制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)是位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)，它為計(jì)劃的執(zhí)行而跟蹤所有資源(人、設(shè)備、物料)的當(dāng)前狀態(tài)，起著信息傳遞與溝通的作用，其重要程度越來越多地得到制造企業(yè)的關(guān)注。

1、裝配車間的管理現(xiàn)狀及MES特點(diǎn)

    裝配車間存在裝配過程中包含大量的零件、部件、工裝夾具和設(shè)備等制造資源；業(yè)務(wù)量大，個(gè)別時(shí)間段任務(wù)相當(dāng)重，且對交貨時(shí)間和質(zhì)量要求嚴(yán)格；裝配車間與其他車間有大量物料協(xié)作；插單多、期限要求嚴(yán)格；訂單任務(wù)重、產(chǎn)品種類多并且狀態(tài)多等業(yè)務(wù)特點(diǎn)。此種業(yè)務(wù)模式下，具體存在的管理問題如下：

    （1）物料種類多、數(shù)量大，管理復(fù)雜。裝配車間由于與其他部門或單位有大量物料協(xié)作，因而生產(chǎn)前的齊套管理困難；采用固定裝配和流水式混合裝配，使得生產(chǎn)過程中物料管理困難；產(chǎn)品種類多、相似度大，狀態(tài)多，場地分散；導(dǎo)致物料管理復(fù)雜。

    （2）數(shù)據(jù)共享程度低。裝配過程涉及到設(shè)計(jì)部門、工藝部門、生產(chǎn)部門與管理部門等眾多部門，各部門的信息無法通過有效手段實(shí)現(xiàn)共享和有效利用，從而降低各部門相關(guān)人員的工作效率。

    （3）不能實(shí)時(shí)反映生產(chǎn)狀況。當(dāng)出現(xiàn)生產(chǎn)問題追查原因和責(zé)任時(shí)，數(shù)據(jù)不可靠，可追溯性不強(qiáng)。既不能保證統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源的有效性和統(tǒng)計(jì)結(jié)果的正確性，也浪費(fèi)了大量的人力資源，做不到實(shí)時(shí)反映車間裝配情況。

    面向航天產(chǎn)品的裝配MES系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的車間或者生產(chǎn)廠的管理相比，具有以下顯著特點(diǎn)：

    （1）整體性。針對裝配過程的MES能夠使得飛機(jī)制造過程中所涉及的部門減少協(xié)調(diào)時(shí)間，提高企業(yè)各部門的工作效率，建立良好的部門通信協(xié)調(diào)以及反饋機(jī)制。

    （2）動態(tài)性。裝配過程的MES能快速向計(jì)劃管理層反饋生產(chǎn)現(xiàn)場的具體情況，計(jì)劃層及時(shí)對生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，并將調(diào)整計(jì)劃通過MES傳遞到生產(chǎn)現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)對計(jì)劃的快速反應(yīng)。

    （3）全面性。有效實(shí)現(xiàn)裝配車間資源如人員、設(shè)備、場地、物料等的有效管理，以及車間裝配過程的管理。

2、裝配MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能模塊

    裝配MES系統(tǒng)為了方便生產(chǎn)現(xiàn)場操作和系統(tǒng)的靈活性，采用C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)相混合的方式，一部分查詢、瀏覽和工位操作等與現(xiàn)場工作人員結(jié)臺比較緊密的功能采用B/S方式實(shí)現(xiàn)，如車間現(xiàn)場的工藝瀏覽功能、任務(wù)查看和三維信息的展示等；其他功能大多采用C/S方式實(shí)現(xiàn)，如基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理等。

    結(jié)合航天企業(yè)信息化的發(fā)展情況，分析裝配過程的業(yè)務(wù)流程，面向航天產(chǎn)品裝配的MES系統(tǒng)的主要功能模塊如下。

