摘 要 為解決復(fù)合材料制品離散化生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)冗雜、生產(chǎn)計(jì)劃變動(dòng)大、文件流轉(zhuǎn)效率低等實(shí)際生產(chǎn)問題，國(guó)內(nèi)大多數(shù)制造企業(yè)引進(jìn)了制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Executive System，MES）。本文結(jié)合哈爾濱玻璃鋼研究院有限公司車間生產(chǎn)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了適用于車間實(shí)際生產(chǎn)的MES系統(tǒng)管理架構(gòu)，詳細(xì)介紹了MES系統(tǒng)各個(gè)功能模塊。最后通過產(chǎn)線驗(yàn)證，達(dá)到了生產(chǎn)管理數(shù)字化、生產(chǎn)過程透明化、計(jì)劃管理實(shí)時(shí)可控等良好應(yīng)用效果。MES系統(tǒng)的建立對(duì)哈爾濱玻璃鋼研究院有限公司智能化生產(chǎn)管理具有一定指導(dǎo)意義，提升了企業(yè)生產(chǎn)管理效率，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)更加標(biāo)準(zhǔn)化、精益化、智能化。

關(guān)鍵詞 復(fù)合材料；MES系統(tǒng)；生產(chǎn)管理；智能化

Research on Intelligent Production Management of Composite Products Based on MES System

LI Junting， CHEN Haoran，HAN Mingxuan

（Harbin FRP Institute Co.， Ltd.， Harbin 150028）

ABSTRACT In order to solve practical production problems such as redundant data， large changes in production plans， and low efficiency of file circulation in the discrete production process of composite products， most domestic manufacturing enterprises have introduced the Manufacturing Executive System （MES）. Combined with the current situation of the workshop production of Harbin FRP Research Institute Co.， Ltd.， this paper designs the MES system management architecture suitable for the actual production of the workshop， and introduces each functional module of the MES system in detail. Finally， through the verification of the production line， it has achieved good application effects such as digitalization of production management， transparency of production process， and real-time controllability of plan management. The establishment of the MES system has certain guiding significance for the intelligent production management of Harbin FRP Research Institute Co.， Ltd.， which improves the production management efficiency of the enterprise and promotes the production of the enterprise to be more standardized， lean and intelligent.

KEYWORDS composite materials; manufacturing executive system; production management; intelligent

1 引言

近年來，復(fù)合材料因其具有比強(qiáng)度高、比模量高、可設(shè)計(jì)性能好、耐腐蝕性能優(yōu)等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、軌道交通、船舶等領(lǐng)域，在產(chǎn)品的輕量化和高性能化中起到了不可替代的作用［1-3］。隨著人們對(duì)復(fù)合材料制品需求的不斷增加，越來越多的復(fù)合材料制品被研發(fā)出來并投入實(shí)際生產(chǎn)，種類繁多。但傳統(tǒng)的復(fù)合材料制品多為離散化生產(chǎn)，生產(chǎn)管理模式以紙質(zhì)版文件和電子版表單為主。隨著產(chǎn)品數(shù)量的增加和產(chǎn)品種類的多樣化，生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)冗雜、生產(chǎn)計(jì)劃變動(dòng)大、文件流轉(zhuǎn)效率低等問題日益凸顯，傳統(tǒng)的管理模式已不再適用。因此，如何高效管控復(fù)材制品生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)車間智能化生產(chǎn)成為目前亟需解決的問題。

目前，國(guó)內(nèi)多家制造業(yè)通過建立自己的MES系統(tǒng)來優(yōu)化復(fù)合材料制品的生產(chǎn)流程，加強(qiáng)管理層和生產(chǎn)執(zhí)行層之間的信息傳遞，推進(jìn)車間智能化生產(chǎn)管理，在車間生產(chǎn)管理、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量管控等方面取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。本文以哈爾濱玻璃鋼研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱哈玻院）為例，通過分析哈玻院復(fù)合材料制品車間生產(chǎn)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了符合哈玻院車間生產(chǎn)實(shí)際的MES系統(tǒng)管理架構(gòu)。經(jīng)過數(shù)十條復(fù)材生產(chǎn)線的驗(yàn)證，達(dá)到了生產(chǎn)管理數(shù)字化、生產(chǎn)過程透明化、計(jì)劃管理實(shí)時(shí)可控等良好應(yīng)用效果。MES系統(tǒng)的建立對(duì)哈玻院智能化生產(chǎn)管理具有一定的指導(dǎo)意義，在保證了產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)提升了車間生產(chǎn)管理效率，推進(jìn)車間標(biāo)準(zhǔn)化、精益化、智能化生產(chǎn)［4］。

