孟 翔，薛善良，李建平，楊年寶

(1．南京航空航天大學(xué)，江蘇南京 210016)

(2．南京晨光集團(tuán)有限責(zé)任公司，江蘇南京 210006)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)體制改革的進(jìn)一步深化，航天領(lǐng)域的生產(chǎn)科研管理機(jī)制已經(jīng)發(fā)生了深刻變化，航天產(chǎn)品的生產(chǎn)模式從單件研制生產(chǎn)轉(zhuǎn)向小批量集約化研制，并從技術(shù)試驗(yàn)型研制轉(zhuǎn)向全面應(yīng)用服務(wù)型［1］。這一轉(zhuǎn)變加上繁重的型號(hào)研制生產(chǎn)任務(wù)，對(duì)航天企業(yè)管理能力提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，亟需引進(jìn)現(xiàn)代的生產(chǎn)管理方法及其信息化手段。但是，由于車(chē)間層的信息化技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于企業(yè)計(jì)劃層和底層控制層，成為企業(yè)信息集成的瓶頸和企業(yè)信息化的最薄弱環(huán)節(jié)，制約了企業(yè)制造執(zhí)行效率的進(jìn)一步提高。本文以某大型航天企業(yè)的工程應(yīng)用為背景，研究開(kāi)發(fā)航天產(chǎn)品裝配生產(chǎn)MES系統(tǒng)，為裝配生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息的及時(shí)、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地收集、傳遞、處理和反饋提供有效工具。

1 航天產(chǎn)品裝配生產(chǎn)MES體系

某航天企業(yè)為離散型生產(chǎn)，裝配生產(chǎn)是其核心業(yè)務(wù)，但缺乏有效的裝配生產(chǎn)執(zhí)行管理手段，其裝配生產(chǎn)派工、派工執(zhí)行、裝配質(zhì)量等業(yè)務(wù)處理尚未建立集成的支撐應(yīng)用系統(tǒng)。生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃和調(diào)度主要依賴(lài)人工經(jīng)驗(yàn)。生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的物料缺件、設(shè)備狀態(tài)、質(zhì)量信息、裝配進(jìn)度等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息沒(méi)有有效的采集、傳遞和共享手段，導(dǎo)致因物料短缺、設(shè)備故障、裝配質(zhì)量問(wèn)題引起的生產(chǎn)延誤不能及時(shí)得到反饋和快速解決，最終直接影響裝配生產(chǎn)的準(zhǔn)時(shí)執(zhí)行。為此，本文所研究的航天產(chǎn)品裝配生產(chǎn)MES系統(tǒng)需要具有裝配派工管理、裝配派工執(zhí)行和裝配質(zhì)量跟蹤等業(yè)務(wù)管理功能。

與此同時(shí)，還要考慮基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享和系統(tǒng)間集成問(wèn)題。綜合考慮這些因素，本文采用J2EE技術(shù)框架、B/S模式和多層服務(wù)架構(gòu)構(gòu)建航天產(chǎn)品裝配生產(chǎn)MES體系(如圖1所示)，以實(shí)現(xiàn)功能可擴(kuò)展、系統(tǒng)易集成、事務(wù)更安全的航天裝配生產(chǎn)執(zhí)行管理功能。參考J2EE的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用模型，將系統(tǒng)分為客戶(hù)層、應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層。

a．客戶(hù)層由用戶(hù)界面和集成接口組成，采用動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)為用戶(hù)提供友好的操作界面，采用Web Service封裝業(yè)務(wù)組件為其他系統(tǒng)提供集成接口。

b．應(yīng)用層又包括表示層和業(yè)務(wù)層，其中表示層部署于J2EE服務(wù)器的Web容器中，用來(lái)生成Web頁(yè)面中的動(dòng)態(tài)內(nèi)容，同時(shí)把客戶(hù)端傳來(lái)的Web請(qǐng)求打包，并把用戶(hù)的輸入信息發(fā)送給業(yè)務(wù)邏輯層上的Bean來(lái)進(jìn)行處理。業(yè)務(wù)層部署于J2EE服務(wù)器的Bean容器中，是用來(lái)滿足裝配生產(chǎn)執(zhí)行的業(yè)務(wù)管理、數(shù)據(jù)處理等具體功能的模塊集合，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、裝配派工管理、裝配派工執(zhí)行、裝配質(zhì)量跟蹤等業(yè)務(wù)Bean。

c．?dāng)?shù)據(jù)層采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，集中存儲(chǔ)和統(tǒng)一管理與裝配生產(chǎn)執(zhí)行有關(guān)的所有數(shù)據(jù)，包括物料數(shù)據(jù)、BOM數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、班組數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、派工數(shù)據(jù)、執(zhí)行數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等。

