葉片加工廠的MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

周海順

（中國(guó)航發(fā)航空科技股份有限公司，四川 成都 610500）

1 葉片加工廠生產(chǎn)特點(diǎn)

1.1 設(shè)備種類多，設(shè)備利用率有待提高

葉片加工廠一般含四軸數(shù)控加工中心、五軸數(shù)控加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控蠕動(dòng)磨、數(shù)控噴丸機(jī)等；檢測(cè)儀器含三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、合金檢測(cè)、渦流檢測(cè)、熒光檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、邊緣投影等。在多品種、多設(shè)備的情況下，傳統(tǒng)的人工排產(chǎn)模式，難以將設(shè)備的利用率發(fā)揮到極限。

1.2 加工工藝復(fù)雜，加工周期長(zhǎng)

在葉片加工中，葉片材料種類相對(duì)較多，含不銹鋼、鋁合金、高溫合金、單晶及等軸晶等，葉片種類型面復(fù)雜，如葉片、葉輪、葉環(huán)和葉盤等。葉片的工藝基本都包含粗加工、精加工和特種工藝的噴丸、熱處理、噴涂等以及各種檢測(cè)如測(cè)頻、NDT檢測(cè)、三坐標(biāo)檢測(cè)等。工藝復(fù)雜，使用設(shè)備多，傳統(tǒng)的人工管理模式，在沒有大數(shù)據(jù)支撐下，難于統(tǒng)計(jì)葉片的每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

2 MES系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

2.1 提高現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信息的透明度

葉片加工廠以多品種，小批量，多批次為生產(chǎn)特點(diǎn)的生產(chǎn)加工企業(yè)，如何量化生產(chǎn)能力指標(biāo)，及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信息及出現(xiàn)的各種狀況，往往會(huì)耗費(fèi)掉管理者大量的精力，仍收效甚微。MES系統(tǒng)正是通過高級(jí)計(jì)劃排程與能力評(píng)估，精確計(jì)算整個(gè)車間的生產(chǎn)加工能力，并合理安排可執(zhí)行的最優(yōu)化生產(chǎn)執(zhí)行計(jì)劃。并通過自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，及時(shí)準(zhǔn)確的收集車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)進(jìn)度、質(zhì)量信息、設(shè)備運(yùn)行狀況、人員工時(shí)等信息，從而實(shí)現(xiàn)信息透明化。

2.2 優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，提高生產(chǎn)效率

MES系統(tǒng)的實(shí)施為企業(yè)對(duì)現(xiàn)有工作流程的梳理、完善和改進(jìn)的提供了最佳契機(jī)，通過不斷發(fā)展、完善、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，從而保持企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要手段。通過對(duì)生產(chǎn)訂單執(zhí)行、質(zhì)量監(jiān)控等業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化，以及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集，為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理精細(xì)化提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，為分析提高生產(chǎn)效率提供切實(shí)有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和測(cè)算工具。

2.3 消除信息孤島，達(dá)到系統(tǒng)集成

葉片加工廠MES系統(tǒng)的建設(shè)，不能建設(shè)一個(gè)孤立的系統(tǒng)，必須要與葉片加工廠的PLM系統(tǒng)、MDC系統(tǒng)，CMM實(shí)現(xiàn)集成，達(dá)到各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相互共享、互不獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的惟一性，消除信息孤島。

3 MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 業(yè)務(wù)需求

葉片加工廠MES系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)貫穿生產(chǎn)制造的所有環(huán)節(jié)，生產(chǎn)訂單在導(dǎo)入MES系統(tǒng)后，訂單的相關(guān)信息如工序信息，工具信息，物料信息等在MES系統(tǒng)中能修改維護(hù)；在APS排產(chǎn)中可以選擇不同的策略，可以根據(jù)情況的不同選擇先到先加工，最小空閑時(shí)間優(yōu)先，順排，倒排等；通過排程可以了解詳細(xì)的物料需求和工具需求，從而根據(jù)物料需求領(lǐng)料，根據(jù)工具需求，進(jìn)行工具工裝配送；對(duì)計(jì)劃后的生產(chǎn)訂單進(jìn)行派工后，工人就可以憑派工單進(jìn)行生產(chǎn)加工，這時(shí)訂單信息中的工藝要求，技術(shù)文檔等就會(huì)相應(yīng)提示給加工對(duì)應(yīng)工序的工人，以便查看?，F(xiàn)場(chǎng)操作工在加工過程中，能在系統(tǒng)中反饋相應(yīng)的加工數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄工序加工所用的時(shí)間，期間的設(shè)備使用情況，廢品情況，工人績(jī)效工時(shí)，生產(chǎn)進(jìn)度等。

