北京航星机器制造公司MES应用案例分析

　　1 项目背景

   　 随着国家对航天产品的需求越来越大，给北京航星机器制造公司带来了新一轮的挑战，急需进一步扩大生产能力、提高生产效率、加强生产管理。根据厂领导的不断分析、调研，提出以计算机软件辅助生产管理，并实现与已有信息系统的紧密集成，建立“数字化”制造车间，从而最大限度发挥生产效率的方针。

　　2 关键术语解释

  　  资源:：生产过程中所使用的投入，包括人力、物力、场地等，如生产过程中经常要用到的人员、设备、刀具、夹具、场地等。

  　  资源组：将具有同一处理能力的资源归并到一起为一资源组，便于生产计划的优化排产。

   　 主生产计划：（Master Production Schedule，简称为MPS）,是确定每一个具体的产品在每一个具体的时间段的生产计划。MPS的实质是保证销售规划和生产规划对规定的需求（需求什么，需求多少和什么时候需求）与所使用的资源取得一致。MPS考虑了经营规划和销售规划，使生产规划同它们相协调。它着眼于销售什么和能够制造什么，这就能为车间制定一个合适的“主生产进度计划”，并且以粗能力数据调整这个计划，直到负荷平衡。

   　 车间计划：对零部件生产计划的细化，是一种实际的执行计划；用于指导车间生产安排的计划，它针对加工工序作业进行计划分派，由机加工车间计调组成员进行管理。

  　  随活卡（履历卡）：用于记录产品零部件在加工车间的中的工序流程，其信息包括所有的加工工序以及每道工序的准备完成时间、工时定额、实作工时、质检数量、计划完成时间。

   　 工作派工：用于排产后，将任务指派给班组人员或加工人员执行的操作。派工内容其信息包括：件号、名称、工序、使用设备、加工数量、计划开始时间、计划完成时间。

　　3 企业业务概述

  　  a) 企业基本情况介绍

   　 企业机加部主要负责加工生产该厂独立研发的零部件和一些外协零部件。随着几十年的发展，其机加部从原来的几十人、纯手工作业，到目前近三百人规模和百分之六十自动化设备的先进制造基地，无论在生产能力和产品质量上都大幅度提高。

    　企业的信息化水平也一直走在行业的前列。在信息化发展过程中，企业已经成功实施了并捷EMIS（MRPⅡ/ERP）、开目PDM/CAPP系统与华洋宏的DNC系统。企业在硬件配套上也加大了投入，其机加部已实现了由传统机床向数控机床的转变。

    　b) 企业的生产特点

    　作为国内典型的生产制造企业，北京航星机器制造公司既具备某些一般制造行业的普适特点，也有自身的独特性，主要表现在以下几个方面： 

• 典型的多品种小批量（或单件）的离散加工

   　 企业机加部生产的产品品种多达上千种，每种产品的批量较小，多的几十件到上百件，少到几件甚至单件（如研制任务）。典型的多品种小批量的离散加工方式给生产计划制定和生产控制带来严峻的挑战。

• 多型号并举，研制与批产交叉进行

    　多种型号产品同时生产，研制任务和批产任务并举。特别是研制任务，设计方案变化较频繁。与之相适应，产品的制造工艺、物料需求都将随之改变。因此，早期制定的生产计划只具有参考性，实际的制造过程并不能完全按原先的计划进行，导致生产调度和组织困难，由此会造成资源的浪费和大量的在制品库存。

• 生产插单现象普遍，导致生产计划变更频繁

    　车间的生产存在大量的插单现象。在产品设计或加工过程中，经常会接到一些指令性任务，存在较多的紧急生产任务。大量的插单任务加剧了生产计划与调度体系的复杂性，影响了正常生产任务的按时完成。