圖1 裝配生產(chǎn)MES系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

2 航天產(chǎn)品裝配生產(chǎn)MES功能框架

結(jié)合航天制造企業(yè)信息化的發(fā)展現(xiàn)狀，分析裝配生產(chǎn)的業(yè)務(wù)流程，可以得知面向航天裝配的MES系統(tǒng)尤其需要實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、裝配派工管理、裝配派工執(zhí)行、裝配質(zhì)量管理等數(shù)據(jù)管理和業(yè)務(wù)操作功能，各功能模塊的具體情況如下。

2．1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理是整個(gè)MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能模塊，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和集中共享。它既要向本系統(tǒng)的各個(gè)模塊(如裝配派工管理、裝配派工執(zhí)行、裝配質(zhì)量分析等)提供各種資料和數(shù)據(jù)，還要接收來(lái)自企業(yè)其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及向其他系統(tǒng)反饋現(xiàn)場(chǎng)信息。

MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有兩大類(lèi):一類(lèi)是產(chǎn)品定義數(shù)據(jù);一類(lèi)是生產(chǎn)資源數(shù)據(jù)。產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)是指與產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身相關(guān)的信息，包括產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息和工藝信息，具體為產(chǎn)品的制造BOM、產(chǎn)品生產(chǎn)必需的各種工藝文件;生產(chǎn)資源數(shù)據(jù)是指產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中所使用的各種生產(chǎn)要素的數(shù)據(jù)，包括設(shè)備和工裝數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)等［2］。系統(tǒng)用例圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)用例圖

2．2 裝配派工管理

派工管理覆蓋了車(chē)間生產(chǎn)管理中生產(chǎn)任務(wù)的接收、作業(yè)計(jì)劃的管理和工單的管理3個(gè)業(yè)務(wù)內(nèi)容，通過(guò)該模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃、工單和生產(chǎn)資源的有效管理。該系統(tǒng)的總生產(chǎn)計(jì)劃由ERP系統(tǒng)導(dǎo)入，然后根據(jù)車(chē)間實(shí)際的生產(chǎn)狀況和計(jì)劃的優(yōu)先級(jí)，將車(chē)間作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行排序分解，生成班組作業(yè)計(jì)劃，并下達(dá)相應(yīng)車(chē)間進(jìn)行車(chē)間裝配生產(chǎn);根據(jù)班組作業(yè)計(jì)劃生成工單，根據(jù)工單進(jìn)行資源分配，包括生成加工裝配工單來(lái)分配人員和設(shè)備，生成領(lǐng)料單和送料單來(lái)分配物料;在各種生產(chǎn)所需資源準(zhǔn)備完畢后，按照工單要求進(jìn)行生產(chǎn)，在生產(chǎn)過(guò)程中，如果出現(xiàn)物料短缺、設(shè)備損壞、生產(chǎn)延遲等異常情況，車(chē)間管理人員或者計(jì)劃管理人員需要根據(jù)工單的緩急程度、當(dāng)前的生產(chǎn)能力來(lái)對(duì)人員、設(shè)備、物料、工單進(jìn)行調(diào)度。

