科研生產(chǎn)任務(wù)過程監(jiān)控的研究與實踐

鄧琦、牛四東、李凌云、劉亞東、徐敏霞 /北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所

目前，北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所科研生產(chǎn)研制任務(wù)呈現(xiàn)任務(wù)量大、質(zhì)量要求高、研制周期短等特點(diǎn)，對科研生產(chǎn)任務(wù)的合理調(diào)度提出了更高的要求。隨著應(yīng)用增多，數(shù)據(jù)量越來越大，對數(shù)據(jù)應(yīng)用的難度也在不斷增加，對數(shù)據(jù)的深度挖掘和利用方面的功能還不夠完善。采取多層面關(guān)聯(lián)機(jī)制，通過對多層面數(shù)據(jù)的匯總和分析，提升科研生產(chǎn)管理水平，對型號的保成功、保交付具有戰(zhàn)略價值。

通過對研究所當(dāng)前科研生產(chǎn)計劃調(diào)度需求的了解，經(jīng)分析、總結(jié)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前工作存在大數(shù)據(jù)環(huán)境下的調(diào)度業(yè)務(wù)部門的統(tǒng)計、分析工作難度加大；平臺中生產(chǎn)過程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)較為分散，生產(chǎn)調(diào)度無法直觀、系統(tǒng)地獲取短線或難點(diǎn)的預(yù)警信息，導(dǎo)致無法及時根據(jù)實際生產(chǎn)情況進(jìn)行策略的調(diào)整和優(yōu)化等2 個方面問題。

原有的人工手動匯總、統(tǒng)計報表已無法滿足實際科研生產(chǎn)需求，且無法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。結(jié)合實際生產(chǎn)調(diào)度需求，筆者研究電子調(diào)度室模塊實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)分類匯總分析，為生產(chǎn)調(diào)度提供有效且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

一、工作與實踐

1.電子調(diào)度室研究

一是需求分析。研究所自主研發(fā)的航天伺服產(chǎn)研通信息平臺項目于2007 年正式啟動，歷經(jīng)10 年已相繼完成了產(chǎn)品計劃、生產(chǎn)配套、庫存管理和制造執(zhí)行等多個子系統(tǒng)，基本實現(xiàn)了產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的閉環(huán)管控。通過產(chǎn)研計劃信息關(guān)聯(lián)管理模式的構(gòu)建，這幾個子系統(tǒng)實現(xiàn)了一體化、集成化運(yùn)行。

研究所建立了設(shè)計、制造一體化的事業(yè)部和內(nèi)部市場運(yùn)行機(jī)制。型號計劃調(diào)度員根據(jù)上級部門的計劃通知并結(jié)合當(dāng)前任務(wù)情況等信息下達(dá)備料和投產(chǎn)計劃。對于備料計劃，物資計劃員會根據(jù)型號計劃、工藝定額以及當(dāng)前庫存情況生成物資申購需求，提交物資管理子系統(tǒng)進(jìn)行申購，物流中心采購?fù)戤吅笈渌椭裂芯克鶅?nèi)，再通過二次配套下發(fā)至車間進(jìn)行生產(chǎn)，由部門分解到生產(chǎn)一線，零件加工完成后進(jìn)行入庫，完成計劃考核。通過計劃子系統(tǒng)下發(fā)組件裝配計劃，由產(chǎn)品配套子系統(tǒng)將裝配組件需要的產(chǎn)品和物資進(jìn)行產(chǎn)品配套出庫，組件裝配計劃由部門分解到裝配一線，將產(chǎn)品組裝完成后再通過庫存管理子系統(tǒng)進(jìn)行入庫，完成計劃考核，從而完成整個航天伺服產(chǎn)品生產(chǎn)制造實物全過程的閉環(huán)管控，各子系統(tǒng)之間的關(guān)系如圖1所示。

