面向軍工電子生產的制造運營管理系統設計與應用

田 俊，章 磊，劉麗花

（南京電子技術研究所，南京 210039）

0 引言

隨著信息技術的發展和經濟全球一體化的推進,瞬息萬變的經營環境給裝備制造企業帶來了巨大的挑戰。能否在企業內部形成高效能、柔性化的生產制造體系,并通過整個內外資源,與供應鏈上下游企業,形成利益相關、連接緊密的產業鏈,已成為衡量企業競爭力的重點。

國內外先進裝備供應商,圍繞企業制造運營能力的提升,開展了制造管理變革和流程再造,并在早年制造執行管理的基礎上,提出了企業級的制造運營管理（MOM,Manufacturing Operation Management）概念[1],并結合產品數據管理PDM、企業資源計劃管理ERP,以及各類自動化裝備與控制系統,打造智能工廠[2]。這些先進裝備制造企業,通過物聯網、大數據、云計算等新一代信息技術,結合數控加工、自動物流、自動測試、機器人等裝備,對單/多工廠、制造單元、倉儲、生產執行等進行智能化改造升級,通過設計并實施制造運營管理系統[3～7],預測并發現現場執行與生產計劃的偏差,通過智能優化算法及仿真持續改進制造性能,進而整合供應鏈資源,以減少庫存、優化供應鏈、提升制造效率。

本文將結合某軍工電子裝備企業自身的生產制造信息化需求與業務痛點,簡述MOM系統在其生產計劃、物料、生產過程、質量方面是如何構建管理平臺的。

1 MOM系統業務需求

1.1 生產計劃管理需求分析

過去生產計劃的下達,是在辦公系統中進行傳遞,不利于后續生產進度跟蹤。因此,需要建立全面的生產計劃管理功能,包含ERP中生產訂單、考核計劃等多項內容,可統計分析存在問題和風險的訂單,支撐訂單級的計劃調整。

過去生產產能平衡、分廠作業計劃編制主要依靠計劃員的工作經驗,人工進行平衡,工作量大、結果存在較大偏差。因此,需要通過有限資源限制的智能排程算法,基于PBOM、訂單信息、物資齊套、技術狀態檢查、人力資源、關鍵設備資源、實時執行進度等數據,定時、自動進行產能平衡,提升工單的可執行性,減少生產等待。

1.2 物料管理需求分析

過去齊套計劃是按照生產訂單進行齊套,整機裝配/復雜電裝等周期跨度大的訂單,按訂單進行齊套,會造成現場大量物料擺放并影響生產進度。因此,需要構建產品工序/工步級PBOM,合理劃分裝配順序與內容,將待裝配件分配到各裝配子工序/工步中,將訂單級齊套變為工序/工步級齊套,進而減少現場暫存件和生產等待。

過去對于禁止打開包裝盒分料的物料（如裸芯片）,領料時,多發部分需人工進行虛擬庫的建賬和沖抵,十分不便。因此,對于諸如裸芯片等此類物料,需增加包裝盒標識,對于此類物料,發料時自動進行虛擬庫的建賬和沖抵。

1.3 生產過程管理需求分析

過去生產過程中的所用輔材、設備及儀表等信息,采用手工記錄管理,不利于過程信息追溯。因此,需要通過配置產品PBOM,實現輔材、設備、儀表等內容與工藝過程的關聯,進而通過基于PBOM的派工,實現執行過程中規范采集實際值。

過去生產過程中存在各種異常問題,包括設計問題、工藝問題、設備問題等,均通過辦公系統進行問題發起和閉環,無法直觀反映對后續生產訂單的影響。因此,需要構建問題反饋功能,通過現場工藝師進行問題判定,明確問題類型、情況、需要解決日期,進而進入后續處理、監控流程,可設定處理周期的閥值,全過程記錄提出和處理人員、時間、處置是否脫期,進而通過訂單間的套裝關系,對齊套將受影響的訂單進行預警。

