面向混合生產(chǎn)模式的制造執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

汪廣擴(kuò)，張毛，張紅州

（1.重慶聲光電有限公司，重慶400000；2.成都四威高科技產(chǎn)業(yè)園有限公司，成都610000）

1 引言

隨著制造行業(yè)競爭的加劇，在離散制造行業(yè)中，單一的生產(chǎn)模式已經(jīng)無法滿足市場競爭的需求。為了提高自身的抗風(fēng)險能力，越來越多的制造企業(yè)開始轉(zhuǎn)型，并逐漸改變原有的單一生產(chǎn)模式，對內(nèi)在保障自主產(chǎn)品生產(chǎn)的前提下，對外會承接一些生產(chǎn)訂單，或者以前只做代理加工的制造企業(yè)，為了提高自身競爭力，對內(nèi)也會投入一定的制造資源去研發(fā)生產(chǎn)自主品牌的產(chǎn)品，這些企業(yè)完成轉(zhuǎn)型后就會同時存在面向大批量生產(chǎn)的庫存生產(chǎn)方式和面向單件、小批量生產(chǎn)的訂單生產(chǎn)方式，本文把這兩種生產(chǎn)管理方式并存的管理模式定義為混合生產(chǎn)模式。目前，國內(nèi)外關(guān)于制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的研究大都只面向一種生產(chǎn)模式[1-3]，如果要滿足這類混合生產(chǎn)模式企業(yè)的生產(chǎn)管理需求，就需要開發(fā)兩套系統(tǒng)，然后做系統(tǒng)集成，這樣不僅會增加制造執(zhí)行系統(tǒng)的成本和周期，而且系統(tǒng)實施的風(fēng)險也會增大。所以在離散制造行業(yè)中，為滿足同時存在面向訂單的單件、小批量生產(chǎn)模式和面向庫存的大批量生產(chǎn)模式的制造企業(yè)的需求，本文提出了面向混合生產(chǎn)模式的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的設(shè)計。

2 生產(chǎn)流程圖

MES核心功能就是對生產(chǎn)制造過程進(jìn)行管理和優(yōu)化，在系統(tǒng)設(shè)計前，首先應(yīng)該制定一套清晰完整的生產(chǎn)流程圖。如圖1所示為混合生產(chǎn)模式流程圖，生產(chǎn)中心1以面向訂單的單件、小批量生產(chǎn)模式為主，生產(chǎn)中心2以面向庫存的批量生產(chǎn)模式為主。混合生產(chǎn)模式的生產(chǎn)流程中主要涉及8個板塊分別為：市場、設(shè)計研發(fā)、計劃、工藝、外協(xié)外購、生產(chǎn)中心1、生產(chǎn)中心2、庫房。

圖1 混合生產(chǎn)模式生產(chǎn)流程圖

圖2 混合生產(chǎn)模式MES中計劃管理流程圖

3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

MES中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息、產(chǎn)品工藝信息、物料清單，以及資源清單之間共享的信息，對于混合生產(chǎn)模式MES的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中除了上述信息外，還應(yīng)該包含“產(chǎn)品是否面向庫存生產(chǎn)”的信息。描述了生產(chǎn)中“應(yīng)該如何制成產(chǎn)品”的信息。

3.2 計劃管理

在混合生產(chǎn)模式MES中，計劃管理分兩層：第一層計劃我們定義為總計劃，負(fù)責(zé)傳遞業(yè)務(wù)計劃層的生產(chǎn)任務(wù)信息和市場的生產(chǎn)訂單信息，根據(jù)訂單需求和庫存信息決定任務(wù)是否下達(dá)以及投產(chǎn)數(shù)量，關(guān)聯(lián)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息，根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)模式對任務(wù)進(jìn)行分流，等等；第二層計劃為各個生產(chǎn)板塊計劃，分別是生產(chǎn)中心1計劃，生產(chǎn)中心2計劃，主要負(fù)責(zé)接收總計劃傳遞的生產(chǎn)任務(wù)信息，并下達(dá)到生產(chǎn)車間。圖2為混合生產(chǎn)模式MES中計劃管理流程圖。

3.3 車間管理

車間管理包括生產(chǎn)調(diào)度管理、班組計劃管理、開工管理、送檢和檢驗管理等子模塊。生產(chǎn)中心1和生產(chǎn)中心2共用一套車間管理模塊，該模塊大致流程為：車間調(diào)度根據(jù)工藝路線順序派工到班組長，再由班組長派工到操作者，操作者接受到任務(wù)，進(jìn)行開工、完工送檢。因為在離散制造行業(yè)不論是大批量生產(chǎn)還是單件小批量生產(chǎn)到了生產(chǎn)車間后，零件都是嚴(yán)格按照工藝路線進(jìn)行生產(chǎn)的，所以這種車間管理流程對兩種生產(chǎn)模式都適用。

