制造执行系统MES在航空制造企业中的应用

制造执行系统(MES)在航空制造企业中的应用

1.引言

随着国际形势的变化，“立足于打赢一场未来可能发生的高技术条件下的局部战争”，国防企业面临快速开发高新技术武器装备的紧迫要求。对军方需求的快速响应性已经成为完成国家重点任务的能力秘企业生存的一个重要标志。

中国空空导弹研究院隶属于航空一集团，是一个以科研为主，并具有批生产能力的空空导弹武器研究与发展的综合性院所，目前承担了雷达产品、红外产品、激光产品等多个型号导弹的研制与生产，技术难度大，任务重。传统的研制和生产组织模式已无法满足其繁重的生产任务。因此，从1995年起空导院开始引进AEPCS生产管理系统，成功的实现了以主生产计划、物料需求计划、库存管理为核心的ERP应用，保阵了生产物资的供应，改善了生产和物资库存控制的现状，提高了其生产和物资管理水平和经济效益。但是，任何一个ERP系统都是形成了一个企业内部的价值链与供应链，并进行有效地管理，而对于企业车间级的计划调度、生产过程控制、生产成本、质量及车间设备等方面的管理难以实现，在车间生产管理方面造成了以下问题:1.计划编制不科学。每季度生产部下达计划后车间计划人员大多数情况下根据车间以往的生产能力，及自身经验对该计划进行分解排产。这样制定出的计划可执行性差，并且在执行过程中可调整性也不好。2.由于计划编制就存在问题，从而容易引起生产过程的混乱。计划员对车间设备能力估计不足，导致能力的冲突，造成设备、人员闲忙不均。另外，由于没有很好的服踪机制，物料在加工传递过程中会出现丢失现象，从而也影响了生产的正常进行。3.目前，空导院的产品急需装备部队，上级领导随时随地都要清楚的了解当前各型号产品的生产情况，而对于车间主管领导他们不仅要对生产情况有总体上的把握，还要对本车间的关键件、关键设备重点监督，确保配套任务的完成。另外原有的AEPCS系统查询方式单一，很难满足多样化、灵活性的查询。因此，空导院急需一个适于产品快速开发和批生产的车间生产管理系统，以更好的管理和控制整个生产流程。通过长期调研，空导院决定利用先进的制造执行系统MES，结合已有的ERP系统探索出一套有空导院特色的“ERP+MES”的生产管理系统，进一步提升生产管理水平。于是，从2001年起空导院与北京航空航天大学联合开发并在两个机加车间实施了MES系统——中国空空导弹研究院制造执行系统，并取得了一定的效果。

2.中国空空导弹研究院制造执行系统的功能及解决方案

2.1系统构成

车间接受中心ERP系统的MPS/MRP产生主生产计划和项目系统产生的试制任务，将这些任务进行详细的计划与生产排序后，下达到工作中心或生产线，然后释放、跟踪确认生产计划；同时车间将生产制造过程中的任务执行、设备、制造资源等状态信息实时反馈给上层系统，完成车间制造计划信息系统的闭环。最终通过实施车间级集成系统，与ERP系统构成闭环生产控制环节。

2.2解决方案

MES系统是企业计划管理和车间生产控制的桥粱，在功能上是ERP系统的延伸。为了弥补ERP系统在车间现场管理功能较弱的不足，该系统主要提供了以下解决方案：

2.2.1有限能力计划与调度技术的应用

车间计划/调度模块根据中心的生产计划和试制任务及车间的生产能力制定出生产计划（月、旬计划等）。由于采用有限能力计划技术，可以针对当前车间生产任务和能力的具体情况制定详细的作业计划，协调批生产与试制任务的组织与安排，及时的发现如能力不足、提前期不够等因素将引起的任务拖延和可能出现的生产问题。对己经下达但尚未开工的车间任务、按工艺路线编制工序计划，了解每个任务的最早（晚）开工时间及最早（晚）完工时间，对由系统生成的工序计划，允许车间计划员进行修改。在确定工序计划后，允许计划员按照最早开工时间法，最晚完工时间法和临界比法计算各工序的优先级，把某工作中心最早开工时间落在派工时间段上的工序。按优先级的高低进行派工排产。

