0 引言

    為適應(yīng)未來航空產(chǎn)品型號研制對鈑金制造能力的需求，達到提高精度、縮短周期和管理高效、減少手工作業(yè)的目的，制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）是近幾年無論是國內(nèi)還是國際都迅猛發(fā)展的、面向車間層的生產(chǎn)管理技術(shù)和實時信息系統(tǒng)。傳統(tǒng)意義上的MES主要應(yīng)用于以高端數(shù)控機床為加工中心的機械加工車間，對以薄壁成形為制造主體的鈑金車間卻鮮有涉足。為此，洪都集團開展了航空產(chǎn)品鈑金件數(shù)字化制造集成技術(shù)的研究工作，在鈑金車間推進實施北航MES（制造經(jīng)理）系統(tǒng)，并基于某型號飛機部分典型零件進行了應(yīng)用驗證。

1 鈑金車間概述

    1.1 鈑金車間業(yè)務(wù)特點

    鈑金車間不同于采用數(shù)控機床為生產(chǎn)單元的現(xiàn)代機械加工中心，設(shè)備多、零件種類多、加工周期短是鈑金車間的特點，隨著現(xiàn)代飛機技戰(zhàn)術(shù)指標的不斷提高，飛機結(jié)構(gòu)不斷改進，新型材料也得到較多的應(yīng)用，制造工藝技術(shù)取得了長足的進步。但由板材組成的薄殼鉚接結(jié)構(gòu)仍然是飛機的結(jié)構(gòu)主體，鈑金零件構(gòu)成飛機機體的框架和氣動外形。據(jù)統(tǒng)計，鈑金零件約占飛機零件數(shù)量的50%，工藝裝備數(shù)量約占65%，制造工作量約占20%，迄今沒有一種工藝方法能取而代之。鈑金車間承擔了多個機型和科研的生產(chǎn)任務(wù)，生產(chǎn)零件品種繁多，全年零件投產(chǎn)圖號數(shù)達幾萬項，生產(chǎn)批量小，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大部分加工任務(wù)需要依靠手工輔助機械完成。

    1.2 鈑金車間的管理模式

    品種多，批量小，交貨期短，質(zhì)量要求高已經(jīng)成為現(xiàn)代鈑金產(chǎn)品發(fā)展趨勢。在這種形勢下，鈑金車間采取扁平化管理的模式，它有效地解決了等級式管理的“層次重疊、冗員多、組織機構(gòu)運轉(zhuǎn)效率低下”等弊端，加快了信息流的速率，提高了決策效率。扁平化管理模式精煉了管理層次，但是由決策者直接面對職能部門和基層生產(chǎn)單位的“一對多” 的組織構(gòu)架，這只是物理意義上的扁平化管理。由于缺乏有效的信息共享和協(xié)作機制，使得扁平化管理流于形式。

2 鈑金車間生產(chǎn)管理所存在的問題

    為適應(yīng)未來航空產(chǎn)品型號研制對鈑金制造能力的需求，達到提高精度、效率和質(zhì)量、減少手工作業(yè)的目的，以適應(yīng)外部環(huán)境的快速變化。生產(chǎn)管理的精益化，目的就是消除生產(chǎn)中一切不增值的活動，通過持續(xù)改進，不斷提高質(zhì)量，降低成本，提高產(chǎn)品履約率，實現(xiàn)“完美”鈑金制造的最終目標。

    當前鈑金車間生產(chǎn)管理還存在一些問題，主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

    2.1 缺乏完善的現(xiàn)場信息共享機制

    基本上還處于原始的手工記賬狀態(tài)，生產(chǎn)信息無法實現(xiàn)對稱訪問，無法進行自動統(tǒng)計與分析。主要包括如下幾方面的數(shù)據(jù)：

    1）車間生產(chǎn)進度信息

    任務(wù)加工進度信息主要依靠來自于工段的個人加工記錄臺賬；零件制造指令（FO）一旦下達后，調(diào)度員就只能通過翻閱臺賬或者詢問相關(guān)人員等手段才能知道進度。這種情況下在制品統(tǒng)計就非常耗時和浪費人力，而且統(tǒng)計結(jié)果很快失去時效。

    2）車間指令交接信息。

    車間指令交接信息來自于成品交接單，主管領(lǐng)導(dǎo)如果需要了解制造部指令完成情況，就只能查詢計劃員的指令交接臺賬。

    3）車間庫存信息

    車間立體庫系統(tǒng)沒有聯(lián)入局域網(wǎng)，其它庫房基本沒有使用計算機，除庫管外其他人員不知道庫存信息。

    2.2 缺乏完整的生產(chǎn)計劃控制體系

    當前分廠生產(chǎn)計劃體系所涉人員主要包括制造部計劃員，分廠計劃員，分廠車間調(diào)度員，工段長以及工人，他們各自承擔的角色如下：

    1）制造部計劃員只基于裝配需求下達生產(chǎn)指令

    生產(chǎn)處計劃員按型號進行管理，型號計劃員每月都只是根據(jù)裝配節(jié)點不停的“催活”。由于沒有考慮實際車間生產(chǎn)能力，所以其下達的“月生產(chǎn)計劃”往往無可執(zhí)行性。而且分廠臨時任務(wù)不斷，由于實際生產(chǎn)過程中不停地插入臨時任務(wù)，不停地有各種質(zhì)量情況出現(xiàn)，月計劃會逐漸“跟不上變化”，從而使生產(chǎn)指令無法考核。

