金梅 張磊 劉闖

摘要：航空發(fā)動機企業(yè)通過制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與ERP系統(tǒng)的集成應(yīng)用，建立了以零組件流水作業(yè)卡或質(zhì)量控制卡為對象的在制品采集、清點及統(tǒng)計流程，保證了零組件投料、報廢、入庫及在制品數(shù)據(jù)的及時性和準(zhǔn)確性。通過立體倉庫的應(yīng)用，加強了零件實物位置、狀態(tài)的管理，實現(xiàn)企業(yè)所有在制品數(shù)量、狀態(tài)及位置等信息的可視化管控。

關(guān)鍵詞：在制品；流水作業(yè)卡；系統(tǒng)集成；信息采集；立體倉庫

1 引言

在制品（Work In Process，WIP ）是指從原材料、備件投入生產(chǎn)起，至檢驗合格入庫之前存在于企業(yè)各生產(chǎn)車間加工過程各個工序環(huán)節(jié)的零件或組件[1]。由于在制品在生產(chǎn)過程中不斷流動，工序、數(shù)量、質(zhì)量狀態(tài)和場所等狀態(tài)都在變化，因此，在制品管控工作量大，實效性強。航空發(fā)動機制造過程是典型的多品種、小批量、配套關(guān)系復(fù)雜、混線和離散型生產(chǎn)模式，生產(chǎn)車間零件種類在300～3 000種，由于存在同類零件批次多，狀態(tài)多，工序內(nèi)、外中轉(zhuǎn)頻繁等因素，手工完成在制品管理工作，其效率和質(zhì)量根本無法保證，在制品俗稱“黑匣子”。

制造企業(yè)的核心問題是生產(chǎn)，生產(chǎn)的核心問題是在制品管理[2]。由于準(zhǔn)確的在制品信息是企業(yè)生產(chǎn)能力平衡以及進行生產(chǎn)調(diào)度的前提條件，因此在制品管理成為現(xiàn)代制造企業(yè)管理的重點[3]，其準(zhǔn)確性被企業(yè)各級部門高度關(guān)注。

2 在制品管控方法研究

為了改變在制品的“黑匣子”狀態(tài)，實現(xiàn)航空發(fā)動機生產(chǎn)車間在制品顯性化管理，企業(yè)大部分生產(chǎn)車間已經(jīng)應(yīng)用了制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。由于在制品管理及實時清點業(yè)務(wù)可有效拉動生產(chǎn)車間物流管理的規(guī)范化和顯性化，成為制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的核心功能。在制品實時信息是在制品管理的核心數(shù)據(jù)，要求具有很高的及時性和準(zhǔn)確性[4]。

航空發(fā)動機企業(yè)零組件的信息載體是流水作業(yè)卡，裝配、修理車間零組件的信息載體是質(zhì)量控制卡，因此，MES的在制品管控功能圍繞流水作業(yè)卡或質(zhì)量控制卡信息的及時、準(zhǔn)確維護及實時統(tǒng)計進行系統(tǒng)功能設(shè)計。某航空發(fā)動機制造企業(yè)MES業(yè)務(wù)架構(gòu)圖如圖1所示。

從圖1看出，生產(chǎn)現(xiàn)場在制品管控以投料建卡為起點，依流水作業(yè)卡為載體，采集開工、完工、檢驗及交付等信息，完成在制品實時清點及統(tǒng)計，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場在制品管控。

2.1 流水作業(yè)卡信息采集

2.1.1投料數(shù)量計算

2.1.2 加工進度采集

航空發(fā)動機企業(yè)的組合件以單件“1”為單位，產(chǎn)品加工、裝配或修理過程中質(zhì)量控制卡的數(shù)量平衡容易控制。但對于零件而言，存在“截料”工序，由于原材料的規(guī)格差異、操作工的水平差異和加工工藝差異等因素，會導(dǎo)致每批原材料“截料”數(shù)量的不一致，再加上分卡、合卡和工序超越等操作，導(dǎo)致了流水作業(yè)卡工序完工采集數(shù)量平衡的復(fù)雜性。MES流水作業(yè)卡工序采集的控制邏輯示意圖如圖2所示。

