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(yīng)用已經(jīng)逐漸成為航空航天等裝備制造業(yè)的主流生產(chǎn)管控系統(tǒng)，在不增加工人勞動強(qiáng)度以及工時成本的前提下，通過MES合理組織生產(chǎn)并對車間生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)透明化管理，有效提升制造車間管控水平，進(jìn)一步提升了車間生產(chǎn)制造信息化水平。航天企業(yè)電裝車間生產(chǎn)模式屬于典型的多品種、小批量，研制與批產(chǎn)混合生產(chǎn)，齊套與缺料生產(chǎn)并存的離散型制造；產(chǎn)品制造過程復(fù)雜多樣，生產(chǎn)影響因素紛繁復(fù)雜，生產(chǎn)狀態(tài)變化多樣，生產(chǎn)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(chǎn)制造過程的控制和改進(jìn)方面發(fā)揮重要作用，成為企業(yè)信息化的關(guān)鍵基礎(chǔ)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(chǎn)、物流、質(zhì)量管理的復(fù)雜性日益提高，管理人員忙碌于日常生產(chǎn)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(chǎn)效率，增加了生產(chǎn)成本，降低了產(chǎn)品質(zhì)量。希望通過制造執(zhí)行系統(tǒng)的實施，解決如下生產(chǎn)管理方面的主要問題：

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

（2）生產(chǎn)計劃協(xié)調(diào)性差，作業(yè)調(diào)度困難。生產(chǎn)作業(yè)計劃主要依靠調(diào)度員經(jīng)驗制定，計劃協(xié)調(diào)性不好，導(dǎo)致設(shè)備利用率低，設(shè)備效能得不到充分發(fā)揮；任務(wù)執(zhí)行進(jìn)度難以監(jiān)控，物料狀態(tài)難以跟蹤，任務(wù)拖期/趕工頻繁發(fā)生，緊急插單普遍、生產(chǎn)過程不確定性多，導(dǎo)致作業(yè)計劃安排趕不上變化，計劃任務(wù)執(zhí)行失控現(xiàn)象嚴(yán)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(chǎn)情況得不到及時反饋。

（4）質(zhì)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(yīng)用MES技術(shù)能夠?qū)⒐芾砣藛T從不斷地人工追蹤零件、調(diào)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(chǎn)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(nèi)企業(yè)的高度重視。

在準(zhǔn)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(chǎn)品臨時計劃多、訂貨周期長、缺件生產(chǎn)多，生產(chǎn)計劃是一個指令性計劃，它明確了產(chǎn)品的數(shù)量和完成時間等要求，但是它并沒有按照工序進(jìn)行任務(wù)排產(chǎn)，沒有幫助車間生產(chǎn)管理人員派工到工人、設(shè)備；在應(yīng)用MES的過程中需要首先解決從計劃到生產(chǎn)過程的各類細(xì)節(jié)流程問題。

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

圖1MES與相關(guān)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系

典型的離散生產(chǎn)模式：企業(yè)的電氣裝聯(lián)產(chǎn)品種類多，批量小，生產(chǎn)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(chǎn)模式。存在制造BOM不能自動獲取、缺料生產(chǎn)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(wù)分析和現(xiàn)場業(yè)務(wù)應(yīng)用實地解決，借助成形MES產(chǎn)品行業(yè)經(jīng)驗，合理梳理車間實際業(yè)務(wù)來切合電裝車間實施MES系統(tǒng)的規(guī)范化應(yīng)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(shè)計

電裝車間MES系統(tǒng)建設(shè)思路為，以生產(chǎn)計劃核心流程為主線依托，圍繞狀態(tài)、進(jìn)度、質(zhì)量、資源、成本等關(guān)鍵要素管理生產(chǎn)計劃到生產(chǎn)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(shù)的高緊密度集成，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)打下堅實的基礎(chǔ)；以全面實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工藝、生產(chǎn)、交付等數(shù)據(jù)總線，達(dá)到數(shù)據(jù)共享及產(chǎn)品全壽命周期的產(chǎn)品履歷管理，構(gòu)建可控高效的生產(chǎn)過程管理信息化系統(tǒng)；建立產(chǎn)能綜合分析工具（覆蓋生產(chǎn)設(shè)備能力、生產(chǎn)人力資源、電裝能力、裝配能力、調(diào)試能力、檢驗?zāi)芰?、庫倉存儲能力等指標(biāo)），初步形成以數(shù)據(jù)驅(qū)動的生產(chǎn)輔助決策能力。電裝車間MES系統(tǒng)總體設(shè)計如圖所示。

