科研生產任務過程監控的研究與實踐

鄧琦、牛四東、李凌云、劉亞東、徐敏霞 /北京精密機電控制設備研究所

目前，北京精密機電控制設備研究所科研生產研制任務呈現任務量大、質量要求高、研制周期短等特點，對科研生產任務的合理調度提出了更高的要求。隨著應用增多，數據量越來越大，對數據應用的難度也在不斷增加，對數據的深度挖掘和利用方面的功能還不夠完善。采取多層面關聯機制，通過對多層面數據的匯總和分析，提升科研生產管理水平，對型號的保成功、保交付具有戰略價值。

通過對研究所當前科研生產計劃調度需求的了解，經分析、總結發現當前工作存在大數據環境下的調度業務部門的統計、分析工作難度加大；平臺中生產過程業務數據較為分散，生產調度無法直觀、系統地獲取短線或難點的預警信息，導致無法及時根據實際生產情況進行策略的調整和優化等2 個方面問題。

原有的人工手動匯總、統計報表已無法滿足實際科研生產需求，且無法保證數據的準確性。結合實際生產調度需求，筆者研究電子調度室模塊實現生產數據分類匯總分析，為生產調度提供有效且準確的數據依據。

一、工作與實踐

1.電子調度室研究

一是需求分析。研究所自主研發的航天伺服產研通信息平臺項目于2007 年正式啟動，歷經10 年已相繼完成了產品計劃、生產配套、庫存管理和制造執行等多個子系統，基本實現了產品生產全過程的閉環管控。通過產研計劃信息關聯管理模式的構建，這幾個子系統實現了一體化、集成化運行。

研究所建立了設計、制造一體化的事業部和內部市場運行機制。型號計劃調度員根據上級部門的計劃通知并結合當前任務情況等信息下達備料和投產計劃。對于備料計劃，物資計劃員會根據型號計劃、工藝定額以及當前庫存情況生成物資申購需求，提交物資管理子系統進行申購，物流中心采購完畢后配送至研究所內，再通過二次配套下發至車間進行生產，由部門分解到生產一線，零件加工完成后進行入庫，完成計劃考核。通過計劃子系統下發組件裝配計劃，由產品配套子系統將裝配組件需要的產品和物資進行產品配套出庫，組件裝配計劃由部門分解到裝配一線，將產品組裝完成后再通過庫存管理子系統進行入庫，完成計劃考核，從而完成整個航天伺服產品生產制造實物全過程的閉環管控，各子系統之間的關系如圖1所示。

在產品生產制造的全過程中，為確保計劃的有效順利進行，計劃調度部門需要對各個環節完成情況進行了解和監控，生產調度工作只有及時發現問題，并采取有效措施，在一些關鍵特殊的業務情況下，做出精準判斷和采取準確對策，才能不斷提高科研生產效率。例如，如何及時獲知常用物資的庫存不足，然后下達采購和備料計劃；計劃下發后如何追蹤事業部車間現場具體的執行進度和情況；以及如何快速統計匯總每個季度所有部門計劃的完成率等。為滿足綜合數據信息的查閱和分析，調度業務部門需要以周報、月報等高頻率的形式完成這些業務數據的聚類、采集、分析和呈現。

然而，隨著產研通平臺功能的不斷拓展和完善，業務數據集的橫縱坐標都在不斷拓寬和延伸，即數據量和數據類別都在大幅度增加，所以通過分析和凝練眾多數據為科研生產提供有力的數據支撐成為系統而復雜的工程。

調度人員所需要的結果從原始數據收集到結論的形成是一個反復迭代的過程，主要包括數據清理，從收集的數據中移除噪聲數據和不相干的數據；數據集成，將各類數據整合成相同數據源；數據挖掘分析，利用關鍵技術來挖掘潛在的有用的數據模式；結果表示，是最后一個階段，是將關鍵的信息直觀地表示給用戶，采用可視化技術幫助用戶理解和解釋數據挖掘分析的結果這4 個步驟組成。

二是系統結構設計。整個產品生產制造實物的過程復雜、業務數據較為分散，調度人員需要進入不同子模塊完成查詢和分析工作，無法及時直觀、系統地獲取短線或難點的預警信息，導致無法及時根據實際需求和生產情況進行策略的調整和優化。針對這種現象，結合實際應用需求，建立電子調度室子系統，以數據類型及關聯關系為劃分原則，將之前系統中各個子模塊應用的結果進行跨模塊的匯總、提取和展示，以便管理人員及時查詢、監控科研生產進展情況，同時實現各部門的信息共享。拓展后的航天伺服產研通信息平臺結構如圖2 所示。

2.具體實施

一是多模塊間關聯匯總統計。

主界面。以直觀呈現為目的，劃分重點關注的事項和條目，在過程監控模塊主界面以當前季度為時間范圍實時顯示計劃下發、任務執行、出入庫情況等科研生產的數據信息。將用戶日常關注的信息進行實時投送展示，簡化查詢操作，便于直觀、系統地獲取短線或難點的關鍵信息，并及時地根據實際需求和生產情況進行策略的調整和優化。