    2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊

    基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理是整個(gè)MES系綻實(shí)現(xiàn)的一個(gè)基礎(chǔ)模塊，它既要向本系統(tǒng)的各個(gè)模塊提供各種資料和數(shù)據(jù)，還要接受來自企業(yè)其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及向其他系統(tǒng)反饋現(xiàn)場信息。該模塊維護(hù)的各種數(shù)據(jù)與其他模塊和系統(tǒng)的信息交互見圖1。

圖1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊涉及的數(shù)據(jù)流

    2.2 裝配生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度管理模塊

    該模塊的主要功能包括計(jì)劃導(dǎo)入，計(jì)劃編制、計(jì)劃查詢統(tǒng)計(jì)和計(jì)劃下達(dá)，總生產(chǎn)計(jì)劃由ERP系統(tǒng)導(dǎo)入，獲得如計(jì)劃號、件號、名稱、計(jì)劃數(shù)量、優(yōu)先級、計(jì)劃開始時(shí)間、計(jì)劃結(jié)束時(shí)間等信息，再根據(jù)各個(gè)車間進(jìn)行任務(wù)的合理編制并下達(dá)相應(yīng)車間進(jìn)行車間裝配生產(chǎn)；根據(jù)車間裝配生產(chǎn)計(jì)劃及各生產(chǎn)指令和物料準(zhǔn)備情況，適時(shí)制定、調(diào)整各班組的周生產(chǎn)計(jì)劃；確保生產(chǎn)計(jì)劃節(jié)點(diǎn)完成生產(chǎn)任務(wù)。同時(shí)將主計(jì)劃完成情況反饋到ERP系統(tǒng)。

    2.3 裝配作業(yè)管理模塊

    裝配作業(yè)管理模塊是整個(gè)MES的核心，用來控制和協(xié)調(diào)計(jì)劃訂單在車間現(xiàn)場的執(zhí)行過程。該功能模塊可以根據(jù)企業(yè)對產(chǎn)品的復(fù)雜程度以及計(jì)劃控制粒度靈活設(shè)置現(xiàn)場生產(chǎn)管理的層次和可控制點(diǎn)數(shù)，具有制造單元或設(shè)備的任務(wù)排序和負(fù)荷調(diào)整能力。作業(yè)管理模塊與基于條碼技術(shù)的數(shù)據(jù)采集過程、質(zhì)量檢查過程、故障處理過程和質(zhì)量跟蹤過程實(shí)現(xiàn)無縫集成。裝配作業(yè)管理模塊可實(shí)現(xiàn)不同生產(chǎn)方式的結(jié)合，以保證整個(gè)企業(yè)的需求為目標(biāo)，其功能見圖2。

 圖2 裝配作業(yè)管理模塊功能

    (1)車間訂單管理：根據(jù)裝配計(jì)劃管理模塊下發(fā)的裝配計(jì)劃或者派工單將整個(gè)車間的裝配任務(wù)分解成為按順序排列的若干分段計(jì)劃，以管理裝配的縱向協(xié)同。

    (2)生產(chǎn)準(zhǔn)備管理：生產(chǎn)準(zhǔn)備為車間生產(chǎn)作業(yè)管理的重要內(nèi)容，主要職責(zé)包括工具工裝可用性檢查、標(biāo)準(zhǔn)樣件可用性檢查、設(shè)備可用性校核、提前期校核和物料可用性檢查。

    (3)工序作業(yè)計(jì)劃管理：按照工作訂單和車間訂單的時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求、采用最小加工周期確定工序的最早開工和最晚完工時(shí)間。將整個(gè)車間的裝配任務(wù)分解成按工序順序排列的工序計(jì)劃，以管理需求物件在車間內(nèi)部流轉(zhuǎn)的縱向協(xié)同。確定每臺設(shè)備或者每個(gè)工人在較短期間內(nèi)的任務(wù)次序，進(jìn)行裝配任務(wù)的橫向協(xié)同。