• 工艺过程复杂，涉及的生产环节多，制造难度大

    　由于该类企业的产品零部件的加工工艺复杂、精度要求高。新产品的制造需求与企业现有产能和生产设备不匹配，从而造成资源配置和物流的不平衡，难以体现单元化生产的效率。

• 产品质量要求高，生产过程对质量控制非常严格

    　企业生产的产品质量要求非常高，出厂后的合格率必须是百分之百。在企业生产过程中，对零部件每一道工序加工完成后都要进行严格的检验，对出现质量问题进行及时的处理，将质量问题控制在企业范围内，这无形之中增加了企业生产过程的复杂性。

　　4 项目需求分析与规划

  　  通过对企业生产业务需求的细致调研，归结出企业车间生产过程中遇到的问题主要体现在以下几个方面：

   　 生产计划难制定

   　 企业机加部的计划员制定计划过程中工作量大、难度大，主要是因为：

• 工人能力不确定性：准确量化的计划排产需要一批稳定的技工。北京航星机器制造公司是多年的国有企业，工人素质参差不齐。
• 实作工时的不确定性：实际生产使用的机器的设备产能是可以量化的，但由于机加部机床品牌多样、普通机床和数控机床并存，在实际生产过程中，机器受到一些不确定因素的影响比较大，实际很难定下具体的实作工时。在实际计划和调度过程中，完全是依靠生产计划人员的经验来进行的，这样对计划排产的准确性会产生影响。
• 任务的不确定性：机加部生产过程中插单现象很普遍，已经下达的生产计划在其他因素的影响下，经常发生变化，对北京航星机器制造公司这样的最终产品较为复杂的机加工企业来说，导致的计划调整难度尤其大。
• 手工排产的落后性：机加部目前主要依靠计调员用Excel作为工具进行计划和调度，工作量大，并且手工录入容易出现输入性错误，而且手工排产无法保证最终的计划准确性和优化性。一旦制定好了的计划，如果要进行变更的话，还需要花大量的时间来再次调整与安排计划，维护难度极大。

 　   生产过程难管理

    　从现在的生产情况来看，生产管理人员只知道要求完成多少品种，在什么时候必须完成，但是整个生产过程相当不透明，很多时候需要大量的调度人员呆在加工现场，甚至需要领导亲临现场才能获得比较准确的情况。主要表现在：

• 生产监控不及时：缺乏对当前生产状态的及时监控，无法动态掌握当前各设备、人员、来料等的状况。
• 生产历史难以追溯：管理人员无法快速准确地知道某个产品是在哪台机器上制造的？每道工序都是由谁制造的？制造的实际时间是多少？废品情况怎么样？是什么原因产生的废品等等生产管理人员所关心的东西。
• 计划跟踪不及时：缺乏对生产进度的精确把握。某产品的生产目前加工到哪个环节了？是否有延期？这些信息很难准确及时的知道。
• 突发因素处理不及时：机加部生产现场环境复杂、突发因素多。但是目前对意外和变化的应变能力有限，调度人员无法及时获取车间异常情况，很难及时进行现场处理，这样势必会影响实际的生产进度。
• 生产情况统计分析不准确：生产情况统计非常复杂和繁重，对数据的准确性，可靠性要求很高，目前这部分数据很难准确获得。

 　   企业信息难集成

 　   北京航星机器制造公司机加部生产过程由于接收处理的信息多、量大等原因，导致信息难集成统一，主要是因为：

• 涉及信息类型多：加工过程中涉及产品设计、工艺设计、毛坯、人员、半成品、设备等信息，信息类型多。这些信息有的已经存在于其他外部的系统或文件中，有的通过车间工厂统计人员统计出来的，他们之间的关联性无法体现，尤其是库存和在制品的数据，库存台帐由专人维护，而在制品是车间统计人员统计出来的，由于统计口径不一致，统计时间点也存在差异，在生产计划表中，因为库存的数据和在制品的数据无法统一管理，得出的最后计划也会有偏差。
• 信息实时性要求高：车间的生产过程是一个动态的过程，为了准确把握现场的情况，对信息的实时性要求高。
• 设备情况复杂，需要多种数据采集方式并用：由于其机加部机床品牌多样、型号复杂、普通机床和数控机床并存。若采用单一数据采集方式，无法将车间的所有设备数据采集完整，必须通过多种方式数据采集方式获得设备数据。

