面向航空發(fā)動機修理MES的設計與實施

王琪

摘 要：文章以某企業(yè)航空發(fā)動機修理業(yè)務為研究對象，針對企業(yè)發(fā)動機修理過程中工作流、信息流、物流不統(tǒng)一的問題，在簡要分析MES相關(guān)理論的基礎上，針對航空發(fā)動修理工藝不固定、故障難確定、進度難控制、質(zhì)量要求高的特點，在企業(yè)信息化總體框架下，結(jié)合航空發(fā)動機修理業(yè)務流程，提出了航空發(fā)動機修理MES解決方案。在航空發(fā)動機修理業(yè)務模型的基礎上，建立了MES的功能模型。通過系統(tǒng)的實施，提高了航空發(fā)動機的修理效率、降低了修理成本，對于航空制造企業(yè)的信息化建設具有重要的指導和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機；修理；MES

中圖分類號：V263.6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）01-0081-02

Abstract： This paper takes the aero-engine repair business of a certain enterprise as the research object， aiming at the problem of the disunity of workflow， information flow and logistics in the engine repair process of an enterprise， and on the basis of brief analysis of the relevant theories of MES as well as the characteristics of the aeronautical engine repair， such as uncertainty of processes， difficulty in determining the fault， difficulty in controlling the progress， and high quality requirements. Thus， under the overall framework of enterprise information， the paper， based on the aero-engine repair business process， proposes the aero-engine repair MES solution. Based on the aero-engine repair business model， the functional model of MES is established. Through the implementation of the system， the repair efficiency of the aero-engine is improved and the repair cost is reduced， which has an important guiding and referential significance for the information construction of the aviation manufacturing enterprises.

Keywords： aeroengine； repair； MES

引言

航空發(fā)動機是高度復雜的精密動力機械裝置，有數(shù)以萬計的零部件組合在一個尺寸和重量都受到嚴格限制的機體內(nèi)，在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、高載荷下、高可靠性地長期工作。航空發(fā)動機還需要滿足性能、適用性和環(huán)境等多方面的特殊要求。研制航空發(fā)動機難，還難在科學試驗與經(jīng)驗積累上。與其說發(fā)動機是設計出來的，還不如說是試驗、試飛出來的。所以我們從各種實驗、試車中總結(jié)經(jīng)驗，從各種質(zhì)量問題中總結(jié)教訓，從每次的質(zhì)量修理中積累經(jīng)驗。并將這些經(jīng)驗和教訓完善的保存下來，因為這些是用時間、金錢、甚至是生命換回的。

隨著制造業(yè)企業(yè)信息化工作的不斷推進，ERP（Enterprise Resources Planning，企業(yè)資源計劃）、制造MES（Manufacturing Executive System，制造執(zhí)行系統(tǒng)）、辦公自動化等信息系統(tǒng)在企業(yè)的應用不斷成熟，傳統(tǒng)的管理方式正逐漸被以信息化為主要手段的現(xiàn)代管理方式所取代，航空發(fā)動機修理業(yè)務也必須適應企業(yè)管理的要求，建立信息化管理系統(tǒng)。

本企業(yè)通過MES系統(tǒng)對于航空發(fā)動機修理過程進行全程追蹤和監(jiān)控，這樣提高了企業(yè)執(zhí)行效率、降低了生產(chǎn)和管理成本。主要實現(xiàn)對于發(fā)動機技術(shù)、生產(chǎn)、修理、監(jiān)督等階段的信息化管理，提高了企業(yè)管理的信息化、自動化程度。

1 MES的定義

MESA（Manufacturing Execution System Association國際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會）的白皮書對制造執(zhí)行系統(tǒng)MES所下的定義：“制造執(zhí)行系統(tǒng)傳遞信息使得從下單到完成品間的生產(chǎn)過程能夠最佳化”。生產(chǎn)活動在進行時，MES使用及時、正確的數(shù)據(jù)，提供適當?shù)囊龑?、響應及報告。針對條件的改變立即快速反應為目的，在于減少無附加價值的活動，達到更有效的生產(chǎn)作業(yè)及流程。MES改善了設備的回收率，按時交貨率、庫存周轉(zhuǎn)率、邊際的貢獻、現(xiàn)金流量的績效。MES提供企業(yè)與供貨商之間雙向溝通所需的生產(chǎn)信息[1]平臺。

制造執(zhí)行系統(tǒng)是位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)，它是為了解決上層計劃系統(tǒng)與下層控制系統(tǒng)之間的信息通信而出現(xiàn)的。制造執(zhí)行系統(tǒng)在計劃管理層與底層控制之間架起了一條紐帶，填補了兩者之間的間隙，可以為企業(yè)及時地提供生產(chǎn)中需要的實時信息、優(yōu)化生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化資源配置的作用[2]。

