國家戰(zhàn)略“中國制造2025”及“互聯(lián)網(wǎng)+”等行動計劃明確指出了方向，MES系統(tǒng)的應用已經逐漸成為航空航天等裝備制造業(yè)的主流生產管控系統(tǒng)，在不增加工人勞動強度以及工時成本的前提下，通過MES合理組織生產并對車間生產過程數(shù)據(jù)透明化管理，有效提升制造車間管控水平，進一步提升了車間生產制造信息化水平。航天企業(yè)電裝車間生產模式屬于典型的多品種、小批量，研制與批產混合生產，齊套與缺料生產并存的離散型制造；產品制造過程復雜多樣，生產影響因素紛繁復雜，生產狀態(tài)變化多樣，生產制造過程的可控性和信息化程度較低。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的實施能夠在生產制造過程的控制和改進方面發(fā)揮重要作用，成為企業(yè)信息化的關鍵基礎信息系統(tǒng)。

01航天某部電裝車間制造執(zhí)行系統(tǒng)的實施背景

航天某部采用多品種小批量的制造方式，生產、物流、質量管理的復雜性日益提高，管理人員忙碌于日常生產管理，信息流通存在滯后、不暢等管理瓶頸，很大程度上制約了生產效率，增加了生產成本，降低了產品質量。希望通過制造執(zhí)行系統(tǒng)的實施，解決如下生產管理方面的主要問題：

（1）生產準備周期長，由于制造資源優(yōu)化調度手段落后，導致生產準備周期相對過長，在單件小批量的生產模式下，生產準備時間時常大于切削加工時間，造成設備的極大浪費。

（2）生產計劃協(xié)調性差，作業(yè)調度困難。生產作業(yè)計劃主要依靠調度員經驗制定，計劃協(xié)調性不好，導致設備利用率低，設備效能得不到充分發(fā)揮；任務執(zhí)行進度難以監(jiān)控，物料狀態(tài)難以跟蹤，任務拖期/趕工頻繁發(fā)生，緊急插單普遍、生產過程不確定性多，導致作業(yè)計劃安排趕不上變化，計劃任務執(zhí)行失控現(xiàn)象嚴重。

（3）在制品管理困難。由于零件品種多，工藝路線長，給人工管理在制品帶來諸多困難，現(xiàn)場生產情況得不到及時反饋。

（4）質量管理采取事后檢驗為主的管理方式，廢品率得不到有效控制。因此，企業(yè)應用MES技術能夠將管理人員從不斷地人工追蹤零件、調整計劃的疲勞戰(zhàn)中解放出來，將更多的精力投入在思考決策性問題、優(yōu)化現(xiàn)場管理等方面，使得管理人員更多地發(fā)揮“防”的作用，實現(xiàn)“防”“消”的有效配合，是提高離散型工業(yè)企業(yè)生產管理水平和制造執(zhí)行力的有效手段，近年來得到越來越多國內企業(yè)的高度重視。

在準備和實施制造執(zhí)行系統(tǒng)的前期，航天某部還存在著如下具體困難：

計劃流程多樣化：產品臨時計劃多、訂貨周期長、缺件生產多，生產計劃是一個指令性計劃，它明確了產品的數(shù)量和完成時間等要求，但是它并沒有按照工序進行任務排產，沒有幫助車間生產管理人員派工到工人、設備；在應用MES的過程中需要首先解決從計劃到生產過程的各類細節(jié)流程問題。

生產資源來源豐富：生產業(yè)務主要涉及計劃管理、工藝管理、物資管理、生產過程管理、資源管理、庫管理等方面，與生產有關的系統(tǒng)多而雜，數(shù)據(jù)交換過程較為復雜，MES系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)不易獲得。MES與相關信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞如圖所示。

圖1MES與相關信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞關系

典型的離散生產模式：企業(yè)的電氣裝聯(lián)產品種類多，批量小，生產過程以手工作業(yè)為主，自動化程度低，數(shù)據(jù)采集依賴手工，是典型的離散型生產模式。存在制造BOM不能自動獲取、缺料生產情況多、過程中狀態(tài)變化多等特點。

需要在MES策劃實施過程中深入業(yè)務分析和現(xiàn)場業(yè)務應用實地解決，借助成形MES產品行業(yè)經驗，合理梳理車間實際業(yè)務來切合電裝車間實施MES系統(tǒng)的規(guī)范化應用，助力企業(yè)提升智能制造水平。

