1 前言
高端裝備行業(yè)，如航天、航空、兵器、船舶制造等，是高科技產品和先進制造業(yè)的領頭行業(yè)，是國家科技水平和綜合國力的重要體現。這一行業(yè)的制造模式是以科研生產和項目研制模式為主導，具有項目獨立、產品復雜、工藝多樣、質量要求嚴苛等特點，所以這一行業(yè)的生產管理和質量控制既重要又困難。特別是近年來，隨著國際形勢不斷變化和國家發(fā)展戰(zhàn)略的不斷調整，這類行業(yè)的生產需求日益增多，加之嚴格的時間要求，使之對信息化系統的需求不斷增多。本文作者有多年為高端裝備行業(yè)提供設計、工藝、制造及產品生命周期管理的信息化系統開發(fā)和實施的經驗，我們感受到這個行業(yè)的需求變化，也更加著力于研究探討更適應于這個行業(yè)服務的信息化系統。目前隨著各種管理系統（ERP/PDM/OA/CAPP等）陸續(xù)上線，一定程度上緩解了企業(yè)的部分問題，但是在信息化系統運用的深度和細度上仍有待增強，特別是在生產現場和質量管理這一底層層面。本文探討一種適應行業(yè)特點的，有效地與企業(yè)各種信息化系統有機結合，即能保證業(yè)務流程和質量體系規(guī)范執(zhí)行，又能在生產現場方便運用的科研生產管理系統。
2 行業(yè)特點
高端裝備行業(yè)在生產制造方面，有其獨特的特點，這些特點既決定了其對生產管理系統的特殊需求，也能從側面說明相比于一般流程型制造企業(yè)，該行業(yè)的信息化系統更加復雜，應整體考慮解決方案。
表1 各行業(yè)特點及對生產管理系統的需求
3 系統方案
一個應用成功的信息化系統不一定是功能最強大，程序最龐大的，而一定是滿足企業(yè)需求，真正能為企業(yè)解決現實問題的，而且作為產品生命周期管理這樣的貫穿整個企業(yè)業(yè)務流程的系統，往往在實施后能夠提升甚至改變企業(yè)的管理模式，但是這種改變一定是基于企業(yè)現有的組織機構、工作場景、用戶習慣的。特別是生產和制造系統，我們可以在系統中建立一個模擬的數字工廠，但是我們很難改變現實中車間的布局，設備的型號或者操作者的素質能力。這一點是我們經驗的積累，尤其是在高端裝備行業(yè)的生產管理上尤為重要。本文以天河軟件在某航天企業(yè)實施應用T5-RMES（科研生產管理系統）為例，詳細說明此類型企業(yè)如何開發(fā)和實施信息化系統。
航天企業(yè)的生產管理是一種科研模式的，邊研發(fā)、邊工藝、邊制造、邊改進，改進時可能需要再研發(fā)、再工藝、再制造，如同做科學研究。因為產品復雜，要求高，航天企業(yè)往往有專門的科學計劃處、項目辦等專門組織來平衡和分配資源，這種生產制造模式是流程型企業(yè)或是一般的大型企業(yè)都不多見的。在開發(fā)這樣的企業(yè)的生產管理系統時，應保留并加強企業(yè)原有的管理思路，突出調度、指揮的功能，達到全流程、全專業(yè)、全透明的管理目標�？蒲猩a管理系統是專為高端裝備行業(yè)定制的解決方案，它有如下特點：
3.1 全流程、全專業(yè)統一平臺管理
科研生產管理系統是航天型號產品從型號調度、指揮批準、生產計劃、工藝編制、生產制造、質量檢驗到數據匯總和分析，這一全過程的綜合信息化集成項目。
3.2 全透明數據展示
科研生產管理系統的用戶深度貫穿整個企業(yè)的決策領導到車間現場工人，廣度橫跨與生產相關的所有部門，為了達到數據全透明的管理目標，必須保證底層數據收集是用戶樂于并方便去做的，所以系統要符合不同用戶的工作場景和操作習慣。例如有的車間無法在現場配備電腦，應考慮采取其他輸入設備作為數據終端。
底層數據收集后，根據用戶層次定制不同的系統界面，滿足多種角色對于數據的不同需求。
圖1 企業(yè)中各角色數據需求圖
3.3 多系統集成
與PDM、CAPP、物資系統、消息系統等進行有機集成，實現綜合管控和智能管理。