1.4 質量管理需求分析

過去生產過程中的工藝參數、自檢參數等內容多為人工記錄的紙質文件或電子文件,內容填寫的隨意性和不規范性較大且記錄易丟失。因此,需要過程質量信息管理,通過配置產品PBOM,實現工藝參數、自檢參數等內容與工藝過程的關聯,進而通過基于PBOM的派工,實現以上信息的實際發生數值,在現場執行過程中方便、可控的采集,進而通過標準值得設定,實現對過程質量情況的偏差分析與監控預警。

過去裝機元器件批次號的記錄,未細化到設計圖紙的位號,同時元器件更換后新的批次號信息僅在缺陷故障處理中記錄,未能更新到裝機元器件批次數據中。因此,需要在PBOM維護中,每工序元器件信息包含編碼、數量、位號等信息,進而在后續工序執行、返工返修過程中,維護相應位號的實裝元器件的批次。

2 MOM系統功能設計

一個典型的面向軍工生產的MOM系統功能架構如圖1所示。該框架為閉環控制結構,總體上體現了多系統集成性。集成性方面,MOM系統要與ERP、PDS（Product Development System）、三維工藝系統以及底層自動化設備集成[8],實現數據共享和業務整合。MOM系統通過搜集與監控生產進度和生產資源信息,實現對生產情況的及時分析、處理,及時對作業計劃適應性的更改。

圖1 MOM系統功能框架

2.1 生產計劃管理

2.1.1 生產訂單下發

項目管理人員將生產訂單按照優先級進行排序,將月度考核計劃內容在生產訂單中進行標注,并下發至車間。下發考核計劃時,系統自動檢查齊套情況,資源信息包括庫存現有量、采購訂單預期到貨量、生產訂單預期完工數量等信息,針對未齊套的生產訂單,由物資管理人員負責填寫預期到貨或完工時間。

2.1.2 車間生產計劃編制

車間計劃員對項目管理人員下達的生產訂單進行高級計劃排程,計劃來源中包括車間內部作業計劃、跨車間協作計劃、外協單位協作計劃。排程過程中可根據設定目標值、設定資源約束條件進行最優結果排程。設定目標包括：訂單交付數最多、設備利用率最大、訂單延遲最少、最小作業時間跨度、最低成本等多種方式；設定資源約束條件包括：設備資源約束、人力資源約束、場地資源約束等多種方式。

2.1.3 考核計劃編制與下發

車間計劃員將當月班組應該完成的加工計劃提取,作為當月考核計劃發布各班組長,班組長可查詢當月的班組計劃,并針對不能完成項目提出異議,由計劃員進行協調和處理,調整完成后重新運行排程程序,車間計劃員將確定的月度考核計劃發布,并作為正式的生產計劃下發班組,如圖2所示。

圖2 生產綜合計劃管理

2.2 物料管理

2.2.1 配送計劃編制

車間正式的作業計劃發布后,MOM系統自動根據發布的作業計劃編制工序/工步的配送計劃,明確實物需求的班組、時間、數量、配送地點和人員,如圖3所示。

圖3 物料齊套計劃

2.2.2 領料計劃編制

工序配送計劃編制完成后,車間庫管員根據未來三天至一周時間內的作業計劃,針對不同生產訂單進行合批、分批生成領料申請單。申請領料時,系統自動檢查ERP系統中庫存鎖定情況,針對無鎖定庫存物資提出缺料異常,并可直接發起缺料異常處理流程。針對包裝規格料,編制領料計劃時,系統自動考慮物料規格信息,允許分廠進行超定額領料,超定額部分下次領料時,系統自動從領料計劃中進行扣除。

2.2.3 物料齊套與出庫

MOM系統自動推送領料申請單至ERP系統中,并將領料申請單整理為齊套計劃作為ERP系統出庫的源頭。物資管理人員接到MOM系統推送的齊套信息后,將倉庫中的實物齊套并在ERP系統中辦理實物的出庫手續,物資配送人員按照工序/工步領料申請將物料配送至生產班組。

