基于MES集成應用的航空發(fā)動機零部件在制品管控方法研究與實踐

金梅 張磊 劉闖

摘要：航空發(fā)動機企業(yè)通過制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與ERP系統(tǒng)的集成應用，建立了以零組件流水作業(yè)卡或質量控制卡為對象的在制品采集、清點及統(tǒng)計流程，保證了零組件投料、報廢、入庫及在制品數據的及時性和準確性。通過立體倉庫的應用，加強了零件實物位置、狀態(tài)的管理，實現企業(yè)所有在制品數量、狀態(tài)及位置等信息的可視化管控。

關鍵詞：在制品；流水作業(yè)卡；系統(tǒng)集成；信息采集；立體倉庫

1 引言

在制品（Work In Process，WIP ）是指從原材料、備件投入生產起，至檢驗合格入庫之前存在于企業(yè)各生產車間加工過程各個工序環(huán)節(jié)的零件或組件[1]。由于在制品在生產過程中不斷流動，工序、數量、質量狀態(tài)和場所等狀態(tài)都在變化，因此，在制品管控工作量大，實效性強。航空發(fā)動機制造過程是典型的多品種、小批量、配套關系復雜、混線和離散型生產模式，生產車間零件種類在300～3 000種，由于存在同類零件批次多，狀態(tài)多，工序內、外中轉頻繁等因素，手工完成在制品管理工作，其效率和質量根本無法保證，在制品俗稱“黑匣子”。

制造企業(yè)的核心問題是生產，生產的核心問題是在制品管理[2]。由于準確的在制品信息是企業(yè)生產能力平衡以及進行生產調度的前提條件，因此在制品管理成為現代制造企業(yè)管理的重點[3]，其準確性被企業(yè)各級部門高度關注。

2 在制品管控方法研究

為了改變在制品的“黑匣子”狀態(tài)，實現航空發(fā)動機生產車間在制品顯性化管理，企業(yè)大部分生產車間已經應用了制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。由于在制品管理及實時清點業(yè)務可有效拉動生產車間物流管理的規(guī)范化和顯性化，成為制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的核心功能。在制品實時信息是在制品管理的核心數據，要求具有很高的及時性和準確性[4]。

航空發(fā)動機企業(yè)零組件的信息載體是流水作業(yè)卡，裝配、修理車間零組件的信息載體是質量控制卡，因此，MES的在制品管控功能圍繞流水作業(yè)卡或質量控制卡信息的及時、準確維護及實時統(tǒng)計進行系統(tǒng)功能設計。某航空發(fā)動機制造企業(yè)MES業(yè)務架構圖如圖1所示。

從圖1看出，生產現場在制品管控以投料建卡為起點，依流水作業(yè)卡為載體，采集開工、完工、檢驗及交付等信息，完成在制品實時清點及統(tǒng)計，實現生產現場在制品管控。

2.1 流水作業(yè)卡信息采集

2.1.1投料數量計算

2.1.2 加工進度采集

航空發(fā)動機企業(yè)的組合件以單件“1”為單位，產品加工、裝配或修理過程中質量控制卡的數量平衡容易控制。但對于零件而言，存在“截料”工序，由于原材料的規(guī)格差異、操作工的水平差異和加工工藝差異等因素，會導致每批原材料“截料”數量的不一致，再加上分卡、合卡和工序超越等操作，導致了流水作業(yè)卡工序完工采集數量平衡的復雜性。MES流水作業(yè)卡工序采集的控制邏輯示意圖如圖2所示。

從圖2可以看出，加工進度采集不僅要控制流水卡加工工序的采集順序，還要控制工序流轉過程中數量的平衡。

2.2 在制品實時統(tǒng)計

在制品實時統(tǒng)計以流水作業(yè)卡或質量控制卡為對象，按照零件、組合件分別統(tǒng)計。企業(yè)的零組件在制品統(tǒng)計工作以生產車間為單位，在制品信息包括二級庫房和生產現場兩部分。二級庫房的信息來自庫房臺賬信息，庫房臺賬由保管員專人維護，信息的準確性容易保證。生產現場零件在制品清點，需對未完工的零件進行同類、同工序求和，清點工作也相對簡單。但生產現場組合件在制品清點需要對未配齊的組合件按照實際配套情況拆分為所配套的零件或組件數量，再參與零件或組件的在制品清點。

具有簡單裝配關系的組合件M1的一個投料批次i如圖3所示，它包含組合件M2和零件C1，組合件M2又由零件C2和C1裝配而成。箭頭上的數字表示裝配數量。1個零件C1和1個零件C2可以裝配一個組合件M2，1個組合件M2和3個零件C1可以裝配一個組合件M1。

