面向OPE管理的單元生產(chǎn)線制造執(zhí)行系統(tǒng)研究

孫浩清，宋思蒙，蔣增強

(1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 機車車輛研究所，北京 100044；2.北京交通大學 機械與電子控制工程學院，北京 100044)

競爭激烈的全球性市場對制造企業(yè)的市場快速反應能力(time,T)、產(chǎn)品的高質量(quality,Q)、低成本(cost, C)及制造過程的環(huán)境友好性(environment, E)提出了越來越高的要求[1]。對于制造企業(yè)而言，制造是集物料流、信息流和能源流的復雜過程，制造工藝技術、組織管理能力共同決定了制造過程中T、Q、C、E等制造系統(tǒng)的性能。如何借助新的技術手段并改善制造過程的管控水平，是制造企業(yè)迫切需要解決的問題。

制造過程的改善是一個發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的循序漸進的過程。傳統(tǒng)的制造過程是“黑箱式”操作，生產(chǎn)過程非“透明化”，企業(yè)資源計劃(enterprise resource planning, ERP)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution system, MES)的實施在一定程度上改善了該弊端。但由于大多數(shù)系統(tǒng)在前期設計階段，未能根據(jù)制造職能戰(zhàn)略全面設計生產(chǎn)系統(tǒng)的關鍵性能指標(key performance indicators, KPI)，導致無法通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)，形成與制造系統(tǒng)實際狀態(tài)相對應的性能指標，無法實時監(jiān)控制造生產(chǎn)運營狀況，致使不能實時有效地評價生產(chǎn)過程。

KPI是評價進展或靈活度的經(jīng)濟技術指標，也是衡量企業(yè)戰(zhàn)略實施效果的關鍵指標，可作為制造生產(chǎn)過程的基準和參考，其目的是不斷改善企業(yè)生產(chǎn)流程，增強企業(yè)核心競爭力和可持續(xù)發(fā)展動力，使企業(yè)獲得更高的效益[2]。由于離散制造企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品種類多、產(chǎn)品工藝復雜及生產(chǎn)現(xiàn)場不確定性大等因素，使得KPI的建立非常復雜。目前國內(nèi)外針對離散制造企業(yè)制造過程的KPI評價體系的研究并不多，相關研究往往是將制造車間作為達成企業(yè)戰(zhàn)略的一個部門，以結果為導向，從成本、質量、交期3個大的維度進行考核，最終形成綜合評價。姜路[3]從企業(yè)戰(zhàn)略層和車間管理層兩個維度建立離散制造車間KPI指標體系，并使用神經(jīng)網(wǎng)絡對車間的績效進行綜合評價；樂勝年[4]從離散制造車間的生產(chǎn)能力、管理能力和服務能力3個方面建立離散制造車間KPI指標體系，使用模糊層次分析法進行綜合評價。這種以結果為導向的績效指標體系可以了解一段時間內(nèi)制造系統(tǒng)的運行狀態(tài)并識別出改進方向，但是由于缺乏對制造過程各個節(jié)點實時數(shù)據(jù)的分析和采集，不利于生產(chǎn)過程的精細化管理及有針對性的分析和改善。

當前，隨著精益生產(chǎn)的廣泛應用，基于設備綜合效率(overall equipment effectiveness, OEE)和人員綜合效率(overall personnel effectiveness, OPE)的制造過程KPI評價體系成為當前研究的主要方向。OEE是一種用來衡量設備生產(chǎn)效率的綜合績效指標，通過分析機器設備的可用性、運行效率和良率計算出機器真實的運行效率[5]。OPE是OEE的一種拓展，OPE將現(xiàn)場作業(yè)人員的可用工時作為研究對象，從工時可用性、工時使用效率和生產(chǎn)合格率3個維度進行生產(chǎn)效率的綜合評價，可幫助管理者獲得作業(yè)人員的真實效率及作業(yè)中存在的工時損失。基于OEE/OPE的車間管控方法，將有效提升車間生產(chǎn)管理的透明化、及時性和有效性。

