面向混合生產(chǎn)模式的制造執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

汪廣擴　張毛　張紅州

【摘 要】論文通過分析離散制造行業(yè)中同時存在基于訂單的單件、小批量生產(chǎn)模式和基于庫存的大批量生產(chǎn)模式的制造企業(yè)的管理特點，提出了混合生產(chǎn)模式的概念。然后，針對該類混合生產(chǎn)模式企業(yè)的需求，提出關(guān)于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、計劃管理、車間管理、庫房管理和質(zhì)量管理的解決方案，最終制定了面向混合生產(chǎn)模式的制造執(zhí)行系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計方案。該系統(tǒng)已完成設(shè)計開發(fā)并成功運用于某軍工企業(yè)的生產(chǎn)車間。

【Abstract】Based on the analysis of the management characteristics of the manufacturing enterprises in the discrete manufacturing industry， including the order based single， small batch production mode and the mass production mode based on inventory， the paper proposed the concept of mixed production mode. Then， aiming at the needs of such mixed production mode enterprises， it puts forward solutions for basic data management， plan management， workshop management， storeroom management and quality management. In the end， the system design scheme for the manufacturing execution system for mixed production mode is formulated. The system has been designed and developed and successfully applied to the production workshop of a military enterprise.

【關(guān)鍵詞】離散制造；制造執(zhí)行系統(tǒng)；混合生產(chǎn)模式；系統(tǒng)設(shè)計

【Keywords】discrete manufacturing； manufacturing execution system； mixed production mode； system design

【中圖分類號】TP311.52 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）03-0194-03

1 引言

隨著制造行業(yè)競爭的加劇，在離散制造行業(yè)中，單一的生產(chǎn)模式已經(jīng)無法滿足市場競爭的需求。為了提高自身的抗風險能力，越來越多的制造企業(yè)開始轉(zhuǎn)型，并逐漸改變原有的單一生產(chǎn)模式，對內(nèi)在保障自主產(chǎn)品生產(chǎn)的前提下，對外會承接一些生產(chǎn)訂單，或者以前只做代理加工的制造企業(yè)，為了提高自身競爭力，對內(nèi)也會投入一定的制造資源去研發(fā)生產(chǎn)自主品牌的產(chǎn)品，這些企業(yè)完成轉(zhuǎn)型后就會同時存在面向大批量生產(chǎn)的庫存生產(chǎn)方式和面向單件、小批量生產(chǎn)的訂單生產(chǎn)方式，本文把這兩種生產(chǎn)管理方式并存的管理模式定義為混合生產(chǎn)模式。目前，國內(nèi)外關(guān)于制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的研究大都只面向一種生產(chǎn)模式[1-3]，如果要滿足這類混合生產(chǎn)模式企業(yè)的生產(chǎn)管理需求，就需要開發(fā)兩套系統(tǒng)，然后做系統(tǒng)集成，這樣不僅會增加制造執(zhí)行系統(tǒng)的成本和周期，而且系統(tǒng)實施的風險也會增大。所以在離散制造行業(yè)中，為滿足同時存在面向訂單的單件、小批量生產(chǎn)模式和面向庫存的大批量生產(chǎn)模式的制造企業(yè)的需求，本文提出了面向混合生產(chǎn)模式的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的設(shè)計。

2 生產(chǎn)流程圖

MES核心功能就是對生產(chǎn)制造過程進行管理和優(yōu)化，在系統(tǒng)設(shè)計前，首先應(yīng)該制定一套清晰完整的生產(chǎn)流程圖。如圖1所示為混合生產(chǎn)模式流程圖，生產(chǎn)中心1以面向訂單的單件、小批量生產(chǎn)模式為主，生產(chǎn)中心2以面向庫存的批量生產(chǎn)模式為主。混合生產(chǎn)模式的生產(chǎn)流程中主要涉及8個板塊分別為：市場、設(shè)計研發(fā)、計劃、工藝、外協(xié)外購、生產(chǎn)中心1、生產(chǎn)中心2、庫房。