2 概述

2.1 MES系統(tǒng)簡(jiǎn)介

MES系統(tǒng)是位于企業(yè)資源計(jì)劃層（ERP）和底層工業(yè)控制之間（PCS）的面向車間智能生產(chǎn)的管理系統(tǒng)。MES系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)車間的生產(chǎn)實(shí)況，貫穿產(chǎn)品生產(chǎn)全生命周期。在應(yīng)急處理方面，它可以針對(duì)車間運(yùn)行過程中出現(xiàn)的緊急狀況進(jìn)行快速處理并提供有效解決方案；在生產(chǎn)管控方面，它可以實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)調(diào)度和物料使用的動(dòng)態(tài)管理，減少人員以及物料浪費(fèi)，降低成本的同時(shí)提高生產(chǎn)效率［5-8］。MES具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理功能，通過對(duì)車間的物料、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)進(jìn)度、產(chǎn)品質(zhì)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為企業(yè)精益化生產(chǎn)提供更精準(zhǔn)的信息，提高生產(chǎn)效率，降本增效，便于企業(yè)管理。

2.2 企業(yè)MES系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

MES系統(tǒng)研發(fā)始于20世紀(jì)80年代初，并于90年代后在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家投入使用，而我國(guó)則在21世紀(jì)后才引入MES系統(tǒng)［9，10］。目前，MES系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)很多流程化制造業(yè)應(yīng)用較為成熟，取得了不錯(cuò)的運(yùn)行效果，在一定程度上提高了經(jīng)濟(jì)效益。十五期間，我國(guó)針對(duì)航空航天、船舶等復(fù)合材料典型離散制造行業(yè)的MES系統(tǒng)進(jìn)行了重點(diǎn)研究，開發(fā)出了幾款針對(duì)離散制造業(yè)的比較成熟的系統(tǒng)：ICON-MES、OrBit-MES和天為MES等［11］。

隨著中國(guó)制造2025的開展，越來越多的復(fù)材制造企業(yè)開始向生產(chǎn)數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，在解決車間生產(chǎn)問題的同時(shí)完成企業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型，這也是未來制造行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)［12，13］。但每個(gè)復(fù)材制造企業(yè)的生產(chǎn)模式相異，MES系統(tǒng)的功能開發(fā)存在差異，故需要結(jié)合自己企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀設(shè)計(jì)符合自己企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的MES系統(tǒng)。

3 基于MES系統(tǒng)的復(fù)合材料精益生產(chǎn)管理架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀

哈玻院生產(chǎn)的復(fù)合材料制品多用于航空航天領(lǐng)域，具有生產(chǎn)周期長(zhǎng)、小批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。在生產(chǎn)過程中面臨以下問題：

（1）生產(chǎn)排產(chǎn)難度大：由于生產(chǎn)任務(wù)較多，部分零部件涉及外協(xié)加工，根據(jù)任務(wù)的緊急程度，會(huì)出現(xiàn)插單現(xiàn)象，生產(chǎn)計(jì)劃難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理；

（2）對(duì)于研制類生產(chǎn)項(xiàng)目，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中會(huì)涉及到設(shè)計(jì)更改、工藝更改和BOM更改等，用紙質(zhì)偏離單和更改單進(jìn)行管控難免出現(xiàn)信息傳遞不及時(shí)從而耽誤生產(chǎn)的情況，效率低下；

（3）車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用紙質(zhì)版工藝文件，手工填寫效率較低，且數(shù)模和作業(yè)指導(dǎo)書查閱不便利；

（4）信息化程度較低：航空航天類產(chǎn)品對(duì)質(zhì)量的要求比較高，對(duì)生產(chǎn)管控比較嚴(yán)格，傳統(tǒng)的管理模式很難對(duì)車間生產(chǎn)過程獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，車間的精益化管理面臨一定程度的挑戰(zhàn)。

基于企業(yè)的生產(chǎn)管理現(xiàn)狀，本文提出了基于MES系統(tǒng)的復(fù)合材料精益生產(chǎn)管理架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，旨在解決企業(yè)目前面臨的車間現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理問題。