　　5 系统特色功能分析

 　   a) 实现车间资源的数字化建模

  　  通过采用对象化的技术与方法，对机加生产车间现有的主体资源，建立一个能够满足企业生产需求的数字化资源模型，并通过关联关系建立相应实体对象之间的内在联系，更好地管理车间的人员、设备、物料及工时等信息，为后续的生产排产和生产任务的有效执行做准备，图1为人员类资源的管理界面。

图1 人员类资源的管理

  　  b) 生产计划排产

    　通过导入MRPII下达的主计划，根据生产准备情况拆分成车间生产计划，结合车间的有限资源，通过先进的排产引擎对车间生产计划进行快速有效的排程，生成可执行的工序级任务计划，从而导出供在车间生产现场进行生产流转依据，车间任务流转过程的执行信息记录在MES系统中作为下次排产的部分数据进入排产引擎以支持企业的滚动排产过程，图2为企业车间计划排产的生产排产流程。

图2 车间计划的生产排产流程

  　  c) 生产过程管理

   　 生产排产后，生成了工序级的任务计划，经过车间调度人员工作派工，任务就进入了车间生产现场进行生产加工流转过程。车间生产过程管理主要包括随活卡管理、班组任务管理、物料转移通告、车间生产监控、车间视频监控、生产任务进度跟踪及车间报警事件管理。

   　 随活卡管理主要是为任务计划在车间制造终端上流转执行提供信息管理，也为零部件加工过程中的执行信息进行记录提供载体，并为后续数据的追溯查询与统计分析提供数据支持；班组任务管理主要是对随活卡中记录的任务计划进行动态调度管理和细化执行过程管理；物料转移通告主要是为及时地了解跟踪目前需要转移的物料情况所提供的看板；车间生产监控细分为任务执行进度监控、设备状态监控、报警事件监控，这些都是以看板的方式通过车间大屏幕实时地了解生产进度、生产设备状况及车间的异常事件情况，及时的响应和处理车间生产现场所发生的问题，尽最大限度的保证生产第一线的生产任务能够持续稳定的推进，从而提高车间的生产效率；车间视频监控可通过监控探头监控车间生产现场各个工位上的实时生产现状，也可以调开以往的生产视频，追溯过往的生产过程视频信息；生产任务进度跟踪是为了对一些考核的任务进行实时的查看其生产进度和状况，以保证其能够如期的完成；车间报警事件管理是对车间发生的各种异常事件进行统一的维护和管理，可供方便的查询和统计分析，为后续生产的改进提供数据支持。

    　d) 车间生产数据采集

  　  生产车间的运行状态监控担负着整个生产过程管理系统所需的生产状态信息的采集与处理，在生产过程涉及大量的制造设备、多变的工艺因素，因而所需采集的信息包含了复杂的环境和状态信息。

 　   在机加车间MES中，对如下信息进行了现场采集或统计分析获得：设备状态信息、生产进度信息、物料信息、质检信息、故障信息，在MES系统中提供了相应的模块进行相应信息的采集与处理。