2.2.2报警与条码技术的应用

计划编制科学合理使得汁划根据有可执行性，从而有效地减少了能力冲突，但关键资源、关键设备的冲突在所难免。通过系统预警提高计划调度人员对该设备的关注度，及时进行协调，尽早将冲突化解。

通过对物料条形码的应用，实现车间物料的管理和数据的自动采集（如在制品信息、任务状态信息等），便于车间生产整个过程中物料的管理与追踪。

2.2.3B/S结构，灵活性查询和可定制报表的应用

系统采用B/S开发模式，减少了安装客户端的麻烦，使领导随时可以了解生产进度。

系统支持利用图号、批号、名称、任务开始时间、结束时间等条件的独立查询及多条件的组合查询和模糊查询。

系统根据生产计划、管理的要求生成各种统计、分析和报表，分配给具体的角色和用户。由专门的管理人员制定各种报表。并可根据要求添加、删除和更改，便于相关人员及时获取所需的信息。2.3功能组成

2.3.1车间作业管理

车间级作业管理要解决零件订单驱动的制造计划制订问题，及计划中各工作中心任务在车间的具体实施问题，工作中心内的任务动态分配，资源日历的管理，人力资源的安排与管理.现场施工的其它辅助资谏（刀具、量具、夹具、NC程序和图纸）的管理，以及车间物料的暂存、周转和序号管理，生产计划的执行和车间的数据采集，以及组织出库、运输、加工、检验、入库的生产活动循环。

车间生产的监控和管理，处理作业执行中出现的问题，如临时任务安排，工作中心间任务的调整。对车间中各工作中心，进行完全的有限能力的任务分析，仿真评估计划的可执行性，和预测计划执行的问题。

2.3.2计划编制及调整

车间生产计划接受上级机关的多种任务安排，包括批产任务、科研试制任务和临时任务等。对这些任务系统赋予不同的优先级，支持正向及反向两种排产方法在有效资源约束下系统自动产生高可操作性的有限能力计划与调度。根据月份生产计划，考虑当前的车间在制品状态，确定当月的投料零件品种、数量及详细的交付计划。并根据物料生产的提前期排出物料的投产日期和交货日期。并根据工艺计划确定物料的加工路线。进行有限能力排产，按一定的调度规则进行排序。通过有限能力计划工具，确保需求与能力的平衡，校核计划的可行性。实现工作中心级或设备级的能力平衡；并能依据工艺定义，提供替代工作中心的建议；系统可根据需要产生季度、月、旬、周、日的生产安排；并可跟踪生产的实际执行情况，动态的产生新的计划。使计划人员可以在第一时刻发现和解决生产计划问题，掌握生产指挥的主动权。

由于科研试制任务的灵活性要求系统能方便的增加临时任务，能临时调整任务，支持任务的能力与质量分批，平行和交叉作业，以解决生产中的实际应用问题。以及及时处理工艺变更、返工和管理目标变化等生产任务和状态的改变。

2.3.3发放工艺路线单和派工

被下达的生产任务，系统均将发放一份加工单，这份加工路线单将随加工零件在车间中流动。在加工单中打印上条形码方便整个系统的物流跟踪工作。

系统按照车间现场加工情况.针对工作中心和具体的设备，对于不满足开工条件的任务生成物料、工模具、技术准备短缺清单，对于满足开工条件的任务进行派工；并打印派工单。

对车间任务状态（包括待下达、已下达、预期开工、已开工、预期完工、已完工、拖期开工、拖期完工、委托外协和未结等）提供查询和打印功能，方便计划人员对车间任务的监督。

2.3.4任务反馈

通过对车间任务完成情况的实时数据采集，系统动态显示出工作计划和完工情况。

提供工件在任意时刻的位置及其状态信息。状态信息应包括：谁在加工工件；各组件原料的供应者、批最、批号、当前生产状态、生产苦报、质量情况以及与产品有关的其它信息。

2.3.5工装，夹具，刀具，量具和辅料管理

对工装、夹具、盆具和辅料进行需求计划，并管理工装、夹具、量具和辅料的有效性，实现在车间范围内的刀具参数和寿命管理和刀具的统一调配，缩短生产准备时间，降低车间刀具占有量，提高刀具的利用率，稳定产品质量。

