基于MES系統(tǒng)的某航天企業(yè)生產(chǎn)組織管理優(yōu)化研究

摘要：黨的十八大以來，我國高度重視數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展，將其上升為國家戰(zhàn)略。在此大背景下，中國航天科技集團(tuán)積極響應(yīng)，于第七次工作會(huì)議上對數(shù)字化建設(shè)進(jìn)行了全面規(guī)劃，旨在打造世界一流的航天企業(yè)集團(tuán)。該集團(tuán)提出了“構(gòu)建數(shù)字航天體系，促進(jìn)航天產(chǎn)品數(shù)字化、研制過程數(shù)字化、管理手段數(shù)字化及產(chǎn)業(yè)協(xié)同數(shù)字化的發(fā)展”的戰(zhàn)略方針。在此形勢下，某航天制造企業(yè)緊跟步伐，通過搭建MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)能力與生產(chǎn)管理方式的數(shù)字化變革。不僅有效降低了產(chǎn)品成本，提高了生產(chǎn)效率，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，還促使管理模式不斷迭代升級(jí)，進(jìn)一步增強(qiáng)了企業(yè)綜合競爭力。

關(guān)鍵詞：MES系統(tǒng)；智能制造；生產(chǎn)組織；模式優(yōu)化

中圖分類號(hào)：F27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2025.16.023

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的時(shí)代背景下，中國航天科技集團(tuán)積極響應(yīng)國家號(hào)召，致力于推動(dòng)航天企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。作為航天制造領(lǐng)域的重要組成部分，航天企業(yè)正面臨著提升生產(chǎn)效率、優(yōu)化成本控制，以及確保產(chǎn)品質(zhì)量等多重難題。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，該企業(yè)積極探索生產(chǎn)組織管理的優(yōu)化路徑，決定引入MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）作為其數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵舉措。本文將以該航天企業(yè)為例，深入探討基于MES系統(tǒng)的生產(chǎn)組織管理優(yōu)化策略與實(shí)踐效果，以期為航天制造企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供有益的參考和借鑒。

1 研究背景

“十四五”以來，“加快數(shù)字化發(fā)展”被列入國家和國防科技工業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中，習(xí)近平總書記在黨的二十大報(bào)告中提出推進(jìn)新型工業(yè)化，加快建設(shè)制造強(qiáng)國、質(zhì)量強(qiáng)國、航天強(qiáng)國、交通強(qiáng)國、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、數(shù)字中國。中國航天科技集團(tuán)企業(yè)也提出了建設(shè)“數(shù)字航天”的宏偉目標(biāo)，推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為航天系統(tǒng)提升核心競爭力的必由之路[1]。

2 某航天制造企業(yè)生產(chǎn)管理的現(xiàn)行模式及存在問題分析

某航天企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)過程及管理從原材料到成品裝箱交付，所有產(chǎn)品生產(chǎn)管理、理化檢測等全部依靠操作人員手動(dòng)記錄、傳遞，與產(chǎn)品相關(guān)的各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)高達(dá)百萬個(gè)/每年。近些年該企業(yè)生產(chǎn)線擴(kuò)能改造、百噸生產(chǎn)線項(xiàng)目建設(shè)等工作，帶來產(chǎn)品數(shù)據(jù)量急劇增加，設(shè)備工藝過程點(diǎn)數(shù)也在原基礎(chǔ)上增加2倍，導(dǎo)致操作及工藝技術(shù)人員操作強(qiáng)度及管理難度急劇增加。按照部門原有的生產(chǎn)管理模式，單完成產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄及理化性能跟蹤這一項(xiàng)工作，就需專門配備8名操作人員進(jìn)行倒班作業(yè)，數(shù)據(jù)量龐大，極易出錯(cuò)，后續(xù)數(shù)據(jù)保存、檢索、分析難度極大，加之對產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求，原有的生產(chǎn)管理模式難以滿足生產(chǎn)的正常進(jìn)行，建立一套高質(zhì)量、高效率、高創(chuàng)新的生產(chǎn)管理信息化系統(tǒng)迫在眉睫。

3 MES系統(tǒng)的架構(gòu)及應(yīng)用

3.1 MES系統(tǒng)的架構(gòu)

該航天企業(yè)的信息化系統(tǒng)是在MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）的基礎(chǔ)上深度定制開發(fā)的，它綜合了硬件基礎(chǔ)設(shè)施、軟件應(yīng)用系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)通訊工程3大核心組成部分。

