陸燕輝， 陳 弓

(南通中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226005)

0 引 言

德國提出的工業(yè)4.0強(qiáng)調(diào)工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化，使制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)的重要性引起廣泛關(guān)注。中國提出“中國制造2025”，明確在開展智能制造和數(shù)字化工廠的研究和示范過程中企業(yè)必須實(shí)施MES。MES是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要工具和手段，作為傳統(tǒng)制造業(yè)的船舶制造，迫切需要依靠MES降低生產(chǎn)運(yùn)營成本，以期在高生產(chǎn)成本的制造環(huán)境中持續(xù)增強(qiáng)企業(yè)競爭力。在這樣的背景下，通過自主創(chuàng)新將精益思維貫穿于信息系統(tǒng)中，推進(jìn)船舶管件加工流程數(shù)字化[1]。

1 精益MES

MES旨在將物料需求計(jì)劃(Material Requirement Planning，MRP)與車間作業(yè)現(xiàn)場控制通過執(zhí)行系統(tǒng)聯(lián)系起來，被定義為位于上層企業(yè)資源計(jì)劃(Enterprise Resource Planning，ERP)系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間、面向車間層的生產(chǎn)管理系統(tǒng)[2]。

精益生產(chǎn)的思想來自豐田汽車公司，精益生產(chǎn)就是準(zhǔn)時(shí)制造、消滅故障、消除一切浪費(fèi)、向零缺陷和零庫存進(jìn)軍。精益生產(chǎn)綜合批量生產(chǎn)與單件生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，最大限度地消除浪費(fèi)、降低庫存、縮短生產(chǎn)周期，以實(shí)現(xiàn)低成本準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)，最終達(dá)到用最少的投入(人員、設(shè)備、時(shí)間和場地等)向顧客提供滿意產(chǎn)品的目的。

精益MES將精益生產(chǎn)的理念和方法與MES相結(jié)合，通過信息化手段，促進(jìn)精益生產(chǎn)在企業(yè)中進(jìn)一步落地，同時(shí)在精益思想指導(dǎo)下的MES更加貼近作業(yè)現(xiàn)場的實(shí)際需要，充分體現(xiàn)精準(zhǔn)化、精細(xì)化、協(xié)調(diào)化和人性化特征。

2 船舶管件加工特點(diǎn)

船舶管件制造包括大量黑色金屬和有色金屬管件的加工與配套，約占整個(gè)造船工作量的10%，在船舶建造中素有“船脈”之稱。隨著壓載水處理、脫硫塔等裝備的廣泛應(yīng)用，船舶管件物料數(shù)量持續(xù)攀升，對船舶建造節(jié)點(diǎn)、交船周期、產(chǎn)品質(zhì)量等的影響日益突出。船舶管件加工具有如下特點(diǎn)：

(1)單件大規(guī)模離散型生產(chǎn)。單船管件物料數(shù)量巨大，管件口徑大小不等，管件材質(zhì)和壁厚等差異較大，管子交付節(jié)點(diǎn)各異。

(2)生產(chǎn)制約因素多。管件加工受設(shè)備產(chǎn)能、原材料供給、圖面改正等諸多因素的綜合影響。

(3)生產(chǎn)信息難以準(zhǔn)確獲取。由于管件類型和形狀差異較大，管件加工工藝路線復(fù)雜、工序繁多、數(shù)量龐大，因此管件加工信息難以準(zhǔn)確和及時(shí)獲取。

傳統(tǒng)模式的船舶管件加工制造過程帶來的“黑箱”化生產(chǎn)狀態(tài)，較易引起生產(chǎn)不均衡、異常管多、交期滯后、質(zhì)量管控缺失等后果，企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀迫切需要依托信息化手段提升作業(yè)效率和管理水平[3]。

3 精益MES功能結(jié)構(gòu)

精益MES向上連接企業(yè)ERP系統(tǒng)各子模塊(含設(shè)計(jì)、采購、倉儲(chǔ)、物流等)，向下直連車間應(yīng)用層各設(shè)備系統(tǒng)，從而精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)執(zhí)行任務(wù)的跟蹤管控和信息反饋。精益MES由精益生產(chǎn)管理、精益物料管理、精益質(zhì)量管理、精益人員管理、精益安全管理、精益設(shè)備管理等6個(gè)子模塊組成[4-5]，如圖1所示。

圖1 精益MES功能結(jié)構(gòu)