3.2 數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)

在葉片加工廠MES系統(tǒng)中主要數(shù)據(jù)流是零件實(shí)物的物流，零件的周轉(zhuǎn)是葉片加工廠MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主線，訂單的生產(chǎn)周期是系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)流導(dǎo)向。生產(chǎn)管理部門在領(lǐng)料后將生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃導(dǎo)入系統(tǒng)，生產(chǎn)主管對(duì)訂單數(shù)據(jù)和工藝物料數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)確認(rèn)無誤后，開始模擬排產(chǎn)，排產(chǎn)滿足實(shí)際訂單要求后，生產(chǎn)管理員釋放下達(dá)訂單，工段生產(chǎn)班組長(zhǎng)對(duì)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行派工。工人上班刷卡后接收任務(wù)，開始加工，結(jié)束后對(duì)加工的情況在系統(tǒng)中進(jìn)行反饋。根據(jù)加工的情況，部分訂單會(huì)出現(xiàn)分批流轉(zhuǎn)，不合格的零件經(jīng)過相關(guān)的手續(xù)可能會(huì)重新創(chuàng)建新訂單進(jìn)行返修。訂單工序加工完成后，經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)入庫(kù)，訂單以及合格的零件生命周期結(jié)束。

3.3 軟件模塊設(shè)計(jì)

基于葉片加工廠的整體業(yè)務(wù)流程，在葉片加工廠MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，共包含圖3所示模塊，生產(chǎn)計(jì)劃管理、高級(jí)計(jì)劃排程、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控、績(jī)效與分析、生產(chǎn)資源分配與狀態(tài)管理、生產(chǎn)調(diào)度與派工、設(shè)備管理、人員管理、生產(chǎn)質(zhì)量管理、產(chǎn)品跟蹤和記錄、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)功能及權(quán)限管理、系統(tǒng)集成等。

3.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

為保證MES運(yùn)行，需配置相應(yīng)的硬件環(huán)境，如服務(wù)器、現(xiàn)場(chǎng)終端、電子顯示屏等。服務(wù)器的設(shè)計(jì)共購(gòu)置三臺(tái)，其中授權(quán)服務(wù)器一臺(tái)；另兩臺(tái)服務(wù)器做MES系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，并實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的終端，選擇購(gòu)置17寸觸摸屏一體機(jī)，方便現(xiàn)場(chǎng)操作工人的及時(shí)快捷反饋生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)。

4 MES系統(tǒng)實(shí)施后的數(shù)據(jù)展示

4.1 訂單信息

4.1.1 延期訂單預(yù)警

在葉片加工廠MES系統(tǒng)中，訂單導(dǎo)入系統(tǒng)后，系統(tǒng)根據(jù)訂單的基礎(chǔ)信息（如計(jì)劃數(shù)量、工藝、設(shè)備、工具工裝、人員等），通過APS排產(chǎn)自動(dòng)計(jì)算出每個(gè)訂單的每個(gè)工序的精確加工及完成時(shí)間。通過APS計(jì)算結(jié)果，在程序設(shè)計(jì)時(shí)，將延期訂單定義為，詳細(xì)計(jì)劃結(jié)束（APS排產(chǎn)訂單的完成時(shí)間）大于初始計(jì)劃結(jié)束（訂單導(dǎo)入時(shí)規(guī)定的完成時(shí)間），每次排產(chǎn)后，生產(chǎn)管理人員都能快速跟蹤到每個(gè)訂單的未來加工情況。在訂單管理界面，生產(chǎn)管理人員可以快速找到可能延期的訂單，再根據(jù)實(shí)際交付情況和現(xiàn)場(chǎng)的加工任務(wù)進(jìn)行對(duì)訂單進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)訂單的按期交付。

4.1.2 異常訂單提醒

在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，常常因設(shè)備故障、工具工裝不全、工藝NC代碼準(zhǔn)備不及時(shí)等突發(fā)事件，使得現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)任務(wù)中斷，導(dǎo)致訂單完成時(shí)間延期。為了能夠快速將異常訂單在系統(tǒng)界面中展現(xiàn)出來，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，在數(shù)據(jù)終端設(shè)計(jì)訂單中斷按鈕，員工在發(fā)生異常情況，必須立即在終端上報(bào)中斷原因。生產(chǎn)管理人員在訂單界面，通過快速按鈕，快速找到中斷訂單，并能在系統(tǒng)中查詢終端訂單的中斷原因。

