离散制造业车间制造执行系统的探索与实践

崔阳

摘要：国家战略“中国制造2025”及“互联网+”等行动计划为制造业在信息化、智能化方面指出了方向，而制造执行系统（Manufacturing Execution System，以下简称MES）的应用已经逐渐成为装备制造业的主流生产管控系统，无论是大批量流水型制造企业还是小批量离散型企业，伴随着高质量发展需求，在不增加人工成本、工人工作强度以及工时成本的前提下，通过MES系统合理组织生产并对车间生产过程数据透明化管理，可以有效提升制造车间管控能力，进一步提升车间生产制造信息化水平。而航空机载制造业属于典型的小批量、离散型、定制化、多状态的生产模式，伴随着科研与批产混合生产，齐套与缺料生产并存的离散型制造；产品制造过程复杂多样，生产影响因素纷繁复杂，生产状态变化多样，生产制造过程的可控性和信息化程度较低。而制造执行系统（MES）可以在生产制造过程的控制和改进方面发挥重要作用，提升企业运营效率和生产管控能力。

关键词：制造执行系统（MES）；离散型；小批量

第1章 离散制造业的现状及存在的问题

目前离散制造业的生产车间都属于多品种、小批量、定制化的制造方式，生产、物流、质量管理的复杂性日益提高，管理人员忙碌于日常生产管理，信息流通存在滞后、不畅等管理瓶颈，很大程度上制约了生产效率，增加了生产成本，降低了产品质量。从现状分析其主要有以下主要问题：

（1）生产准备周期长，主要是由于制造资源不透明、调度手段落后，导致生产准备周期相对过长，在多品种、小批量、定制化的生产模式下，生产准备工作往往缺失或者说生产准备时间过长，造成设备和人员的极大浪费。

（2）生产计划协调性差，作业调度困难。生产作业计划主要依靠计划员经验制定，计划协调性差，导致设备利用率不稳定，设备效能得不到充分发挥；同时任务执行进度难以监控，物料状态难以跟踪，任务拖期/赶工频繁发生，紧急插单普遍、生产过程不确定性多，导致作业计划安排赶不上变化，计划任务执行失控现象严重。

（3）在制品管理困难。由于零件品种多，工艺路线长，计划调整频率高，给人工管理在制品带来诸多困难，现场生产情况得不到及时反馈，在制品管理混乱。

（4）质量管理面向结果，过程数据难以客观记录。目前产品过程数据采取人工记录的方式，而且并非所有工序都进行数据记录，很多仅对关键工序进行了人工记录，由于缺失每道工序的质量数据，导致后期无法对产品质量进行分析，产品持续改进困难大。

（5）产品制造过程数据缺失，对产品的持续改进支撑较少。目前产品在制作过程中的数据几乎是不可利用的，包括工序的加工时间、合格率、等待时间等等，如何可以将这些数据分析处理，都可以为产品加工的优化提供很好的支撑，而往往现状分析产品制作瓶颈很多时候都是主观分析，缺失数据支撑。

第2章 制造执行系统的核心

2.1制造数据管理

制造数据的管理是车间管理的重点，不管是否进行信息化升级，都应该着重对制造过程中的数据进行准备收集，只是对于信息化系统而言，数据显得更为重要。而对于车间作业执行系统来说，数据管理的好坏可以说直接决定了系统的好坏，而且为更好的给系统以数据支撑，车间有必要定义数据管理模型以及专门来维护各类数据的岗位或者角色，以保证系统数据的准确和及时性。目前来看，其主要有以下几类数据进行管理，

2.1.1动态数据

动态数据主要是与生产直接相关的数据，包括库存数据、制造BOM、工艺规程、生产资源（人员、设备）、工装模具等，此类数据的特点是随时在变化，直接影响生产过程，所以必须要将最新状态反馈到系统中，才能保证系统可以做出正确的决策，才能保证数据分析得出的结果可信。

2.1.2静态数据

此类数据相对动态数据而言，变化周期较长或者数据的变化不直接影响生产过程，例如系统相关配置数据、转工车、货架编码、设备位置等等，此类数据也可以称作为基础数据，主要是对系统的运行提供基础支撑。

2.2运营管理模式

2.2.1数据维护机制

对于系统而言，数据是其运行的根本，没有数据系统就无法正常运行更别谈对于生产过程的支撑。在没有信息化系统的时候，数据的利用往往是隐形的或者说是默认的。而在建立信息化系统后，必须随之建立数据的管理机制，包括数据的准入、数据的更新维护、数据的修正以及数据的分析等。其数据类型包含现场生产所需的工艺数据、物料数据、XBOM数据、工装模具、设备数据等等。

2.2.2物料配套模式

改变原来不进行物料配套或者按产品配套的模式，改为按工序配套的模式并在系统进行开工自动检查，缺料后自动关联采购系统进行物料需求推送，减少生产等待时间，提升现场生产效率。