3.2 MES系統(tǒng)生產(chǎn)管理架構(gòu)設(shè)計(jì)

通過對(duì)本企業(yè)的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行梳理，制定了如圖1所示的MES系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖。當(dāng)市場(chǎng)部對(duì)生產(chǎn)任務(wù)書進(jìn)行下發(fā)時(shí)，事業(yè)部工藝技術(shù)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)端對(duì)該產(chǎn)品的工藝路線、工藝卡、作業(yè)指導(dǎo)書等信息進(jìn)行編制錄入并完成生產(chǎn)建模，同時(shí)生產(chǎn)計(jì)劃部對(duì)市場(chǎng)部錄入的訂單進(jìn)行分解并下發(fā)到各事業(yè)部。各事業(yè)部根據(jù)訂單進(jìn)行計(jì)劃排產(chǎn)，結(jié)合生產(chǎn)建模建立生產(chǎn)工單。車間調(diào)度人員根據(jù)生產(chǎn)建模將每個(gè)工序的生產(chǎn)計(jì)劃錄入系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度提前下發(fā)生產(chǎn)任務(wù)。倉儲(chǔ)部門接收到生產(chǎn)任務(wù)后進(jìn)行物料準(zhǔn)備，事業(yè)部領(lǐng)取相應(yīng)物料后進(jìn)行加工生產(chǎn)。質(zhì)檢部門（質(zhì)量技術(shù)部、檢測(cè)中心等）針對(duì)產(chǎn)成品進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格則將產(chǎn)成品入庫等待發(fā)貨，檢驗(yàn)不合格則由事業(yè)部技術(shù)人員決策該不合格品是否返工或者報(bào)廢。最后，市場(chǎng)部組織訂單交付，完成生產(chǎn)任務(wù)。

根據(jù)企業(yè)車間運(yùn)行的流程梳理出MES系統(tǒng)主要架構(gòu)，包括項(xiàng)目管理、現(xiàn)場(chǎng)管理、生產(chǎn)管理、工藝管理、物料管理、質(zhì)量管理和統(tǒng)計(jì)分析等功能。MES系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示。

3.3 MES系統(tǒng)各功能模塊簡(jiǎn)介

本企業(yè)MES系統(tǒng)各功能模塊如下：

（1）項(xiàng)目管理模塊

該模塊主要包含項(xiàng)目檔案、產(chǎn)品檔案、任務(wù)書管理和項(xiàng)目通知功能，旨在對(duì)所有的項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一分類管理，便于項(xiàng)目的查詢并實(shí)現(xiàn)無紙化管理。

（2）產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊

產(chǎn)品設(shè)計(jì)端主要對(duì)產(chǎn)品的工藝過程進(jìn)行管理，用來指導(dǎo)車間生產(chǎn)。包括BOM單、工藝路線、工藝卡、作業(yè)指導(dǎo)書、圖紙、視頻、生產(chǎn)建模等。其中BOM表單為單個(gè)成品的物料清單，便于后期物料任務(wù)的下發(fā)和物料領(lǐng)?。还に嚶肪€為產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)每個(gè)工序的信息，根據(jù)工藝路線錄入每個(gè)工序的詳細(xì)內(nèi)容，即工藝卡；生產(chǎn)建模將該產(chǎn)品的BOM單、工藝路線、工藝卡、作業(yè)指導(dǎo)書等集成在一起，為下發(fā)生產(chǎn)工單做準(zhǔn)備，是車間生產(chǎn)調(diào)度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為后期產(chǎn)品質(zhì)量追溯提供了數(shù)據(jù)支撐。

（3）生產(chǎn)管理模塊

生產(chǎn)管理模塊對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，將生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)備料、生產(chǎn)工單、生產(chǎn)任務(wù)、生產(chǎn)執(zhí)行情況（產(chǎn)品成型、加工和過程檢驗(yàn)等生產(chǎn)過程）等串聯(lián)起來，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息化、生產(chǎn)過程透明化管理。

（4）倉儲(chǔ)管理模塊

倉儲(chǔ)管理模塊對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)所用的所有物料從材料入廠檢驗(yàn)、物料入庫、庫存、生產(chǎn)備料、生產(chǎn)補(bǔ)料、生產(chǎn)退料到物料出庫進(jìn)行物料全生命周期的管理。該模塊可對(duì)出庫物料進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤管理，以便于物料的合理利用，節(jié)約成本。