圖2 多系統集成圖
3.4 技術整合
將制造執(zhí)行、條碼技術、刷卡派發(fā)任務等技術進行整合，實現便捷操縱和高效管理相結合。
圖3 多技術整合實現高效管理
4 功能模塊
T5-RMES系統由十個功能模塊組成，包括業(yè)務流程建模與管理，生產計劃管理，生產作業(yè)管理，現場質量管理，設備資源管理，人力資源管理，現場物料管理，文檔管理，生產看板，領導界面。
4.1 業(yè)務流程建模和管理
流程建模和定制：系統提供操作簡單但功能強大的流程建模工具，系統管理員可以建立企業(yè)自己的業(yè)務流程，并為每一個流程進行個性化的定制，如權限、節(jié)點的執(zhí)行人、監(jiān)管人、執(zhí)行策略等等。
流程發(fā)起：流程創(chuàng)建者發(fā)起相應流程，并且通過編制流程執(zhí)行計劃、設置節(jié)點工期對資源、時間進行控制。
流程執(zhí)行：流程執(zhí)行者在MES中對推送到自己的任務進行反饋、確認、執(zhí)行或回退。
流程預警：根據用戶定義的預警規(guī)則，對已預警的任務進行消息提醒，推動企業(yè)執(zhí)行力。
圖4 業(yè)務流程及個人具體流程示意圖
4.2 生產計劃管理
科研生產管理系統提供兩種生產計劃編制輔助工具。
方案一：利用車間動態(tài)調度技術提供自動排程方案。
原始調度方案
圖5 原始調度方案
用戶選擇多種變化方式，系統自動排程
圖6 變更加工順序的調度調整方案
圖7 變更加工設備的調度調整方案
加工報表輸出
圖8 輸出加工報表
方案二：針對航天企業(yè)的科研生產模式，提供了與CAPP集成，采用Project軟件編制計劃的方案。
CAPP工藝計劃導出：計劃管理員輸入派工單或跟蹤卡上的任務編碼，從CAPP中將對應的零件加工任務、工序作業(yè)任務導出成Project格式的專題計劃。
Project計劃導入：支持Project格式的計劃導入。
編制月計劃、周計劃、任意時間段計劃：計劃管理員選擇時間段，導出符合條件的計劃，利用自己熟悉的Project工具進行計劃編制。
圖9 與CAPP集成后的管理界面
4.3 生產作業(yè)管理
作業(yè)前派工單、跟蹤卡生成：生產調度生成帶條碼的派工單或跟蹤卡。MES與CAPP系統集成，派工單、跟蹤卡中的內容可來源于CAPP工藝文件。
作業(yè)前分派任務：生產調度掃描派工單或跟蹤卡分派作業(yè)任務。
作業(yè)前任務接收：班組長刷員工卡接收作業(yè)任務（如果沒有員工卡，可采用周轉卡接收作業(yè)任務，得到開工時間）。
作業(yè)前文件準備：操作者掃描派工單或跟蹤卡找到此條工序對應的工藝文件、作業(yè)指導書和生產記錄表格。MES與CAPP系統集成，通過條碼對應，將CAPP中的工藝文件、作業(yè)指導書等工藝事先編制好的文件導入到MES中。
作業(yè)前工具準備：操作者掃描刀具、工具上的條碼，進行刀具、工具齊套檢查和防錯檢查。
作業(yè)中文件填寫：掃描物料、元器件上的條碼，進行物料使用登記和元器件安裝登記。
作業(yè)后提交任務：操作者掃描派工單或跟蹤卡，刷員工卡提交作業(yè)任務（如果沒有員工卡，可采用周轉卡提交作業(yè)任務，得到完工時間）。
在科研生產管理系統中，生產作業(yè)流轉圖示如下圖10。
圖10 生產作業(yè)流轉圖示
4.4 現場質量管理
4.4.1 工藝數據導入
工藝輔助設計（CAPP）在航天集團各公司已經普及多年了，但是質量系統如何利用CAPP中已有的工藝文件數據，還沒有一個標準化的成熟方案。