4.1.3 逾期訂單統(tǒng)計(jì)中斷訂單

葉片加工周期一般三個(gè)月，如訂單導(dǎo)入系統(tǒng)開始生產(chǎn)后，三個(gè)月該訂單未加工完成或加工完成后部分零件卻還一直處在待處理狀態(tài)的訂單稱為逾期訂單。逾期訂單的監(jiān)控，可以促進(jìn)每個(gè)訂單的及時(shí)加工以和零件的及時(shí)處理，在一定程度上能減少在制品庫(kù)存數(shù)量，為質(zhì)量生產(chǎn)提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

訂單是否能按時(shí)完成，直接影響產(chǎn)品能否正常交付，所以訂單的完成率指標(biāo)非常重要。在葉片加工廠MES系統(tǒng)中，訂單導(dǎo)入系統(tǒng)必須定義訂單的開始時(shí)間，訂單的預(yù)估完成時(shí)間。訂單開始加工后，操作者會(huì)將每個(gè)工序的實(shí)際開始、實(shí)際結(jié)束上報(bào)系統(tǒng)，訂單的最后一個(gè)工序完成時(shí)間即是訂單的實(shí)際結(jié)束時(shí)間。

訂單導(dǎo)入系統(tǒng)后，我們可以按照月份統(tǒng)計(jì)每個(gè)月需完成的訂單數(shù)，5月需完成的訂單566個(gè)；再按照實(shí)際加工的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出這些訂單是否按照預(yù)估時(shí)間完成加工，實(shí)際完成訂單268個(gè)，這樣5月的訂單完成率等于時(shí)間完成訂單數(shù)268除以需完成訂單數(shù)566，直接可以算出5月訂單完成率等于48%。

4.2 質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

4.2.1 廢品率統(tǒng)計(jì)

（1）按訂單維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。為衡量一個(gè)訂單在加工過程中的加工質(zhì)量，我們可以按照訂單維度進(jìn)行廢品率統(tǒng)計(jì)。將訂單投產(chǎn)量看著產(chǎn)品總數(shù)，訂單在完工后計(jì)算出該訂單的廢品總數(shù)，最后得出該訂單的廢品率，訂單廢品率統(tǒng)計(jì)，可以看出生產(chǎn)過程中是否有大批量的訂單存在批量報(bào)廢的情況。

（2）按零件圖號(hào)維度統(tǒng)計(jì)。衡量某個(gè)零件加工質(zhì)量，我們可以按零件維度進(jìn)行廢品率統(tǒng)計(jì)。將該零件在某段時(shí)間內(nèi)的入庫(kù)數(shù)量和報(bào)廢數(shù)量看著產(chǎn)品總數(shù)，用報(bào)廢數(shù)量除以產(chǎn)品總數(shù)即可得出該零件的廢品率。

4.2.2 廢品原因統(tǒng)計(jì)

零件在加工過程中，各種事件都會(huì)導(dǎo)致零件報(bào)廢，為更好控制事件的發(fā)生，我們可以對(duì)廢品的產(chǎn)生的原因作統(tǒng)計(jì)。在葉片加工廠MES系統(tǒng)中，我們將零件報(bào)廢的常見原因?qū)胂到y(tǒng)，零件報(bào)廢時(shí)，質(zhì)量主管需選擇零件報(bào)廢的原因。當(dāng)系統(tǒng)使用一段時(shí)間后，我們可以按照月、季、年統(tǒng)計(jì)出各種原因引起的報(bào)廢零件的數(shù)量，針對(duì)報(bào)廢數(shù)量最多的原因，我們可以制定相應(yīng)的辦法控制該原因的出現(xiàn)，進(jìn)而減少報(bào)廢。

5 結(jié)束語

制造執(zhí)行系統(tǒng)MES作為管理者的生產(chǎn)管理平臺(tái)，系統(tǒng)搭建好能正常運(yùn)行，只是完成了數(shù)字化車間的建設(shè)的第一步生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，要真正建設(shè)好數(shù)字化車間發(fā)揮MES平臺(tái)的作用，還需對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，使數(shù)據(jù)變?yōu)槲覀冇杏玫纳a(chǎn)決策信息，這樣才能使數(shù)據(jù)的作用升華，達(dá)到MES系統(tǒng)促進(jìn)提高生產(chǎn)效率的作用。

本文描述的葉片加工廠的數(shù)據(jù)展示信息，只是生產(chǎn)管理中最常見的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)展示信息，更深入的信息還需更進(jìn)一步的數(shù)據(jù)挖掘。