02航天某部電裝車間制造執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計

電裝車間MES系統(tǒng)建設思路為，以生產計劃核心流程為主線依托，圍繞狀態(tài)、進度、質量、資源、成本等關鍵要素管理生產計劃到生產工單一體化管理體系；以MES系統(tǒng)為中心主線，實現(xiàn)MES與工藝管理、ERP、多項目等系統(tǒng)的縱向集成；以IC卡登錄和身份驗證、掃描槍掃描二維碼識別、多媒體采集技術的高緊密度集成，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設打下堅實的基礎；以全面實現(xiàn)產品設計、工藝、生產、交付等數(shù)據(jù)總線，達到數(shù)據(jù)共享及產品全壽命周期的產品履歷管理，構建可控高效的生產過程管理信息化系統(tǒng)；建立產能綜合分析工具（覆蓋生產設備能力、生產人力資源、電裝能力、裝配能力、調試能力、檢驗能力、庫倉存儲能力等指標），初步形成以數(shù)據(jù)驅動的生產輔助決策能力。電裝車間MES系統(tǒng)總體設計如圖所示。

圖2MES系統(tǒng)總體設計圖

基于現(xiàn)狀，MES系統(tǒng)的實施采取分階段建設的方案。第一階段解決派工、生產執(zhí)行等各類信息的電子化，主要包括生產計劃管理、生產資源管理、生產執(zhí)行管理、生產現(xiàn)場監(jiān)控、生產信息追溯、生產質量管理、數(shù)據(jù)分析與看板管理、基礎數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)集成構成，其中重點實現(xiàn)生產執(zhí)行管理、生產現(xiàn)場監(jiān)控、生產質量管理、生產資源管理等四項核心功能。

圖3MES系統(tǒng)的功能組成模塊

在制造執(zhí)行系統(tǒng)的實施過程中，解決了如下具體的問題：

●計劃和工單的銜接與管理

生產業(yè)務主要涉及計劃管理、工藝管理、物資管理、生產過程管理、資源管理、庫管理等方面。其中計劃主要在多項目系統(tǒng)中編制、下達；多項目系統(tǒng)中計劃類別較多，而在生產中計劃需要驅動物資配料、工藝準備和生產三項主要工作，為此，從生產管理角度在多項目系統(tǒng)中分別下達工藝計劃、物料準備計劃和生產計劃。他們之間的邏輯關系為工藝人員將配套表導入后物資保障人員將配套表生成領料單發(fā)送生產處庫房，分料后根據(jù)工單進行配料和領料。

具體設計思路是，技術助理接收到生產綜合計劃后，系統(tǒng)判斷是否存在創(chuàng)建的對應計劃，若存在，則由技術助理員進行綁定。綁定后進行后續(xù)操作。

工單由現(xiàn)場調度生成，設定了創(chuàng)建、調整、確認等多個環(huán)節(jié)的操作，工單以工藝路線為依據(jù)進行創(chuàng)建和拆分，在配套明細表、質量跟蹤卡、工藝文件目錄這些信息確認的基礎上完成。下圖顯示了生產工單創(chuàng)建的界面。

圖4生產工單創(chuàng)建

●制造BOM的生成

航天某部目前使用KMCAPP進行工藝文件編制，設計圖紙中的相關數(shù)據(jù)信息（元器件型號、執(zhí)行標準、廠家、數(shù)量、物料編碼等）不能轉換為工藝部門的相關報表和工藝文件，新的設計和工藝系統(tǒng)正在開發(fā)中，按照整體的方案，KMCAPP不再和MES系統(tǒng)開發(fā)接口，因此制造BOM的生成成為MES系統(tǒng)開發(fā)最主要的問題。

為此企業(yè)分析了生產過程必須的數(shù)據(jù)，進一步分析現(xiàn)有工藝文件模式，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有工藝文件目錄基本可以指向各工序，而任務分配也基本是按照工藝文件來進行，因此工藝文件目錄可以作為MES系統(tǒng)中的工藝路線。這個目錄和質量跟蹤卡、工藝文件、配套表都有唯一的對應關系。工藝員將KMCAPP中的配套明細表、質量跟蹤卡、工藝文件目錄導入到MES系統(tǒng)，在生產前進行狀態(tài)確認后就可以供工單下達、物料領用和產品裝配使用。制造BOM的生成過程如下圖所示。