科研生產與質量信息系統與CAPP系統進行集成，工藝人員完成工藝設計后，將工藝文件中可利用的數據轉化成相應的質量表格的規(guī)范值，再導入到該系統中。比如氣體保護焊焊縫質量記錄卡中的環(huán)境溫度、濕度、焊接方法、電極直徑、保護氣體類別、送絲速度等都是工藝人員在CAPP中已經規(guī)定好的，按照傳統方法，需要打印出紙質文件，交給生產部門，利用數字化系統之后，CAPP中的工藝文件可直接進入現場人員使用的科研生產與質量信息系統，既不需要打印、曬印、下發(fā)等文檔工作，更重要的是一旦工藝文件變更，通過系統平臺進行數據更新，無需人工操作，保證了數據的準確性和變更的及時性。
4.4.2 質量表格生成
根據定制，科研生產與質量信息系統可生成與紙質文件一模一樣的質量表格或實測數據填寫表，不改變操作人員和檢驗人員的使用習慣。
利用系統平臺可對權限進行控制，將質量表格的創(chuàng)建、瀏覽、填寫、簽字、修改、保存、刪除、打印、發(fā)布的各種操作都針對特定用戶進行開放。不僅如此，由于質量表格的填寫涉及到工藝、操作者、檢驗員、管理者等多個角色，還可以控制質量表格中某位置的數據只能由某用戶進行操作，不能修改之前的記錄，保證數據的完整性和不可更改性。
4.4.3 檢驗數據現場采集
在質量管理中，檢驗數據的規(guī)范填寫是質量控制的基礎，但是記錄越規(guī)范，對于填寫所用的時間和人力占用也越多，在傳統手工填寫的方式下，往往出現影響生產效率、操作者不配合、需要增加審核過程等等問題，特別是在型號任務不斷增多，時間要求不斷嚴格的狀況下，這種矛盾越來越突出。
運用信息化系統，不僅可以省去了紙質文件打印和下發(fā)的步驟，更可規(guī)范表格填寫標準。系統的運用如下：
將常用的記錄術語編制成用戶資源庫，幫助檢驗人員填寫表格。
對于結構復雜的檢驗結果，不方便用文字描述的，在系統中可以插入工藝附圖、照片或視頻進行說明。
檢驗員檢驗章的簽署、操作者姓名和操作日期的簽入，系統可以自動完成，不僅節(jié)省時間，更為追溯責任人、保留執(zhí)行時間提供了保證。
4.4.4 條碼技術輔助輸入
對于一些特定的工序，比如電子裝配，需要填寫的質量表格非常復雜，需要將元器件上的信息，如元器件規(guī)格、編號、出廠日期等數據都輸入到表格中。在傳統手工填寫的過程中，填寫檢驗數據的時間大大超過了實際生產的時間。
利用條碼技術，可以幫助操作人員和檢驗人員輔助輸入數據，比如與元器件的物資系統進行集成，將信息保存在元器件上粘貼的二維編碼上，只需要現場人員掃描編碼，系統就可以自動獲取數據，并將獲取的數據按照質量表格格式的要求填好，大大減少了現場人員的手工工作。如圖11所示。
圖11 條碼技術輔助輸入
4.4.5 質量數據包的生成
質量數據包是解決產品數據管理的快速反應和可追溯性，確保產品生產過程中履歷完整真實的有效措施，有利于規(guī)范和強化型號產品研制過程的信息管理。系統根據航天質量數據包標準的要求，將生產過程中形成的質量文件、記錄、數據打包，如果需要，還可以傳送到頂層系統上，完成產品全生命周期的數據管理。通過對產品全生命周期的數據實施跟蹤管理，準確掌握產品技術狀態(tài)、質量狀態(tài)，為型號應用和執(zhí)行飛行發(fā)射任務提供保障和支持。
4.4.6 質量問題處理流程
在傳統工作中，質量問題處理不規(guī)范的情況一直存在。雖然質量管理體系對各種情況按照何種流程進行處理已有詳細程序文件，但是執(zhí)行性有待加強。企業(yè)常常出現質量問題反復出現，究其原因很可能是之前同樣的質量問題沒有得到根本解決，只做了緊急的補救，沒有對問題產生的原因進行分析，實施預防性措施，這也是質量管理體系實施的難點。
利用信息化系統，將生產和質量相關的流程固化到系統平臺上，每個相關人員在自身節(jié)點任務上的執(zhí)行、回退、延期、提交、反饋操作都一覽無余，不僅增加了執(zhí)行效率，也提供了資源共享、信息溝通的手段。如圖12所示。
圖12 質量問題處理流程
4.4.7 質量月報統計與導出
