制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)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)，它為計劃的執(zhí)行而跟蹤所有資源(人、設(shè)備、物料)的當前狀態(tài)，起著信息傳遞與溝通的作用，其重要程度越來越多地得到制造企業(yè)的關(guān)注。

1、裝配車間的管理現(xiàn)狀及MES特點

    裝配車間存在裝配過程中包含大量的零件、部件、工裝夾具和設(shè)備等制造資源；業(yè)務(wù)量大，個別時間段任務(wù)相當重，且對交貨時間和質(zhì)量要求嚴格；裝配車間與其他車間有大量物料協(xié)作；插單多、期限要求嚴格；訂單任務(wù)重、產(chǎn)品種類多并且狀態(tài)多等業(yè)務(wù)特點。此種業(yè)務(wù)模式下，具體存在的管理問題如下：

    （1）物料種類多、數(shù)量大，管理復雜。裝配車間由于與其他部門或單位有大量物料協(xié)作，因而生產(chǎn)前的齊套管理困難；采用固定裝配和流水式混合裝配，使得生產(chǎn)過程中物料管理困難；產(chǎn)品種類多、相似度大，狀態(tài)多，場地分散；導致物料管理復雜。

    （2）數(shù)據(jù)共享程度低。裝配過程涉及到設(shè)計部門、工藝部門、生產(chǎn)部門與管理部門等眾多部門，各部門的信息無法通過有效手段實現(xiàn)共享和有效利用，從而降低各部門相關(guān)人員的工作效率。

    （3）不能實時反映生產(chǎn)狀況。當出現(xiàn)生產(chǎn)問題追查原因和責任時，數(shù)據(jù)不可靠，可追溯性不強。既不能保證統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源的有效性和統(tǒng)計結(jié)果的正確性，也浪費了大量的人力資源，做不到實時反映車間裝配情況。

    面向航天產(chǎn)品的裝配MES系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的車間或者生產(chǎn)廠的管理相比，具有以下顯著特點：

    （1）整體性。針對裝配過程的MES能夠使得飛機制造過程中所涉及的部門減少協(xié)調(diào)時間，提高企業(yè)各部門的工作效率，建立良好的部門通信協(xié)調(diào)以及反饋機制。

    （2）動態(tài)性。裝配過程的MES能快速向計劃管理層反饋生產(chǎn)現(xiàn)場的具體情況，計劃層及時對生產(chǎn)計劃進行調(diào)整，并將調(diào)整計劃通過MES傳遞到生產(chǎn)現(xiàn)場，實現(xiàn)對計劃的快速反應(yīng)。

    （3）全面性。有效實現(xiàn)裝配車間資源如人員、設(shè)備、場地、物料等的有效管理，以及車間裝配過程的管理。

2、裝配MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能模塊

    裝配MES系統(tǒng)為了方便生產(chǎn)現(xiàn)場操作和系統(tǒng)的靈活性，采用C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)相混合的方式，一部分查詢、瀏覽和工位操作等與現(xiàn)場工作人員結(jié)臺比較緊密的功能采用B/S方式實現(xiàn)，如車間現(xiàn)場的工藝瀏覽功能、任務(wù)查看和三維信息的展示等；其他功能大多采用C/S方式實現(xiàn)，如基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理等。

    結(jié)合航天企業(yè)信息化的發(fā)展情況，分析裝配過程的業(yè)務(wù)流程，面向航天產(chǎn)品裝配的MES系統(tǒng)的主要功能模塊如下。

    2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊

    基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理是整個MES系綻實現(xiàn)的一個基礎(chǔ)模塊，它既要向本系統(tǒng)的各個模塊提供各種資料和數(shù)據(jù)，還要接受來自企業(yè)其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及向其他系統(tǒng)反饋現(xiàn)場信息。該模塊維護的各種數(shù)據(jù)與其他模塊和系統(tǒng)的信息交互見圖1。

圖1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊涉及的數(shù)據(jù)流

    2.2 裝配生產(chǎn)計劃與調(diào)度管理模塊

    該模塊的主要功能包括計劃導入，計劃編制、計劃查詢統(tǒng)計和計劃下達，總生產(chǎn)計劃由ERP系統(tǒng)導入，獲得如計劃號、件號、名稱、計劃數(shù)量、優(yōu)先級、計劃開始時間、計劃結(jié)束時間等信息，再根據(jù)各個車間進行任務(wù)的合理編制并下達相應(yīng)車間進行車間裝配生產(chǎn)；根據(jù)車間裝配生產(chǎn)計劃及各生產(chǎn)指令和物料準備情況，適時制定、調(diào)整各班組的周生產(chǎn)計劃；確保生產(chǎn)計劃節(jié)點完成生產(chǎn)任務(wù)。同時將主計劃完成情況反饋到ERP系統(tǒng)。