圖2MES系統(tǒng)總體設(shè)計圖

基于現(xiàn)狀，MES系統(tǒng)的實施采取分階段建設(shè)的方案。第一階段解決派工、生產(chǎn)執(zhí)行等各類信息的電子化，主要包括生產(chǎn)計劃管理、生產(chǎn)資源管理、生產(chǎn)執(zhí)行管理、生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控、生產(chǎn)信息追溯、生產(chǎn)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)分析與看板管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)集成構(gòu)成，其中重點實現(xiàn)生產(chǎn)執(zhí)行管理、生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控、生產(chǎn)質(zhì)量管理、生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)務(wù)主要涉及計劃管理、工藝管理、物資管理、生產(chǎn)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(dá)；多項目系統(tǒng)中計劃類別較多，而在生產(chǎn)中計劃需要驅(qū)動物資配料、工藝準(zhǔn)備和生產(chǎn)三項主要工作，為此，從生產(chǎn)管理角度在多項目系統(tǒng)中分別下達(dá)工藝計劃、物料準(zhǔn)備計劃和生產(chǎn)計劃。他們之間的邏輯關(guān)系為工藝人員將配套表導(dǎo)入后物資保障人員將配套表生成領(lǐng)料單發(fā)送生產(chǎn)處庫房，分料后根據(jù)工單進(jìn)行配料和領(lǐng)料。

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

工單由現(xiàn)場調(diào)度生成，設(shè)定了創(chuàng)建、調(diào)整、確認(rèn)等多個環(huán)節(jié)的操作，工單以工藝路線為依據(jù)進(jìn)行創(chuàng)建和拆分，在配套明細(xì)表、質(zhì)量跟蹤卡、工藝文件目錄這些信息確認(rèn)的基礎(chǔ)上完成。下圖顯示了生產(chǎn)工單創(chuàng)建的界面。

圖4生產(chǎn)工單創(chuàng)建

●制造BOM的生成

航天某部目前使用KMCAPP進(jìn)行工藝文件編制，設(shè)計圖紙中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息（元器件型號、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、廠家、數(shù)量、物料編碼等）不能轉(zhuǎn)換為工藝部門的相關(guān)報表和工藝文件，新的設(shè)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(chǎn)過程必須的數(shù)據(jù)，進(jìn)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(wù)分配也基本是按照工藝文件來進(jìn)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(zhì)量跟蹤卡、工藝文件、配套表都有唯一的對應(yīng)關(guān)系。工藝員將KMCAPP中的配套明細(xì)表、質(zhì)量跟蹤卡、工藝文件目錄導(dǎo)入到MES系統(tǒng)，在生產(chǎn)前進(jìn)行狀態(tài)確認(rèn)后就可以供工單下達(dá)、物料領(lǐng)用和產(chǎn)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(chǎn)的解決方案

由于器件訂貨周期長，研制產(chǎn)品存在邊設(shè)計邊生產(chǎn)的情況，缺料生產(chǎn)基本屬于常態(tài)，為了在MES系統(tǒng)中解決缺料生產(chǎn)中可能存在的生產(chǎn)中斷問題，項目組深入分析了領(lǐng)料、分料、配料、發(fā)料和生產(chǎn)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(lǐng)出、發(fā)出的狀態(tài)隨時更新和綁定。