圖2 航天伺服產研通信息平臺結構圖

為滿足用戶對數據信息更詳盡的信息匯總和統計分析，以計劃統計、投入產出、配套統計等8 個類別建立查詢統計功能。每個類別均以型號、時間、部門、責任人等具有針對性的信息作為查詢條件，用戶可以自由組合，實現多維度的信息查詢統計，并以Excel、Word 等多類型的報表進行導出。

計劃統計。計劃執行中產品作為完成物，打通了計劃模塊與產品結構模塊之間的數據共享與傳遞，在計劃與產品信息關聯的基礎上，實現計劃和生產執行的無縫銜接，車間現場直接承接所級計劃的所有信息，將計劃與生產工序進行關聯。計劃與工序數據表的E-R 圖如圖3 所示。

圖3 計劃和工序數據表的E-R圖

圖4 計劃信息、入庫信息、產品信息數據表關聯圖

圖5 各業務數據表關系圖

基于計劃、產品、MES 多模塊間的關聯關系，以計劃主鍵為主，將產品信息和計劃執行信息作為附加屬性綜合進行展示，由此，通過計劃統計的查詢結果，用戶可直接看到相應的工序執行進度，同時支持直接點擊進入MES 子系統查看具體進展情況和制造執行中產生的數據信息。利用多層次關聯關系，完成一體化匯總，便于用戶直接、快捷地了解多模塊、多流程的數據信息，對從多角度、多方面地把握計劃信息和具體執行情況提供有效依據。

投入產出。實際生產過程中，產品的投入產出主要以計劃形式下發到部門，而產品的入庫情況是計劃考核的主要依據，通過計劃ID，建立入庫統計表與計劃表的關聯關系，此外，產品基礎信息表、完成物表、計劃表均可以通過產品ID 建立關聯關系，從而實現計劃投入產出信息的匯總融合，計劃信息、入庫信息、產品信息數據表關聯如圖4所示。

按照多表間關聯關系，依據已有計劃信息系統可通過選擇時間、責任部門、型號、計劃狀態等多個屬性信息來篩選并自動生成機加投入產出、裝調投入產出和物資投入產出報表，采用電子文檔技術，支持自動按照模板以word 文檔形式輸出相應的報表，以提高工作效率。此外，使用特殊顏色字體分別標識完成與未完成的計劃信息，增加報表的可讀性，使得用戶可更加直觀的了解計劃的相關情況。

各個子系統間相互融合，相互集成，串聯起整個產品生產制造實物的全過程，配套統計、出入庫統計等功能均依據多模塊間的關聯關系，完成各項業務數據的聚類、采集、分析和呈現。各業務環節數據表關系如圖5 所示。

二是構建特殊計劃閉環機制。

圖6 生產計劃流程分析圖

傳統計劃閉環流程。主要以產品入庫作為考核依據，生產全過程所級計劃包括了項目從啟動到結束各個階段的主要科研生產活動。首先，所級生產計劃調度工作由科研生產處發起，可以分解成部門計劃；然后部門依據計劃需要完成的產品結構進行配套出庫，將齊套物資配送至車間現場，再由車間操作人員根據該產品的工序流程進行生產制造，產品完成后進行入庫，實現計劃的閉環和自動考核。生產計劃流程分析如圖6 所示。

特殊計劃閉環流程。隨著科研生產任務的增多，生產計劃類型多樣化，以實物入庫或文檔編輯的方式不足以滿足用戶需求。以實際生產應用需求為基礎，對產品交付外場和大型地面試驗的計劃進行特殊處理。

產品交付外場計劃。從計劃下發到生產均與傳統計劃執行流程相同，但由于產生的實物需要交付到外場，所以會出現先入庫再出庫的中轉操作，為了簡化整體流程，建立產品“空入出”的提交機制，即無實物提交。將記錄產品交付的具體數據信息作為產品出入庫依據，包括交付地點、用途、交付時間、接收人等，在確保庫存記錄完整的基礎上，減免多余流程，提高工作效率。

大型地面試驗計劃。此類計劃不產生實物，將試驗結果作為其考核依據。計劃完成后，由責任人提交試驗的產品、地點和最終結果等相關信息，由計劃調度人員確認后即可完成計劃的閉環。

針對以上2 種特殊的計劃類型，電子調度室子系統分別進行統計匯總，依據用戶輸入的篩選條件自動生成交付臺賬和試驗臺賬，有利于用戶有針對性地選擇和了解相關計劃的執行情況與結果。

二、實踐效果及后續思路

以科研生產數據信息化為基礎，電子調度室實現了對各類數據的統計匯總和分析，直觀、系統地展示多流程、多模塊間的數據結果，利用電子化報表輸出，提高了科研生產效率。針對短線和難點進行預警，對重點關注的內容和任務進展情況集中實時展示。目前，該系統已正式上線運行并得到了用戶的肯定，為生產任務合理調度提供有較強針對性的、準確的數據依據，以進一步實現科研生產的精細化管理。

目前，航天伺服產研通信息平臺利用率高，貫穿于整個產品生產的全生命周期，而電子調度室模塊進一步實現了科研生產數據的信息化，致力于讓數據發聲，使數據的價值最大化，提高了研究所科研生產效率。后續，航天伺服產研通信息平臺還將時刻以安全保密為原則，不斷拓展完善，并朝著知識化、智能化的方向發展，為研究所綜合管控、科研生產提供強有力的支撐。