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1、飞机工装制造执行系统（飞机工装制造执行系统（MES-AT）的设计与实现）的设计与实现 摘摘 要要: 针对飞机工艺装备制造水平低下，信息化程度不高的问题，设计开发了飞机工装制造执行系统(MES-AT)。详细介绍了MES-AT的主要功能模块和系统结构体系，重点阐述了采用CBR和MRP的生产计划编制方法、基于免疫遗传混合算法的模糊调度方法以及生产信息共享模型等关键方法。该系统在某航空企业工装公司的应用表明，MES-AT增强了车间的执行能力，提高了企业的管理效率。关键词关键词:飞机工装;制造执行系统; 体系结构;关键技术Design and Implementation of manufacturin
2、g execution system for Aircraft Tools(1. College of Mechanical MES;software architecture; key methods引言引言制造执行系统(Manufacturing Execution System)提供从接受订货到制成产品全过程的生产活动实现优化的信息，它用当前的和精确的数据，对生产活动进行引导、响应和报告工厂的活动，对随时可能发生变化的生产状态和条件做出快速反应，重点削减不会产生附加值的活动，从而推动有效的生产运行和过程1。MES在计划管理层和底层控制之间架起了桥梁，真正实现了制造过程的闭环控制，成为企业
3、信息化的热点之一2。飞机工装制造是典型的离散型制造，其生产特点是多品种、小批量，同时又按定单设计、按定单生产。工装制造处于企业设计过程的下游和制造过程的上游，由于飞机的制造技术比较复杂，工装的设计制造工作需要花费很大的劳动量，它在整个工艺准备的总劳动量中约占 80%，工装成本占总研制成本的 20%30%3，所以工装生产直接影响企业的产品质量、生产进度和成本费用。我国航空企业的工装制造水平相对低下，信息化程度不高，严重得阻碍了企业信息化进程。目前对工装制造方面的相关研究仅局限于工装管理系统的研究与开发，只实现了工装设计和使用中的信息共享412，对工装制造中的车间调度，项目资源调度都缺乏深入的研究
4、，此外，还未见有工装制造执行系统的具体研究。本文以飞机工装制造企业为对象，通过对工装 MES 关键技术的研究，遵循实用性、先进性、以及可扩展性的原则，开发了以飞机工装管理为核心，支持工装生产的飞机工装制造执行系统（MES- AT） ，并将其应用到某航空企业的工装公司，实际应用表明该系统能合理控制工装库存，减少生产瓶颈，较好地实现均衡生产；使长线产品配套合理，将制造工期缩短为原来的 70%。1.1.工装制造中的现行问题及系统需求分析工装制造中的现行问题及系统需求分析1.11.1 工装制造中存在的突出问题工装制造中存在的突出问题（1）计划编制不合理，可执行性较差。由于飞机工装企业订单多且为单件生产
5、，生产提前期不确定，计划只有产品节点计划，没有具体的零件计划，更没有详细的工序计划，生产管理员和调度员在计划的编制上都相应地提前了完工时间；在生产计划的下达模式上，生产管理员和车间调度员都是把接收到的生产计划随时下达，没有在保证急件计划及时下达的前提下，适当的有计划的分批或分期下达计划的分批或分期下达生产计划，造成车间超负荷生产，现场在制品积压过多的不良后果。此外，生产计划的可执行性较差，特别是在一些长线工装制造车间里，如型架制造车间，计划规定的时间接点准确率只在 50%左右。在任务的分配上，生产管理员对任务的工作量只能粗略估计，无法进行准确的能力平衡。调度人员没有进行投入/产出控制，使车间工