1 文獻綜述

當前，基于OEE/OPE的生產(chǎn)管控方法研究主要集中在兩個方面，即指標體系的建立和數(shù)據(jù)的采集。

在指標體系建立方面，GUPTA等[6]將OEE應用于汽車制造行業(yè)，通過計算設備的可用性、運行效率和良率得到OEE，識別出生產(chǎn)過程中的問題并提出改進方案，取得了良好的效果。MUTHIAH等[7]拓展了OEE的概念，將整個車間作為一個整體提出了綜合生產(chǎn)效率(overall throughput effectiveness,OTE)。OTE運用OEE的理念，通過計算車間內(nèi)部按照串行關系、并行關系、裝配關系和發(fā)散關系組織的設備群組的OEE，進而得出整個車間的綜合效率。沈靜超[8]針對企業(yè)生產(chǎn)實際中遇到的訂單不足和多種產(chǎn)品混線生產(chǎn)的情況，修正了OEE的計算公式，提出了相應的計算方法。

在數(shù)據(jù)采集方面，主要有人工采集和自動采集兩種方法。其中人工采集數(shù)據(jù)在即時性和準確性上都存在著較大的不足。張芬等[9]對離散制造環(huán)境內(nèi)制造執(zhí)行系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術進行了分類和總結，闡述了各種方法的優(yōu)缺點和應用范圍。HWANG等[10]結合ISO22400中定義的績效指標和ISA95中定義的MES架構，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)設備的車間OEE數(shù)據(jù)實時采集、分析系統(tǒng)，通過對生產(chǎn)現(xiàn)場業(yè)務流程分析，搭建業(yè)務流程模型，提出了OEE采集和計算系統(tǒng)的設計方案。周天宇[11]使用底層數(shù)據(jù)自動采集技術和工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)了生產(chǎn)設備數(shù)據(jù)的采集，并使用電子看板對即時OEE數(shù)據(jù)進行展示，幫助企業(yè)識別生產(chǎn)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，找出生產(chǎn)瓶頸。蔣鵬[12]研究了基于RFID技術的車間OPE采集和計算方法，并實現(xiàn)了車間OPE的可視化管理。

總之，基于OEE/OPE的生產(chǎn)管控是通過建立表征生產(chǎn)狀態(tài)的性能指標體系，并通過信息采集技術及時獲取指標相關的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，計算形成OEE/OPE指標，從而監(jiān)控生產(chǎn)過程和指導生產(chǎn)改進。

制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing executive system, MES)是面向生產(chǎn)現(xiàn)場執(zhí)行管理的信息系統(tǒng)，是連接生產(chǎn)計劃層和控制層的橋梁[13]。MES與生產(chǎn)現(xiàn)場緊密結合，可以高效地采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。如果在MES系統(tǒng)規(guī)劃時考慮OEE/OPE管控指標，并規(guī)劃相關信息采集點，將會有效提高基于OEE/OPE的管控效率。

綜上，筆者將針對某特定單元生產(chǎn)線，研究面向OPE管理的單元生產(chǎn)線制造執(zhí)行系統(tǒng)，使MES具有產(chǎn)品追溯、質量監(jiān)控等基本功能的同時，完成OPE指標體系數(shù)據(jù)的采集、處理和可視化展示，以期實現(xiàn)生產(chǎn)過程的透明化、精細化管理，促進企業(yè)生產(chǎn)過程的不斷改進。

2 問題描述和需求分析

筆者以人工裝配為主的某特定單元生產(chǎn)線為研究對象。針對客戶對質量和交期的要求，詳細分析生產(chǎn)線在運行中存在的弊端：①效率方面，當前對于單元生產(chǎn)線的管理和考核僅停留在計劃及時完成率和單位時間產(chǎn)量等生產(chǎn)結果類的指標上，生產(chǎn)指標比較粗獷，管理人員難以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的問題，也難以采取針對性的改善措施；②質量方面，目前的質量管理主要依靠人工檢查，沒有精確的質量統(tǒng)計數(shù)據(jù)(如質量損失時間等無法精確統(tǒng)計)，缺乏對生產(chǎn)過程關鍵質量數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控；③信息化方面，單元生產(chǎn)線內(nèi)產(chǎn)品譜系追溯記錄依靠人工完成，信息化程度低，容易產(chǎn)生錯誤；④管理方面，使用產(chǎn)量和及時交付率作為單元生產(chǎn)線的考核指標，對于生產(chǎn)線運行過程中出現(xiàn)的質量問題、物流問題、生產(chǎn)問題等沒有有效的記錄和分析，無法找出生產(chǎn)損失的具體原因；⑤工藝方面，產(chǎn)品的配置型號眾多，不同型號有不同的裝配方法，目前工藝主要靠員工記憶，容易產(chǎn)生錯誤，影響質量和效率。