MES系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)計劃進(jìn)行物料分料和物料分箱，進(jìn)行生產(chǎn)備料；料箱管理：對物料料箱的產(chǎn)品容器進(jìn)行編碼，通過掃描二維碼的方式，建立物料與容器的對應(yīng)關(guān)系，物料分料，根據(jù)產(chǎn)品工藝設(shè)計信息及工序BOM對產(chǎn)品進(jìn)行物料分揀，按照產(chǎn)品的單臺套、單工序、多臺套、多工序等多種方式進(jìn)行分料；物料分箱，生產(chǎn)工單具體生產(chǎn)數(shù)量和排產(chǎn)方式，在物料分料方式不確定時，進(jìn)行對分料后的料箱進(jìn)行二次物料分箱操作，目的是分箱到適合生產(chǎn)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(chǎn)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(jìn)行檢查。物料管理完全使用掃描技術(shù)與二維碼技術(shù)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(zhì)量跟蹤卡導(dǎo)入到系統(tǒng)，傳統(tǒng)的跟蹤方式是工序完成后操作者進(jìn)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(chǎn)品質(zhì)量強(qiáng)大手段，本次MES系統(tǒng)實施，車間管理層希望能夠?qū)⒓堎|(zhì)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(zhì)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(wù)管理經(jīng)驗也不完全需要互檢詳細(xì)到每一道工序，根據(jù)該業(yè)務(wù)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(wù)來自行設(shè)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(zhuǎn)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(shù)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(dǎo)出再導(dǎo)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(diào)研，并結(jié)合后期工藝設(shè)計軟件TC的規(guī)劃，對每次生產(chǎn)使用的數(shù)據(jù)文件采用版本控制的方式，并且每次生產(chǎn)前進(jìn)行版本確認(rèn)和提交，如果和以前使用的一致也需要進(jìn)行“復(fù)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(chǎn)過程中有工藝通知單等臨時文件,會在工藝準(zhǔn)備中填入單據(jù)信息并隨文件流轉(zhuǎn),以便于現(xiàn)場調(diào)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(dǎo)書預(yù)留接口。

●任務(wù)暫停和終止的處理

生產(chǎn)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(quán)限，任務(wù)終止只能由調(diào)度操作完成，以控制任務(wù)進(jìn)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(jìn)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(xì)記錄暫停原因，也為電裝車間分析一定時間生產(chǎn)影響提供數(shù)據(jù)依據(jù)；終止則由生產(chǎn)調(diào)度和班組長才有該權(quán)限，同樣，終止工單也需要填寫相關(guān)的終止原因(同時關(guān)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(chǔ)。

●將跟蹤卡填寫和報工關(guān)聯(lián)完成報工

系統(tǒng)最初設(shè)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(jìn)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(jìn)度信息，根據(jù)現(xiàn)場反饋，我們將兩個功能在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，直接將自檢信息的完工工序代入進(jìn)度中，系統(tǒng)自動計算進(jìn)度，采取相對模糊的進(jìn)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(jīng)驗總結(jié)

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(jìn)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(zhuǎn)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(rèn)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(diào)溝通，最后達(dá)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(jìn)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(rèn)，以流程實操的方式進(jìn)行試用，經(jīng)歷了流程確認(rèn)、功能演示確認(rèn)、模擬環(huán)境確認(rèn)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(rèn)和試用環(huán)節(jié)，項目組組織了大量的培訓(xùn)，一方面通過培訓(xùn)和溝通，不斷地傳遞MES系統(tǒng)的理念和管理思路，一方面進(jìn)行實際軟件操作培訓(xùn)，并對流程進(jìn)行更進(jìn)一步的梳理和明確，這個過程使各方的思想逐步協(xié)調(diào)統(tǒng)一，為MES的正式實施創(chuàng)造了條件。

3.3有效團(tuán)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(tuán)隊形式出現(xiàn)，每個崗位都能就自己負(fù)責(zé)的流程和業(yè)務(wù)提出自己的需求，避免負(fù)責(zé)人一言堂，使需求偏離；項目組組織了需求調(diào)研，深入現(xiàn)場逐一進(jìn)行訪談，對雙方理解有差異的環(huán)節(jié)反復(fù)溝通，并填寫需求確認(rèn)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(diào)整和推演流程

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

MES系統(tǒng)實施運行后，MES的理念和該航天企業(yè)實際結(jié)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(jīng)驗和行業(yè)問題延伸解決，在信息化、智能化的進(jìn)程中，航天企業(yè)將繼續(xù)以流程為基準(zhǔn)，以業(yè)務(wù)為鋪墊，以問題為導(dǎo)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(jìn)生產(chǎn)制造的信息化和智能化深度融合，小步邁進(jìn)離散型航天企業(yè)電裝車間智能制造新領(lǐng)域。