6、人手上任务太多，在没有特别指定零件、产品优先级的情况下，工人自行决定加工先后顺序，造成加工优先级没有真正实现。（2）信息共享程度低企业现有生产过程中普遍采用口头传递和反馈生产信息，信息的采集、传递、反馈不及时，信息交流不畅，信息共享困难，信息的透明度低，生产管理者无法进行快速决策。靠工长、调度员和计划员间每周一次的核对计划来进行生产控制，效果较差。对于长线工装，产品配套件的进度信息也靠人工跟踪，不仅工作量大、不能及时了解所有配套件进度，而且容易发生遗漏情况，造成装配时停工待料。此外，工装设计和工艺实施之间缺乏有效的交流平台，设计更改和工艺更改不协调，工装设计和工艺实施的修改信息不能及时传递和共
7、享。（3）项目之间缺乏有效的协调飞机工装制造企业每年都有许多订单同时在线，按订单确定的多项目共存，由于资源紧张，不同项目之间存在资源的争夺，缺乏项目间的统一协调。如何对共享资源进行合理规划，使并行任务都能在预定工期内完成，或使实际工期与预定工期之差尽可能小，成为 MES-AT 需要解决的主要问题之一。1.21.2 系统的主要需求系统的主要需求（1）利用网络对主要生产过程进行管控。在订货单管理上，实现网络订货单的电子评审；在生产计划的管理上，通过网络实现计划的下达，相应部门可以在权限范围内接收到生产管理室下达的计划，计划调整的信息能及时地传递到车间和工段；工时的定额、申报、审批实现网络化，对工人
8、每月实作工时和制造分部的完成工时实现自动统计。对生产任务与定单进行管理，对任务与定单的完成情况与状态进行跟踪。（2）对生产现场信息进行及时的采集、传递、反馈与共享，实现透明管理。企业相关人员能够及时了解半天或一天的生产进度情况和生产中存在的问题或需要协调解决的问题，并及时、有效地加以解决，对问题的解决情况能公开透明。工装制造执行系统能为管理决策者提供必要的生产信息。（3）生产计划管理，并进行能力平衡。相关人员能查阅已完成计划和未完成计划的相关信息，并能统计每月的计划完成情况。生产管理室能掌握各个制造部门的生产能力和现有的生产任务，在计划下达特别是紧急计划下达的时候能够通盘考虑各个制造部门的现有
9、生产任务，从而在一定程度上对各个生产部门的能力进行平衡。同样，制造分部在对计划的进一步下达时也对车间的生产能力进行平衡。（4）生产进度与配套管理。依据工装配套表和生产计划对配套零件的制造情况进行跟踪，对长线零件的制造要重点跟踪，能及时掌握零件的制造进度并能对制造中的问题进行及处理，并按照配套零件的到位情况合理安排装配任务。（5）材料与成附件的计划、采购以及库存的管理；材料和成附件的库存信息能及时更新，库存信息实现共享，工装设计时就充分考虑现有的材料和成附件，以便工装设计完成后就能对所缺的材料和成附件提出采购计划。（6）在制品管理。要求对在制品的投入、出产、领用、周转做到有数、有据、有制度、有秩
10、序。要特别关注对长周期产品的在制品跟踪与管理。（7）产品质量管理。对产品完工信息和合格情况做记录，建立质量台帐信息。对生产过程中工序质量、定检信息做记录。2.AT-MES2.AT-MES 系统设计系统设计2.12.1 系统整体数据流模型系统整体数据流模型在对目标企业业务流程和需求分析的基础上，确定的 AT-MES 数据流程图如图 1 所示。系统整个流程分为九个处理单位，分别是生产任务管理、外协管理、项目管理、生产计划管理、工装设计管理、派工管理、生产进度监控、信息查询与统计以及产品质量管理。2.22.2 系统功能系统功能在对目标企业实地调研的基础上，依据企业需求以及系统设计原则，将飞机工装 M
11、ES 系统分为以下十个功能模块，如图 2 所示。（1）系统管理模块：担负管理系统的日常管理工作,并维护整个系统的一致性和完整性,它为系统管理员的行为提供支撑，系统管理员还通过该模块添加、删除系统的用户,并设置相应权限,对用户的操作进行权限分配。（2）基础数据管理：包括车间日历、部门信息管理、设备信息管理以及物料基本信息管理，该模块为整个系统提供基础数据。（3）订单管理模块：支持以客户需求驱动的，基于模块化设计的产品的快速配置以及订货单接收、分类归档和查询。（4）BOM 管理模块：分为 EBOM 数据管理和 MBOM 数据管理，包括相关 BOM 的创建、修改和删除以及 BOM 浏览、查询、分析和