為了改善以上問題，提高產(chǎn)品的質量及生產(chǎn)過程中增值時間的比例，提出了面向OPE管理的單元生產(chǎn)線制造執(zhí)行系統(tǒng)。

3 OPE指標體系

3.1 生產(chǎn)性能指標設計

OPE指標是一種以人員為中心，描述生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)效率的綜合指標。對于生產(chǎn)過程中的KPI數(shù)據(jù)，ISO22400從含義和計算方法上對其進行了詳盡的規(guī)定[14-15]。筆者在ISO22400的基礎上，結合生產(chǎn)實際和系統(tǒng)實際需求對指標進行了擴展，形成了最終的生產(chǎn)性能指標，如表1所示。指標總共分為6大類：計劃時間數(shù)據(jù)(Day、NOPT、POT、PDOT、PBT)、實際時間數(shù)據(jù)(AUBT、ADOT、AUPT、ADET、APT、ASUT、NPT、QLT)、生產(chǎn)數(shù)量類數(shù)據(jù)(PQ、GQ)、二級指標數(shù)據(jù)(A、E、Q)、產(chǎn)線效能類數(shù)據(jù)(LBR、LAR)、節(jié)拍類數(shù)據(jù)(CT、AVCT)。

表1 生產(chǎn)性能指標

3.2 OPE指標體系

對于單元裝配線，作業(yè)人員的有效作業(yè)時間是一種需要進行管理和監(jiān)控的生產(chǎn)資源，使用OPE的指標體系對生產(chǎn)線內(nèi)的時間進行分類匯總，有助于發(fā)現(xiàn)和識別生產(chǎn)流程中的浪費，提升生產(chǎn)線的運行效率。使用OPE作為單元線的KPI對生產(chǎn)效率進行評價，需要圍繞單元裝配線的主要制造資源(即作業(yè)人員)進行指標體系設計。結合ISO22400國際標準和企業(yè)生產(chǎn)的實際建立的OPE指標體系如圖1所示。

圖1 OPE指標體系圖

時間稼動率A是衡量產(chǎn)線總體運行狀態(tài)的重要指標，用來監(jiān)控產(chǎn)線運行過程中非計劃停機時間，以提升產(chǎn)線正常運行時間所占的比例，其表達式如式(1)所示。計劃工作時間(PBT)是生產(chǎn)計劃部門在日可用時間(Day)范圍內(nèi)減去產(chǎn)線待命時間(NOPT)和產(chǎn)線計劃停線時間(PDOT)后計劃產(chǎn)線每日工作的時間，其表達式如式(2)所示。實際工作時間(AUBT)是產(chǎn)線在計劃工作時間(PBT)去掉因缺料、產(chǎn)線故障、換線等因素造成的非計劃停線時間(ADOT)后產(chǎn)線的工作時間，其表達式如式(3)所示。

(1)

PBT=Day-NOPT-PDOT

(2)

AUBT=PBT-ADOT

(3)

性能稼動率E是衡量產(chǎn)線生產(chǎn)效率的指標，主要目標是監(jiān)控生產(chǎn)流程中出現(xiàn)的延遲和異常作業(yè)，以提升生產(chǎn)作業(yè)時間所占的比例，降低生產(chǎn)過程中的效率浪費和時間浪費。從時間層面上，性能稼動率是實際生產(chǎn)時間在實際工作時間中所占的比例，其表達式如式(4)所示。實際生產(chǎn)時間(APT)是從產(chǎn)線的實際工作時間(AUBT)中去除實際延遲時間(ADET)和實際生產(chǎn)準備時間(ASUT)后的時間，其表達式如式(5)所示。在單元產(chǎn)線內(nèi)部實際延遲時間可以定義為因工位間不平衡、作業(yè)異常等因素而造成的工時損失；實際生產(chǎn)準備時間可以理解為單元線內(nèi)作業(yè)人員在完成生產(chǎn)過程中的輔助性作業(yè)所花費的時間，如搬運、調(diào)整等。

(4)

APT=AUBT-ADET-ASUT

(5)