3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

MES中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息、產(chǎn)品工藝信息、物料清單，以及資源清單之間共享的信息，對于混合生產(chǎn)模式MES的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中除了上述信息外，還應(yīng)該包含“產(chǎn)品是否面向庫存生產(chǎn)”的信息。描述了生產(chǎn)中“應(yīng)該如何制成產(chǎn)品”的信息。

3.2 計劃管理

在混合生產(chǎn)模式MES中，計劃管理分兩層：第一層計劃我們定義為總計劃，負責傳遞業(yè)務(wù)計劃層的生產(chǎn)任務(wù)信息和市場的生產(chǎn)訂單信息，根據(jù)訂單需求和庫存信息決定任務(wù)是否下達以及投產(chǎn)數(shù)量，關(guān)聯(lián)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息，根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)模式對任務(wù)進行分流， 等等；第二層計劃為各個生產(chǎn)板塊計劃，分別是生產(chǎn)中心1計劃，生產(chǎn)中心2計劃，主要負責接收總計劃傳遞的生產(chǎn)任務(wù)信息，并下達到生產(chǎn)車間。圖2為混合生產(chǎn)模式MES中計劃管理流程圖。

3.3 車間管理

車間管理包括生產(chǎn)調(diào)度管理、班組計劃管理、開工管理、送檢和檢驗管理等子模塊。生產(chǎn)中心1和生產(chǎn)中心2共用一套車間管理模塊，該模塊大致流程為：車間調(diào)度根據(jù)工藝路線順序派工到班組長，再由班組長派工到操作者，操作者接受到任務(wù)，進行開工、完工送檢。因為在離散制造行業(yè)不論是大批量生產(chǎn)還是單件小批量生產(chǎn)到了生產(chǎn)車間后，零件都是嚴格按照工藝路線進行生產(chǎn)的，所以這種車間管理流程對兩種生產(chǎn)模式都適用。

在判斷工序或者任務(wù)是否完工，兩種生產(chǎn)模式存在區(qū)別。對基于訂單的單件小批量生產(chǎn)，為了控制成本，計劃投產(chǎn)都是根據(jù)訂單需求數(shù)量投產(chǎn)的，生產(chǎn)中出現(xiàn)報廢導致成品數(shù)量不能滿足訂單數(shù)量需求，就必須要補貨，生產(chǎn)任務(wù)和訂單是關(guān)聯(lián)一起的，所以工序合格數(shù)量或成品數(shù)量必須要大于等于訂單需求數(shù)量才能判斷該工序或任務(wù)已完工；對基于庫存的批量生產(chǎn)，由于是提前投產(chǎn)備貨，然后入庫，再根據(jù)訂單需求量出庫，生產(chǎn)過程中如果出現(xiàn)報廢，可以選擇不補貨，因為生產(chǎn)任務(wù)和訂單沒有關(guān)聯(lián)，所以不需要把成品數(shù)量作為工序或者任務(wù)是否完工的判斷依據(jù)。

3.4 庫房管理

在MES中庫房管理是屬于影響生產(chǎn)的主要功能模型，主要管理的物質(zhì)有物料、中間品、零件、組件和成品等。兩種生產(chǎn)模式的庫房管理中，都可能會出現(xiàn)一個訂單對應(yīng)庫房多個批次，但在基于訂單的單件小批量生產(chǎn)絕對不會出現(xiàn)庫房中一個批次對應(yīng)多個訂單的情況，但在基于庫存的大批量生產(chǎn)中就可能會出現(xiàn)這樣的情況。所以在面向混合生產(chǎn)模式的MES系統(tǒng)中，必須要對庫房中零件進行區(qū)分和標示，以便出入庫管理的時候能夠判斷零件是屬于哪種生產(chǎn)模式的。在庫房管理中，系統(tǒng)在同個庫房管理模塊下，設(shè)計兩個庫房，兩個庫房采用不同的出入庫算法，滿足了在混合生產(chǎn)模式下庫房管理的需求。