2.3.6MBOM管理

根据制造过程的需要，建立和维护制造数据，包括MBOM、ROUTE、工时定额等，支持工艺临时调整。对零件的工艺数据、生产计划数据、物料项等基础数据进行有效地组织和进行统一维护管理。

2.3.7物料管理

对车间任务，进行零组件的MRP运算，将上级下达的生产计划转化为具体物料清单（原材料、工具）；管理与车间生产任务相关的物料短缺，对物料的有效性进行校核，并对物料超越事件进行管理；利用物料条码进行在制品的管理与追踪。

2.3.8条码管理

针对空空导弹研究院的特点，通过对物料条形码的应用，实现车间物料的管理和数据的自动采集（如在制品信息、任务状态信息等），便于生产过程中任务的追踪。

2.3.9设备人员管理

支持设备基础数据的管理。支持工作中心、工作中心日历和工作中心间替代关系的定义、维护；工作中心或设备的利用情况。提供人员基本信息的管理；可以方便的管理设备、工作中心、人员的关系；支持操作许可证的管理。

2.3.10统计、分析、报表和查询管理

系统根据生产计划、管理的要求生成各种统汁、分析和报表，分配给具体的角色和用户。由专门的管理人员制定各种报表，并可根据要求添加、删除和更改；生产机关和车间主管领导可以相应的查询权限，实时监督和管理车间的生产任务进度。

3.系统在型号中的应用效果

3.1应用情况

该系统在空导院11、12两个主要机加车间试用，取得了良好效果。其中11车间生产任务以批生产为主，研制为辅，生产零件涉及4个重点型号的机加关键件和重要件，平均年生产图号近3000个，零件平均工序12个；12车间生产任务则是研制为主，批生产为辅，涉及3型号的国家重点型号的机加关键件和重要件研制，年投入零件图号数为1100个，零件平均工序数11个。目前，两个车间的零件任务和相应的作业任务已基本完全纳人中国空空导弹研究院制造执行系统的管理。通过该系统的实施，车间生产速度加快产品质量提高，废品率降低，加工制造费用减少，制造成本降低，车间综合管理效率显著提高。故即将在全院推广该系统。

3.2产生的效益

在型号生产中产生的效益：

实现了生产进度日划编制和滚动，提高了研制与批生产混线模式下的生产综合计划能力，特别是系统提供的有限能力计划功能，可以第一时刻发现生产问题，及时有效的采用针对性的措施，提高了设备利用率。杜绝了漏项和漏排，较大提高了计划的有效性和生产的效率。

系统建立的按不同时段的计划下达、调度安排、工段派工的摸式，在提高生产什划有效性的同时，强化了生产进度计划的严肃性，筒化和改善了管理，使生产运行更平顺和高效。

信息的对称访问，使各级生产管理者可以了解生产情况，采取更有效的措施推进生产运作。

提高了日常业务工作自动化水平，各类生产文档（如签署卡、工票和各类统计报告）可自动生成，极大的提高了工作效率，改进了工作质量。

可量化的效益：

由于计划、两度、生产准备等管理能力的提高，设备利用率提高，生产周期明显缩短，以12车间为例，2005年完成一个批次约40件的舵机部件加工周期为8个月左右，2006年完成一个批次约40件的舵机部件加工周期为6个月左右，同比增长30%以上。