    2.3 裝配作業(yè)管理模塊

    裝配作業(yè)管理模塊是整個MES的核心，用來控制和協(xié)調(diào)計劃訂單在車間現(xiàn)場的執(zhí)行過程。該功能模塊可以根據(jù)企業(yè)對產(chǎn)品的復雜程度以及計劃控制粒度靈活設(shè)置現(xiàn)場生產(chǎn)管理的層次和可控制點數(shù)，具有制造單元或設(shè)備的任務(wù)排序和負荷調(diào)整能力。作業(yè)管理模塊與基于條碼技術(shù)的數(shù)據(jù)采集過程、質(zhì)量檢查過程、故障處理過程和質(zhì)量跟蹤過程實現(xiàn)無縫集成。裝配作業(yè)管理模塊可實現(xiàn)不同生產(chǎn)方式的結(jié)合，以保證整個企業(yè)的需求為目標，其功能見圖2。

 圖2 裝配作業(yè)管理模塊功能

    (1)車間訂單管理：根據(jù)裝配計劃管理模塊下發(fā)的裝配計劃或者派工單將整個車間的裝配任務(wù)分解成為按順序排列的若干分段計劃，以管理裝配的縱向協(xié)同。

    (2)生產(chǎn)準備管理：生產(chǎn)準備為車間生產(chǎn)作業(yè)管理的重要內(nèi)容，主要職責包括工具工裝可用性檢查、標準樣件可用性檢查、設(shè)備可用性校核、提前期校核和物料可用性檢查。

    (3)工序作業(yè)計劃管理：按照工作訂單和車間訂單的時間節(jié)點要求、采用最小加工周期確定工序的最早開工和最晚完工時間。將整個車間的裝配任務(wù)分解成按工序順序排列的工序計劃，以管理需求物件在車間內(nèi)部流轉(zhuǎn)的縱向協(xié)同。確定每臺設(shè)備或者每個工人在較短期間內(nèi)的任務(wù)次序，進行裝配任務(wù)的橫向協(xié)同。

    (4)工序計劃維護：工序計劃維護功能主要是為適應(yīng)企業(yè)批量投入分批產(chǎn)出習慣而專門設(shè)置的。上要任務(wù)是：對已開工批次的工序作業(yè)計劃，因臨時任務(wù)調(diào)整，分批進行生產(chǎn)，從完工的工序開始，生產(chǎn)新的工序作業(yè)計劃并記錄原工序作業(yè)計劃的批號和任務(wù)號；當發(fā)生工序順序變化和工序超越、臨時增加工序時，生成新的批次號，打印新的工藝流程卡，記錄工藝臨時更改單號。

    (5)數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控：在數(shù)據(jù)采集中，主要采用與軟件集戰(zhàn)封裝的條碼數(shù)據(jù)采集技術(shù)進行生產(chǎn)進度和質(zhì)量狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集和輸入，以提高現(xiàn)場信息采集的精準度和效率；在裝配的重要裝配區(qū)和關(guān)鍵點進行實時監(jiān)控來確保裝配的質(zhì)量，減少人為因素對裝配質(zhì)量的影響。

    (6)追溯功能：根據(jù)工序點采集的質(zhì)量信息，可以向前和向后追溯質(zhì)量狀態(tài)和處理單號，一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，可以追溯到批架次號、操作人、檢驗人、不合格品處置單號等信息。

    2.4 裝配車間資源管理模塊

    通過對車間資源的有效管理，提高資源調(diào)度的靈活性。尤其是在裝配車間任務(wù)重或有臨時性插單的情況下，通過車間資源管理合理調(diào)度人員和場地資源是縮短裝配周期、控制成本的有效途徑。主要功能包括人員管理、物料管理、設(shè)備管理、場地管理、資源組管理等。       

    MES系統(tǒng)建立人員信息數(shù)據(jù)庫，提供車間的組織結(jié)構(gòu)管理、人員技能、工作時間、休假等信息，以便能夠準確及時掌握人員實時信息，為產(chǎn)品的及時交付提供保證，同時為車間的人員績效考核提供依據(jù)。

