假。

2.5 優(yōu)化統(tǒng)計分析

自動記錄下生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，生成報表。車間可以依據(jù)報表數(shù)據(jù)，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高管控效率。

3 制造執(zhí)行系統(tǒng)的技術(shù)方案與實施

3.1 技術(shù)方案

系統(tǒng)與現(xiàn)有各類信息管理系統(tǒng)集成，建立大數(shù)據(jù)挖掘機制，便于數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫與控制系統(tǒng)集成，實時采集反饋作業(yè)情況，有效指導(dǎo)生產(chǎn)。具體生產(chǎn)流程如圖1所示。

調(diào)度員在生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)中簽收生產(chǎn)處下發(fā)的型號計劃和月度計劃，機加車間精益生產(chǎn)管理系統(tǒng)自動同步簽收任務(wù)，調(diào)度組長將任務(wù)派發(fā)給調(diào)度員，調(diào)度員將任務(wù)拆分為若干子任務(wù)，之后通知生產(chǎn)準(zhǔn)備。工藝人員核對模板，為每項子任務(wù)設(shè)置工藝規(guī)程和質(zhì)量控制卡。調(diào)度員通過查看信息了解生產(chǎn)準(zhǔn)備情況，準(zhǔn)備完成后對工藝規(guī)程進行排產(chǎn)（排產(chǎn)主要依據(jù)時間、生產(chǎn)人員和設(shè)備），排產(chǎn)完成后下發(fā)任務(wù)。生產(chǎn)班組接收任務(wù)后開工，完工采用刷卡的方式進行完工匯報。

3.2 方案的實施

系統(tǒng)的建設(shè)分為三方面開展實施：

（1）搭建系統(tǒng)底層架構(gòu)，開發(fā)包括計劃管理（車間、工段、外協(xié)、檢驗計劃）、資源管理（人員、設(shè)備、物料、庫房、場地、編碼）、工藝管理（標(biāo)準(zhǔn)管理、文檔管理、優(yōu)化管理）、過程管理（數(shù)據(jù)采集、執(zhí)行反饋、協(xié)同制造）和成本管理（實作工時、外協(xié)工時、科技工時）五大部分功能。

（2）集成車間生產(chǎn)過程中的“工藝、質(zhì)量、成本”等各類公司級信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

（3）通過數(shù)據(jù)挖掘分析，對車間生產(chǎn)過程中的“原材料一在制品一成品”過程數(shù)據(jù)采集和追溯，分析車間生產(chǎn)“進度、質(zhì)量、成本、產(chǎn)能”等數(shù)據(jù)，支撐生產(chǎn)決策。

4 制造執(zhí)行系統(tǒng)的主要特點與功能

制造執(zhí)行系統(tǒng)通過多層級、多角度生產(chǎn)過程監(jiān)控，實時掌控項目進度和在制狀況，對生產(chǎn)進行預(yù)警和調(diào)整，實現(xiàn)有限產(chǎn)能車間作業(yè)排程，能靈活的調(diào)整計劃適應(yīng)各種情況，能直接細(xì)化生產(chǎn)任務(wù)到機臺、人員/班組。并在線提供生產(chǎn)統(tǒng)計分析，輔助生產(chǎn)決策，通過工序流轉(zhuǎn)卡條碼化、電子化，實現(xiàn)生產(chǎn)執(zhí)行與在制品跟蹤和快速報工，實現(xiàn)產(chǎn)品的全過程跟蹤控制;通過集成機床設(shè)備采集信息，實時監(jiān)控設(shè)備狀況，采集加工數(shù)據(jù)。系統(tǒng)借助二維碼、設(shè)備集成采集生產(chǎn)過程質(zhì)量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)從原材料到半成品再到成品的批次雙向追溯，借助與立體庫系統(tǒng)集成，實現(xiàn)物料的線邊收料和完工入庫的管理與可視化管理，實現(xiàn)在制品轉(zhuǎn)序任務(wù)管理。

制造執(zhí)行系統(tǒng)主要包括以下幾個功能模塊：

計劃管理：主要用于車間簽收、創(chuàng)建車間產(chǎn)品、月度計劃;創(chuàng)建及維護車間訂制單，針對車間所有未完工任務(wù)進行管理，包括查詢、編輯、下發(fā)、反饋等;對車間所有歷史任務(wù)進行查詢、分析、統(tǒng)計。

準(zhǔn)備管理：主要用于任務(wù)開工前的準(zhǔn)備工作，主要包括工藝規(guī)程與任務(wù)的匹配;加工過程中進行工序管理;質(zhì)控卡與質(zhì)量信息系統(tǒng)的同步、查詢;通過系統(tǒng)發(fā)起領(lǐng)料申請到廠級業(yè)務(wù)流程平臺;來料入庫及物料管理;對開工前的工序進行定額準(zhǔn)備;現(xiàn)場工具的管理及使用記錄、統(tǒng)計。

派工管理：主要用于工段長根據(jù)車間調(diào)度分派的任務(wù)進行設(shè)備、人員派工;對單臺設(shè)備進行排產(chǎn);車間外協(xié)任務(wù)的管理。

執(zhí)行管理：主要用于在生產(chǎn)現(xiàn)場刷卡報工及現(xiàn)場查閱工藝規(guī)程;對機床數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)的管理與分析;對任務(wù)過程中的質(zhì)量問題進行記錄對生產(chǎn)過程中的工藝問題進行分類統(tǒng)計。

資源管理：主要用于系統(tǒng)與立體庫的交互操作，對立體庫的貨位、托盤、出入庫操作進行統(tǒng)一管理;對設(shè)備、場地、人員進行統(tǒng)一管理、維護;對庫房的借出借入進行管理;對車間生產(chǎn)過程中的人、機、料、法、環(huán)進行編碼及二維碼的生成。

5 結(jié)語

通過制造執(zhí)行系統(tǒng)的建設(shè)與推廣，將車間內(nèi)原有紙質(zhì)數(shù)據(jù)全部納入到系統(tǒng)內(nèi)，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性減少各個過程中的統(tǒng)計、記錄工作;將對質(zhì)量過程記錄電子化，將質(zhì)控卡信息進行在線填報，實時性和準(zhǔn)確性大大提高，并且取消紙質(zhì)改動;由原來的后期工人統(tǒng)計變?yōu)樘峁崟r、準(zhǔn)確的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，根據(jù)操作動態(tài)刷新，為管理層提供決策依據(jù)。制造執(zhí)行系統(tǒng)可以進行推廣應(yīng)用，從而提高車間的信息化管理水平，為建立高效運行的數(shù)字化生產(chǎn)車間奠定基礎(chǔ)，同時對數(shù)字化工廠的建設(shè)也起到示范性作用。

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