在硬件工程方面，系統(tǒng)配備了兩臺(tái)高性能服務(wù)器，以及用于安置服務(wù)器的專業(yè)機(jī)柜。為了滿足現(xiàn)場作業(yè)需求，還配備了標(biāo)簽打印機(jī)用于打印標(biāo)識(shí)信息，防塵PDA掃碼終端用于移動(dòng)掃描和數(shù)據(jù)采集，工業(yè)大屏和工業(yè)平板則提供了直觀的操作界面和便捷的數(shù)據(jù)展示。

軟件工程方面，系統(tǒng)涵蓋了從基礎(chǔ)定義到生產(chǎn)調(diào)度的全方位功能模塊。具體包括：基礎(chǔ)定義模塊用于設(shè)置系統(tǒng)的基礎(chǔ)參數(shù)和規(guī)則；生產(chǎn)調(diào)度模塊負(fù)責(zé)生產(chǎn)計(jì)劃的制定和執(zhí)行；原絲作業(yè)、碳絲作業(yè)和裝箱作業(yè)模塊分別針對不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行管理和控制；生產(chǎn)跟蹤模塊用于實(shí)時(shí)追蹤生產(chǎn)進(jìn)度和狀態(tài)；監(jiān)控中心模塊提供了對生產(chǎn)現(xiàn)場的全面監(jiān)控和管理；設(shè)備管理模塊負(fù)責(zé)設(shè)備的維護(hù)和管理；理化分析模塊用于對原材料和成品進(jìn)行質(zhì)量分析。

在網(wǎng)絡(luò)工程方面，系統(tǒng)構(gòu)建了高效、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)境。千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，提供了高速的數(shù)據(jù)傳輸能力。

3.2 MES系統(tǒng)各模塊功能及應(yīng)用

基于MES系統(tǒng)架構(gòu)，該軟件工程的信息化系統(tǒng)功能模塊專為生產(chǎn)管理設(shè)計(jì)，大致劃分為4個(gè)核心業(yè)務(wù)部分：基礎(chǔ)設(shè)置、生產(chǎn)作業(yè)、生產(chǎn)管控及產(chǎn)品理化檢測。

3.2.1 生產(chǎn)調(diào)度模塊

生產(chǎn)單位領(lǐng)導(dǎo)根據(jù)上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的生產(chǎn)任務(wù)制定全年生產(chǎn)計(jì)劃，生產(chǎn)任務(wù)單的制定及下達(dá)，當(dāng)一個(gè)批次的生產(chǎn)任務(wù)單執(zhí)行完畢后，可手動(dòng)關(guān)閉該生產(chǎn)任務(wù)單，保證車間生產(chǎn)順利有序的進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化組織車間人員進(jìn)行生產(chǎn)[2]。

3.2.2 原絲作業(yè)模塊

記錄統(tǒng)計(jì)原絲生產(chǎn)的原材料領(lǐng)用、使用、庫存等信息，如圖3所示，通過掃碼入庫、出庫，形成原材料供應(yīng)商、物料編碼、名稱、規(guī)格型號(hào)、生產(chǎn)批次等的信息可溯。

3.2.3 碳絲作業(yè)模塊

在碳絲生產(chǎn)過程中，從放絲工位至收絲工位，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各類二維碼的生成、編輯及管理流程。同時(shí)，各工位的產(chǎn)品信息能夠自動(dòng)錄入系統(tǒng)，并與放絲工位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)綁定與識(shí)別。收絲過程的開始與結(jié)束時(shí)間被系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤記錄，碳纖維的收絲長度也得以自動(dòng)計(jì)算。此外，系統(tǒng)還支持碳絲產(chǎn)品信息的檢索、查看及編輯操作，以及碳纖維產(chǎn)品數(shù)據(jù)的便捷導(dǎo)入與導(dǎo)出功能。

3.2.4 裝箱作業(yè)模塊

碳絲產(chǎn)品經(jīng)過稱重后，其重量信息會(huì)自動(dòng)上傳并記錄于系統(tǒng)中。同時(shí)，系統(tǒng)具備自動(dòng)判定碳絲長度及外觀是否達(dá)標(biāo)的功能，確保產(chǎn)品質(zhì)量。此外，系統(tǒng)還能生成、編輯并打印碳絲產(chǎn)品的二維碼，以及碳纖維產(chǎn)品的裝箱碼和裝箱清單。裝箱碼與箱內(nèi)碳纖維產(chǎn)品的信息實(shí)現(xiàn)自動(dòng)綁定，確保信息的準(zhǔn)確性和可追溯性。