從圖2可以看出，加工進度采集不僅要控制流水卡加工工序的采集順序，還要控制工序流轉(zhuǎn)過程中數(shù)量的平衡。

2.2 在制品實時統(tǒng)計

在制品實時統(tǒng)計以流水作業(yè)卡或質(zhì)量控制卡為對象，按照零件、組合件分別統(tǒng)計。企業(yè)的零組件在制品統(tǒng)計工作以生產(chǎn)車間為單位，在制品信息包括二級庫房和生產(chǎn)現(xiàn)場兩部分。二級庫房的信息來自庫房臺賬信息，庫房臺賬由保管員專人維護，信息的準(zhǔn)確性容易保證。生產(chǎn)現(xiàn)場零件在制品清點，需對未完工的零件進行同類、同工序求和，清點工作也相對簡單。但生產(chǎn)現(xiàn)場組合件在制品清點需要對未配齊的組合件按照實際配套情況拆分為所配套的零件或組件數(shù)量，再參與零件或組件的在制品清點。

具有簡單裝配關(guān)系的組合件M1的一個投料批次i如圖3所示，它包含組合件M2和零件C1，組合件M2又由零件C2和C1裝配而成。箭頭上的數(shù)字表示裝配數(shù)量。1個零件C1和1個零件C2可以裝配一個組合件M2，1個組合件M2和3個零件C1可以裝配一個組合件M1。

設(shè)i為M1的一個裝配批次。

對于零件C2（i）而言，在制品數(shù)量包含三部分，即：

C2（i）= C2（i）未入庫零件數(shù)量+未配全的M2（i）拆分的C2（i）零件數(shù)量+ C2 （i）車間二級庫數(shù)量

對于零件C1（i）而言，在制品數(shù)量包含四部分，即：

C1（i）= C1（i） 未入庫零件數(shù)量+ 未配全的M2（i）拆分的C1（i）零件數(shù)量+未配全的M1（i）拆分的C1（i）零件數(shù)量+C1（i）車間二級庫數(shù)量

對于組合件M2（i）而言，在制品數(shù)量包含三部分，即：

M2 （i）= M2（i）配全組合件未入庫數(shù)量+ 未配全的組合件M1（i）拆分的M2（i）組合件數(shù)量+ M2（i）車間二級庫數(shù)量

對于組合件M1（i）而言，在制品數(shù)量包含兩部分，即：

M1 （i）= M1（i）配全組合件未入庫數(shù)量+ M1（i） 車間二級庫數(shù)量

MES在制品實時清點統(tǒng)計流程如圖4所示。

從圖4可以看出，企業(yè)依據(jù)組合件本身的單層裝配BOM、配套單及流水作業(yè)卡分別按照零件、組合件完成在制品統(tǒng)計。

（1）零件在制品

MES實時統(tǒng)計處于待開工、待完工、待入庫和已開票4種類型的電子流水作業(yè)卡，直接得到每一批次零件的在制品數(shù)量、廢品數(shù)量。其中，零件在制品到達(dá)工序，取流水卡已經(jīng)完成工序的最大工序。對在制流水卡按照相同型別、零件號和工序號進行分組求和，再加上二級庫房相同零件庫存數(shù)量、未配齊組合件所拆分的數(shù)量，可得到零件在制品工序、廢品數(shù)量及在制品總數(shù)量。

（2）組合件在制品

MES實時獲取待開工、待完工、待入庫和已開票4種類型組合件類的電子流水作業(yè)卡、配套單信息。在制組合件實物配套單與MBOM匹配出完整的配套單信息，包括父項組合件號、批次號、子項零件號、結(jié)構(gòu)數(shù)量、應(yīng)發(fā)數(shù)量以及實際配套數(shù)量。當(dāng)配套子項中存在一項“實際配套數(shù)量”小于“應(yīng)發(fā)數(shù)量”時，此組合件未配全。在在制品實時清點時，未配全的組合件本身不按在制品計算，其下所有配套子件全部數(shù)量拆分至車間二級庫。

當(dāng)存在一項“實際配套數(shù)量”大于“應(yīng)發(fā)數(shù)量”時，此組合件為多配，其下多配的子項零件數(shù)量拆分至車間二級庫，多配的組合件本身按在制品計算。