3.1 精益生產(chǎn)管理模塊

精益生產(chǎn)管理模塊充分考慮生產(chǎn)精益化管理的要求，將MES和管件加工流程緊密結(jié)合，使生產(chǎn)管控更加精細(xì)化和精準(zhǔn)化。該模塊包括資源模型、計(jì)劃排產(chǎn)、作業(yè)執(zhí)行、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)進(jìn)度跟蹤、管件加工數(shù)據(jù)等6個(gè)功能單元[6]。

(1)資源模型單元。針對船舶管件加工資源建模，形成標(biāo)準(zhǔn)化工藝路線和工序管理模型，該模型可根據(jù)實(shí)際需要對工藝路線和工序及時(shí)調(diào)整，滿足市場多樣化和柔性生產(chǎn)的需求。

(2)計(jì)劃排產(chǎn)單元?？筛鶕?jù)造船線表的物料數(shù)量情況，結(jié)合管件加工車間的設(shè)備和崗位加工能力進(jìn)行優(yōu)化排產(chǎn)。為應(yīng)對線表變更帶來的生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整，系統(tǒng)可根據(jù)大組或分段預(yù)裝計(jì)劃自動(dòng)調(diào)整排產(chǎn)計(jì)劃。圖2為自動(dòng)負(fù)荷計(jì)算與排產(chǎn)界面。

(3)作業(yè)執(zhí)行單元。該單元為現(xiàn)場作業(yè)執(zhí)行和數(shù)據(jù)采集客戶端。在充分考慮現(xiàn)場崗位作業(yè)需求和使用習(xí)慣基礎(chǔ)上，按崗位進(jìn)行定制開發(fā)，其人性化設(shè)定可使工人體會(huì)系統(tǒng)便利，減少等待和聯(lián)絡(luò)時(shí)間，提升工作效率。

(4)生產(chǎn)調(diào)度單元。作為生產(chǎn)線發(fā)生異常狀況的應(yīng)對方案，使加工線不會(huì)因局部異常造成停滯，從而提高生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性。

圖2 自動(dòng)負(fù)荷計(jì)算與排產(chǎn)界面

(5)生產(chǎn)進(jìn)度跟蹤單元。扭轉(zhuǎn)“黑箱”化生產(chǎn)亂象，管件加工進(jìn)度跟蹤實(shí)現(xiàn)完全可視化，將跟蹤單元細(xì)化至每根管子的每道工序，并包括每根管子的組成附件(如枝管、彎頭等)，精細(xì)化跟蹤將生產(chǎn)現(xiàn)場的等待、不匹配等問題點(diǎn)均實(shí)時(shí)顯現(xiàn)并提醒管理者及時(shí)進(jìn)行改善，從而進(jìn)一步提升精益管理水平。

(6)管件加工數(shù)據(jù)單元。將所有管件加工信息錄入數(shù)據(jù)庫，所有加工信息和紙面圖紙均實(shí)現(xiàn)電子化，便于對管件加工歷史信息進(jìn)行檢索，使管件加工各環(huán)節(jié)具備可追溯性，為產(chǎn)品售后服務(wù)及質(zhì)量追蹤提供支持。

3.2 精益物料管理模塊

精益生產(chǎn)的明顯特點(diǎn)是準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)，物料準(zhǔn)時(shí)配送是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)的前提。精益物料管理模塊實(shí)現(xiàn)對管件加工物料的全程準(zhǔn)時(shí)化跟蹤管理、消除浪費(fèi)。該模塊包括物料預(yù)警、物料拉動(dòng)、送料跟蹤等3個(gè)功能單元[7]。

(1)物料預(yù)警單元。對管件加工物料需求進(jìn)行提前計(jì)算與入庫的自動(dòng)跟蹤預(yù)警。物料提前預(yù)警，提醒管理者提前對物料進(jìn)行跟蹤確認(rèn)，提前處置可能出現(xiàn)的缺料異常，從而確保船舶管件按計(jì)劃準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)交付。

(2)物料拉動(dòng)單元。根據(jù)管件加工物料實(shí)際消耗需求形成準(zhǔn)時(shí)制(Just In Time，JIT)MRP和配料清單，提前做好配料準(zhǔn)備。

(3)送料跟蹤單元。根據(jù)物料拉動(dòng)計(jì)劃實(shí)施全程配料跟蹤，確保每個(gè)管件金屬在需要的時(shí)間準(zhǔn)時(shí)配送至對應(yīng)的作業(yè)崗位，滿足精準(zhǔn)生產(chǎn)的需要。

