制造執行系統(Manufacturing Execution System，MES)是位于上層的計劃管理系統與底層的工業控制之間的面向車間層的管理信息系統，它為計劃的執行而跟蹤所有資源(人、設備、物料)的當前狀態，起著信息傳遞與溝通的作用，其重要程度越來越多地得到制造企業的關注。

1、裝配車間的管理現狀及MES特點

    裝配車間存在裝配過程中包含大量的零件、部件、工裝夾具和設備等制造資源；業務量大，個別時間段任務相當重，且對交貨時間和質量要求嚴格；裝配車間與其他車間有大量物料協作；插單多、期限要求嚴格；訂單任務重、產品種類多并且狀態多等業務特點。此種業務模式下，具體存在的管理問題如下：

    （1）物料種類多、數量大，管理復雜。裝配車間由于與其他部門或單位有大量物料協作，因而生產前的齊套管理困難；采用固定裝配和流水式混合裝配，使得生產過程中物料管理困難；產品種類多、相似度大，狀態多，場地分散；導致物料管理復雜。

    （2）數據共享程度低。裝配過程涉及到設計部門、工藝部門、生產部門與管理部門等眾多部門，各部門的信息無法通過有效手段實現共享和有效利用，從而降低各部門相關人員的工作效率。

    （3）不能實時反映生產狀況。當出現生產問題追查原因和責任時，數據不可靠，可追溯性不強。既不能保證統計數據來源的有效性和統計結果的正確性，也浪費了大量的人力資源，做不到實時反映車間裝配情況。

    面向航天產品的裝配MES系統，與傳統的車間或者生產廠的管理相比，具有以下顯著特點：

    （1）整體性。針對裝配過程的MES能夠使得飛機制造過程中所涉及的部門減少協調時間，提高企業各部門的工作效率，建立良好的部門通信協調以及反饋機制。

    （2）動態性。裝配過程的MES能快速向計劃管理層反饋生產現場的具體情況，計劃層及時對生產計劃進行調整，并將調整計劃通過MES傳遞到生產現場，實現對計劃的快速反應。

    （3）全面性。有效實現裝配車間資源如人員、設備、場地、物料等的有效管理，以及車間裝配過程的管理。

2、裝配MES系統結構和功能模塊

    裝配MES系統為了方便生產現場操作和系統的靈活性，采用C/S結構與B/S結構相混合的方式，一部分查詢、瀏覽和工位操作等與現場工作人員結臺比較緊密的功能采用B/S方式實現，如車間現場的工藝瀏覽功能、任務查看和三維信息的展示等；其他功能大多采用C/S方式實現，如基礎數據的管理等。

    結合航天企業信息化的發展情況，分析裝配過程的業務流程，面向航天產品裝配的MES系統的主要功能模塊如下。

    2.1 基礎數據管理模塊

    基礎數據管理是整個MES系綻實現的一個基礎模塊，它既要向本系統的各個模塊提供各種資料和數據，還要接受來自企業其他系統的數據以及向其他系統反饋現場信息。該模塊維護的各種數據與其他模塊和系統的信息交互見圖1。

圖1 基礎數據管理模塊涉及的數據流

    2.2 裝配生產計劃與調度管理模塊

    該模塊的主要功能包括計劃導入，計劃編制、計劃查詢統計和計劃下達，總生產計劃由ERP系統導入，獲得如計劃號、件號、名稱、計劃數量、優先級、計劃開始時間、計劃結束時間等信息，再根據各個車間進行任務的合理編制并下達相應車間進行車間裝配生產；根據車間裝配生產計劃及各生產指令和物料準備情況，適時制定、調整各班組的周生產計劃；確保生產計劃節點完成生產任務。同時將主計劃完成情況反饋到ERP系統。

    2.3 裝配作業管理模塊

    裝配作業管理模塊是整個MES的核心，用來控制和協調計劃訂單在車間現場的執行過程。該功能模塊可以根據企業對產品的復雜程度以及計劃控制粒度靈活設置現場生產管理的層次和可控制點數，具有制造單元或設備的任務排序和負荷調整能力。作業管理模塊與基于條碼技術的數據采集過程、質量檢查過程、故障處理過程和質量跟蹤過程實現無縫集成。裝配作業管理模塊可實現不同生產方式的結合，以保證整個企業的需求為目標，其功能見圖2。