    2）車間計劃員變?yōu)椤拔臅��?/p>

    由于計劃員既不能建議制造部的生產(chǎn)指令，又無法控制現(xiàn)場生產(chǎn)，這樣計劃員就只能“淪落”為一個文書角色，只是負責“中轉(zhuǎn)”制造部處指令，最后完成一些指令統(tǒng)計報表。

    3）車間調(diào)度員無法控制現(xiàn)場生產(chǎn)節(jié)奏

    而調(diào)度員都只主管其中部分型號，無法根據(jù)車間生產(chǎn)能力綜合考量，只是按照各自管理型號的緊迫程度不�！按呋睢薄�

    4）工段派工不完全根據(jù)生產(chǎn)能力

    當前，生產(chǎn)室將所有接收到的任務(wù)全部下發(fā)到工段，使得工段有機會在不對分廠任務(wù)作整體考慮的條件下選擇任務(wù)執(zhí)行。由于分廠上層并沒有統(tǒng)一的生產(chǎn)計劃，最后完全由工段長控制生產(chǎn)。而工段長更多的考慮如何工段利益，盡量使批量最大化，如何使工段生產(chǎn)工時總和最大化，如何使工段車間工時分配公平。

    總之，在這種粗放的生產(chǎn)管理模式下，分廠根本就無法組織均衡生產(chǎn)。

    2.3 無法進行能力計劃

    由于分廠生產(chǎn)品種多，批量少，無法實現(xiàn)能力計劃，甚至大多數(shù)情況下都是“有調(diào)度無計劃”，所以無法優(yōu)化投產(chǎn)批量和批數(shù)，無法優(yōu)化排產(chǎn)，提高資源利用率，最終達到降低生產(chǎn)成本的目的。而且一旦現(xiàn)場情況出現(xiàn)變化，如質(zhì)量情況，設(shè)備情況，工具情況，計劃不能隨需而變，導(dǎo)致計劃跟不上變化。車間也就無法回答最遲可以在什么時間開始和結(jié)束。

    2.4 無法實現(xiàn)流程控制

    由于當前都是手工操作，只能依靠人的自覺和自率，所以有些合理流程無法控制，如：不能將正確的物料用在正確的工單上，從而導(dǎo)致質(zhì)量問題和生產(chǎn)問題，計劃員可能直接將有質(zhì)量問題的在制品送往下一道工序進行處理，而不是找有關(guān)部門討論，導(dǎo)致在下一步的生產(chǎn)準備不充分的情況下，就派工給工人。

    因此，必須在分析上述問題的基礎(chǔ)上，梳理、優(yōu)化鈑金零件生產(chǎn)過程流程，構(gòu)建適合鈑金車間生產(chǎn)特點的制造執(zhí)行系統(tǒng)。

3 鈑金車間MES應(yīng)用架構(gòu)

    3.1 鈑金件生產(chǎn)過程業(yè)務(wù)模型

    技術(shù)人員在鈑金車間做了大量現(xiàn)場調(diào)研的基礎(chǔ)上，在北航MES研發(fā)團隊的指導(dǎo)下，從信息化的視角，建立了鈑金制造過程管理業(yè)務(wù)模型，以數(shù)據(jù)流為導(dǎo)向，以數(shù)字量傳遞為主線，對業(yè)務(wù)流程模型進行了仿真與優(yōu)化，構(gòu)建了多個鈑金制造過程管理數(shù)字化流程模型，包括：產(chǎn)品及制造指令處理流程模型，計劃管理流程模型，生產(chǎn)準備流程模型，派工管理及質(zhì)量處理流程模型等。計劃管理流程模型如圖1所示。

圖1 計劃管理流程模型

    3.2 鈑金車間MES系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)

    在進行多方調(diào)研的基礎(chǔ)上，洪都公司最終選擇了北航制造經(jīng)理系統(tǒng)作為鈑金車間MES應(yīng)用平臺，制造經(jīng)理采用J2EE分布式的多層體系結(jié)構(gòu)，支持多平臺（Windows、UNIX、Linux）和多種終端（PC，PDA…）形式的訪問模式。應(yīng)用MVC開發(fā)模式，將企業(yè)的業(yè)務(wù)邏輯和軟件實現(xiàn)有效的分離。采用基于角色的訪問體系，實施有效的權(quán)限與安全管理控制。應(yīng)用組建化、可定制的開發(fā)模式，提供軟件的頁面配置、功能配置和角色配置功能，同時應(yīng)用支持敏捷開發(fā)的報表和頁面開發(fā)工具，快速響應(yīng)企業(yè)的業(yè)務(wù)邏輯變化和新的功能需求。