2.2.3物流管理模式

为保证系统运行高效，车间的物流管理模式也应随着系统应用进行变化，改变原有的班组长或者工人领料等环节，将物料按工序进行齐套性检查并由库管员进行现场派送，并在固定的地点进行刷码上架，保障现场生产的高质量和高效率。

第3章 制造执行系统设计构想

为满足上述要求，MES系统应由车间资源管理、生产任务管理、车间计划与排产管理、生产过程管理、质量过程管理、物料跟踪管理、车间监控管理和统计分析等部分组成，涵盖制造现场管理等方面。

3.1 车间资源管理

车间资源是车间制造生产的基础，也是MES运行的基础。车间资源管理主要对车间人员、设备、工装、物料和工时等进行管理，保证生产正常进行，并提供资源使用情况的历史记录和实时状态信息。

3.2 库存管理

库房管理针对车间内的所有库存物资进行管理。包括自制件、外协件、外购件、刀具、工装和周转原材料等。其中包括：通过库存管理实现库房存贮物资检索，查询当前库存情况及历史记录；提供库存盘点与库房调拨功能，对于原材料、刀具和工装等库存量不足时，设置告警；提供库房零部件的出入库操作，包括刀具／工装的借入、归还、报修和报废等操作。

3.3 生产过程管理

生产过程管理实现生产过程的闭环可视化控制，以减少等待时间、库存和过量生产等浪费。生产过程中采用条码、触摸屏和机床数据采集等多种方式实时跟踪计划生产进度。生产过程管理旨在控制生产，实施并执行生产调度，追踪车间里工作和工件的状态，对于当前没有能力加工的工序可以外协处理。实现工序派工、工序外协和齐套等管理功能，可通过看板实时显示车间现场信息以及任务进展信息等。

3.4 生产任务管理

包括生产任务接收与管理、任务进度展示和任务查询等功能。提供所有项目信息，查询指定项目，并展示项目的全部生产周期及完成情况。提供生产进度展示，以日、周和月等展示本日、本周和本月的任务，并以颜色区分任务所处阶段，对项目任务实施跟踪。

3.5 车间计划与排产管理

生产计划是车间生产管理的重点和难点。提高计划员排产效率和生产计划准确性是优化生产流程以及改进生产管理水平的重要手段。

车间接收主生产计划，根据当前的生产状况（能力、生产准备和在制任务等），生产准备条件（图纸、工装和材料等），以及项目的优先级别及计划完成时间等要求，合理制订生产加工计划，监督生产进度和执行状态。

3.6 物料跟踪管理

通过条码技术对生产过程中的物流进行管理和追踪。物料在生产过程中，通过条码扫描跟踪物料在线状态，监控物料流转过程，保证物料在车间生产过程中快速高效流转，并可随时查询。

3.7 质量过程管理

生产制造过程的工序检验与产品质量管理，主要是实现对工序检验与产品质量过程追溯，对不合格品以及整改过程进行严格控制。其主要包括：生产过程关键要素的全面记录以及完备的质量追溯，准确统计产品的合格率和不合格率，为质量改进提供量化指标。根据产品质量分析结果，对出厂产品进行预防性维护。

3.8 生产监控管理

生产监控实现从生产计划进度和设备运转情况等多维度对生产过程进行监控，实现对车间报警信息的管理，包括设备故障、人员缺勤、质量及其他原因的报警信息，及时发现问题、汇报问题并处理问题，从而保证生产过程顺利进行并受控。结合企业现有的DNC系统、MDC系统进行设备联网和数据采集。实现设备监控，提高瓶颈设备利用率。

3.9 统计分析

主要对生产过程中产生的数据进行统计查询，分析后形成报表，为后续工作提供参考数据与决策支持。生产过程中的数据丰富，合理高效的收集相关数据，对于产品改进可以起到很好的作用，其中包括：产品加工进度、车间在制品管理、工位任务管理、物料齐套性检查、质量统计分析、车间产能（人力和设备）利用率分析等。

第4章 小结

对于离散制造也来说，随着产品产量的增加，原来在生产过程中存在问题会愈发凸显，面向行业高质量发展的需求，只有去不断优化现有的运营机制，并借助信息化、数字化、智能化带来的变革来提升企业的生产管控能力，才能在竞争日益激烈的市场上占据一席之地。而利用MES系统建立起规范的生产管理信息平台，使企业内部现场控制层与管理层之间的信息互联互通，以此提高企业核心竞争力。其主要有以下几方面的好处。

（1）优化企业生产制造管理模式，强化过程管理和控制，达到精细化管理目的。

（2）加强各生产部门的协同办公能力，提高工作效率、降低生产成本。

（3）提高生产数据统计分析的及时性、准确性，避免人为干扰，促使企业管理标准化。

（4）为企业的产品、中间产品、原材料等质量检验提供有效、规范的管理支持。

（5）实时掌控计划、调度、质量、工艺、装置运行等信息情况，使各相关部门及时发现问题和解决问题。

参考文献

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