    (4)工序計(jì)劃維護(hù)：工序計(jì)劃維護(hù)功能主要是為適應(yīng)企業(yè)批量投入分批產(chǎn)出習(xí)慣而專門設(shè)置的。上要任務(wù)是：對已開工批次的工序作業(yè)計(jì)劃，因臨時(shí)任務(wù)調(diào)整，分批進(jìn)行生產(chǎn)，從完工的工序開始，生產(chǎn)新的工序作業(yè)計(jì)劃并記錄原工序作業(yè)計(jì)劃的批號和任務(wù)號；當(dāng)發(fā)生工序順序變化和工序超越、臨時(shí)增加工序時(shí)，生成新的批次號，打印新的工藝流程卡，記錄工藝臨時(shí)更改單號。

    (5)數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控：在數(shù)據(jù)采集中，主要采用與軟件集戰(zhàn)封裝的條碼數(shù)據(jù)采集技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)進(jìn)度和質(zhì)量狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集和輸入，以提高現(xiàn)場信息采集的精準(zhǔn)度和效率；在裝配的重要裝配區(qū)和關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控來確保裝配的質(zhì)量，減少人為因素對裝配質(zhì)量的影響。

    (6)追溯功能：根據(jù)工序點(diǎn)采集的質(zhì)量信息，可以向前和向后追溯質(zhì)量狀態(tài)和處理單號，一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，可以追溯到批架次號、操作人、檢驗(yàn)人、不合格品處置單號等信息。

    2.4 裝配車間資源管理模塊

    通過對車間資源的有效管理，提高資源調(diào)度的靈活性。尤其是在裝配車間任務(wù)重或有臨時(shí)性插單的情況下，通過車間資源管理合理調(diào)度人員和場地資源是縮短裝配周期、控制成本的有效途徑。主要功能包括人員管理、物料管理、設(shè)備管理、場地管理、資源組管理等。       

    MES系統(tǒng)建立人員信息數(shù)據(jù)庫，提供車間的組織結(jié)構(gòu)管理、人員技能、工作時(shí)間、休假等信息，以便能夠準(zhǔn)確及時(shí)掌握人員實(shí)時(shí)信息，為產(chǎn)品的及時(shí)交付提供保證，同時(shí)為車間的人員績效考核提供依據(jù)。

    物料管理主要功能包括物料出入庫管理、物料庫存管理、物料準(zhǔn)備、物料凋度和物料追蹤等；零部組件管理包括：產(chǎn)品、部件及零件管理。它們的基本信息通過ERP系統(tǒng)導(dǎo)入MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對零部組件基本信息管理、條碼管理、分類管理、結(jié)構(gòu)管理、工序模板管理、配套表管理，用于MES中計(jì)劃排產(chǎn)、物料齊套和過程跟蹤。在制品和輔料等庫存信息從ERP系統(tǒng)獲取，用于MES物料齊套管理。

    設(shè)備管理主要負(fù)責(zé)設(shè)備檔案管理、設(shè)備運(yùn)行管理、設(shè)備維修與維護(hù)計(jì)劃等；裝配車間的設(shè)備主要指測試設(shè)備、工位器具和工裝，它們可能成為約束裝配車間生產(chǎn)能力的最主要元素。因此建立設(shè)備信息模型、結(jié)合觸摸屏數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控，是提高瓶頸設(shè)備利用率的有效途徑。

    場地管理基于場地分組，規(guī)范車間物料存放，場地關(guān)聯(lián)還包括與當(dāng)前擺放設(shè)備的關(guān)聯(lián)。

場地定義有場地當(dāng)量、人員限制、場地面積、備注等屬性，需要產(chǎn)品增加占地面積屬性。MES系統(tǒng)根據(jù)場地面積、存放產(chǎn)品數(shù)量和該產(chǎn)品的占地面積判斷場地存放，預(yù)警規(guī)則需要用戶給定。