設i為M1的一個裝配批次。

對于零件C2（i）而言，在制品數量包含三部分，即：

C2（i）= C2（i）未入庫零件數量+未配全的M2（i）拆分的C2（i）零件數量+ C2 （i）車間二級庫數量

對于零件C1（i）而言，在制品數量包含四部分，即：

C1（i）= C1（i） 未入庫零件數量+ 未配全的M2（i）拆分的C1（i）零件數量+未配全的M1（i）拆分的C1（i）零件數量+C1（i）車間二級庫數量

對于組合件M2（i）而言，在制品數量包含三部分，即：

M2 （i）= M2（i）配全組合件未入庫數量+ 未配全的組合件M1（i）拆分的M2（i）組合件數量+ M2（i）車間二級庫數量

對于組合件M1（i）而言，在制品數量包含兩部分，即：

M1 （i）= M1（i）配全組合件未入庫數量+ M1（i） 車間二級庫數量

MES在制品實時清點統(tǒng)計流程如圖4所示。

從圖4可以看出，企業(yè)依據組合件本身的單層裝配BOM、配套單及流水作業(yè)卡分別按照零件、組合件完成在制品統(tǒng)計。

（1）零件在制品

MES實時統(tǒng)計處于待開工、待完工、待入庫和已開票4種類型的電子流水作業(yè)卡，直接得到每一批次零件的在制品數量、廢品數量。其中，零件在制品到達工序，取流水卡已經完成工序的最大工序。對在制流水卡按照相同型別、零件號和工序號進行分組求和，再加上二級庫房相同零件庫存數量、未配齊組合件所拆分的數量，可得到零件在制品工序、廢品數量及在制品總數量。

（2）組合件在制品

MES實時獲取待開工、待完工、待入庫和已開票4種類型組合件類的電子流水作業(yè)卡、配套單信息。在制組合件實物配套單與MBOM匹配出完整的配套單信息，包括父項組合件號、批次號、子項零件號、結構數量、應發(fā)數量以及實際配套數量。當配套子項中存在一項“實際配套數量”小于“應發(fā)數量”時，此組合件未配全。在在制品實時清點時，未配全的組合件本身不按在制品計算，其下所有配套子件全部數量拆分至車間二級庫。

當存在一項“實際配套數量”大于“應發(fā)數量”時，此組合件為多配，其下多配的子項零件數量拆分至車間二級庫，多配的組合件本身按在制品計算。

通常情況下，生產車間為了區(qū)分車間二級庫臺賬數量，組合件拆分出的備件數量稱“車間虛擬二級庫”數量。

在組合件P（i）配套單中， P（n）為配套備件的實際配套數量，T（n）為應配數量。當P（n）-T（n）<0時，P（n）按車間虛擬二級庫數量計算；組合件P（i）進入未配全組合件集合。

當P（n）- T（n）≥0時， P（n）- T（n）的差值按車間虛擬二級庫數量計算；組合件P（i）進入配全組合件集合。

對配全組合件的制流水卡按照相同型別、零件號和工序號進行分組求和，再加上二級庫房相同組合件庫存數量、未配齊組合件所拆分的相同組合件數量，即得到組合件在制品工序、廢品數量及在制品總數量。

2.3 立體倉庫的應用

為了保證零組件實物位置、質量狀態(tài)的有序管理，臨時停工的零組件存放在立體倉庫。立體倉庫具有成熟的倉庫管理系統(tǒng)，可與企業(yè)MES進行集成應用，實時監(jiān)控倉庫內零組件的數量、狀態(tài)及位置。

3 在制品管控方法的實踐

某航空發(fā)動機制造企業(yè)開發(fā)了MES統(tǒng)一平臺，并在鑄造、鍛造、機加、工具、熱表、裝配和修理車間全面推廣應用。MES統(tǒng)一平臺面向車間全物流過程，與企業(yè)ERP系統(tǒng)集成，圍繞流水作業(yè)卡進行在制品管控的集成業(yè)務關系如圖5所示。

從圖5可以看出，企業(yè)在ERP、MES之間建立了共享、關聯與約束的集成關系。ERP進行訂單下達、投料控制和訂單閉環(huán)，MES接收生產訂單，控制生產車間在制品生產節(jié)拍。

MES工人采集界面如圖6所示。掃描流水作業(yè)卡條碼，系統(tǒng)自動根據流水卡已經采集的工序、完工數量，自動計算當前要采集的工序，并自動定位。根據工序流轉數量平衡邏輯，自動約束操作者錄入信息的正確性。

MES提供的在制品實時統(tǒng)計報表如圖7所示，此報表與立體倉庫管理系統(tǒng)的臺賬信息匯總，再通過系統(tǒng)集成，直接提供給ERP系統(tǒng)進行MRP運算。一方面規(guī)范在制品清點數據，另一方面為車間生產組織、生產管理者提供“數字化”的決策依據。

4 結束語

航空發(fā)動機企業(yè)生產車間通過MES與ERP系統(tǒng)的集成應用，控制了零組件的投料種類和數量，實現了投料的有序性。通過對流水作業(yè)卡工序進度的實時采集及MES與立體倉庫系統(tǒng)的集成，準確掌握零組件到達的工序、數量、質量狀態(tài)及位置信息，使生產車間在制品告別“黑匣子”，實現了可視化管控。

為了減少人為因素，提高信息的及時性和準確性，企業(yè)在數控車間應用了MDC系統(tǒng)、數字化檢測系統(tǒng)，實現了加工信息、檢測信息的自動采集。在此基礎上，引入智能排產系統(tǒng)APS，實現了生產資源、生產節(jié)拍的高效、有序規(guī)劃與調度，支撐航空發(fā)動機制造企業(yè)生產過程管控逐漸由單純的信息化向數字化、智能化趨近。

參考文獻

[1] 張青.西航集團公司現行生產管理制度匯編[Z].2002.

[2] 王凌.車間調度及遺傳算法[M].北京：清華大學出版社，2003.

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[4] 盧曉紅.離散制造企業(yè)車間在制品管理系統(tǒng)的開發(fā)與應用[J].組合機床與自動化加工技術，2009（08）：5-9.