精益制造執行系統（LMES）的研究與開發

鄒強強，石宇強

（西南科技大學 制造科學與工程學院，綿陽 621010）

0 引言

傳統的推式生產方式已經不能滿足多品種、小批量市場需求，企業對市場反應的遲鈍造成過多的庫存，使得企業資金大量擠壓，已經嚴重影響企業的正常運作。由于精益生產對市場的快速響應以及零庫存的追求等諸多優勢，許多企業已經開始采用這種科學的管理理念。同時，隨著信息技術在企業生產中的不斷成熟，企業信息化建設已經是實現企業車間高效生產的又一有效途徑。制造執行系統（MES）作為車間生產的管理信息系統，能夠快速有效地執行企業層下達的生產任務。從產品工藝、生產資料、產品質量、設備監控等多個方面指導車間生產。

1 LMES總體構架方案

1.1 LMES系統模型

根據AMR三層模型建立LMES的系統模型如圖1所示。LMES系統通過集成與上層ERP連接，從圖2中可以看到LMES系統從ERP系統中獲取物料，工藝路線，工作中心，生產訂單，序列號等信息。在這些信息中，物料信息和工藝路線數據是通過CAPP系統獲取的，而它們的真正數據來源是PLM系統和CAXA系統。LMES系統獲得的序列號是由ERP系統生成的，激光標刻機標識系統直接獲取LMES序列號對物料進行二維碼激光標刻，以便LMES系統對產品生產加工過程的管控，同時LMES系統向上層反饋生產報工、質量通知等信息；在下層LMES系統通過與設備狀態監控系統以及計量檢測系統連接，實時跟蹤設備的運行狀況。CAXA系統和計量檢測系統負責現場設備的狀態數據和尺寸檢查數據的獲取，經過LMES分析生成相關報表，并將信息傳遞給ERP系統。

圖1 LMES系統模型

1.2 LMES硬件構架

車間設備集成網絡需要按照工業以太網標準進行搭建，并且采取工業網管型交換機與機整體采用二層網絡構架，檢測設備服務器與LMES服務器通過帶防火墻交換機連接，如圖3所示。車間現場需要實時采集數據，需要為車間LMES服務器分配一條專用網線。

圖2 LMES與周邊系統的關系

2 葉片生產車間LMES研發

2.1 車間背景概述

D公司葉片分廠主要負責加工汽輪機的葉片，屬于典型的多品種、小批量生產模式，生產品種多，工藝復雜，加工流程繁瑣。隨著車間管理的不斷提升，各部門對精益生產和信息化認識的逐步深入，以及生產需求的不斷加大。在現有精益生產模式下，原有的生產系統已逐漸表現出自身的局限性，具體表現為：系統響應速度慢，數據冗長，而且同一信息在多處地方儲存，導致同步更新困難等問題。針對分廠目前存在的一系列問題，對車間進行LMES系統的研發。

2.2 LMES的功能構架

圖3 LMES網絡構架

圖4 葉片生產車間LMES功能結構圖

葉片生產車間LMES系統是基于B/S模式，采用.NET開發環境，Visual Studio 2008作為開發工具，SQL Server 2008作為后臺數據庫開發完成的。葉片生產車間LMES系統有人員信息管理、看板管理、數據采集、數據分析、生產資料管理、訂單管理、生產追蹤，自動化這八個子系統。圖4是葉片生產車間LMES系統的功能結構圖。

2.3 精益生產模塊

葉片生產車間LMES系統接收上層ERP下達的生產任務，而在車間生產任務執行層則采用拉式生產的方式進行生產。該系統的精益生產思想主要體現在看板管理、自動化，數據分析等模塊。

看板管理是精益生產很重要的一個內容，它是被用在工序之間、車間、或者工廠與工廠之間傳遞生產相關信息的重要工具。葉片生產車間LMES系統看板管理模塊主要是顯示每個機床的生產任務，設備的電子地圖以及設備的檢修通知等相關信息。員工每天的生產任務是通過車間現場生產任務看板下達的，圖5為生產任務看板。當生產現場出現異常狀況，系統會通過車間現場的電子地圖（如圖6所示，其中綠色代表正常運行，黃色代表機床處待加工狀態，紅色代表機床故障）、電子郵件（圖7為電子郵件發送界面）、或者手機短信三種方式及時與相關負責人進行溝通，快速對現場狀況做出反應。同時，車間現場電子看板還會顯示月季度的生產合格率，以此來了解車間真實的生產質量情況。

圖5 生產任務看板

圖6 電子地圖

圖7 發送電子郵件

圖8 不合格記錄

自動化作為精益生產中保證質量、降低成本的重要手段，它要求每個操作員工都能自主的控制生產線的停止和重新起動，起到對生產線的監視與管理的作用。自動化模塊主要是完成對車間設備狀態的維護、物料的不合格處理的功能。當設備出現故障時，操作人員首先停止設備生產，并且需要在LMES系統中更改設備狀態，以便設備維修部負責人能進行及時的處理。同時，在一批物料從上工序轉運到下工序時，下工序操作員工需要做接收檢驗，或者是在正常加工的過程中，以上兩種情況下出現不合格品時，均需要錄入不合格品信息（如圖8所示，包括工單號、建議處理方式、以及詳細說明），以便質檢部門能及時找出原因。

圖9 標準工時查看

圖10 SOP查看

標準作業是車間實現精益生產的前提條件，數據分析模塊主要是完成產品各道工序加工的標準工時的維護以及不合格品統計功能。標準工時的計算的數據是由原始數據以及數據采集模塊提供的，通過公式計算得出各工序加工的標準工時（如圖9所示），標準工時的制定與員工每天的工作期量有著重要的關系。除此之外，操作人員還可以通過LMES系統查看標準作業指導書（SOP）如圖10所示；精益生產的又一大優勢就是品質管理，不合格處理是對現場生產質量數據的分析，主要是對現場操作員工生產不合格品的統計。生成的質量報告需要與員工的工資績效相關聯。

2.4 其他模塊

除了以上介紹的與精益生產有關的模塊，葉片生產車間LMES系統還具有傳統MES系統的其它功能。數據采集模塊：各工位上葉片加工信息的維護，有生產加工時間的記錄、工序加工關鍵尺寸的錄入、以及不合格品的錄入；生產資料管理：對葉片生產的相關信息的維護，如工藝信息、加工所需工具（如圖11所示，其中設備，人員以及工序都是相互綁定的）等；訂單管理模塊：對葉片的訂單與工單的管理，工單號與產品是一一對應的；生產追蹤模塊：是對葉片從生產到入庫的全過程進行信息的跟蹤管理如圖12所示，可以通過訂單號、工單號或者查看機床都可以了解現場的加工狀況。

3 結論

本文提出了LMES系統的總體構架方案，并結合D公司葉片生產加工車間生產現狀研發出了LMES系統。該系統采用拉式生產方式執行生產任務，彌補了傳統MES單一接收主生產計劃生產不靈活的缺點，減少不必要的庫存浪費。并將自動化、看板管理、目視管理，標準化等精益生產思想嵌入MES系統當中，進一步提高了車間的生產效率。

圖11 生產任務看板

圖12 生產信息追蹤

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