 圖2 裝配作業管理模塊功能

    (1)車間訂單管理：根據裝配計劃管理模塊下發的裝配計劃或者派工單將整個車間的裝配任務分解成為按順序排列的若干分段計劃，以管理裝配的縱向協同。

    (2)生產準備管理：生產準備為車間生產作業管理的重要內容，主要職責包括工具工裝可用性檢查、標準樣件可用性檢查、設備可用性校核、提前期校核和物料可用性檢查。

    (3)工序作業計劃管理：按照工作訂單和車間訂單的時間節點要求、采用最小加工周期確定工序的最早開工和最晚完工時間。將整個車間的裝配任務分解成按工序順序排列的工序計劃，以管理需求物件在車間內部流轉的縱向協同。確定每臺設備或者每個工人在較短期間內的任務次序，進行裝配任務的橫向協同。

    (4)工序計劃維護：工序計劃維護功能主要是為適應企業批量投入分批產出習慣而專門設置的。上要任務是：對已開工批次的工序作業計劃，因臨時任務調整，分批進行生產，從完工的工序開始，生產新的工序作業計劃并記錄原工序作業計劃的批號和任務號；當發生工序順序變化和工序超越、臨時增加工序時，生成新的批次號，打印新的工藝流程卡，記錄工藝臨時更改單號。

    (5)數據采集和過程監控：在數據采集中，主要采用與軟件集戰封裝的條碼數據采集技術進行生產進度和質量狀態的數據采集和輸入，以提高現場信息采集的精準度和效率；在裝配的重要裝配區和關鍵點進行實時監控來確保裝配的質量，減少人為因素對裝配質量的影響。

    (6)追溯功能：根據工序點采集的質量信息，可以向前和向后追溯質量狀態和處理單號，一旦發現質量問題，可以追溯到批架次號、操作人、檢驗人、不合格品處置單號等信息。

    2.4 裝配車間資源管理模塊

    通過對車間資源的有效管理，提高資源調度的靈活性。尤其是在裝配車間任務重或有臨時性插單的情況下，通過車間資源管理合理調度人員和場地資源是縮短裝配周期、控制成本的有效途徑。主要功能包括人員管理、物料管理、設備管理、場地管理、資源組管理等。       

    MES系統建立人員信息數據庫，提供車間的組織結構管理、人員技能、工作時間、休假等信息，以便能夠準確及時掌握人員實時信息，為產品的及時交付提供保證，同時為車間的人員績效考核提供依據。

    物料管理主要功能包括物料出入庫管理、物料庫存管理、物料準備、物料凋度和物料追蹤等；零部組件管理包括：產品、部件及零件管理。它們的基本信息通過ERP系統導入MES系統，實現對零部組件基本信息管理、條碼管理、分類管理、結構管理、工序模板管理、配套表管理，用于MES中計劃排產、物料齊套和過程跟蹤。在制品和輔料等庫存信息從ERP系統獲取，用于MES物料齊套管理。

    設備管理主要負責設備檔案管理、設備運行管理、設備維修與維護計劃等；裝配車間的設備主要指測試設備、工位器具和工裝，它們可能成為約束裝配車間生產能力的最主要元素。因此建立設備信息模型、結合觸摸屏數據采集實現設備監控，是提高瓶頸設備利用率的有效途徑。

    場地管理基于場地分組，規范車間物料存放，場地關聯還包括與當前擺放設備的關聯。

場地定義有場地當量、人員限制、場地面積、備注等屬性，需要產品增加占地面積屬性。MES系統根據場地面積、存放產品數量和該產品的占地面積判斷場地存放，預警規則需要用戶給定。

    資源組是指車間用于生產計劃執行必須用到的一類相關或相似的資源對象，這一類資源對象有共同的屬性，可以歸屬于一組對象進行管理。資源組管理主要是把裝配車間相關或類似資源以對象化管理，并賦予一定資源組屬性，定義其代號、名稱、是否排產等。

    2.5 生產看板與監控

    MES系統通過各種看板實現對車間生產信息的監控功能，提供不同人員不同的看板、看到不同的信息，達到生產可視化的目的。看板包括：車間作業計劃看板、班組任務看板、車間設備看板、車間場地布局看板、物料齊套看板、工藝準備看板、報警看板看板等。

3、MES系統應用中的關鍵技術

    在制造業信息化建設中，MES系統處于企業管理層和車間層的中間層，是實現企業車間層管理透明化，為企業其他系統提供可靠信息的基礎，實現從設計/工藝、企業管理、制造等多個層次的數據的充分共享和有效利用。在MES系統的應用中，主要包括以下2個方面的關鍵問題。