2 航空發(fā)動機修理MES的總體設計

2.1 業(yè)務流程分析

航空發(fā)動機，尤其軍用發(fā)動機一般工作在大推力的極限狀態(tài)，也經(jīng)常在惡劣天氣環(huán)境下工作、高負荷環(huán)境下工作對發(fā)動機的損耗特別大。飛機飛行幾百個小時以后發(fā)動機性能會迅速下降，必須返廠大修，一般三次大修以后發(fā)動機就達到報廢級別。發(fā)動機大修流程分為：分解、故檢、修理、裝配、試車和排故等。

2.2 業(yè)務現(xiàn)狀分析

（1）修理工藝技術(shù)千變?nèi)f化。軍用航空發(fā)動機運行的操作和環(huán)境都是極為特殊的，這就造成故障具有隨機性、偶然性的特點。那么修理工藝也就隨之靈活多變。還有現(xiàn)今軍事發(fā)展迅速，發(fā)動機更新?lián)Q代速度加快，發(fā)動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨之更加復雜，新材料有不斷投入使用，種種原因造成修理過程中不斷面臨新的技術(shù)難題。（2）修理工時過長。航空發(fā)動機修理主要修理業(yè)務在修理車間進行，但一些專業(yè)零件還要到專業(yè)車間或廠家修理，一些特殊原料還要依賴國外采購，種種因素都影響了發(fā)動機修理流程。所以可以通過MES系統(tǒng)統(tǒng)計分析哪些零件屬于易損零件，是否可以考慮提前生產(chǎn)。（3）信息化應用滯后。MES相關(guān)技術(shù)在國內(nèi)的相關(guān)行業(yè)已經(jīng)快速發(fā)展，并得到普遍的應用。但是由于發(fā)動機的技術(shù)含量及內(nèi)容零件的復雜程度太高，所以信息化的開展的程度在實踐工作中一直不高，在實踐中信息傳遞基本靠各類表格傳輸，修理現(xiàn)場還存在大量字紙表格。（4）技術(shù)指導單一。在先進企業(yè)中，工藝指導方式多種多樣，其中包括圖片、音頻材料、三維模型、視頻培訓。而現(xiàn)在企業(yè)的工藝還是傳統(tǒng)的圖紙。

2.3 存在的問題

（1）工藝管理困難。實際修理現(xiàn)場中存在工藝文件版本眾多，依據(jù)不明確。而且又存在著大量的臨時技術(shù)處理單，工藝處理單的存放、使用、管理都是比較繁瑣和困難，容易產(chǎn)生錯誤和丟失。由于零件型號眾多、運行環(huán)境要求不同、修理階段不同以及用戶的特殊要求，這就造成同一型號發(fā)動機存在多個修理工藝文件、這些紙質(zhì)文件管理困難、保存復雜、查閱繁瑣、傳遞不及時。（2）生產(chǎn)進度緩慢。受廠內(nèi)零件加工能力、特殊零件國外采購時間較長、需要外廠協(xié)調(diào)加工等等諸多因素的影響，造成了修理產(chǎn)品滯留現(xiàn)場、修理工作暫停、各種信息及各種節(jié)點跟蹤困難，這些因素都影響了修理進度。（3）質(zhì)量管理效率難以提高。發(fā)動機是飛機的心臟，對于質(zhì)量一定要嚴格要求和把關(guān)。有相應的質(zhì)量管理標準和體系，實際對零件進行全程質(zhì)量跟蹤和質(zhì)量責任的追溯，并且所有零件的每道工序的數(shù)據(jù)都要求錄入系統(tǒng)。但是現(xiàn)在實際工作中還保留紙質(zhì)管理方式，一旦發(fā)生質(zhì)量問題這就需要花費大量的人力管理。

2.4 業(yè)務模型的分析與建立

通過對航空發(fā)動機修理線業(yè)務的深入分析，調(diào)研航空發(fā)動機修理各業(yè)務模塊之間的業(yè)務流程，對計劃、調(diào)度、技術(shù)、質(zhì)量、庫存、工裝、設備等各項業(yè)務進行梳理、分類、優(yōu)化，結(jié)合通用MES的基本功能建立航空發(fā)動機修理業(yè)務模型。

技術(shù)管理、質(zhì)量管理、生產(chǎn)管理、計劃調(diào)度管理是發(fā)動機修理業(yè)務的核心內(nèi)容，這幾個模塊共同管理發(fā)動機修理的工作流程、物流和信息流程。庫存管理、設備管理、工具管理屬于保障發(fā)動機正常修理的保障模塊，為核心模塊提供資源保障、設備保障、工具保障。外協(xié)采購主要是對出廠修理的零件進行管理，本企業(yè)內(nèi)其他車間或外單位零件的修理管理。成本管理主要是匯總各類零件成本數(shù)據(jù)，控制各類零件成本在安全范圍內(nèi)。