圖5制造BOM生成

●缺料生產的解決方案

由于器件訂貨周期長，研制產品存在邊設計邊生產的情況，缺料生產基本屬于常態(tài)，為了在MES系統(tǒng)中解決缺料生產中可能存在的生產中斷問題，項目組深入分析了領料、分料、配料、發(fā)料和生產過程，采取了不控制物料齊套情況，可以多次發(fā)料的策略，物料狀態(tài)根據(jù)領出、發(fā)出的狀態(tài)隨時更新和綁定。

MES系統(tǒng)根據(jù)生產計劃進行物料分料和物料分箱，進行生產備料；料箱管理：對物料料箱的產品容器進行編碼，通過掃描二維碼的方式，建立物料與容器的對應關系，物料分料，根據(jù)產品工藝設計信息及工序BOM對產品進行物料分揀，按照產品的單臺套、單工序、多臺套、多工序等多種方式進行分料；物料分箱，生產工單具體生產數(shù)量和排產方式，在物料分料方式不確定時，進行對分料后的料箱進行二次物料分箱操作，目的是分箱到適合生產工單配料的物料；物料核實，物料配料前的核實操作，主要是核實物料是否按照產品計劃要求的配置，物料的系統(tǒng)信息和物料的實物信息三種信息是否一致，并對物料的超期超儲信息進行檢查。物料管理完全使用掃描技術與二維碼技術相融合解決數(shù)據(jù)正確性，如下圖所示。

圖6缺料分料

●互檢的管理方式

MES系統(tǒng)實施將質量跟蹤卡導入到系統(tǒng)，傳統(tǒng)的跟蹤方式是工序完成后操作者進行自檢并填寫自檢信息，提交后互檢、專檢均可看到。而互檢是電裝車間多年來保證產品質量強大手段，本次MES系統(tǒng)實施，車間管理層希望能夠將紙質的互檢記錄信息電子化保存在系統(tǒng)中，為以后車間知識管理和質量監(jiān)察提供原始數(shù)據(jù)積累；但是目前電裝車間互檢環(huán)節(jié)不在跟蹤卡中體現(xiàn)，實際車間業(yè)務管理經驗也不完全需要互檢詳細到每一道工序，根據(jù)該業(yè)務的特點，項目規(guī)劃和實現(xiàn)采用可配置方式，完美解決互檢可以根據(jù)車間實際業(yè)務來自行設置。

MES系統(tǒng)在軟件中增加了自檢后是否需要互檢的選項，不互檢則直接跳轉到專檢，需要互檢則選中互檢，互檢后流程到專檢。這樣，互檢過程既不體現(xiàn)在跟蹤卡中，數(shù)據(jù)也得以記錄和保存?；z采集過程如圖7所示。

圖7互檢界面

●工藝技術狀態(tài)控制

MES系統(tǒng)中使用的工藝數(shù)據(jù)是手動從CAPP中導出再導入MES系統(tǒng)，如何保證數(shù)據(jù)的有效性？項目總體規(guī)劃和實施時，通過對現(xiàn)場文檔管理的多次調研，并結合后期工藝設計軟件TC的規(guī)劃，對每次生產使用的數(shù)據(jù)文件采用版本控制的方式，并且每次生產前進行版本確認和提交，如果和以前使用的一致也需要進行“復用”的操作，以保證發(fā)到現(xiàn)場的工藝文件狀態(tài)可控。如果出現(xiàn)生產過程中有工藝通知單等臨時文件,會在工藝準備中填入單據(jù)信息并隨文件流轉,以便于現(xiàn)場調度、資料人員、現(xiàn)場操作人員了解和使用。為以后工藝的一體化數(shù)據(jù)管理和車間電子化作業(yè)指導書預留接口。