在產(chǎn)品生產(chǎn)制造的全過程中，為確保計劃的有效順利進(jìn)行，計劃調(diào)度部門需要對各個環(huán)節(jié)完成情況進(jìn)行了解和監(jiān)控，生產(chǎn)調(diào)度工作只有及時發(fā)現(xiàn)問題，并采取有效措施，在一些關(guān)鍵特殊的業(yè)務(wù)情況下，做出精準(zhǔn)判斷和采取準(zhǔn)確對策，才能不斷提高科研生產(chǎn)效率。例如，如何及時獲知常用物資的庫存不足，然后下達(dá)采購和備料計劃；計劃下發(fā)后如何追蹤事業(yè)部車間現(xiàn)場具體的執(zhí)行進(jìn)度和情況；以及如何快速統(tǒng)計匯總每個季度所有部門計劃的完成率等。為滿足綜合數(shù)據(jù)信息的查閱和分析，調(diào)度業(yè)務(wù)部門需要以周報、月報等高頻率的形式完成這些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的聚類、采集、分析和呈現(xiàn)。

然而，隨著產(chǎn)研通平臺功能的不斷拓展和完善，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集的橫縱坐標(biāo)都在不斷拓寬和延伸，即數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)類別都在大幅度增加，所以通過分析和凝練眾多數(shù)據(jù)為科研生產(chǎn)提供有力的數(shù)據(jù)支撐成為系統(tǒng)而復(fù)雜的工程。

調(diào)度人員所需要的結(jié)果從原始數(shù)據(jù)收集到結(jié)論的形成是一個反復(fù)迭代的過程，主要包括數(shù)據(jù)清理，從收集的數(shù)據(jù)中移除噪聲數(shù)據(jù)和不相干的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)集成，將各類數(shù)據(jù)整合成相同數(shù)據(jù)源；數(shù)據(jù)挖掘分析，利用關(guān)鍵技術(shù)來挖掘潛在的有用的數(shù)據(jù)模式；結(jié)果表示，是最后一個階段，是將關(guān)鍵的信息直觀地表示給用戶，采用可視化技術(shù)幫助用戶理解和解釋數(shù)據(jù)挖掘分析的結(jié)果這4 個步驟組成。

二是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。整個產(chǎn)品生產(chǎn)制造實物的過程復(fù)雜、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)較為分散，調(diào)度人員需要進(jìn)入不同子模塊完成查詢和分析工作，無法及時直觀、系統(tǒng)地獲取短線或難點(diǎn)的預(yù)警信息，導(dǎo)致無法及時根據(jù)實際需求和生產(chǎn)情況進(jìn)行策略的調(diào)整和優(yōu)化。針對這種現(xiàn)象，結(jié)合實際應(yīng)用需求，建立電子調(diào)度室子系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)類型及關(guān)聯(lián)關(guān)系為劃分原則，將之前系統(tǒng)中各個子模塊應(yīng)用的結(jié)果進(jìn)行跨模塊的匯總、提取和展示，以便管理人員及時查詢、監(jiān)控科研生產(chǎn)進(jìn)展情況，同時實現(xiàn)各部門的信息共享。拓展后的航天伺服產(chǎn)研通信息平臺結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

2.具體實施

一是多模塊間關(guān)聯(lián)匯總統(tǒng)計。

主界面。以直觀呈現(xiàn)為目的，劃分重點(diǎn)關(guān)注的事項和條目，在過程監(jiān)控模塊主界面以當(dāng)前季度為時間范圍實時顯示計劃下發(fā)、任務(wù)執(zhí)行、出入庫情況等科研生產(chǎn)的數(shù)據(jù)信息。將用戶日常關(guān)注的信息進(jìn)行實時投送展示，簡化查詢操作，便于直觀、系統(tǒng)地獲取短線或難點(diǎn)的關(guān)鍵信息，并及時地根據(jù)實際需求和生產(chǎn)情況進(jìn)行策略的調(diào)整和優(yōu)化。