航空發(fā)動機修理MES系統(tǒng)，依據(jù)通用MES的標準模塊的基礎上，并與發(fā)動機修理業(yè)務的特點及業(yè)務模型，劃分不同管理模塊。模塊的劃分是根據(jù)車間層面編制計劃、下達指令、設備、人員等統(tǒng)一管理，達到生產(chǎn)作業(yè)合理調(diào)度和生產(chǎn)資源合理分配，最終目的是實現(xiàn)縮短修理周期、降低修理成本。

航空發(fā)動機修理業(yè)務模塊劃分為10個子系統(tǒng)：任務管理子系統(tǒng)、技術(shù)管理子系統(tǒng)、質(zhì)量管理子系統(tǒng)、計劃管理子系統(tǒng)、生產(chǎn)管理子系統(tǒng)、外協(xié)采購子系統(tǒng)、工裝管理子系統(tǒng)、設備管理子系統(tǒng)、庫存管理子系統(tǒng)、成本管理子系統(tǒng)。生產(chǎn)管理子系統(tǒng)是整個MES的核心，與其他子系統(tǒng)聯(lián)系密切。工具管理子系統(tǒng)、設備管理子系統(tǒng)、庫存管理子系統(tǒng)屬于生產(chǎn)保障系統(tǒng)，它們?yōu)樯a(chǎn)子系統(tǒng)提供支持。

計劃管理子系統(tǒng)是生產(chǎn)管理子系統(tǒng)的入口數(shù)據(jù)，生產(chǎn)管理子系統(tǒng)的節(jié)拍是按計劃的節(jié)點逐層展開的。技術(shù)管理子系統(tǒng)是生產(chǎn)管理子系統(tǒng)的基礎，生產(chǎn)管理子系統(tǒng)的生產(chǎn)任務是按技術(shù)的要求展開的。質(zhì)量管理子系統(tǒng)和成本管理子系統(tǒng)屬于目標控制系統(tǒng)，一個是對修理質(zhì)量的控制和管理，一個是對修理成本的控制和管理。

2.5 設計原則

（1）實用性：從用戶角度出發(fā)，根據(jù)用戶工作中涉及的數(shù)據(jù)進行設計，這樣避免設計的盲目性，又可滿足實際需要。（2）合理性：考慮數(shù)據(jù)庫中各表使用效率及相互之間的調(diào)用關(guān)系。（3）以生產(chǎn)行為信息為核心，為企業(yè)決策系統(tǒng)提供直接的支持。（4）具有良好的人機界面，生產(chǎn)計劃管理模塊應以中文界面為主，提供簡明易用的界面，供生產(chǎn)現(xiàn)場工作人員進行數(shù)據(jù)采集，同時提供給管理人員使用的報表界面必須能提供各種圖表和報表，用來做數(shù)據(jù)匯總和分析。

3 實施的效果

大修MES實現(xiàn)了對于復雜維修流程進行定義，實現(xiàn)了發(fā)動機從入廠到交付用戶使用全過程管理和監(jiān)控。實施MES系統(tǒng)前單臺發(fā)動機修理周期在30個工作日以上，而現(xiàn)在結(jié)合MES改進了管理流程、質(zhì)量流程、檢驗流程，目前單臺發(fā)動機維修周期下降到20個工作日。傳統(tǒng)管理方式，信息反饋不及時，對于維修過程監(jiān)控不夠，如工具、備品的庫存量等。通過實施MES一些信息及時反饋，并形成一些經(jīng)驗的信息，供管理人員參考。MES系統(tǒng)應用之前人工統(tǒng)計各類質(zhì)量數(shù)據(jù)，信息反饋不及時，可分析性差，所以造成在質(zhì)量上決策和改進都比較滯后，直接影響就是試車合格率較低，現(xiàn)在發(fā)動機修理一次試車合格率達到了95%以上。

4 結(jié)束語

MES系統(tǒng)在企業(yè)的成功實施，對于航空制造企業(yè)的信息化建設具有重大的指導和借鑒意義，如何使MES系統(tǒng)更好地在公司內(nèi)應用，如何將操作人員和管理人員的經(jīng)驗和知識固化在MES系統(tǒng)中，實現(xiàn)更高層次的人機協(xié)同操作，是接下來公司MES系統(tǒng)應用需要努力的方向。

參考文獻：

[1]張學彥，曾黃麟.MES的研究現(xiàn)狀及分析[J].數(shù)字技術(shù)應用，2009（11）：85-86.

[2]崔江波，張吉明.MES技術(shù)發(fā)展及其應用研究[J].科技廣場，2009（3）：210-213.