 　   e) 统计与分析

   　 在机加车间MES中，报表管理模块进行报表定义以及统计分析，在报表管理模块，提供了报表、线型图、饼状图、柱状图等数据的展示手段。

    　该功能模块的主要操作人员和角色包括：授权的车间管理人员、计调人员、统计人员。

　　6 实施效果和项目示范点

  　  a) KMMES实施的效果

  　  北京航星机器制造公司生产车间通过实施KMMES系统，建立起了企业制造执行系统的信息化支撑平台，实现了车间资源数字化建模、车间计划的优化排产、车间生产过程无纸化作业和透明化管理、企业各应用系统间的有效集成，提高企业有限资源的合理配置能力和使用效率，使得企业在面临日益复杂的生产制造业务的各种不同需求方面具有较大的柔性空间，提高了企业的适应市场变化的能力，帮助企业更快的研发并制造出满足市场要求的各种新型产品；减少了企业生产过程中人为因素的干扰；系统中的各种生产监控和管理手段施保证了生产过程的正常进行及故障的及时排除，为产品质量的稳定和提高、增强企业信誉提供了有利条件；KMMES系统所具有的合理规划与调度能力，能及早的预测产品生产过程或企业运行中可能出现的问题，从而减少产品研发和制造过程中的失误和时间，降低产品成本。

   　 b) KMMES项目示范点

• 建立起适合企业信息化的总体解决方案

    北京航星机器制造公司MES信息化支撑平台的实施，提出了 “计划-制造-执行”的信息化平台解决方案和实施方法，主要包括业务模型、车间资源模型、生产计划排产、生产过程管理、企业一体化集成架构、企业生产过程数据的统计与分析等，以及完整的实施过程规范，成为该行业制造企业信息化的整体解决方案。通过在北京航星机器制造公司的实施验证，对整个行业起到一定的示范作用。

• 构建企业计划-制造-执行一体化集成框架

    　北京航星机器制造公司生产部门以前的生产计划、设计、工艺、设备状态、运行等信息都是分散在各个不用的应用系统中，无法整合企业从上层到下层整个信息链，出现了所谓的“信息孤岛和断层”。实施MES系统后，将突破传统的主要依靠人为或外部数据文件进行不同应用系统间信息传递与共享，通过数据中心方式实现系统之间的有效集成，规范数据的流通和共享，极大地减少了企业数据的冗余度和提高了企业信息的共享度。通过面向车间的制造执行系统在上层计划层与底层控制层架起一座信息的桥梁实现上中下三层模式的企业级集成应用，实现计划-制造-执行的一体化作业，提高企业有限资源的利用效率，解决了困扰企业的高端数控设备利用率低的问题。? 

• 实现企业车间生产过程有效管理

    　通过实施MES项目，建立起车间各种主体资源数字化管理模型，实现车间资源统一管理，各主体资源基本信息统一进入的MES系统数据进行维护；通过MES系统无缝集成的高效排产引擎实现以计算机为主的自动化排产过程，改变了企业原有以人为主的生产排产模式，极大地降低了生产排产调整难度，提高了生产排产的灵活性，增强了生产计划调度的柔性以适应离散制造业需求；通过高效快速排产生成的工作任务，导出供MES平台派工生成车间所用的电子随活卡，以记录和追踪零部件加工执行信息，生产现场工作人员通过制造终端接受上级下达的工作任务计划、汇报生产信息与反馈生产现场各种异常情况，车间管理者通过MES平台提供多种看板实时了解和监控车间生产活动，极大地提高了企业生产过程的无纸化作业程度与企业生产活动的透明化监管程度；MES平台通过细化检验人员的工作，采集检验人员汇报的质量信息，结合企业质量管理业务流程通过工作流技术对生产中质量问题进行管理，加强了企业对质量的控制与管理；系统提供基本报表与支持用户自定义报表进行对生产过程相关的数据进行统计分析，更好地实现了对生产历史数据的可追溯性，通过统计分析不断发现生产过程中的内在问题，从而持续的改进企业的生产活动，提高企业的生产效率。

　　结论

  　  企业信息化建设是一个持续并逐步完善的过程， MES 系统是企业信息化最核心的基础部分之一，更是企业整个信息化链条的核心纽带部分。MES系统的成功实施为北京航星机器制造公司的整个信息化（OA、P6、CAD、CAPP、ERP、PDM、DNC/MDC等）的规划及实施工作的逐步完善打下了坚实的基础，为企业信息化项目建设的持续改进、优化提供了持续有力的保障。

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