2．3 裝配派工執(zhí)行

派工執(zhí)行模塊用來(lái)確保車(chē)間具體生產(chǎn)活動(dòng)的有效執(zhí)行和跟蹤監(jiān)控，同時(shí)采集生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，保證現(xiàn)場(chǎng)信息的實(shí)時(shí)反饋，當(dāng)車(chē)間發(fā)生事件時(shí)能夠及時(shí)有效地處理，它是實(shí)現(xiàn) MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵。

a．?dāng)?shù)據(jù)采集。主要采用條碼數(shù)據(jù)采集技術(shù)和RFID技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)進(jìn)度和質(zhì)量狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集和輸入，以提高現(xiàn)場(chǎng)信息采集的精準(zhǔn)度和效率;工作人員通過(guò)查詢(xún)記錄的數(shù)據(jù)能夠了解整個(gè)的生產(chǎn)過(guò)程，甚至是還原再現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。

b．生產(chǎn)監(jiān)控。生產(chǎn)監(jiān)控就是實(shí)時(shí)監(jiān)視生產(chǎn)過(guò)程的各種生產(chǎn)要素和生產(chǎn)指標(biāo)，包括工單監(jiān)視、設(shè)備工裝監(jiān)視、人員監(jiān)視、物料監(jiān)視以及過(guò)程監(jiān)視，從而達(dá)到收集真實(shí)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控、提高車(chē)間管理的透明度的目的。

c．生產(chǎn)過(guò)程追蹤。生產(chǎn)過(guò)程追蹤是指根據(jù)工序點(diǎn)采集的質(zhì)量信息，可以向前和向后追溯質(zhì)量狀態(tài)和處理單號(hào)，一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，可以追溯到批架次號(hào)、操作人、檢驗(yàn)人、不合格品處置單號(hào)等信息。

d．生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)計(jì)。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)就是針對(duì)每個(gè)工作日或者每個(gè)時(shí)間段的工作總結(jié)，包括車(chē)間物料投入與出產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、工時(shí)統(tǒng)計(jì)、指標(biāo)計(jì)算等，生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)是次日生產(chǎn)計(jì)劃安排或者生產(chǎn)調(diào)度的依據(jù)。

2．4 裝配質(zhì)量管理

裝配質(zhì)量管理模塊通過(guò)實(shí)時(shí)記錄、跟蹤和分析產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量信息，為完成制造過(guò)程各個(gè)階段的整個(gè)質(zhì)量監(jiān)控提供了有效工具，以保證產(chǎn)品質(zhì)量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。該模塊主要由檢驗(yàn)、分析、控制3個(gè)環(huán)節(jié)組成，對(duì)裝配全過(guò)程的質(zhì)量信息進(jìn)行管理和控制，通過(guò)質(zhì)檢過(guò)程進(jìn)行制造過(guò)程各階段的質(zhì)量數(shù)據(jù)采集、故障記錄和分類(lèi)分析，對(duì)設(shè)備、工具、儀器的定期復(fù)檢過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、故障記錄和分類(lèi)分析，提供對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)的全程跟蹤、質(zhì)量歸零管理、質(zhì)量成本管理等［3］。

3 裝配生產(chǎn)執(zhí)行信息模型

3．1 裝配生產(chǎn)信息分類(lèi)

復(fù)雜產(chǎn)品裝配過(guò)程的管理實(shí)質(zhì)是對(duì)裝配過(guò)程中各類(lèi)信息的管理，離散裝配車(chē)間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)根據(jù)不同的分類(lèi)方法進(jìn)行分類(lèi)［4］，如圖3所示。

圖3 航天產(chǎn)品裝配生產(chǎn)信息分類(lèi)

a．人員信息:包括車(chē)間人員的員工號(hào)、姓名、工種等基本信息，工作、休息、缺勤等狀態(tài)數(shù)據(jù)。

b．設(shè)備及工裝信息:包括設(shè)備基本信息、工裝基本信息、設(shè)備的使用信息、工裝的使用信息、維修信息以及其他狀態(tài)信息等。

c．物料信息:包括物料編號(hào)、名稱(chēng)、材料、加工工藝、物料類(lèi)型、總數(shù)量、當(dāng)前數(shù)量等物料基本信息，以及加工、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)葼顟B(tài)信息、位置信息和數(shù)量信息等，是實(shí)現(xiàn)物料跟蹤和生產(chǎn)進(jìn)度跟蹤的重要數(shù)據(jù)之一。