    3.1 MES系統與企業其他信息系統的集成技術研究

    飛機制造企業信息化發展中，采用的系統包括PDM、CAD、CAPP和ERP等信息系統，各自都有自己的數據庫以及所涉及的核心數據模型，MES也不例外。但是作為信息化建設中的一個子系統，MES必須從其他系統中獲取自己所需的基本數據，如產品結構、工藝數據、物料數據等，所以MES與其他系統之間的集成是必不可少的。

    航天產品是以BOM為主線組織新產品開發與生產的。以BOM為核心進行系統之間數據的有效集成，確保系統之間能夠實現基礎數據的鏈通，從而使得系統之間實現強內聚、弱耦合的功效。MES的數據基礎是MBOM，MBOM包含所有構成產品的零組件、標準件、成品件、材料等組成單元及其裝配關系和數量配套關系。反映工藝裝配關系并說明配套來源的分層次的物料清單。

    (1)MBOM中的裝配關系應記錄裝配單元之間的層次關系、裝配單元與AO之間以及AO與零組件之間的裝配結構關系，零組件之間裝配結構關系與PBOM相同；

    (2)MBOM中零組件生產類型及工藝分工路線等信息與PBOM中相同；

    (3)零組件工藝文件，定義零組件的AO、加工設備、工裝夾具、刀具、量具、工時定額、車間、班組等數據；

    (4)零組件之間的裝配數量關系，主要描述零組件在裝配過程中每道工序或每本AO需要裝配的零組件號和數量，零組件之間的數量關系與PBOM相同。

    MBOM可為CAD、CAPP、ERP、PDM等的有機集成及企業集成提供統一有效的數據基礎，以滿足數據的唯一性、實時性、有效性、安全性等需求。MBOM的管理是制造數據管理的核心內容，而工藝信息是MBOM管理的基礎內容。

    MES與其他系統的讀寫方式是在數據中心服務器上創建各系統中需要集成交互的物理表的復制版本或是中間表，數據的同步使用相關的刷新策略處理，將業務系統按原來的方式連接數據服務器，對于集成的數據直接在數據中心中獲取，各系統不直接訪問彼此數據信息，而是統一在數據中心。為了保證業務數據及時準確更新到數據中心，對于不經常處理的業務數據使用異步方式更新數據，對于即時響應處理的業務數據使用同步方式更新數據。

    3.2 插單業務的排產技術研究

    裝配車間在生產中經常出現插單，（插單定義為：每月一個固定時間段，非此時間段下達的計劃)，MES系統采取以下方案來實現插單，提高計劃編制的合理性。

    （1）在裝配MES系統中，利用優先級來確定計劃的緊急程度，優先級越高表示任務越緊急。例如：現在有多條生產計劃數據，其裝配計劃的優先級（爭取）最高，系統取值為15。此時，接到新的緊急插單order2、設定優先級為95。

    （2）插單后，選擇排程，系統將高速自動生成調整過的進展狀況以及追加急件的新計劃。緊急計劃占用設備之后，原有的未完成的生產任務會自動往后推延（鎖定資源除外），但是已經完成或開始的任務不會受到影響。

    （3）排程的結果中未完成的生產任務被推到計劃開始時間的右側--順延，已經完成或開始的任務不受影響，在計劃開始時間的左側，新追加的急件搶奪了資源。

    （4）在緊急插單處理時，系統也支持先手工鎖定某個計劃或某些工序，然后再進行重新排產，這樣緊急插單重新排產時不影響已鎖定的計劃或工序的安排情況，以保證插單排產更加優化。

    （5）如果因為緊急插單的排產，導致出現了新的超期工作，計劃人員對計劃排產的結果不滿意，可以通過計劃重復修改、保存、向現場請示等一系列的操作來解決。如：通過合理設置優先級、計劃的合并、工序合并、加班、甚至增加設備、人員來解決緊急插單對現有計劃造成的影響。

結束語

    MES是裝配車間生產管理信息化的重要技術手段，通過MES可以實現對車間生產過程的可視化、實時化與精細化管理，從而顯著提高車間的制造效率、改善產品質量。 MES作為當前制造業信息化領域的研究與應用熱點，已經成為一個不爭的事實。針對我國航天產品裝配的特點和車間生產管理現狀，研究航天產品裝配的制造執行系統，對促進我國裝配企業制造信息化和自動化的建設具有重要意義。