    資源組是指車間用于生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行必須用到的一類相關(guān)或相似的資源對象，這一類資源對象有共同的屬性，可以歸屬于一組對象進(jìn)行管理。資源組管理主要是把裝配車間相關(guān)或類似資源以對象化管理，并賦予一定資源組屬性，定義其代號、名稱、是否排產(chǎn)等。

    2.5 生產(chǎn)看板與監(jiān)控

    MES系統(tǒng)通過各種看板實(shí)現(xiàn)對車間生產(chǎn)信息的監(jiān)控功能，提供不同人員不同的看板、看到不同的信息，達(dá)到生產(chǎn)可視化的目的。看板包括：車間作業(yè)計(jì)劃看板、班組任務(wù)看板、車間設(shè)備看板、車間場地布局看板、物料齊套看板、工藝準(zhǔn)備看板、報(bào)警看板看板等。

3、MES系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)

    在制造業(yè)信息化建設(shè)中，MES系統(tǒng)處于企業(yè)管理層和車間層的中間層，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)車間層管理透明化，為企業(yè)其他系統(tǒng)提供可靠信息的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)/工藝、企業(yè)管理、制造等多個(gè)層次的數(shù)據(jù)的充分共享和有效利用。在MES系統(tǒng)的應(yīng)用中，主要包括以下2個(gè)方面的關(guān)鍵問題。

    3.1 MES系統(tǒng)與企業(yè)其他信息系統(tǒng)的集成技術(shù)研究

    飛機(jī)制造企業(yè)信息化發(fā)展中，采用的系統(tǒng)包括PDM、CAD、CAPP和ERP等信息系統(tǒng)，各自都有自己的數(shù)據(jù)庫以及所涉及的核心數(shù)據(jù)模型，MES也不例外。但是作為信息化建設(shè)中的一個(gè)子系統(tǒng)，MES必須從其他系統(tǒng)中獲取自己所需的基本數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)等，所以MES與其他系統(tǒng)之間的集成是必不可少的。

    航天產(chǎn)品是以BOM為主線組織新產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)的。以BOM為核心進(jìn)行系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的有效集成，確保系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的鏈通，從而使得系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)強(qiáng)內(nèi)聚、弱耦合的功效。MES的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是MBOM，MBOM包含所有構(gòu)成產(chǎn)品的零組件、標(biāo)準(zhǔn)件、成品件、材料等組成單元及其裝配關(guān)系和數(shù)量配套關(guān)系。反映工藝裝配關(guān)系并說明配套來源的分層次的物料清單。

    (1)MBOM中的裝配關(guān)系應(yīng)記錄裝配單元之間的層次關(guān)系、裝配單元與AO之間以及AO與零組件之間的裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系，零組件之間裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系與PBOM相同；

    (2)MBOM中零組件生產(chǎn)類型及工藝分工路線等信息與PBOM中相同；

    (3)零組件工藝文件，定義零組件的AO、加工設(shè)備、工裝夾具、刀具、量具、工時(shí)定額、車間、班組等數(shù)據(jù)；

    (4)零組件之間的裝配數(shù)量關(guān)系，主要描述零組件在裝配過程中每道工序或每本AO需要裝配的零組件號和數(shù)量，零組件之間的數(shù)量關(guān)系與PBOM相同。

    MBOM可為CAD、CAPP、ERP、PDM等的有機(jī)集成及企業(yè)集成提供統(tǒng)一有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以滿足數(shù)據(jù)的唯一性、實(shí)時(shí)性、有效性、安全性等需求。MBOM的管理是制造數(shù)據(jù)管理的核心內(nèi)容，而工藝信息是MBOM管理的基礎(chǔ)內(nèi)容。