單元線是按照一定的生產(chǎn)節(jié)拍進行作業(yè)的產(chǎn)線，所以產(chǎn)線的性能稼動率可以使用產(chǎn)線平衡率和產(chǎn)線能率的乘積計算得到。產(chǎn)線平衡率(LBR)是用來衡量單元線各個工位作業(yè)時間均衡程度的指標，產(chǎn)線平衡率能夠評價因工位間不平衡而造成的時間損失。產(chǎn)線平衡率的計算方法是用產(chǎn)線內(nèi)的平均節(jié)拍時間(AVCT)除以節(jié)拍時間(CT)，如式(6)所示。產(chǎn)線能率(LAR)是衡量產(chǎn)線實際生產(chǎn)能力的指標，用以評價產(chǎn)線內(nèi)由于異常作業(yè)和生產(chǎn)準備而造成的生產(chǎn)時間損失，其表達式如式(7)所示。

(6)

(7)

良率Q是評價單元產(chǎn)線生產(chǎn)合格品能力的重要指標，良率從價值流的角度對企業(yè)內(nèi)部作業(yè)時間進行了分析，聚焦于能夠真正交付客戶的合格產(chǎn)品所花費的時間。從時間層面上，良率是產(chǎn)線凈生產(chǎn)時間(NPT)在實際生產(chǎn)時間(APT)中所占的比例，如式(8)所示。NPT是指在實際生產(chǎn)時間(APT)中去掉質量損失時間(QLT)，如式(9)所示。QLT具體表現(xiàn)為因質量問題造成的產(chǎn)品下線時間損失、異常處置損失、產(chǎn)品下線后的工位空閑損失、已完成工序的工時的損失以及生產(chǎn)速度降低損失等。

(8)

NPT=APT-QLT

(9)

OPE是評價單元產(chǎn)線生產(chǎn)過程的綜合績效指標，從時間層面上分析，OPE指標是單元產(chǎn)線凈生產(chǎn)時間(NPT)在產(chǎn)線計劃工作時間(PBT)中所占的比例。在實際的計算中，將OPE的值拆分為時間稼動率(A)、性能稼動率(E)和良率(Q)的乘積，如式(10)所示。

(10)

在計算OPE的過程中，計算得出了時間稼動率、性能稼動率、良率、產(chǎn)線平衡率、產(chǎn)線良率等指標，則可以從可用性、效率和質量3個維度上對單元線的生產(chǎn)過程進行了評價，識別出產(chǎn)線生產(chǎn)過程中存在的問題，為進一步的改進提供了方向。

4 面向OPE管理的單元生產(chǎn)線MES系統(tǒng)架構

為了解決單元線內(nèi)存在的生產(chǎn)問題提出面向OPE的MES。從OPE指標體系展開，自下而上設計MES的四層總體架構，如圖2所示。

(1)設備層。設備層是單元線內(nèi)部裝配工位和返修工位上為完成系統(tǒng)基本功能所配備的硬件設備，包括RFID、傳感器、身份識別裝置、條碼掃描槍、PLC、安燈、擰緊槍等。設備層是制造執(zhí)行系統(tǒng)完成實時信息采集和監(jiān)控的重要前提。單元線制造執(zhí)行系統(tǒng)的硬件部署如圖3所示，可看出在單元線的5個裝配工位及一個返修工位都配有條碼掃描槍、觸控一體機、安燈按鈕和安燈；對于產(chǎn)線整體安裝有能效看板、PLC、條碼打印機和總工控機。

(2)數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的集合，主要分為計劃類數(shù)據(jù)、物料類數(shù)據(jù)、生產(chǎn)類數(shù)據(jù)、質量類數(shù)據(jù)和工藝類數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層內(nèi)的數(shù)據(jù)來源分為兩類：一是從其他數(shù)據(jù)庫中抓取，二是根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的運行狀況進行實時的動態(tài)采集。具體內(nèi)容分別為：①計劃類數(shù)據(jù)是系統(tǒng)從ERP系統(tǒng)內(nèi)讀取的生產(chǎn)訂單信息，包括生產(chǎn)數(shù)量、訂單優(yōu)先級、交付日期、訂單狀態(tài)、訂單開始時間等；②物料類數(shù)據(jù)是產(chǎn)品生產(chǎn)過程中消耗的零件種類和數(shù)量，包括產(chǎn)品的物料清單、產(chǎn)品BOM、關重件清單和供應商信息；③生產(chǎn)類數(shù)據(jù)是生產(chǎn)過程中的監(jiān)控數(shù)據(jù)，包括生產(chǎn)開始時間、生產(chǎn)結束時間、產(chǎn)線、工位、作業(yè)人員、作業(yè)時間和裝配物料配置等；④質量類數(shù)據(jù)是關于產(chǎn)品制造質量和質量異常的數(shù)據(jù)，包括關鍵質量節(jié)點數(shù)據(jù)、質量不良產(chǎn)品數(shù)據(jù)、質量不良原因、返修花費時間等；⑤工藝類數(shù)據(jù)是與產(chǎn)品裝配工藝相關的數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)品工藝路線、裝配BOM、產(chǎn)品標準作業(yè)、產(chǎn)品標準工時、產(chǎn)線工位劃分和產(chǎn)品衍生種類等。