●任務暫停和終止的處理

生產中遇到缺料、狀態(tài)變化、不合格等情況，工單會暫停執(zhí)行，暫停由現(xiàn)場操作人員填寫，但是現(xiàn)場人員沒有終止的權限，任務終止只能由調度操作完成，以控制任務進行中對各種情況的掌握和控制，各種異常情況均在系統(tǒng)里進行記錄和保存。暫停時，由現(xiàn)場人員選擇暫停原因，系統(tǒng)可以詳細記錄暫停原因，也為電裝車間分析一定時間生產影響提供數(shù)據(jù)依據(jù)；終止則由生產調度和班組長才有該權限，同樣，終止工單也需要填寫相關的終止原因(同時關聯(lián)異常事件管理)，也為電裝車間分析工單終止奠定數(shù)據(jù)基礎。

●將跟蹤卡填寫和報工關聯(lián)完成報工

系統(tǒng)最初設計時將報工和填寫跟蹤卡兩項分開填報，操作人員需要兩次進入到系統(tǒng)不同界面，填寫自檢信息，并由操作人員自行填寫完工信息，估算填寫進度信息，根據(jù)現(xiàn)場反饋，我們將兩個功能在系統(tǒng)內進行關聯(lián)，直接將自檢信息的完工工序代入進度中，系統(tǒng)自動計算進度，采取相對模糊的進度跟蹤方式，簡化了操作人員的填報工作，數(shù)據(jù)收集也更為合理。

03航天某部電裝車間制造執(zhí)行系統(tǒng)的實施經驗總結

3.1以原型開發(fā)溝通需求，讓需求方更容易理解和接受系統(tǒng)

在溝通需求環(huán)節(jié)，開發(fā)方首先開發(fā)出系統(tǒng)原型，以形象的方式和需求方進行溝通，讓使用方在需求階段了解到系統(tǒng)的功能，了解到系統(tǒng)的運轉樣貌，這樣的溝通更加有效，也更加便捷。

系統(tǒng)的易用性更多地是在各種確認和試用環(huán)節(jié)得到改善，在開發(fā)方的想法和使用方的想法出現(xiàn)不一致的時候，項目組及時召開線下或者線上會議，共同協(xié)調溝通，最后達成一致意見。

3.2MES系統(tǒng)路演和試用

項目組在系統(tǒng)開發(fā)過程中先后幾次進行大的溝通活動，開發(fā)方、需求方和使用人員就每個流程逐一確認，以流程實操的方式進行試用，經歷了流程確認、功能演示確認、模擬環(huán)境確認和實際環(huán)境試用等環(huán)節(jié)，最終才得以上線運行。

在系統(tǒng)確認和試用環(huán)節(jié)，項目組組織了大量的培訓，一方面通過培訓和溝通，不斷地傳遞MES系統(tǒng)的理念和管理思路，一方面進行實際軟件操作培訓，并對流程進行更進一步的梳理和明確，這個過程使各方的思想逐步協(xié)調統(tǒng)一，為MES的正式實施創(chuàng)造了條件。

3.3有效團隊溝通需求是系統(tǒng)順利實施的保障

需求方和開發(fā)方都以團隊形式出現(xiàn)，每個崗位都能就自己負責的流程和業(yè)務提出自己的需求，避免負責人一言堂，使需求偏離；項目組組織了需求調研，深入現(xiàn)場逐一進行訪談，對雙方理解有差異的環(huán)節(jié)反復溝通，并填寫需求確認單，避免項目周期中因為記憶偏差造成的理解差異。

3.4注重以管理信息化的思路調整和推演流程

由于原來生產環(huán)節(jié)都是依賴紙質的單據(jù)、口頭或者郵件等形式溝通，流程和職責不是很嚴密，將這些形式轉為計算機信息，需要進行重新推演并調整，項目組一起進行推演，先后調整了領料、制造BOM、計劃接受和下達、工單生成和調整、報工、特殊情況記載、互檢、合格證生成等多個流程的細節(jié)，使管理信息化后的生產過程能夠順暢流轉。

MES系統(tǒng)實施運行后，MES的理念和該航天企業(yè)實際結合過程中存在的問題得能解決，為航天電裝類企業(yè)規(guī)劃和實施MES系統(tǒng)的工作展開，提供規(guī)劃實施經驗和行業(yè)問題延伸解決，在信息化、智能化的進程中，航天企業(yè)將繼續(xù)以流程為基準，以業(yè)務為鋪墊，以問題為導向，以溝通為手段，突破制造執(zhí)行系統(tǒng)實施的眾多難題，逐步推進生產制造的信息化和智能化深度融合，小步邁進離散型航天企業(yè)電裝車間智能制造新領域。