在判斷工序或者任務(wù)是否完工，兩種生產(chǎn)模式存在區(qū)別。對基于訂單的單件小批量生產(chǎn)，為了控制成本，計劃投產(chǎn)都是根據(jù)訂單需求數(shù)量投產(chǎn)的，生產(chǎn)中出現(xiàn)報廢導(dǎo)致成品數(shù)量不能滿足訂單數(shù)量需求，就必須要補(bǔ)貨，生產(chǎn)任務(wù)和訂單是關(guān)聯(lián)一起的，所以工序合格數(shù)量或成品數(shù)量必須要大于等于訂單需求數(shù)量才能判斷該工序或任務(wù)已完工；對基于庫存的批量生產(chǎn)，由于是提前投產(chǎn)備貨，然后入庫，再根據(jù)訂單需求量出庫，生產(chǎn)過程中如果出現(xiàn)報廢，可以選擇不補(bǔ)貨，因為生產(chǎn)任務(wù)和訂單沒有關(guān)聯(lián)，所以不需要把成品數(shù)量作為工序或者任務(wù)是否完工的判斷依據(jù)。

3.4 庫房管理

在MES中庫房管理是屬于影響生產(chǎn)的主要功能模型，主要管理的物質(zhì)有物料、中間品、零件、組件和成品等。兩種生產(chǎn)模式的庫房管理中，都可能會出現(xiàn)一個訂單對應(yīng)庫房多個批次，但在基于訂單的單件小批量生產(chǎn)絕對不會出現(xiàn)庫房中一個批次對應(yīng)多個訂單的情況，但在基于庫存的大批量生產(chǎn)中就可能會出現(xiàn)這樣的情況。所以在面向混合生產(chǎn)模式的MES系統(tǒng)中，必須要對庫房中零件進(jìn)行區(qū)分和標(biāo)示，以便出入庫管理的時候能夠判斷零件是屬于哪種生產(chǎn)模式的。在庫房管理中，系統(tǒng)在同個庫房管理模塊下，設(shè)計兩個庫房，兩個庫房采用不同的出入庫算法，滿足了在混合生產(chǎn)模式下庫房管理的需求。

3.5 質(zhì)量管理

無論單件、小批量生產(chǎn)還是批量生產(chǎn)中質(zhì)量檢驗和管理都相當(dāng)重要，但在MES中對質(zhì)量檢驗和管理的方式有所區(qū)別。離散行業(yè)中對基于訂單的單件小批量生產(chǎn)，一般需要檢驗每一個零件、每一道工序的加工質(zhì)量；對基于庫存的批量生產(chǎn)一般采用首件、抽檢或自檢。為了滿足這兩種生產(chǎn)模式不同的送檢管理需求，系統(tǒng)中在送檢管理界面設(shè)置了自檢、首檢、批檢和自檢檢驗提交，工序完工后，操作者根據(jù)工藝文件的檢驗要求，選擇對應(yīng)項，如果選擇“自檢”，任務(wù)自動進(jìn)入下一道工序，如果選擇“批檢”或“首檢”，需要檢驗判定合格后，才能進(jìn)入后續(xù)步驟，“自檢檢驗提交”用于操作者在自檢過程中發(fā)現(xiàn)異常提交檢驗使用的。

除了質(zhì)量檢驗和管理不同外，兩種生產(chǎn)模式對不合格品審理的管理也不同。面向訂單的單件小批量生產(chǎn)，零件數(shù)量都是根據(jù)訂單需求數(shù)量投產(chǎn)，加工中一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常，就必須要提交審理并給出審理結(jié)論，若結(jié)論為報廢或者返工返修，就必須要產(chǎn)生報廢重投或者返工返修的任務(wù)，目的是保證最終成品數(shù)量滿足訂單需求；但是面向庫存生產(chǎn)模式中，生產(chǎn)數(shù)量與訂單需求數(shù)量之間沒有關(guān)聯(lián)，生產(chǎn)過程中如果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常，可以根據(jù)情況選擇是否需要發(fā)起不合格審理流程，若審理結(jié)論為報廢，也可以根據(jù)實際庫存情況選擇是產(chǎn)生全部報廢重投任務(wù)，產(chǎn)生部分報廢重投任務(wù)或不產(chǎn)生報廢重投任務(wù)。為了滿足這兩種生產(chǎn)模式不同的不合格審理的管理需求，在系統(tǒng)中將“返工返修”和“報廢重投”任務(wù)的產(chǎn)生設(shè)定為可控模式，由質(zhì)量管理人員判斷是否需要產(chǎn)生對應(yīng)任務(wù)。

4 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

該MES利用集成開發(fā)平臺基于Oracle數(shù)據(jù)庫開發(fā)，系統(tǒng)構(gòu)架為C/S構(gòu)架，支持XML、WebService等標(biāo)準(zhǔn)接口集成技術(shù)，系統(tǒng)中所包含的功能模塊都通過菜單區(qū)分開，各個功能模塊中都包含有子模塊，同時系統(tǒng)為開放式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要隨時增加新的功能模塊和子模塊。圖3為混合模式制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能模塊圖。

圖3 系統(tǒng)的功能模塊

5 結(jié)論

面向混合生產(chǎn)模式的制造執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)了對基于訂單的單件小批量生產(chǎn)模式和基于庫存的大批量生產(chǎn)模式的管理，相對面向單一生產(chǎn)模式的MES更具有實用價值，尤其適用于現(xiàn)在很多即將或者正在轉(zhuǎn)型和整合的中大型企業(yè)。該MES方案在某軍工集團(tuán)中三個企業(yè)整合中實施，并已正式推行和使用5個月，實現(xiàn)了對2774項不同生產(chǎn)模式的任務(wù)從下達(dá)到交付全過程的管理和追溯，達(dá)到了縮短產(chǎn)品制造周期、降低成本、優(yōu)化管理流程的目的，企業(yè)的競爭力因此也得到顯著提升。