圖2 航天伺服產(chǎn)研通信息平臺結(jié)構(gòu)圖

為滿足用戶對數(shù)據(jù)信息更詳盡的信息匯總和統(tǒng)計分析，以計劃統(tǒng)計、投入產(chǎn)出、配套統(tǒng)計等8 個類別建立查詢統(tǒng)計功能。每個類別均以型號、時間、部門、責(zé)任人等具有針對性的信息作為查詢條件，用戶可以自由組合，實現(xiàn)多維度的信息查詢統(tǒng)計，并以Excel、Word 等多類型的報表進(jìn)行導(dǎo)出。

計劃統(tǒng)計。計劃執(zhí)行中產(chǎn)品作為完成物，打通了計劃模塊與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊之間的數(shù)據(jù)共享與傳遞，在計劃與產(chǎn)品信息關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)計劃和生產(chǎn)執(zhí)行的無縫銜接，車間現(xiàn)場直接承接所級計劃的所有信息，將計劃與生產(chǎn)工序進(jìn)行關(guān)聯(lián)。計劃與工序數(shù)據(jù)表的E-R 圖如圖3 所示。

圖3 計劃和工序數(shù)據(jù)表的E-R圖

圖4 計劃信息、入庫信息、產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)表關(guān)聯(lián)圖

圖5 各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表關(guān)系圖

基于計劃、產(chǎn)品、MES 多模塊間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以計劃主鍵為主，將產(chǎn)品信息和計劃執(zhí)行信息作為附加屬性綜合進(jìn)行展示，由此，通過計劃統(tǒng)計的查詢結(jié)果，用戶可直接看到相應(yīng)的工序執(zhí)行進(jìn)度，同時支持直接點(diǎn)擊進(jìn)入MES 子系統(tǒng)查看具體進(jìn)展情況和制造執(zhí)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息。利用多層次關(guān)聯(lián)關(guān)系，完成一體化匯總，便于用戶直接、快捷地了解多模塊、多流程的數(shù)據(jù)信息，對從多角度、多方面地把握計劃信息和具體執(zhí)行情況提供有效依據(jù)。

投入產(chǎn)出。實際生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品的投入產(chǎn)出主要以計劃形式下發(fā)到部門，而產(chǎn)品的入庫情況是計劃考核的主要依據(jù)，通過計劃ID，建立入庫統(tǒng)計表與計劃表的關(guān)聯(lián)關(guān)系，此外，產(chǎn)品基礎(chǔ)信息表、完成物表、計劃表均可以通過產(chǎn)品ID 建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而實現(xiàn)計劃投入產(chǎn)出信息的匯總?cè)诤?，計劃信息、入庫信息、產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)表關(guān)聯(lián)如圖4所示。

按照多表間關(guān)聯(lián)關(guān)系，依據(jù)已有計劃信息系統(tǒng)可通過選擇時間、責(zé)任部門、型號、計劃狀態(tài)等多個屬性信息來篩選并自動生成機(jī)加投入產(chǎn)出、裝調(diào)投入產(chǎn)出和物資投入產(chǎn)出報表，采用電子文檔技術(shù)，支持自動按照模板以word 文檔形式輸出相應(yīng)的報表，以提高工作效率。此外，使用特殊顏色字體分別標(biāo)識完成與未完成的計劃信息，增加報表的可讀性，使得用戶可更加直觀的了解計劃的相關(guān)情況。

各個子系統(tǒng)間相互融合，相互集成，串聯(lián)起整個產(chǎn)品生產(chǎn)制造實物的全過程，配套統(tǒng)計、出入庫統(tǒng)計等功能均依據(jù)多模塊間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，完成各項業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的聚類、采集、分析和呈現(xiàn)。各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)表關(guān)系如圖5 所示。