    物料管理主要功能包括物料出入庫管理、物料庫存管理、物料準備、物料凋度和物料追蹤等；零部組件管理包括：產(chǎn)品、部件及零件管理。它們的基本信息通過ERP系統(tǒng)導入MES系統(tǒng)，實現(xiàn)對零部組件基本信息管理、條碼管理、分類管理、結(jié)構(gòu)管理、工序模板管理、配套表管理，用于MES中計劃排產(chǎn)、物料齊套和過程跟蹤。在制品和輔料等庫存信息從ERP系統(tǒng)獲取，用于MES物料齊套管理。

    設(shè)備管理主要負責設(shè)備檔案管理、設(shè)備運行管理、設(shè)備維修與維護計劃等；裝配車間的設(shè)備主要指測試設(shè)備、工位器具和工裝，它們可能成為約束裝配車間生產(chǎn)能力的最主要元素。因此建立設(shè)備信息模型、結(jié)合觸摸屏數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控，是提高瓶頸設(shè)備利用率的有效途徑。

    場地管理基于場地分組，規(guī)范車間物料存放，場地關(guān)聯(lián)還包括與當前擺放設(shè)備的關(guān)聯(lián)。

場地定義有場地當量、人員限制、場地面積、備注等屬性，需要產(chǎn)品增加占地面積屬性。MES系統(tǒng)根據(jù)場地面積、存放產(chǎn)品數(shù)量和該產(chǎn)品的占地面積判斷場地存放，預警規(guī)則需要用戶給定。

    資源組是指車間用于生產(chǎn)計劃執(zhí)行必須用到的一類相關(guān)或相似的資源對象，這一類資源對象有共同的屬性，可以歸屬于一組對象進行管理。資源組管理主要是把裝配車間相關(guān)或類似資源以對象化管理，并賦予一定資源組屬性，定義其代號、名稱、是否排產(chǎn)等。

    2.5 生產(chǎn)看板與監(jiān)控

    MES系統(tǒng)通過各種看板實現(xiàn)對車間生產(chǎn)信息的監(jiān)控功能，提供不同人員不同的看板、看到不同的信息，達到生產(chǎn)可視化的目的?？窗灏ǎ很囬g作業(yè)計劃看板、班組任務(wù)看板、車間設(shè)備看板、車間場地布局看板、物料齊套看板、工藝準備看板、報警看板看板等。

3、MES系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)

    在制造業(yè)信息化建設(shè)中，MES系統(tǒng)處于企業(yè)管理層和車間層的中間層，是實現(xiàn)企業(yè)車間層管理透明化，為企業(yè)其他系統(tǒng)提供可靠信息的基礎(chǔ)，實現(xiàn)從設(shè)計/工藝、企業(yè)管理、制造等多個層次的數(shù)據(jù)的充分共享和有效利用。在MES系統(tǒng)的應(yīng)用中，主要包括以下2個方面的關(guān)鍵問題。

    3.1 MES系統(tǒng)與企業(yè)其他信息系統(tǒng)的集成技術(shù)研究

    飛機制造企業(yè)信息化發(fā)展中，采用的系統(tǒng)包括PDM、CAD、CAPP和ERP等信息系統(tǒng)，各自都有自己的數(shù)據(jù)庫以及所涉及的核心數(shù)據(jù)模型，MES也不例外。但是作為信息化建設(shè)中的一個子系統(tǒng)，MES必須從其他系統(tǒng)中獲取自己所需的基本數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)等，所以MES與其他系統(tǒng)之間的集成是必不可少的。

    航天產(chǎn)品是以BOM為主線組織新產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)的。以BOM為核心進行系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的有效集成，確保系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的鏈通，從而使得系統(tǒng)之間實現(xiàn)強內(nèi)聚、弱耦合的功效。MES的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是MBOM，MBOM包含所有構(gòu)成產(chǎn)品的零組件、標準件、成品件、材料等組成單元及其裝配關(guān)系和數(shù)量配套關(guān)系。反映工藝裝配關(guān)系并說明配套來源的分層次的物料清單。

    (1)MBOM中的裝配關(guān)系應(yīng)記錄裝配單元之間的層次關(guān)系、裝配單元與AO之間以及AO與零組件之間的裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系，零組件之間裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系與PBOM相同；