    制造經(jīng)理采用成熟的應(yīng)用軟件MS Project進行有限能力計劃，利用業(yè)界高度認同的ILOG提供的穩(wěn)定可靠的算法進行計劃優(yōu)化。采用JGantt組件實現(xiàn)Gantt圖顯示和任務(wù)計劃調(diào)度的可視化操作，極大地提高了軟件的可視化和使用的便捷性。軟件整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 鈑金MES軟件總體架構(gòu)

    3.3 鈑金MES與其他應(yīng)用系統(tǒng)的集成

    在現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展進程中，建立從設(shè)計—工藝—制造的基于全數(shù)字化的數(shù)字量產(chǎn)品數(shù)據(jù)流是至關(guān)重要的，因此鈑金車間MES系統(tǒng)必須與公司現(xiàn)有的信息化應(yīng)用系統(tǒng)進行對接，完成無縫集成，才能發(fā)揮MES系統(tǒng)的優(yōu)勢作用，MES系統(tǒng)與公司其他應(yīng)用系統(tǒng)的集成見圖3。

圖3 鈑金MES與其他應(yīng)用系統(tǒng)集成示意

    為了產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)數(shù)據(jù)到產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)的同步轉(zhuǎn)換，減少MES系統(tǒng)使用人員對FO/AO指令數(shù)據(jù)的重復(fù)維護、滿足產(chǎn)品單一數(shù)據(jù)源需求，實現(xiàn)產(chǎn)品PBOM和MBOM數(shù)據(jù)從洪都公司自行開發(fā)應(yīng)用的中航CAPP系統(tǒng)到北航MES系統(tǒng)的全數(shù)字量傳遞，洪都公司完成了二者的數(shù)據(jù)集成工作，系統(tǒng)集成場景見圖4。

圖4 中航CAPP與北航制造經(jīng)理（MM）集成場景

4 應(yīng)用效果

    得益于國家新初級教練機—L7項目的開展，洪都公司選擇L7飛機部分部件，基于北航MES系統(tǒng)，在鈑金車間生產(chǎn)管理過程中，進行了典型應(yīng)用驗證。鈑金MES 的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：

    1）信息共享和對稱訪問

    在實施MES之前，信息都存放于各職能人員的紙張或文檔中：計劃員掌握投料信息，工長掌握進度信息，統(tǒng)計員掌握工時信息，調(diào)度員掌握所管型號的信息，使得信息無法共享，從而導(dǎo)致很多問題被人為掩蓋起來。通過實施MES系統(tǒng)，所有信息都能透明訪問，充分暴露車間所有問題。而且由于信息高度共享，可以避免很多重復(fù)錄入工作，提高了工作效率，工作情況查詢見圖5。

圖5 鈑金車間工作情況查詢統(tǒng)計

    2）管理模式改變

    通過實施MES系統(tǒng)，車間信息采集更加容易，信息呈現(xiàn)更加方便，車間可以實現(xiàn)扁平化的管理模式。并且由于實現(xiàn)了能力計劃，整個車間生產(chǎn)都不再處于無序狀態(tài)，各職能部門都圍繞著生產(chǎn)計劃展開自己的工作，從而使權(quán)責更加明確，車間管理更加規(guī)范。

    3）過程管理與優(yōu)化

    由于鈑金分廠屬于非常典型的多品種小批量生產(chǎn)工廠，加工零件比較復(fù)雜，生產(chǎn)任務(wù)繁重，工時無法準確定額，依靠人的經(jīng)驗很難做出一份合理的計劃，所以迫切需要計算機輔助進行過程管理，以提高設(shè)備利用率，減少任務(wù)拖期率，從而達到提高車間經(jīng)營能力的最終目標，生產(chǎn)計劃管理見圖6。

圖6 鈑金車間生產(chǎn)計劃管理

    4）產(chǎn)品可溯性加強

    MES支持物料單件標識和批標識，嚴格記錄物料的加工信息和檢驗信息，嚴格記錄任務(wù)的批次演繹關(guān)系，嚴格記錄組件和零件、零件和原材料的追溯關(guān)系，支持物料譜系關(guān)系的得正反查，對非構(gòu)化文檔進行歸檔管理，從而最終協(xié)助企業(yè)生成產(chǎn)品電子履歷。

5 結(jié)語

    洪都集團通過鈑金MES系統(tǒng)的實施，有效實現(xiàn)了從設(shè)計—工藝—制造的企業(yè)信息閉環(huán)，顯著地提高了鈑金車間生產(chǎn)過程現(xiàn)代化管理水平，極大地方便了廣大工程技術(shù)人員對制造作業(yè)信息的操作與獲取，為企業(yè)產(chǎn)品在鈑金MES系統(tǒng)中的全面應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標題：飛機鈑金車間制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用研究

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