二是構(gòu)建特殊計劃閉環(huán)機(jī)制。

圖6 生產(chǎn)計劃流程分析圖

傳統(tǒng)計劃閉環(huán)流程。主要以產(chǎn)品入庫作為考核依據(jù)，生產(chǎn)全過程所級計劃包括了項目從啟動到結(jié)束各個階段的主要科研生產(chǎn)活動。首先，所級生產(chǎn)計劃調(diào)度工作由科研生產(chǎn)處發(fā)起，可以分解成部門計劃；然后部門依據(jù)計劃需要完成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行配套出庫，將齊套物資配送至車間現(xiàn)場，再由車間操作人員根據(jù)該產(chǎn)品的工序流程進(jìn)行生產(chǎn)制造，產(chǎn)品完成后進(jìn)行入庫，實現(xiàn)計劃的閉環(huán)和自動考核。生產(chǎn)計劃流程分析如圖6 所示。

特殊計劃閉環(huán)流程。隨著科研生產(chǎn)任務(wù)的增多，生產(chǎn)計劃類型多樣化，以實物入庫或文檔編輯的方式不足以滿足用戶需求。以實際生產(chǎn)應(yīng)用需求為基礎(chǔ)，對產(chǎn)品交付外場和大型地面試驗的計劃進(jìn)行特殊處理。

產(chǎn)品交付外場計劃。從計劃下發(fā)到生產(chǎn)均與傳統(tǒng)計劃執(zhí)行流程相同，但由于產(chǎn)生的實物需要交付到外場，所以會出現(xiàn)先入庫再出庫的中轉(zhuǎn)操作，為了簡化整體流程，建立產(chǎn)品“空入出”的提交機(jī)制，即無實物提交。將記錄產(chǎn)品交付的具體數(shù)據(jù)信息作為產(chǎn)品出入庫依據(jù)，包括交付地點(diǎn)、用途、交付時間、接收人等，在確保庫存記錄完整的基礎(chǔ)上，減免多余流程，提高工作效率。

大型地面試驗計劃。此類計劃不產(chǎn)生實物，將試驗結(jié)果作為其考核依據(jù)。計劃完成后，由責(zé)任人提交試驗的產(chǎn)品、地點(diǎn)和最終結(jié)果等相關(guān)信息，由計劃調(diào)度人員確認(rèn)后即可完成計劃的閉環(huán)。

針對以上2 種特殊的計劃類型，電子調(diào)度室子系統(tǒng)分別進(jìn)行統(tǒng)計匯總，依據(jù)用戶輸入的篩選條件自動生成交付臺賬和試驗臺賬，有利于用戶有針對性地選擇和了解相關(guān)計劃的執(zhí)行情況與結(jié)果。

二、實踐效果及后續(xù)思路

以科研生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息化為基礎(chǔ)，電子調(diào)度室實現(xiàn)了對各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)計匯總和分析，直觀、系統(tǒng)地展示多流程、多模塊間的數(shù)據(jù)結(jié)果，利用電子化報表輸出，提高了科研生產(chǎn)效率。針對短線和難點(diǎn)進(jìn)行預(yù)警，對重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容和任務(wù)進(jìn)展情況集中實時展示。目前，該系統(tǒng)已正式上線運(yùn)行并得到了用戶的肯定，為生產(chǎn)任務(wù)合理調(diào)度提供有較強(qiáng)針對性的、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)，以進(jìn)一步實現(xiàn)科研生產(chǎn)的精細(xì)化管理。

目前，航天伺服產(chǎn)研通信息平臺利用率高，貫穿于整個產(chǎn)品生產(chǎn)的全生命周期，而電子調(diào)度室模塊進(jìn)一步實現(xiàn)了科研生產(chǎn)數(shù)據(jù)的信息化，致力于讓數(shù)據(jù)發(fā)聲，使數(shù)據(jù)的價值最大化，提高了研究所科研生產(chǎn)效率。后續(xù)，航天伺服產(chǎn)研通信息平臺還將時刻以安全保密為原則，不斷拓展完善，并朝著知識化、智能化的方向發(fā)展，為研究所綜合管控、科研生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的支撐。