3.5 質(zhì)量管理

無論單件、小批量生產(chǎn)還是批量生產(chǎn)中質(zhì)量檢驗和管理都相當重要，但在MES中對質(zhì)量檢驗和管理的方式有所區(qū)別。離散行業(yè)中對基于訂單的單件小批量生產(chǎn)，一般需要檢驗每一個零件、每一道工序的加工質(zhì)量；對基于庫存的批量生產(chǎn)一般采用首件、抽檢或自檢。為了滿足這兩種生產(chǎn)模式不同的送檢管理需求，系統(tǒng)中在送檢管理界面設(shè)置了自檢、首檢、批檢和自檢檢驗提交，工序完工后，操作者根據(jù)工藝文件的檢驗要求，選擇對應(yīng)項，如果選擇“自檢”，任務(wù)自動進入下一道工序，如果選擇“批檢”或“首檢”，需要檢驗判定合格后，才能進入后續(xù)步驟，“自檢檢驗提交”用于操作者在自檢過程中發(fā)現(xiàn)異常提交檢驗使用的。

除了質(zhì)量檢驗和管理不同外，兩種生產(chǎn)模式對不合格品審理的管理也不同。面向訂單的單件小批量生產(chǎn)，零件數(shù)量都是根據(jù)訂單需求數(shù)量投產(chǎn)，加工中一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常，就必須要提交審理并給出審理結(jié)論，若結(jié)論為報廢或者返工返修，就必須要產(chǎn)生報廢重投或者返工返修的任務(wù)，目的是保證最終成品數(shù)量滿足訂單需求；但是面向庫存生產(chǎn)模式中，生產(chǎn)數(shù)量與訂單需求數(shù)量之間沒有關(guān)聯(lián)，生產(chǎn)過程中如果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常，可以根據(jù)情況選擇是否需要發(fā)起不合格審理流程，若審理結(jié)論為報廢，也可以根據(jù)實際庫存情況選擇是產(chǎn)生全部報廢重投任務(wù)，產(chǎn)生部分報廢重投任務(wù)或不產(chǎn)生報廢重投任務(wù)。為了滿足這兩種生產(chǎn)模式不同的不合格審理的管理需求，在系統(tǒng)中將“返工返修”和“報廢重投”任務(wù)的產(chǎn)生設(shè)定為可控模式，由質(zhì)量管理人員判斷是否需要產(chǎn)生對應(yīng)任務(wù)。

4 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

該MES利用集成開發(fā)平臺基于Oracle數(shù)據(jù)庫開發(fā)，系統(tǒng)構(gòu)架為C/S構(gòu)架，支持XML、WebService等標準接口集成技術(shù)，系統(tǒng)中所包含的功能模塊都通過菜單區(qū)分開，各個功能模塊中都包含有子模塊，同時系統(tǒng)為開放式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要隨時增加新的功能模塊和子模塊。圖3為混合模式制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能模塊圖。

5 結(jié)論

面向混合生產(chǎn)模式的制造執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)了對基于訂單的單件小批量生產(chǎn)模式和基于庫存的大批量生產(chǎn)模式的管理，相對面向單一生產(chǎn)模式的MES更具有實用價值，尤其適用于現(xiàn)在很多即將或者正在轉(zhuǎn)型和整合的中大型企業(yè)。該MES方案在某軍工集團中三個企業(yè)整合中實施，并已正式推行和使用5個月，實現(xiàn)了對2774項不同生產(chǎn)模式的任務(wù)從下達到交付全過程的管理和追溯，達到了縮短產(chǎn)品制造周期、降低成本、優(yōu)化管理流程的目的，企業(yè)的競爭力因此也得到顯著提升。

【參考文獻】

【1】馬天明，蔣慶.面向離散制造業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].制造業(yè)自動化，2016（08）：77-81.

【2】張倫彥.航空制造業(yè)MES標準化研究[J].航空標準化與質(zhì)量，2011（06）：27-30.

【3】戚寶運，許自立.數(shù)字化車間MES系統(tǒng)構(gòu)建[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2013（01）：25-29.