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制造执行系统在航天产品制造车间的应用模型研究

发布时间:2018-03-01作者:智汇小新

1 引 言


    为实现中国航天“铸造世界一流宇航公司”的发展目标,航天制造企业在构筑航天产品主线,培育核心竞争能力的同时,积极响应“以信息化带动工业化”的战略决策,大力推进企业信息化建设,全面提高企业信息化管理水平。作为制造企业的基础单元,如何改变航天产品制造车间的管理现状,提高信息化管理水平,正成为基层管理者最关心的现实问题和迫切要求。


    制造执行系统(MES)是近年来发展起来的面向制造车间的生产管理技术与实时信息系统。它针对位于企业计划层和工业控制层之问的执行层,研究如何将制造系统的计划进度、产品过程控制、物料管理、质量监控、设备管理和计算机集成制造(CIM)等综合考虑,以提高车间自动化管理水平。MES强调制造计划的执行和产品制造过程的控制,能够优化管理程序,强化管理过程,量化管理效能,提高管理的透明化和敏捷性,是面向车间的先进管理技术。在传统的航天产品制造车间应该建立什么样的MES模型是本文研究的重点。


2 航天产品制造车间管理需求


    由于航天制造企业多是以离散式生产为主,流程生产为辅,装配生产为重点,同时又具有大而全、小而全、分工细的特点。车间生产管理仍是传统的生产管理方式,车间虽然有管理制度,但实际应用过程中却存在很多不规范的地方。车间的管理仍是黑箱操作,无法满足反应敏捷的市场需求。车间的网络基础设施薄弱、整体性差、应用水平低。主要存在以下问题:


    a.车间管理人员无法准确掌握在制品的数量及存贮位置;

    b.车间管理处于黑箱操作,生产和管理状态不明晰,上级机关难于监管;

    c.生产管理自动化水平较低,作业量的整体平衡性差,对设计更改和工艺更改反应迟缓,产品过程质量缺乏有效监控,品质不良率高;

    d.车间的信息传递与反馈仍以人工为主,传递慢,反馈不及时,信息量损失大,而且易出差错;

    e.车间领导习惯于传统的人工管理模式,对现代信息技术的发展和应用不熟悉、不钻研,满足于现状。


    生产车间技术性强,精确度标准高,质量监控严,管理难度大,对提高整体产品的质量、效率和降低成本,缩短制造周期起举足轻重的作用。车间生产管理急需改变现状,以适应未来发展的需要。


3 航天产品制造车间MES应用模型


    3.1 功能模型


    制造执行系统国际联合会(MESA Intemational)归纳了十一个主要的MES功能模块,包括:工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析、数据采集。MES的实际应用是包含其中一个或几个功能模块。