12、打印；模块化 BOM 库的构建、修改以及管理以及实现 BOM 多视图管理。（5）生产计划与调度模块：该模块为 MES 的核心模块，主要由以下几个子功能模块组成。生产计划编制与调整模块：依据库存预测和网络计划编制工厂级的年生产计划、月生产计划；并依据实际的生产进度和订单的情况进行实时的调整，进行生产计划的再生。该模块还包括工序计划的编制和调整：单元/工段各级部门工序加工计划的编制与调度，并对计划的变动情况进行管理。MRP 模块：依据主生产计划和库存进行进算，得到采购计划、制造计划和外协计划。按有限能力计划和无限能力二种方式进行能力平衡，并以图形化形式输出能力与负荷的分布情况。派工和完工管理模块：
13、对设备或设备操作人员进行任务分派，并对完工情况进行管理，对工时与材料消耗情况进行记录，对零件流动情况进行跟踪。生产进度管理模块：生产信息采集，实现实际生产计划执行情况的快速反馈。重点实现长工期零部件的配套管理，通过项目号可查询到配套件清单、配套件生产、采购进度情况、配套件在生产现场的分布位置，对生产进度落后的零件和缺件进行提示与报警。图1 MES-AT数据流模型图系 统 功 能 框 图系统管理模块基础数据 管理模块物料管理模块订单管理BOM管理生产计划与控制系统配置角色管理用户管理系统日志数据库数据管理车间日历部门信息设备信息物料信息采购与外协管理在制品管理订单接收订单查询与统计BOM导入和构
14、建模块BOM库管理工程更改与版本管理BOM修改、添加、删除BOM浏览与查询计划编制与调整MRP模块派工与完工管理生产进度管理综合查询与统计外协管理项目管理即时消息发布 与管理模块质量管理模块外协审批外协合同管理外协厂商管理外协进度管理项目定义分解模块项目跟踪与监控项目资源管理消息发布消息接收消息查询与反馈消息统计与管理质量检验规范 制定与查询质量记录输入与编辑不合格处理模块质量信息查询与统计图 2 MES-AT 系统功能图（6）物料管理：包括物料的采购管理与外协管理、物料库存管理、工段投料管理以及在制品管理。该模块可以实现降低库存又不短缺、能分散管理又信息共享，做到进度、状态、数量、位置等信息
15、的准确反馈13。（7）外协管理模块：实现工序外协、制造外协以及打包外协的审批；外协计划以及外协合同管理；外协厂商管理；外协进度和质量管理。（8）项目管理模块：该模块主要实现以下三个功能：项目定义分解模块：依据订单进行项目立项，确定项目优先级和网络计划并进行任务分解。项目资源管理：根据项目的实际进度，对项目资源进行实时协调，依据项目的优先级进行资源的分配和调整。项目跟踪与监控：提供项目跟踪和汇总报告功能，权限人员能够获得项目的最新进度，若项目出现问题时，事件警示通知将自动发送给相关人员。项目经理还能以甘特图方式浏览项目进度的宏观情况。（9）消息定向发布与反馈模块该模块共有登陆管理、消息发布、消息
16、接收、消息查询与反馈、消息管理、消息统计等九个小模块。用户登陆系统后，可以在接收人下拉列表框中选择信息的接收者，方便快捷的实现消息的“一对多”或“一对一”的在线发布。权限用户可以对历史消息进行查询，并对例外生产处理结果进行评价，从而实现例外信息的定向发布、反馈、评价的闭环控制，实现生产例外信息的高度共享。（10）数字化全面质量管理模块借鉴文献14的“面向产品生命周期的全面质量管理”思想，以质量规划、质量监控与质量改进为基础，以产品质量、操作命令、资源管理为主线，围绕工装全生命周期实现数字化全面质量管理。整体考虑产品生命周期质量管理的每一个环节，不仅实现了产品生命周期内的质量管理的过程集成，而且实现决策层、管理层、执行层间的双向质量信息集成，提高制造过程的质量控制能力与质量反应能力。该模块由四个子功能模块组成：质量规划、质量检验、质量统计分析和质量改进。质量规划模块完成工序检验的定义、方式和内容，以及各工序的质量规范。质量数据采集主要完成加工过程中检验记录的录入、修改、保存和检验记录报表。该模块能够实现缺陷产品统计、报警与历史追溯，