信息化系統的數據優(yōu)勢使質量月報的統計變得簡單和智能，例如每月需要統計的返修數量、讓步接收數量、報廢數量、降級數量、總投產數量、不合格率都可以在系統上進行展示。具有權限的用戶可以看到企業(yè)一段時間的質量情況，每月增加或減少的趨勢。
如圖13“質量信息”在系統中的展示界面。
圖13 “質量信息”在系統中的展示界面
4.5 設備資源管理
設備檔案管理：企業(yè)可在MES中建立設備、刀具、夾具、工裝檔案。
設備實時狀態(tài)管理：根據生產計劃和實際生產情況，用戶在MES中可查詢任意時間段內設備、刀具、夾具、工裝等計劃占用、實際使用、預計計劃等各種實時狀態(tài)的信息。
設備工時統計：設備、刀具、夾具、工裝等每月計劃工時、實際工時報表生成。如圖14所示。
圖14 設備資源管理界面
4.6 人力資源管理
操作人員檔案：企業(yè)可在MES中建立操作人員檔案。
操作人員實時狀態(tài)管理：根據生產計劃和實際生產情況，用戶在MES中可查詢任意時間段內操作人員計劃占用、實際使用、預計計劃等各種實時狀態(tài)的信息。
操作人員工時統計：操作人員每月計劃工時、實際工時報表生成。如圖15所示。
圖15 人力資源管理界面
4.7 現場物料管理
現場物料管理：MES管理生產現場的物料和成品、半成品，支持虛擬入庫。
合格證和條碼生成：在MES中開具合格證，并根據任務編號生成條碼，調度員掃描合格證上的條碼，進行入庫登記。
物料查詢和出庫：物料領用人員掃描合格證，對物料庫存情況進行查詢和出庫操作。如圖16所示。
圖16 現場物料管理
4.8 文檔管理
在線文檔管理：生產和質量管理使用的工藝文件、作業(yè)指導書、生產記錄表格、質量記錄表格、派工單、跟蹤卡、合格證等需要使用者在線填寫和受控管理的文檔，可以在MES中進行創(chuàng)建、填寫、簽名簽章、匯總查詢、權限控制等，實現工廠現場無紙化管理。
離線文檔管理：生產和質量管理使用的質量手冊、程序文件、操作規(guī)程、設備使用說明書等不需要在MES中在線填寫的文檔，使用者可在MES中查詢、瀏覽、權限控制等，文檔格式包括全部OFFICE格式、CAD圖紙、視頻圖像等。如圖17所示。
圖17 文檔管理
4.9 生產看板
生產看板數據的輸入：生產調度、操作者、配料員、檢驗員都是看板數據的終端，系統可采集這些用戶現場輸入的信息，并進行匯總。
生產看板數據的展示：工廠管理者通過生產看板可以實時的獲知生產線的詳細情況，如生產計劃、任務執(zhí)行、設備狀態(tài)、物料消耗等信息。如圖18所示。
圖18 生產看板管理
4.10 領導界面
任務查詢：領導可查詢所有任務的狀態(tài)，如正常進行、預警、延期、已完成，并且可查看到所有任務的具體進展，系統用甘特圖展現每個流程節(jié)點、零部件作業(yè)任務、工序作業(yè)任務的執(zhí)行情況，如執(zhí)行人、執(zhí)行狀態(tài)、計劃時間、實際時間等等。
任務月報：領導可查詢每月未完成任務、已完成任務、進行中任務、任務未完成率的報表。
質量月報：領導可查詢每月報廢數、返修數、讓步接收數、降級數、不合格數、總投產數、不合格率的報表。如圖19所示。
圖19 領導瀏覽界面
5 結束語
本文介紹了高端裝備行業(yè)的特點，以及其在生產過程中遇到的問題，根據行業(yè)特點和問題提煉了企業(yè)的需求，提出了科研生產管理模式的信息化系統解決方案，并且介紹了天河軟件的T5-RMES在該行業(yè)典型企業(yè)的應用實例。
隨著高端裝備行業(yè)的蓬勃發(fā)展，必然會有更多的產品生命周期系統在該行業(yè)成功應用，作者探討了這樣一種解決思路，并實現了該解決方案，希望起到拋磚引玉的作用，與更多的同行一起努力，為中國本土制造添精彩。
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