圖2 系統(tǒng)框架

圖3 單元線硬件部署

(3)功能層。單元線制造執(zhí)行系統(tǒng)共分為6個主要功能：作業(yè)計劃管理、生產(chǎn)效率管理、質量和返修管理、績效管理、生產(chǎn)譜系追溯和在線作業(yè)指導。具體內(nèi)容分別為：①作業(yè)計劃管理是對產(chǎn)線制造資源進行總體的管控，主要功能為工單管理、作業(yè)計劃管理、插單和工單狀態(tài)跟蹤；②生產(chǎn)效率管理是對生產(chǎn)過程的監(jiān)控，主要完成產(chǎn)線平衡率、能率的計算以及產(chǎn)線內(nèi)非計劃停機時間和作業(yè)異常的統(tǒng)計；③質量和返修管理是監(jiān)控質量異常情況下維修恢復行為的，主要完成質量異常原因的統(tǒng)計和修復異常事件；④績效管理是對產(chǎn)線整體的OPE和產(chǎn)線內(nèi)各工位進行績效的統(tǒng)計和評價；⑤生產(chǎn)譜系追溯主要是完成對訂單、返修、產(chǎn)品和關重件的追溯；⑥在線作業(yè)指導是對裝配過程進行指導，提升產(chǎn)線柔性，降低裝配過程中出錯的概率。

(4)OPE層。OPE層是在上述3層數(shù)據(jù)采集、處理和業(yè)務邏輯執(zhí)行的基礎上，通過計算OPE的各項指標，并通過可視化的方式進行展示和主動推送。生產(chǎn)管理者通過圖形化OPE信息及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的異常變動，并根據(jù)OPE的表征信息，挖掘導致異常的真實原因，從而指導生產(chǎn)管理人員持續(xù)不斷地改進生產(chǎn)過程。

5 系統(tǒng)功能設計

MES的功能設計一般圍繞制造執(zhí)行系統(tǒng)國際聯(lián)合會(manufacturing execution system association international, MESA)提出的功能框架展開，包括資源配置和狀態(tài)、運作/詳細調(diào)度、分派生產(chǎn)單元、 文檔管理、數(shù)據(jù)采集/獲取、勞動力管理、質量管理、過程管理、維護管理、產(chǎn)品跟蹤和譜系、績效分析11個功能模塊。面向OPE單元生產(chǎn)線MES的目標是在保證產(chǎn)品質量的同時對生產(chǎn)過程中的事件進行記錄、統(tǒng)計和匯總，進而為產(chǎn)線的不斷改善提供數(shù)據(jù)支持，提升產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和有效作業(yè)時間的比例。因此從系統(tǒng)核心功能出發(fā)，結合單元線生產(chǎn)的實際需求設計系統(tǒng)功能，主要包括作業(yè)計劃管理、生產(chǎn)效率管理、質量和返修管理、OPE管理等。該系統(tǒng)的業(yè)務流程如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)的業(yè)務流程

(1)作業(yè)計劃管理。從上層企業(yè)信息，系統(tǒng)中讀取訂單信息，將訂單根據(jù)優(yōu)先級進行排序，結合產(chǎn)線的計劃停線時間、產(chǎn)線狀態(tài)(如產(chǎn)線是否處于正常狀態(tài)、在時間段內(nèi)是否被占用等)和作業(yè)人員的信息(如工作技能、排班情況等)得出產(chǎn)線的計劃運行時間，制定出單元線的作業(yè)計劃并生成派工單。

(2)生產(chǎn)效率管理。結合產(chǎn)品的工藝工時信息和工單信息，采集產(chǎn)線的非計劃停線時間數(shù)據(jù)、每個工位實際作業(yè)時間、在生產(chǎn)中使用的制造資源數(shù)據(jù)及生產(chǎn)中異常作業(yè)記錄等關于生產(chǎn)過程效率類的信息，最終生成時間稼動率、性能稼動率和產(chǎn)線生產(chǎn)效率報告(包括非計劃停線時間和次數(shù)、每個工位實際作業(yè)時間、產(chǎn)線實際生產(chǎn)節(jié)拍、異常作業(yè)的出現(xiàn)次數(shù)及其耗時等)。