（5）質(zhì)量管理模塊

質(zhì)量管理模塊是MES系統(tǒng)的核心模塊，是產(chǎn)品生產(chǎn)過程的關(guān)鍵一環(huán)。該模塊包括產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的檢驗(yàn)執(zhí)行（其中過程檢驗(yàn)、總體檢驗(yàn)、力學(xué)試驗(yàn)等環(huán)節(jié)已嵌入各個(gè)相關(guān)模塊）、質(zhì)量流程處理、質(zhì)檢方案管理和質(zhì)量追溯等功能，該模塊旨在保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。

（6）系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理包括用戶管理、部門管理、權(quán)限管理和工作組管理等功能。該模塊主要用來管理車間的人員信息。為用戶賦予不同的角色權(quán)限，使用戶根據(jù)被賦予的權(quán)限等級(jí)登錄不同的功能模塊，實(shí)現(xiàn)了分模塊管理。

（7）統(tǒng)計(jì)分析模塊

統(tǒng)計(jì)分析包括生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)、設(shè)備統(tǒng)計(jì)和使用物料統(tǒng)計(jì)。其核心功能是對(duì)所有系統(tǒng)留存的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量可追溯、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)化、生產(chǎn)結(jié)果實(shí)時(shí)分析和降低人員及物料成本等功能。

4 應(yīng)用效果

通過上述對(duì)哈玻院復(fù)材制品生產(chǎn)車間運(yùn)行的現(xiàn)狀分析及系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，開發(fā)了適用于哈玻院復(fù)材生產(chǎn)的MES系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)正式上線運(yùn)行，經(jīng)過了數(shù)十條復(fù)材制品生產(chǎn)線的生產(chǎn)驗(yàn)證，基本實(shí)現(xiàn)了哈玻院的智能化、數(shù)字化生產(chǎn)管控。具體應(yīng)用效果如下：

（1）全過程可視化：實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)以及生產(chǎn)質(zhì)量等方面的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，產(chǎn)品生產(chǎn)全周期可視化，生產(chǎn)數(shù)據(jù)可追溯。圖3為生產(chǎn)計(jì)劃甘特圖，可以實(shí)時(shí)記錄車間產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)進(jìn)度。

（2）實(shí)現(xiàn)了工藝文件、質(zhì)量表單等文件的統(tǒng)一管理，工藝卡、更改單等文件變更實(shí)時(shí)傳遞在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，文件流轉(zhuǎn)效率減少了15%。避免了因信息傳遞不及時(shí)、印章加蓋不及時(shí)等導(dǎo)致的一系列生產(chǎn)問題。目前，生產(chǎn)執(zhí)行中的工藝卡在生產(chǎn)終端系統(tǒng)中填寫，實(shí)現(xiàn)全面無紙化管理，材料成本降低5%，生產(chǎn)效率提高15%。

（3）針對(duì)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)收集并分析：包括質(zhì)量、物料、設(shè)備、生產(chǎn)數(shù)量等統(tǒng)計(jì)信息，便于對(duì)成本和生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行把控，達(dá)到降本增效的效果。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)界面如圖4所示，通過計(jì)算各個(gè)事業(yè)部車間生產(chǎn)計(jì)劃完成率考核事業(yè)部指標(biāo)完成情況，為財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)提供有力支撐。

5 結(jié)語

本文以哈玻院為例，研究了基于MES系統(tǒng)的復(fù)合材料制品智能化生產(chǎn)管理方法。經(jīng)過實(shí)際產(chǎn)線驗(yàn)證，該系統(tǒng)在哈玻院生產(chǎn)車間取得了較好的應(yīng)用效果。研究結(jié)果表明，MES系統(tǒng)的建立能夠?qū)⑾冗M(jìn)的生產(chǎn)管理方式和精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用于離散化的復(fù)材生產(chǎn)全生命周期。企業(yè)運(yùn)用MES系統(tǒng)可以提升管理效率，降低成本，加速企業(yè)實(shí)現(xiàn)更標(biāo)準(zhǔn)化、精益化、智能化生產(chǎn)。目前，我國(guó)對(duì)MES系統(tǒng)的研究以及開發(fā)還處于成長(zhǎng)階段。如何開發(fā)出符合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的MES系統(tǒng)以適應(yīng)復(fù)合材料制品的多樣性仍然是當(dāng)下面臨的重點(diǎn)問題，還需要相關(guān)單位針對(duì)MES系統(tǒng)進(jìn)行更深入的研究，保證所開發(fā)的MES系統(tǒng)達(dá)到國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而使企業(yè)在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位。

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通訊作者：李君婷，女，碩士，工藝工程師。研究方向?yàn)閺?fù)合材料工藝設(shè)計(jì)。E-mail： lijunting0317@163.com