3.3 精益質(zhì)量管理模塊

產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)生存的命脈，精益質(zhì)量管理模塊監(jiān)控制造和質(zhì)量檢證過程，在制造過程中盡早發(fā)現(xiàn)管件原料、制造工具、加工設(shè)備和工藝過程的質(zhì)量問題，避免廢品的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)的初衷。該模塊包括物料質(zhì)量控制、工藝質(zhì)量控制、誤操作跟蹤和控制、質(zhì)量自檢與報(bào)檢、管件加工過程追溯、質(zhì)量提醒與基準(zhǔn)學(xué)習(xí)等6個(gè)功能單元。

(1)物料質(zhì)量控制單元。實(shí)時(shí)跟蹤各生產(chǎn)工位上的物料質(zhì)量問題，并通過看板實(shí)時(shí)顯示報(bào)警以提醒管理人員關(guān)注。所有物料質(zhì)量問題點(diǎn)的處理流程在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行全程跟蹤，確保問題點(diǎn)得到及時(shí)處理。

(2)工藝質(zhì)量控制單元。實(shí)時(shí)跟蹤各生產(chǎn)工位上的工藝質(zhì)量問題，并通過看板實(shí)時(shí)顯示報(bào)警以提醒管理人員關(guān)注。所有工藝質(zhì)量問題點(diǎn)的處理流程在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行全程跟蹤，確保問題點(diǎn)得到及時(shí)處理。

(3)誤操作跟蹤和控制單元。詳細(xì)記錄誤操作信息并跟蹤原因分析、處理對策和損失情況，通過精準(zhǔn)跟蹤和對策制訂，最大限度地避免誤操作的再發(fā)生、消除浪費(fèi)。

(4)質(zhì)量自檢與報(bào)檢單元。對管件加工關(guān)鍵步驟進(jìn)行自檢確認(rèn)與記錄管理，從而控制影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素。系統(tǒng)在作業(yè)工位執(zhí)行端將質(zhì)量自檢嵌入作業(yè)流程，適時(shí)提醒作業(yè)者對關(guān)鍵步驟和尺寸進(jìn)行重點(diǎn)確認(rèn)并記錄。

(5)管件加工過程追溯單元。管件加工的物料數(shù)量巨大，依靠紙面記錄生產(chǎn)過程信息的傳統(tǒng)方式效率低下，且在出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)查找較為困難，而MES則具有強(qiáng)大的追溯功能。

(6)質(zhì)量提醒與基準(zhǔn)學(xué)習(xí)單元。將關(guān)鍵質(zhì)量要點(diǎn)和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)推送至對應(yīng)作業(yè)工位，避免在關(guān)鍵環(huán)節(jié)上產(chǎn)生誤操作并提高員工的質(zhì)量意識。

3.4 精益人員管理模塊

在制造企業(yè)中人力資源是較重要的資源，精益生產(chǎn)為達(dá)到以最少的投入向顧客提供滿意產(chǎn)品的目的，關(guān)鍵在于依靠人員管理。精益MES實(shí)施人員上崗資質(zhì)管控，將合適的人配置于需要的崗位，通過人員時(shí)間管理有效管控作業(yè)時(shí)間，精確記錄與分析人員作業(yè)績效，實(shí)時(shí)監(jiān)控人員動(dòng)態(tài)。該模塊包括上崗資質(zhì)管理、人員時(shí)間管理、人員績效管理、人員動(dòng)態(tài)監(jiān)控等4個(gè)功能單元。

(1)上崗資質(zhì)管理單元。按照不同工位對人員作業(yè)能力的需求自動(dòng)甄別人員上崗權(quán)限，確保崗位作業(yè)者具備該崗位作業(yè)能力，從而保證船舶管件的加工質(zhì)量和作業(yè)效率。

(2)人員時(shí)間管理單元。準(zhǔn)確記錄人員上崗和離崗時(shí)間，自動(dòng)計(jì)算在崗時(shí)長，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)考勤與作業(yè)跟蹤。

(3)人員績效管理單元。準(zhǔn)確記錄人員或加工線在某時(shí)間區(qū)間的工作績效數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可自動(dòng)繪制績效曲線，為績效考核和績效分析與改進(jìn)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(4)人員動(dòng)態(tài)監(jiān)控單元。實(shí)時(shí)跟蹤車間各崗位的人員分布與工作狀態(tài)信息，系統(tǒng)自動(dòng)展示人員流動(dòng)情況與當(dāng)前完工作業(yè)物料數(shù)量情況。