d．任務(wù)執(zhí)行信息:用來(lái)記錄車(chē)間生產(chǎn)進(jìn)度和任務(wù)完成情況，主要包括裝配任務(wù)數(shù)據(jù)以及流轉(zhuǎn)單數(shù)據(jù)。其中裝配任務(wù)數(shù)據(jù)是階段性信息，記錄車(chē)間某時(shí)間段內(nèi)的作業(yè)計(jì)劃情況;流轉(zhuǎn)單數(shù)據(jù)包括應(yīng)加工數(shù)量、已完成數(shù)量、未完成數(shù)量、加工工序等任務(wù)進(jìn)度信息，反映實(shí)時(shí)的任務(wù)執(zhí)行情況。

e．質(zhì)量信息:主要用來(lái)記錄車(chē)間產(chǎn)品加工的質(zhì)量情況、廢品數(shù)量、報(bào)廢原因、回修數(shù)、合格數(shù)、試料數(shù)等，是進(jìn)行車(chē)間質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析、改進(jìn)生產(chǎn)工藝和管理方式的重要依據(jù)，是動(dòng)態(tài)信息。

f．工單信息:包括工單基本信息、派發(fā)信息、執(zhí)行信息和調(diào)整信息等。

3．2 裝配生產(chǎn)信息建模

航天制造業(yè)屬于典型離散式生產(chǎn)，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，零件數(shù)量龐大，尤其是大量的結(jié)構(gòu)件需要加工裝配，同時(shí)還需要生產(chǎn)大量的工裝、樣板等輔助生產(chǎn)設(shè)備［5］，使得航天企業(yè)的信息十分復(fù)雜。

為了可以最大限度地提高數(shù)據(jù)共享和獨(dú)立性，就需要建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型。語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型化技術(shù)主要有ER模型、IDEF1X等，和傳統(tǒng)的 E－R方法相比，IDEF1X語(yǔ)義模型更為豐富和精細(xì)，可以充分而清楚地表達(dá)復(fù)雜系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息及其聯(lián)系;具有更強(qiáng)的一致性和更高的規(guī)范化程度;定義的邏輯模型更利于向物理模型轉(zhuǎn)換。因此本文用IDEF1X模型來(lái)描述數(shù)據(jù)模型。裝配生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型如圖4所示。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

航天產(chǎn)品裝配生產(chǎn)MES系統(tǒng)是基于J2EE技術(shù)架構(gòu)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)搭建的，采用 B/S網(wǎng)絡(luò)模式、Java開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和 Eclipse開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了原型系統(tǒng)，從而為航天產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)執(zhí)行提供了有效的信息支撐工具。圖5所示是本文所開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的主界面，具有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、裝配派工管理、裝配派工執(zhí)行、裝配質(zhì)量管理等功能模塊。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以某航天產(chǎn)品裝配生產(chǎn)管理為研究對(duì)象，開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了航天產(chǎn)品裝配生產(chǎn)MES的系統(tǒng)原型。該系統(tǒng)的實(shí)施應(yīng)用，優(yōu)化了裝配生產(chǎn)管理方法，減少了裝配過(guò)程中人為因素的影響，實(shí)現(xiàn)了裝配生產(chǎn)執(zhí)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了人的靈活性和裝配生產(chǎn)的管理效率，解決了生產(chǎn)過(guò)程中的主要矛盾，有著深遠(yuǎn)而重大的意義。該系統(tǒng)將繼續(xù)在其他行業(yè)產(chǎn)品裝配生產(chǎn)應(yīng)用中得以驗(yàn)證。

圖4 裝配車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程MES系統(tǒng)IDEF1X信息流圖

圖5 系統(tǒng)整體界面與裝配質(zhì)量管理模塊

［1］ 董德亮．航天企業(yè)物資管理模式研究及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)［D］．哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007:1．

［2］ 吳梅磊．離散型制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)研究［D］．濟(jì)南:山東大學(xué)，2007:35－40．

［3］ 董會(huì)波，許建新，董思洋．面向飛機(jī)裝配的 MES系統(tǒng)研究［J］．航空制造技術(shù)，2010(18):46 －50．

［4］ 費(fèi)一正．面向離散制造的協(xié)同制造執(zhí)行系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究［D］．南京:南京理工大學(xué)，2012:49－51．

［5］ 金 星，杜寶瑞．離散航空制造業(yè)MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施［J］．航空制造技術(shù)，2011(7):43－46．