2.2.4 半成品/成品入庫

質量檢驗合格后,車間計劃員在MOM系統中辦理入庫申請單,MOM系統自動將完工入庫信息推送至ERP系統,并生成ERP系統完工入庫申請單。同時攜帶入庫的相關證明材料,將實物送至物資管理部門并辦理入庫交接手續。

2.3 生產過程管理

2.3.1 齊套性檢查

班組長在MOM系統中檢查齊套情況,檢查物資配送人員是否已經按照齊套計劃將實物配送至班組,齊套內容包括自制件、外購件、原材料和工裝等是否已經齊套,針對滿足齊套的物料進行派工至操作員；針對不滿足齊套的情況,將異常信息直接反饋至相關人員進行處理。MOM系統支持分層逐級的匯報處理方式。

2.3.2 班組長派工

班組長在MOM系統中將檢查齊套的作業計劃分派至操作員。班組長可以對派工單進行調整和修改,包括：維護指派人員、派工單凍結、派工單解凍和派工單撤回等。

2.3.3 工藝圖紙信息檢查

操作員在MOM系統中查看作業計劃,及其對應的工藝圖紙信息,確認無誤后即可開工執行,如圖4所示。

圖4 工藝圖紙查看

2.3.4 生產加工

操作員在MOM系統中針對派工單進行開工處理,包括確認工裝、圖紙和物料齊套情況等,按照工藝要求進行生產加工,并在MOM系統中記錄工步執行過程中的工藝參數、檢驗參數、裝配物料和設備儀表等信息,如圖5所示。

圖5 生產訂單執行

2.3.5 生產問題反饋與處理

操作員在生產加工過程中,遇到缺料、設備故障問題、質量問題等問題時,在MOM系統中進行生產過程問題反饋,MOM系統生產問題按照問題類型、問題等級、責任人、處理時間和處理結果情況逐級推送至相關人員。

2.3.6 完工報告

操作員在完成最后一道工步加工后,系統自動完成本道工序的加工；完成最后一道工序的加工后,系統自動進行生產訂單完工,并生成完工報告號,作為后續合格證打印、辦理入庫手續的輸入。

2.3.7 更改單管理

PDM系統中的更改單信息包括設計更改、工藝更改等,自動發布至MOM系統中,并根據PDM系統中的生產訂單處理方式,進行生產訂單鎖定；待更改單處理完成后,根據處理結果對訂單進行相應處理。

圖6 廠內問題管理

圖7 不合格品審理

2.4 質量管理

2.4.1 過程質量信息記錄

操作員依據定義的各工步需要的自檢、工藝參數、原材料明細,在MOM系統完工管理中,記錄工步自檢、工藝參數、原材料信息。

2.4.2 工序報檢與檢驗

操作員依照工序完工數,發起工序報檢,由中轉員將在制件送交檢驗員處,檢驗員依照報檢單,生成檢驗單,記錄檢驗過程中產生的所有檢驗數據；如果設備提供數據采集接口,則MOM系統可通過接口直接采集質量檢驗數據。

2.4.3 不合格品審理

檢驗員發現不合格品后,可發起不合格品審理,填寫不合格品特征信息,觸發不合格審理流程。

2.4.4 在制品工序流轉

檢驗合格后,MOM系統自動生成工序交接單,工序交接單依據上一道工序檢驗合格數量、工序信息、生產訂單信息、下一道工序加工工作中心信息生成交接單,并推送給中轉員。中轉員可直接查詢待中轉數據信息,包括中轉明細數據,按照中轉申請數據辦理實物的中轉手續,中轉接收單位在MOM系統中針對工序交接單進行交接確認,即完成本次實物的中轉交接。

3 結語

本文在分析軍工電子裝備企業的精細化生產管控需求的基礎上,給出了制造運營管理系統的設計思路。通過MOM系統的建設,實現了端到端的工程數字化集成、計劃到指令的數據鏈縱向集成、制造單元間的價值鏈橫向集成,在滿足業務管理需求的同時,支撐企業智能制造能力的持續提升。