葉片加工廠的MES系統設計及應用

周海順

（中國航發航空科技股份有限公司，四川 成都 610500）

1 葉片加工廠生產特點

1.1 設備種類多，設備利用率有待提高

葉片加工廠一般含四軸數控加工中心、五軸數控加工中心、數控車床、數控蠕動磨、數控噴丸機等；檢測儀器含三坐標測量機、合金檢測、渦流檢測、熒光檢測、磁粉檢測、超聲波檢測、邊緣投影等。在多品種、多設備的情況下，傳統的人工排產模式，難以將設備的利用率發揮到極限。

1.2 加工工藝復雜，加工周期長

在葉片加工中，葉片材料種類相對較多，含不銹鋼、鋁合金、高溫合金、單晶及等軸晶等，葉片種類型面復雜，如葉片、葉輪、葉環和葉盤等。葉片的工藝基本都包含粗加工、精加工和特種工藝的噴丸、熱處理、噴涂等以及各種檢測如測頻、NDT檢測、三坐標檢測等。工藝復雜，使用設備多，傳統的人工管理模式，在沒有大數據支撐下，難于統計葉片的每個生產環節。

2 MES系統建設目標

2.1 提高現場生產信息的透明度

葉片加工廠以多品種，小批量，多批次為生產特點的生產加工企業，如何量化生產能力指標，及時掌握現場生產信息及出現的各種狀況，往往會耗費掉管理者大量的精力，仍收效甚微。MES系統正是通過高級計劃排程與能力評估，精確計算整個車間的生產加工能力，并合理安排可執行的最優化生產執行計劃。并通過自動化的現場數據采集，及時準確的收集車間生產現場的生產進度、質量信息、設備運行狀況、人員工時等信息，從而實現信息透明化。

2.2 優化業務流程，提高生產效率

MES系統的實施為企業對現有工作流程的梳理、完善和改進的提供了最佳契機，通過不斷發展、完善、優化業務流程，從而保持企業競爭優勢的重要手段。通過對生產訂單執行、質量監控等業務流程的優化，以及現場數據的采集，為現場生產管理精細化提供真實可靠的數據依據，為分析提高生產效率提供切實有效的數據基礎和測算工具。

2.3 消除信息孤島，達到系統集成

葉片加工廠MES系統的建設，不能建設一個孤立的系統，必須要與葉片加工廠的PLM系統、MDC系統，CMM實現集成，達到各系統的數據相互共享、互不獨立，實現關聯數據的惟一性，消除信息孤島。

3 MES系統設計

3.1 業務需求

葉片加工廠MES系統的實現貫穿生產制造的所有環節，生產訂單在導入MES系統后，訂單的相關信息如工序信息，工具信息，物料信息等在MES系統中能修改維護；在APS排產中可以選擇不同的策略，可以根據情況的不同選擇先到先加工，最小空閑時間優先，順排，倒排等；通過排程可以了解詳細的物料需求和工具需求，從而根據物料需求領料，根據工具需求，進行工具工裝配送；對計劃后的生產訂單進行派工后，工人就可以憑派工單進行生產加工，這時訂單信息中的工藝要求，技術文檔等就會相應提示給加工對應工序的工人，以便查看。現場操作工在加工過程中，能在系統中反饋相應的加工數據，系統會自動記錄工序加工所用的時間，期間的設備使用情況，廢品情況，工人績效工時，生產進度等。

3.2 數據流設計

在葉片加工廠MES系統中主要數據流是零件實物的物流，零件的周轉是葉片加工廠MES系統設計的主線，訂單的生產周期是系統的主要數據流導向。生產管理部門在領料后將生產作業計劃導入系統，生產主管對訂單數據和工藝物料數據進行核對確認無誤后，開始模擬排產，排產滿足實際訂單要求后，生產管理員釋放下達訂單，工段生產班組長對生產任務進行派工。工人上班刷卡后接收任務，開始加工，結束后對加工的情況在系統中進行反饋。根據加工的情況，部分訂單會出現分批流轉，不合格的零件經過相關的手續可能會重新創建新訂單進行返修。訂單工序加工完成后，經檢驗確認入庫，訂單以及合格的零件生命周期結束。

3.3 軟件模塊設計

基于葉片加工廠的整體業務流程，在葉片加工廠MES系統設計上，共包含圖3所示模塊，生產計劃管理、高級計劃排程、生產現場數據采集、生產狀態監控、績效與分析、生產資源分配與狀態管理、生產調度與派工、設備管理、人員管理、生產質量管理、產品跟蹤和記錄、基礎數據管理、系統功能及權限管理、系統集成等。