3.2.5 生產(chǎn)跟蹤模塊

碳纖維產(chǎn)品數(shù)據(jù)查詢檢索、信息溯源追蹤；產(chǎn)品數(shù)據(jù)深入分析，質(zhì)量評估報(bào)表生成，以及產(chǎn)品參數(shù)曲線繪制。

3.2.6 監(jiān)控中心模塊

原絲及碳絲車間產(chǎn)品詳情、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息直觀展示；產(chǎn)品歷史數(shù)據(jù)匯總呈現(xiàn)，各車間月度、年度產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)展示，以及原材料消耗情況詳盡展現(xiàn)。

3.2.7 設(shè)備管理模塊

生產(chǎn)線各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃科學(xué)制定并執(zhí)行記錄詳盡；設(shè)備運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)自動(dòng)上傳系統(tǒng)，記錄準(zhǔn)確，查詢便捷。

3.2.8 理化分析模塊

原絲及碳纖維產(chǎn)品的全部理化分析數(shù)據(jù)，經(jīng)測試后即時(shí)上傳、準(zhǔn)確記錄、靈活編輯、便捷查閱；并可根據(jù)需要生成產(chǎn)品理化分析數(shù)據(jù)曲線。

4 MES系統(tǒng)對生產(chǎn)組織管理的優(yōu)化改進(jìn)

4.1 生產(chǎn)流程控制

通過梳理生產(chǎn)流程，以計(jì)劃為源頭，進(jìn)行信息共享，在MES系統(tǒng)中完成計(jì)劃排產(chǎn)、生產(chǎn)準(zhǔn)備（確認(rèn)原材料庫存、模具、設(shè)備狀態(tài)等）、派發(fā)任務(wù)、加工確認(rèn)、加工反饋、質(zhì)量檢驗(yàn)生產(chǎn)全流程的管理和監(jiān)控[3]。通過MES系統(tǒng)對生產(chǎn)詳細(xì)數(shù)據(jù)及加工過程進(jìn)行圖表化、報(bào)表化的統(tǒng)計(jì)分析。生產(chǎn)管理人員借助系統(tǒng)呈現(xiàn)的豐富信息，及時(shí)洞察生產(chǎn)過程中的問題，進(jìn)而梳理并持續(xù)優(yōu)化業(yè)務(wù)流程。

4.2 產(chǎn)品過程信息可視化

生產(chǎn)過程中MES系統(tǒng)全程參與記錄產(chǎn)品在各工序流轉(zhuǎn)過程中的原材料信息、產(chǎn)品工藝信息、操作者人員信息、設(shè)備信息、工裝信息、質(zhì)量檢驗(yàn)信息，包括每道工序的操作人員、設(shè)備、使用的物料批號(hào)、廠家和規(guī)格、使用的工裝、機(jī)加工需要的刀具信息、加工開始和結(jié)束等多方面的制造過程信息。還可與圖像（視頻）采集設(shè)備進(jìn)行集成，進(jìn)行產(chǎn)品在裝配中多媒體資料的打包存檔，可與產(chǎn)品合格證、質(zhì)量跟蹤卡相關(guān)聯(lián)，進(jìn)行完整的制造信息歸檔，為質(zhì)量追溯提供詳細(xì)記錄[45]。

利用集成技術(shù)，現(xiàn)場工人可通過MES系統(tǒng)處理加工任務(wù)，以及與任務(wù)關(guān)聯(lián)的工藝規(guī)程、簡圖等信息，初步創(chuàng)建無紙化制造環(huán)境，以可視化手段加強(qiáng)工藝在生產(chǎn)中的指導(dǎo)作用。

4.3 預(yù)警裝置

MES系統(tǒng)可通過看板對生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警，如出現(xiàn)任務(wù)訂單所需原材料不足、設(shè)備狀態(tài)變化、任務(wù)拖期、產(chǎn)品不合格、過程信息遺漏等情況時(shí)，調(diào)度人員快速定位生產(chǎn)過程出現(xiàn)問題并及時(shí)處理。