3.5 精益安全管理模塊

精益MES的管控維度已拓展至安全領(lǐng)域。高效高質(zhì)的生產(chǎn)必須以安全保障為前提，安全管理貫穿于管件加工生產(chǎn)全流程，精益MES為安全管理提供強(qiáng)有力的信息化支持手段。該模塊包括上崗安全提醒、作業(yè)安全提醒與安全基準(zhǔn)學(xué)習(xí)、安全績效跟蹤等3個(gè)功能單元。

(1)上崗安全提醒單元。針對不同作業(yè)崗位作業(yè)特點(diǎn)，在員工上崗作業(yè)前給出風(fēng)險(xiǎn)提示，使員工了解該崗位安全要點(diǎn)，并在作業(yè)中予以關(guān)注。

(2)作業(yè)安全提醒與安全基準(zhǔn)學(xué)習(xí)單元。實(shí)現(xiàn)安全信息實(shí)時(shí)推送和分享，員工可在作業(yè)崗位快速了解該崗位安全提醒并可隨時(shí)對該崗位安全作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行查閱學(xué)習(xí)，從而提高員工的風(fēng)險(xiǎn)辨識能力和安全意識。

(3)安全績效跟蹤單元。實(shí)現(xiàn)對班組安全管理狀態(tài)的動(dòng)態(tài)跟蹤，可一目了然地了解車間安全業(yè)績。

3.6 精益設(shè)備管理模塊

船舶管件加工越來越依賴于自動(dòng)化設(shè)備，為提高船舶管件生產(chǎn)的精益化水平，必須以良好的設(shè)備保障和提高設(shè)備利用率為基礎(chǔ)。精益MES充分利用信息化手段，在加強(qiáng)對設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障管理的同時(shí)，強(qiáng)化與設(shè)備的互聯(lián)互通功能，從而進(jìn)一步挖掘設(shè)備潛能，提高設(shè)備利用率。該模塊包括設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備維保與耗材管理、設(shè)備互聯(lián)互通等3個(gè)功能單元。

(1)設(shè)備監(jiān)控單元。實(shí)時(shí)監(jiān)控車間管件加工設(shè)備的工作狀態(tài)，在設(shè)備發(fā)生異常時(shí)系統(tǒng)在第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警，提醒管理人員進(jìn)行關(guān)注，并對設(shè)備故障處理過程進(jìn)行全程跟蹤。

(2)設(shè)備維保與耗材管理單元。實(shí)現(xiàn)對設(shè)備日常點(diǎn)檢、維保和關(guān)鍵耗材庫存跟蹤管理，有效降低設(shè)備故障率與停機(jī)等待時(shí)間，提高設(shè)備利用率。

(3)設(shè)備互聯(lián)互通單元。使系統(tǒng)與管件加工車間的自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，包括機(jī)器人自動(dòng)焊接設(shè)備、相貫線切割機(jī)、管子切斷機(jī)、智能噴碼機(jī)、智能掃碼槍等，一方面系統(tǒng)將相關(guān)數(shù)據(jù)和作業(yè)任務(wù)信息直接下達(dá)至設(shè)備，另一方面系統(tǒng)可從設(shè)備可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)中實(shí)時(shí)獲取管件加工過程信息，利用其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能為生產(chǎn)決策提供支持。

4 結(jié) 論

作為智能制造的核心，MES在企業(yè)數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型升級中發(fā)揮越來越重要的作用。精益MES的創(chuàng)新價(jià)值主要體現(xiàn)在如下各方面：

(1)精益MES的提出不僅充分發(fā)揮MES強(qiáng)大的信息采集和數(shù)據(jù)處理功能，而且深入推進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)管理各領(lǐng)域精益水平，兩者相得益彰。

(2)將精益MES與船舶管件加工全流程深度融合，利用精益生產(chǎn)的思想方法改造傳統(tǒng)流程，優(yōu)化生產(chǎn)資源配置，促進(jìn)管件加工生產(chǎn)高效與精益。

(3)突破傳統(tǒng)MES的定義和管控范圍，涵蓋企業(yè)生產(chǎn)管理多領(lǐng)域，高度集成和精益化的系統(tǒng)體系設(shè)計(jì)成為其顯著特征，確保企業(yè)生產(chǎn)的高效、高質(zhì)運(yùn)行。

(4)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與船舶管件加工車間智能化裝備的互聯(lián)互通，在實(shí)時(shí)采集裝備運(yùn)行數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，初步完成加工指令下發(fā)，為設(shè)備全自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)夯實(shí)基礎(chǔ)。

系統(tǒng)應(yīng)用帶來的生產(chǎn)模式變更直接提升管件加工生產(chǎn)效率，隨著深入推廣，必將為企業(yè)提質(zhì)增效注入新的活力。