    本人对航天产品制造车间的管理现状进行了广泛调研,系统研究了生产车间的管理需求。利用信息资源规划工具,归纳、总结出了车间8个功能模块和20个程序模块。


    车间作业计划模块:主要包含编制和更改车间作业计划,通过有限资源和作业能力排序优化车间管理性能。


    车间作业过程模块:主要包含作业过程管理、车间作业异常情况处理。基于计划和实际指导生产过程,协调作业过程中出现的问题,跟踪工作状态。


    车间工艺管理模块:主要包含编制和更改工艺文件、作业技术问题质疑、资料归档借阅,编制工艺文件,管理生产中的图纸、批次等信息,解决生产中遇到的技术问题。


    车间质量管理模块:主要包含质量管理信息等,记录产品生产过程信息,分析产品质量,提供分析报告,保证产品质量。


    车间设备管理模块:主要包含设备维护管理、设备台帐管理、设备运行管理等。管理和监控车间设备,进行必要的维护保养,提供设备管理信息。


    车间工具管理模块:主要包含通用工具领用配备、工具台帐管理等,管理车间工具的申请、入库、发放等工作。


    车间库存管理模块:主要包含原材料领用发放、原材料管理等,管理车间原材料的库存与发放工作。


    车间事务管理模块:主要包含行政物品领用、考勤登记、职工台帐等,管理车间人员考勤、行政物品领用等一般事务性工作。


    车间系统功能结构图如图1。

图1 车间系统功能结构图


    以上8个功能模块涵盖了MES的工序详细调度、资源分配和状态管理、文档控制、数据采集、质量管理、维护管理、产品追踪与清单管理等7个标准功能模块。


    3.2 数据模型


    系统数据模型包括车间用户视图一览表、用户视图组成、输出数据流、输入数据流、存储数据流、车间一级数据流图、车间二级数据流图、主题数据库、基本表一览、基本表组成等信息资源规划文档。初步规划为车间作业计划、车间作业过程、车间质量控制卡、车问工艺文件、车间工艺装备台帐、车间通用工具台帐、车间职工台帐等13个主题数据库和工作卡片、质量控制卡片、通用工具台帐等42个基本表。应用时可根据系统数据流程图设置主题数据库和基本表数量。图2为一级数据流程图示例。

  3.3 体系结构模型


    制造车间体系结构模型包括车间C-U矩阵、程序模块与主题数据库基本表的存取关系列表等信息资源规划文档。系统C-U矩阵能直观地表明程序模块与主题数据库基本表之间的存取关系,对应用系统的开发具有直接的指导意义。C表示程序模块创建主题数据库,U表示程序模块使用主题数据库,A表示程序模块创建并使用主题数据库。


    生产车间系统C-U矩阵示例如图3。

图3 生产车间系统C-U矩阵


    3.4 网络应用模型


    MES车间网络应用模型如图4。

    

图4 MES车间网络应用模型


    a.按照车间MES功能模块划分,各业务组至少配置一台联网电脑,工作人员通过录入、输出报表等操作,由计算机自动完成信息的采集、存储、查询等管理应用。各业务组电脑可通过集线器进行扩展;


    b.按照人员岗位的不同设置工作权限,岗位人员只能对本岗位的数据具有输入、修改等管理功能,其他岗位人员都只有浏览权而没有修改权,这样能够确保数据的完整性和一致性,即“一次一处输入”数据;


    c.各工段配置联网计算机,用于接收工作任务,工长通过录入、输出报表等操作,由计算机完成信息收集与存储,自动显示工作节点信息和工作状态,还可以通过外接显示设备,作为现场电子看板使用。自动化程度较高的数控设备也可以直接进行数据采集;


    d.车间联网计算机均可通过网络交换机与公司局域网相连,实现车间基础数据的直接访问;


    e.车间数据库服务器与网络服务器用于车间现场信息的采集、存储、查询等信息管理应用。


4 结束语


    在航天产品制造车间MES应用模型的指导下,可以根据现实需要方便地开发各模块管理信息系统,避免了孤立开发所导致的信息孤岛现象。完全建成的车间MES将充分发挥人与计算机结合的整体优势,使生产现场的信息收集、传递、处理和反馈做到准确、及时、高效,实现生产过程的有序运作和资源优化,并最终实现生产现场管理信息化,大大提高生产车间的现场管理水平。


公司简介

宜科(天津)电子有限公司是中国工业自动化的领军企业,于2003年在天津投资成立,销售和服务网络覆盖全国。作为中国本土工业自动化产品的提供商和智能制造解决方案的供应商,宜科在汽车、汽车零部件、工程机械、机器人、食品制药、印刷包装、纺织机械、物流设备、电子制造等诸多领域占据领先地位。宜科为智慧工厂的整体规划实施提供自系统层、控制层、网络层到执行层自上而下的全系列服务,产品及解决方案涵盖但不局限于云平台、MES制造执行系统、工业现场总线、工业以太网、工业无线通讯、机器人及智能设备组成的自动化生产线、自动化电气控制系统集成、智能物流仓储系统等,以实现真正智能化的生产制造,从而带来生产力和生产效率的大幅提升,以及对生产灵活性和生产复杂性的管理能力的大幅提升。多年来,宜科以创新的技术、卓越的解决方案和产品坚持不懈地为中国制造业的发展提供全面支持,并以出众的品质和令人信赖的可靠性、领先的技术成就、不懈的创新追求,在业界独树一帜。帮助中国制造业转型升级,加速智能制造进程,成为中国工业4.0智慧工厂解决方案当之无愧的践行者。

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