3.4 系統硬件設計

為保證MES運行，需配置相應的硬件環境，如服務器、現場終端、電子顯示屏等。服務器的設計共購置三臺，其中授權服務器一臺；另兩臺服務器做MES系統的應用服務器和數據服務器，并實現雙機熱備。現場數據采集的終端，選擇購置17寸觸摸屏一體機，方便現場操作工人的及時快捷反饋生產加工數據。

4 MES系統實施后的數據展示

4.1 訂單信息

4.1.1 延期訂單預警

在葉片加工廠MES系統中，訂單導入系統后，系統根據訂單的基礎信息（如計劃數量、工藝、設備、工具工裝、人員等），通過APS排產自動計算出每個訂單的每個工序的精確加工及完成時間。通過APS計算結果，在程序設計時，將延期訂單定義為，詳細計劃結束（APS排產訂單的完成時間）大于初始計劃結束（訂單導入時規定的完成時間），每次排產后，生產管理人員都能快速跟蹤到每個訂單的未來加工情況。在訂單管理界面，生產管理人員可以快速找到可能延期的訂單，再根據實際交付情況和現場的加工任務進行對訂單進行調整，從而實現訂單的按期交付。

4.1.2 異常訂單提醒

在現場生產中，常常因設備故障、工具工裝不全、工藝NC代碼準備不及時等突發事件，使得現場生產任務中斷，導致訂單完成時間延期。為了能夠快速將異常訂單在系統界面中展現出來，系統在設計時，在數據終端設計訂單中斷按鈕，員工在發生異常情況，必須立即在終端上報中斷原因。生產管理人員在訂單界面，通過快速按鈕，快速找到中斷訂單，并能在系統中查詢終端訂單的中斷原因。

4.1.3 逾期訂單統計中斷訂單

葉片加工周期一般三個月，如訂單導入系統開始生產后，三個月該訂單未加工完成或加工完成后部分零件卻還一直處在待處理狀態的訂單稱為逾期訂單。逾期訂單的監控，可以促進每個訂單的及時加工以和零件的及時處理，在一定程度上能減少在制品庫存數量，為質量生產提供更準確的數據。

訂單是否能按時完成，直接影響產品能否正常交付，所以訂單的完成率指標非常重要。在葉片加工廠MES系統中，訂單導入系統必須定義訂單的開始時間，訂單的預估完成時間。訂單開始加工后，操作者會將每個工序的實際開始、實際結束上報系統，訂單的最后一個工序完成時間即是訂單的實際結束時間。

訂單導入系統后，我們可以按照月份統計每個月需完成的訂單數，5月需完成的訂單566個；再按照實際加工的數據統計出這些訂單是否按照預估時間完成加工，實際完成訂單268個，這樣5月的訂單完成率等于時間完成訂單數268除以需完成訂單數566，直接可以算出5月訂單完成率等于48%。

4.2 質量數據統計

4.2.1 廢品率統計

（1）按訂單維度進行統計。為衡量一個訂單在加工過程中的加工質量，我們可以按照訂單維度進行廢品率統計。將訂單投產量看著產品總數，訂單在完工后計算出該訂單的廢品總數，最后得出該訂單的廢品率，訂單廢品率統計，可以看出生產過程中是否有大批量的訂單存在批量報廢的情況。

（2）按零件圖號維度統計。衡量某個零件加工質量，我們可以按零件維度進行廢品率統計。將該零件在某段時間內的入庫數量和報廢數量看著產品總數，用報廢數量除以產品總數即可得出該零件的廢品率。

4.2.2 廢品原因統計

零件在加工過程中，各種事件都會導致零件報廢，為更好控制事件的發生，我們可以對廢品的產生的原因作統計。在葉片加工廠MES系統中，我們將零件報廢的常見原因導入系統，零件報廢時，質量主管需選擇零件報廢的原因。當系統使用一段時間后，我們可以按照月、季、年統計出各種原因引起的報廢零件的數量，針對報廢數量最多的原因，我們可以制定相應的辦法控制該原因的出現，進而減少報廢。

5 結束語

制造執行系統MES作為管理者的生產管理平臺，系統搭建好能正常運行，只是完成了數字化車間的建設的第一步生產數據的采集，要真正建設好數字化車間發揮MES平臺的作用，還需對采集的數據進行數據挖掘，使數據變為我們有用的生產決策信息，這樣才能使數據的作用升華，達到MES系統促進提高生產效率的作用。

本文描述的葉片加工廠的數據展示信息，只是生產管理中最常見的數據統計展示信息，更深入的信息還需更進一步的數據挖掘。