    (2)MBOM中零組件生產(chǎn)類型及工藝分工路線等信息與PBOM中相同；

    (3)零組件工藝文件，定義零組件的AO、加工設(shè)備、工裝夾具、刀具、量具、工時定額、車間、班組等數(shù)據(jù)；

    (4)零組件之間的裝配數(shù)量關(guān)系，主要描述零組件在裝配過程中每道工序或每本AO需要裝配的零組件號和數(shù)量，零組件之間的數(shù)量關(guān)系與PBOM相同。

    MBOM可為CAD、CAPP、ERP、PDM等的有機集成及企業(yè)集成提供統(tǒng)一有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以滿足數(shù)據(jù)的唯一性、實時性、有效性、安全性等需求。MBOM的管理是制造數(shù)據(jù)管理的核心內(nèi)容，而工藝信息是MBOM管理的基礎(chǔ)內(nèi)容。

    MES與其他系統(tǒng)的讀寫方式是在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上創(chuàng)建各系統(tǒng)中需要集成交互的物理表的復制版本或是中間表，數(shù)據(jù)的同步使用相關(guān)的刷新策略處理，將業(yè)務(wù)系統(tǒng)按原來的方式連接數(shù)據(jù)服務(wù)器，對于集成的數(shù)據(jù)直接在數(shù)據(jù)中心中獲取，各系統(tǒng)不直接訪問彼此數(shù)據(jù)信息，而是統(tǒng)一在數(shù)據(jù)中心。為了保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及時準確更新到數(shù)據(jù)中心，對于不經(jīng)常處理的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)使用異步方式更新數(shù)據(jù)，對于即時響應(yīng)處理的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)使用同步方式更新數(shù)據(jù)。

    3.2 插單業(yè)務(wù)的排產(chǎn)技術(shù)研究

    裝配車間在生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)插單，（插單定義為：每月一個固定時間段，非此時間段下達的計劃)，MES系統(tǒng)采取以下方案來實現(xiàn)插單，提高計劃編制的合理性。

    （1）在裝配MES系統(tǒng)中，利用優(yōu)先級來確定計劃的緊急程度，優(yōu)先級越高表示任務(wù)越緊急。例如：現(xiàn)在有多條生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)，其裝配計劃的優(yōu)先級（爭取）最高，系統(tǒng)取值為15。此時，接到新的緊急插單order2、設(shè)定優(yōu)先級為95。

    （2）插單后，選擇排程，系統(tǒng)將高速自動生成調(diào)整過的進展狀況以及追加急件的新計劃。緊急計劃占用設(shè)備之后，原有的未完成的生產(chǎn)任務(wù)會自動往后推延（鎖定資源除外），但是已經(jīng)完成或開始的任務(wù)不會受到影響。

    （3）排程的結(jié)果中未完成的生產(chǎn)任務(wù)被推到計劃開始時間的右側(cè)--順延，已經(jīng)完成或開始的任務(wù)不受影響，在計劃開始時間的左側(cè)，新追加的急件搶奪了資源。

    （4）在緊急插單處理時，系統(tǒng)也支持先手工鎖定某個計劃或某些工序，然后再進行重新排產(chǎn)，這樣緊急插單重新排產(chǎn)時不影響已鎖定的計劃或工序的安排情況，以保證插單排產(chǎn)更加優(yōu)化。

    （5）如果因為緊急插單的排產(chǎn)，導致出現(xiàn)了新的超期工作，計劃人員對計劃排產(chǎn)的結(jié)果不滿意，可以通過計劃重復修改、保存、向現(xiàn)場請示等一系列的操作來解決。如：通過合理設(shè)置優(yōu)先級、計劃的合并、工序合并、加班、甚至增加設(shè)備、人員來解決緊急插單對現(xiàn)有計劃造成的影響。

結(jié)束語

    MES是裝配車間生產(chǎn)管理信息化的重要技術(shù)手段，通過MES可以實現(xiàn)對車間生產(chǎn)過程的可視化、實時化與精細化管理，從而顯著提高車間的制造效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量。 MES作為當前制造業(yè)信息化領(lǐng)域的研究與應(yīng)用熱點，已經(jīng)成為一個不爭的事實。針對我國航天產(chǎn)品裝配的特點和車間生產(chǎn)管理現(xiàn)狀，研究航天產(chǎn)品裝配的制造執(zhí)行系統(tǒng)，對促進我國裝配企業(yè)制造信息化和自動化的建設(shè)具有重要意義。