浅论MES系统在航空制造企业车间的应用
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作者: 傅蓉晖
【摘 要】 某航空制造企业承担了活塞、涡轴、涡桨等多个型号产品的研制与生产，技术难度大，任务重，从2003年起实现了以主生产计划、物料需求计划、库存管理为核心的ERP应用，但是任何一个ERP系统都只是形成了一个企业内部的价值链与供应链，而对于企业车间级的计划调度、生产过程控制、生产成本、质量及车间设备等方面的管理难以实现。企业通过利用先进的制造执行系统MES，提供解决方案，实现多种功能组成，结合已有ERP系统，探索出一套有航空特色的“ERP+MES”的生产管理系统，进一步提升生产管理水平。
【关键词】 MES系统 生产管理 作业计划
某航空制造企业承担了活塞、涡轴、涡桨等多个型号产品的研制与生产，技术难度大，任务重，传统的生产组织方式已难以适应，从2003年起，企业开始引进SAP生产管理系统，实现了以主生产计划、物料需求计划、库存管理为核心的ERP应用，但是任何一个ERP系统都只是形成了一个企业内部的价值链与供应链，对于企业车间级的计划调度、生产过程控制、生产成本、质量及车间设备等方面的管理难以实现。企业逐渐认识到将计划与制造过程统一起来的制造执行系统（MES）是解决这一问题的有效途径，通过MES系统实现企业信息的集成，形成实时化的ERP、MES控制是提高企业整体管理水平的关键[1]。从2007年起，先后在两个车间实施MES系统，并取得了一定效果。
1 MES系统
制造执行系统协会（Manufacturing Execution System Association，MESA）对MES所下的定义：“MES系统通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES系统能及时反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES系统能够减少企业内部无附加值活动，有效地指导工厂生产运作过程，提高工厂及时交货能力，改善物料流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。”[2]
MESA在MES定义中强调了以下三点：（1）MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一的解决某个生产瓶颈；（2）MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能，并作出相应的分析和处理；（3）MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业连续信息流来实现企业信息全集成。
一个制造企业的制造车间是物流与信息流的交汇点，企业的经济效益最终将在这里被物化出来。制造执行系统MES在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的空隙。一方面，MES可以对来自MRPII？/ERP 软件的生产管理信息细化、分解，将操作指令传递给底层控制；另一方面，MES可以实时监控底层设备的运行状态，采集设备、仪表的状态数据，经过分析、计算与处理，触发新的事件，从而方便、可靠地将控制系统与信息系统联系在一起，并将生产状况及时反馈给计划层。
车间实时信息的掌握与反馈是制造执行系统对上层计划系统正常运行的保证，车间的生产管理是制造执行系统的根本任务，而对底层控制的支持则是制造执行系统的特色。
2 某航空制造企业车间生产管理现状
某航空制造企业车间在生产管理方面存在以下问题：（1）车间计划人员大多数情况下根据车间以往生产能力及自身经验对生产计划进行分解排产，计划可执行性差，执行过程中可调整性不强。（2）车间计划人员对设备能力估计不足，造成设备、人员闲忙不均。另外缺乏较好的跟踪机制，物料在加工传递过程中出现丢失现象，影响生产正常进行。（3）生产部门、车间主管领导无法对生产情况总体把握，难以对车间的关键件、关键设备重点监督。
3 MES系统解决方案
为了弥补ERP系统在车间现场管理功能较弱的不足，主要提供以下解决方案：（1）有限能力计划技术的应用。采用有限能力计划技术，针对当前车间生产任务和能力的具体情况制定详细的作业计划，及时发现因能力不足、提前期不够等因素引起的任务拖延及可能出现的生产问题。将工序计划按优先级进行派工排产。（2）报警与电子看板技术的应用。通过系统预警提高生产管理人员对关键资源、关键设备的关注度。通过对电子看板技术的应用，便于车间生产过程中物料的管理与追踪，实现车间物料管理和在制品信息、任务状态信息等数据自动采集。（3）灵活性查询和定制报表的应用。系统支持利用图号、批号、名称、任务开始时间、结束时间等条件的独立查询及多条件的组合查询和模糊查询。根据生产管理要求生成各种统计、分析和报表，便于相关人员及时获取所需的信息。
4 MES系统功能组成
（1）车间作业管理。车间级作业管理要解决零件作业计划制订问题及生产任务在车间具体实施问题，实现任务动态分配、资源日历管理、人力资源安排与管理、现场施工其它辅助资源管理，以及车间物料暂存、周转、序号管理。
（2）计划编制及调整。系统将生产部门安排的多种任务赋予不同的优先级，根据月度生产计划，考虑车间当前在制品状态，确定当月投料零件品种、数量及详细交付计划，并根据物料生产提前期排出物料投产日期和交货日期，根据工艺计划确定物料加工路线，进行有限能力排产。
（3）发放工艺路线单和派工。系统均将下达的生产任务发放一份加工单，随加工零件在车间中流动。系统按照车间现场加工情况，对于不满足开工条件的任务生成物料、工模具、技术准备短缺清单，对于满足开工条件的任务进行派工，并打印派工单。
（4）任务反馈。通过对车间任务完成情况的实时数据采集，系统动态显示出工作计划和完工情况，提供工件在任意时刻的位置及其状态信息。其中状态信息包括：谁在加工工件、原料供应者、批量、批次号、当前生产状态、质量情况以及与产品有关的其它信息。
（5）工装、夹具、刀具、量具和辅料管理。对工装 、夹具、刀具、量具和辅料进行需求计划及有效性管理，实现在车间范围内的参数和寿命管理和统一调配，缩短生产准备时间，降低占有量，提高利用率，稳定产品质量。
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