11车间在2005年完成工时总额40万小时。2006年通过实施现场管理系统等有效措施，全年完成工时总额60万小时，同比增长50%。

在11车间的应用中，车间设备利用率从以前的60%提高到80%左右。

从车间加工的零部件的齐套率来分析，系统实施后，由于计划的合理和生产准备的充分，齐套率由原来的85%提高到95%以上。

4.小结

MES系统是信息技术，现代管理技术和制造技术的有机结合，它的实施有效的保证了中国空空导弹研究院导弹研制的生产周期。但是，任何一个系统如果不能很好的与其他系统进行集成，最终势必将成为信息孤岛。因此，下一阶段.空导院将结合精益制造，JIT思想等先进理论，做好MES系统与ERP、PDM、CAPP等系统的集成工作，为空导院科研生产信息的集成共享，构建精益化制造体系奠定坚实的基础。西飞国际:CAXA数控车间管理系统在企业信息化中的应用公司简介

西安飞机国际航空制造股份是经中国证券监督管理委员会证监发字[1997]288号批准，由我国特大型航空工业企业－－西飞集团公司采取独家发起、公开募集方式设立的。西飞国际Ａ股（证券代码０７６８），于１９９７年６月２６日在深圳证券交易所挂牌上市，是中国航空制造第一股。公司目前总股本3.315亿股，其中社会公众股1.17亿股。公司占地面积32万平方米，拥有各种加工及检测设备4200余台，职工6000多人。公司主营业务包括中国产大中型飞机主体零部件生产及国外航空零部件转包生产以及新型建筑装饰材料等。公司是国产运七系列、新舟60等型号飞机主体零部件的唯一供应商；国外航空零部件转包生产经过十几年的发展，已从来图来料加工、来图购料加工进入到参与国际风险投资新阶段。目前，西飞国际已同美国波音公司、法国宇航公司、意大利航空公司、德国宇航公司及加拿大庞巴迪宇航公司等世界著名飞机制造企业建立了生产合作伙伴关系，生产能力已达到年产1000余架份的水平。在发展主业的同时，西飞国际积极挺进新型建筑装饰材料领域，研制开发了VCM覆塑金属装饰板、“西飞牌”铝合金系列型材等产品，并部分用于航空制造领域，因质量过硬、信誉优良，市场潜力巨大，构成西飞国际新的利润增长点。展望二十一世纪，西飞国际将遵循“航空为主、科技为本、服务全球”的经营方针，发扬“勇往直前、永不言倦”的精神，依法经营、规范运作、科学管理，信守承诺，以出色的业绩回报全体投资人。

数控中心现状

企业原来使用软盘进行数据传输，在使用中发现存在如下问题：

生产现场环境较差，油气、粉尘较大，软盘易损坏；

软盘管理维护困难，一旦程序更改，数据员要到工段到处寻找软盘；

软盘共享使用困难，尤其是在多机床同时使用同一张软盘时更为突出；

软盘容量小，有的零件加工程序多达十几张盘，使用起来特别不方便；

软盘作为存储介质，可靠性较差，很容易损坏或丢失数据；

机床开工状况和主轴运转率情况不能自动采集。

项目需求通过本次项目实施需要达到如下目标：

NC程序的双向传输

数据传输稳定快捷，准确无误，无误码、掉段现象；

NC程序的流程化管理

对NC程序按照试切、审批、定型实现流程化跟踪管理；

NC程序实行双机热备份，确保NC数据的安全完整；

具有权限管理功能：可对不同的用户设置不同的权限，以保证NC程序的安全性；

具有强大的日志功能：可以对与程序的定型、升版和传输等相关的信息进行记录。

机床、工况信息的采集

实现机床、工况等信息的手动或自动采集，记入到ORACLE数据库。

项目内容1.系统总体结构数控中心有三个厂房，相应的设置一个数据服务器和三个通讯服务器，每个厂房对应一个服务器，工艺员和计划员在管理客户端进行流程管理，程序下发等操作，相应的程序就下发到各个通讯服务器上，机床从通讯服务器上下载应用程序，这样既保证了管理模块与通讯模块集成，也保证了程序受网络影响达到最小，即使园区网出现问题，也不会影响从机床上调用NC程序。从而保证不会影响生产的正常运行。

项目中包括通讯传输，程序管理，数据采集三个部分2.通讯模块数控中心共有54台机床，总体采用下面两种方式传输程序：串口传输：网卡传输：

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