通常情況下，生產(chǎn)車間為了區(qū)分車間二級庫臺賬數(shù)量，組合件拆分出的備件數(shù)量稱“車間虛擬二級庫”數(shù)量。

在組合件P（i）配套單中， P（n）為配套備件的實際配套數(shù)量，T（n）為應(yīng)配數(shù)量。當(dāng)P（n）-T（n）<0時，P（n）按車間虛擬二級庫數(shù)量計算；組合件P（i）進入未配全組合件集合。

當(dāng)P（n）- T（n）≥0時， P（n）- T（n）的差值按車間虛擬二級庫數(shù)量計算；組合件P（i）進入配全組合件集合。

對配全組合件的制流水卡按照相同型別、零件號和工序號進行分組求和，再加上二級庫房相同組合件庫存數(shù)量、未配齊組合件所拆分的相同組合件數(shù)量，即得到組合件在制品工序、廢品數(shù)量及在制品總數(shù)量。

2.3 立體倉庫的應(yīng)用

為了保證零組件實物位置、質(zhì)量狀態(tài)的有序管理，臨時停工的零組件存放在立體倉庫。立體倉庫具有成熟的倉庫管理系統(tǒng)，可與企業(yè)MES進行集成應(yīng)用，實時監(jiān)控倉庫內(nèi)零組件的數(shù)量、狀態(tài)及位置。

3 在制品管控方法的實踐

某航空發(fā)動機制造企業(yè)開發(fā)了MES統(tǒng)一平臺，并在鑄造、鍛造、機加、工具、熱表、裝配和修理車間全面推廣應(yīng)用。MES統(tǒng)一平臺面向車間全物流過程，與企業(yè)ERP系統(tǒng)集成，圍繞流水作業(yè)卡進行在制品管控的集成業(yè)務(wù)關(guān)系如圖5所示。

從圖5可以看出，企業(yè)在ERP、MES之間建立了共享、關(guān)聯(lián)與約束的集成關(guān)系。ERP進行訂單下達(dá)、投料控制和訂單閉環(huán)，MES接收生產(chǎn)訂單，控制生產(chǎn)車間在制品生產(chǎn)節(jié)拍。

MES工人采集界面如圖6所示。掃描流水作業(yè)卡條碼，系統(tǒng)自動根據(jù)流水卡已經(jīng)采集的工序、完工數(shù)量，自動計算當(dāng)前要采集的工序，并自動定位。根據(jù)工序流轉(zhuǎn)數(shù)量平衡邏輯，自動約束操作者錄入信息的正確性。

MES提供的在制品實時統(tǒng)計報表如圖7所示，此報表與立體倉庫管理系統(tǒng)的臺賬信息匯總，再通過系統(tǒng)集成，直接提供給ERP系統(tǒng)進行MRP運算。一方面規(guī)范在制品清點數(shù)據(jù)，另一方面為車間生產(chǎn)組織、生產(chǎn)管理者提供“數(shù)字化”的決策依據(jù)。

4 結(jié)束語

航空發(fā)動機企業(yè)生產(chǎn)車間通過MES與ERP系統(tǒng)的集成應(yīng)用，控制了零組件的投料種類和數(shù)量，實現(xiàn)了投料的有序性。通過對流水作業(yè)卡工序進度的實時采集及MES與立體倉庫系統(tǒng)的集成，準(zhǔn)確掌握零組件到達(dá)的工序、數(shù)量、質(zhì)量狀態(tài)及位置信息，使生產(chǎn)車間在制品告別“黑匣子”，實現(xiàn)了可視化管控。

為了減少人為因素，提高信息的及時性和準(zhǔn)確性，企業(yè)在數(shù)控車間應(yīng)用了MDC系統(tǒng)、數(shù)字化檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了加工信息、檢測信息的自動采集。在此基礎(chǔ)上，引入智能排產(chǎn)系統(tǒng)APS，實現(xiàn)了生產(chǎn)資源、生產(chǎn)節(jié)拍的高效、有序規(guī)劃與調(diào)度，支撐航空發(fā)動機制造企業(yè)生產(chǎn)過程管控逐漸由單純的信息化向數(shù)字化、智能化趨近。

參考文獻(xiàn)

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