(3)質量和返修管理。結合產(chǎn)品BOM和工單信息完成對產(chǎn)品質量的監(jiān)控及出現(xiàn)質量問題后的返修管理。在質量監(jiān)控方面，結合產(chǎn)品BOM和工單信息完成生產(chǎn)過程中規(guī)定的關鍵質量數(shù)據(jù)的采集；在返修管理方面，采集質量不良原因(裝配不當、來料不良等)、質量異常產(chǎn)品的身份信息(包括產(chǎn)品編號、配置信息等)，并且記錄下作業(yè)人員處理質量異?；ㄙM的返修時間。質量和返修管理模塊最終輸出產(chǎn)品質量跟蹤數(shù)據(jù)(關鍵工藝過程、關鍵質量參數(shù)等)、質量異常分析報告(對出現(xiàn)質量問題的原因進行分類匯總)、質量異常返修時間匯總(對于每個訂單內(nèi)的每臺質量不良產(chǎn)品返修并最終完成裝配時間的統(tǒng)計)并計算出良率。

(4)OPE管理。主要完成對二級指標的計算和匯總，從不同的維度(如工單、時間段、產(chǎn)品類型等)計算產(chǎn)線的OPE，最終實現(xiàn)產(chǎn)線綜合效率績效指標評價。

6 系統(tǒng)實現(xiàn)

基于上述研究成果，開發(fā)完成了某高鐵電器控制器的單元生產(chǎn)系統(tǒng)，如圖5所示。其中圖的右邊為系統(tǒng)的生產(chǎn)環(huán)境和硬件設備。由于生產(chǎn)產(chǎn)品多，且批量波動大，故采用適合精益柔性生產(chǎn)的單元生產(chǎn)系統(tǒng)。為了實現(xiàn)生產(chǎn)過程中各類信息的獲取，硬件設備部署了條碼掃描槍、觸控一體機、安燈按鈕、安燈、能效看板、PLC、條碼打印機和總工控機等硬件設備。

圖的左邊為系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)，主要包括3層：①系統(tǒng)組態(tài)與計劃管理層，該層軟件一方面實現(xiàn)生產(chǎn)過程各要素(包括產(chǎn)品、工藝、設備、人員等)的組態(tài)設置，構建硬件資源和虛擬信息的映射關系；另一方面實現(xiàn)生產(chǎn)計劃制定、生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)化及生產(chǎn)計劃的跟蹤。②作業(yè)指導與信息采集層，該層將系統(tǒng)組態(tài)和計劃管理層的組態(tài)信息與硬件設備層緊密結合，完成生產(chǎn)產(chǎn)品、生產(chǎn)資源的識別，并在信息采集的基礎上，結合生產(chǎn)計劃，實現(xiàn)作業(yè)指導和信息采集。③OPE計算與可視化展示層，該層在作業(yè)指導和信息采集層各類信息采集的基礎上，計算OPE的各類指標，并通過可視化的展現(xiàn)形式和主動推送機制，將OPE的信息傳遞給現(xiàn)場管理人員，從而指導管理人員持續(xù)改善生產(chǎn)現(xiàn)場。

該系統(tǒng)將以人員為中心，對計劃時間數(shù)據(jù)、實際時間數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)量類數(shù)據(jù)、產(chǎn)線效能類數(shù)據(jù)、節(jié)拍類數(shù)據(jù)等進行采集，并計算形成時間稼動率、性能稼動率、良率等關鍵性能指標，通過上述指標管理人員便可以逐層分析找到車間浪費問題的根源。

圖5 系統(tǒng)展示

7 結論

由于當前離散制造環(huán)境下以結果為導向的車間績效評價和過程監(jiān)控方法不利于企業(yè)的精細化管理，難以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)存在的問題。為此，筆者通過建立目標生產(chǎn)系統(tǒng)的OPE指標體系，設計了面向OPE的單元生產(chǎn)線制造執(zhí)行系統(tǒng)總體架構和功能模塊，實現(xiàn)MES開發(fā)。該系統(tǒng)的實施結果表明，面向OPE的單元生產(chǎn)線制造執(zhí)行系統(tǒng)，不但能夠有效提升生產(chǎn)過程的透明化和高效化，而且可以為生產(chǎn)系統(tǒng)的問題診斷和不斷改善提供指導。