    MES與其他系統(tǒng)的讀寫方式是在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上創(chuàng)建各系統(tǒng)中需要集成交互的物理表的復(fù)制版本或是中間表，數(shù)據(jù)的同步使用相關(guān)的刷新策略處理，將業(yè)務(wù)系統(tǒng)按原來的方式連接數(shù)據(jù)服務(wù)器，對于集成的數(shù)據(jù)直接在數(shù)據(jù)中心中獲取，各系統(tǒng)不直接訪問彼此數(shù)據(jù)信息，而是統(tǒng)一在數(shù)據(jù)中心。為了保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確更新到數(shù)據(jù)中心，對于不經(jīng)常處理的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)使用異步方式更新數(shù)據(jù)，對于即時(shí)響應(yīng)處理的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)使用同步方式更新數(shù)據(jù)。

    3.2 插單業(yè)務(wù)的排產(chǎn)技術(shù)研究

    裝配車間在生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)插單，（插單定義為：每月一個(gè)固定時(shí)間段，非此時(shí)間段下達(dá)的計(jì)劃)，MES系統(tǒng)采取以下方案來實(shí)現(xiàn)插單，提高計(jì)劃編制的合理性。

    （1）在裝配MES系統(tǒng)中，利用優(yōu)先級來確定計(jì)劃的緊急程度，優(yōu)先級越高表示任務(wù)越緊急。例如：現(xiàn)在有多條生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)，其裝配計(jì)劃的優(yōu)先級（爭取）最高，系統(tǒng)取值為15。此時(shí)，接到新的緊急插單order2、設(shè)定優(yōu)先級為95。

    （2）插單后，選擇排程，系統(tǒng)將高速自動生成調(diào)整過的進(jìn)展?fàn)顩r以及追加急件的新計(jì)劃。緊急計(jì)劃占用設(shè)備之后，原有的未完成的生產(chǎn)任務(wù)會自動往后推延（鎖定資源除外），但是已經(jīng)完成或開始的任務(wù)不會受到影響。

    （3）排程的結(jié)果中未完成的生產(chǎn)任務(wù)被推到計(jì)劃開始時(shí)間的右側(cè)--順延，已經(jīng)完成或開始的任務(wù)不受影響，在計(jì)劃開始時(shí)間的左側(cè)，新追加的急件搶奪了資源。

    （4）在緊急插單處理時(shí)，系統(tǒng)也支持先手工鎖定某個(gè)計(jì)劃或某些工序，然后再進(jìn)行重新排產(chǎn)，這樣緊急插單重新排產(chǎn)時(shí)不影響已鎖定的計(jì)劃或工序的安排情況，以保證插單排產(chǎn)更加優(yōu)化。

    （5）如果因?yàn)榫o急插單的排產(chǎn)，導(dǎo)致出現(xiàn)了新的超期工作，計(jì)劃人員對計(jì)劃排產(chǎn)的結(jié)果不滿意，可以通過計(jì)劃重復(fù)修改、保存、向現(xiàn)場請示等一系列的操作來解決。如：通過合理設(shè)置優(yōu)先級、計(jì)劃的合并、工序合并、加班、甚至增加設(shè)備、人員來解決緊急插單對現(xiàn)有計(jì)劃造成的影響。

結(jié)束語

    MES是裝配車間生產(chǎn)管理信息化的重要技術(shù)手段，通過MES可以實(shí)現(xiàn)對車間生產(chǎn)過程的可視化、實(shí)時(shí)化與精細(xì)化管理，從而顯著提高車間的制造效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量。 MES作為當(dāng)前制造業(yè)信息化領(lǐng)域的研究與應(yīng)用熱點(diǎn)，已經(jīng)成為一個(gè)不爭的事實(shí)。針對我國航天產(chǎn)品裝配的特點(diǎn)和車間生產(chǎn)管理現(xiàn)狀，研究航天產(chǎn)品裝配的制造執(zhí)行系統(tǒng)，對促進(jìn)我國裝配企業(yè)制造信息化和自動化的建設(shè)具有重要意義。