4.4 精細(xì)化管理

對于企業(yè)而言，可實(shí)現(xiàn)各車間的計(jì)劃執(zhí)行進(jìn)度隨時(shí)掌握，生產(chǎn)瓶頸快速定位和生產(chǎn)異常預(yù)警，提高在整個(gè)生產(chǎn)過程中信息的透明度和完整性。MES系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)流程全面覆蓋生產(chǎn)計(jì)劃的制定與執(zhí)行、物資消耗的監(jiān)控、質(zhì)量控制的實(shí)施，以及工裝模具的管理與保障等各個(gè)環(huán)節(jié)。系統(tǒng)能夠跟蹤記錄人員操作、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及工藝執(zhí)行過程，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的全面跟蹤與管理。

5 MES系統(tǒng)下生產(chǎn)管理模式運(yùn)行的效果分析

近兩年的運(yùn)行實(shí)踐表明，生產(chǎn)線在實(shí)施MES系統(tǒng)后，生產(chǎn)管理方面取得了顯著改善，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

5.1 MES系統(tǒng)提高生產(chǎn)計(jì)劃完成率

MES系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與傳輸功能，使生產(chǎn)過程得以可視化呈現(xiàn)，設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)性能、停機(jī)時(shí)間以及備件情況均變得透明可溯。通過實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)并同步傳送，MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高效共享，有效減少了因內(nèi)部溝通不暢而導(dǎo)致的生產(chǎn)停機(jī)現(xiàn)象。得益于此，生產(chǎn)計(jì)劃完成率提升了15%。

5.2 MES系統(tǒng)能夠提高生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理的精度

MES系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集和監(jiān)控生產(chǎn)過程中的各類數(shù)據(jù)，有效實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線與檢測檢驗(yàn)信息的同步功能。這一功能的實(shí)施，顯著減輕了員工的作業(yè)負(fù)擔(dān)，同時(shí)大大降低了人工錄入數(shù)據(jù)的差錯(cuò)率，提高了生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理精度。同時(shí)有效降低部門領(lǐng)導(dǎo)、工藝技術(shù)及管理人員的管控難度，替代原有大量的紙質(zhì)記錄本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品中間過程參數(shù)、產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)電子化存儲(chǔ)，能有效保證軍工生產(chǎn)要求的產(chǎn)品歷史數(shù)據(jù)保存15年的規(guī)定。

5.3 MES系統(tǒng)降低物資成本

MES系統(tǒng)能改變產(chǎn)品的分配模式，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)從原材料領(lǐng)用，生產(chǎn)工藝過程參數(shù)控制，原絲理化數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)品流轉(zhuǎn)、裝箱、交付等整個(gè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)的全方面信息化管理。利用二維編碼技術(shù)，MES系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地管理物料和貨物的位置，使貨物配送準(zhǔn)確率提高到98%以上，降低了庫存壓力，有效提高了存貨周轉(zhuǎn)率。

5.4 MES系統(tǒng)降低人工成本

MES系統(tǒng)一期建設(shè)項(xiàng)目完成后，整個(gè)信息化系統(tǒng)廣受部門一線操作及管理人員好評。碳化后處理產(chǎn)品上、下軸環(huán)節(jié)以前需要6名操作人員8個(gè)小時(shí)才能完成的工作，現(xiàn)在僅需3名操作人員2小時(shí)就可完成，大大降低了生產(chǎn)過程對人的依賴性，大幅降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、難度以及管理人員的工作強(qiáng)度，每年為企業(yè)節(jié)約8人左右的人力成本，約合人民幣100萬元。

5.5 MES系統(tǒng)提高產(chǎn)品合格率

MES系統(tǒng)增強(qiáng)生產(chǎn)過程工藝管控，開展了產(chǎn)品品質(zhì)的追溯即時(shí)信息分析，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)流程、生產(chǎn)工藝過程、生產(chǎn)運(yùn)行狀況、產(chǎn)品理化分析數(shù)據(jù)的就地、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，使部門領(lǐng)導(dǎo)及工藝技術(shù)人員能夠及時(shí)準(zhǔn)確的掌握生產(chǎn)信息，并作出工藝技術(shù)調(diào)整措施，有效減少或避免生產(chǎn)質(zhì)量事故的發(fā)生，有效提高了碳纖維產(chǎn)品的合格率。產(chǎn)品合格率提升8%。

5.6 促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增長

自開展基于MES系統(tǒng)的生產(chǎn)組織管理優(yōu)化項(xiàng)目以來，車間直接給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益從MES實(shí)施前纖維產(chǎn)品收入5006萬元增加到2023年12631萬元，復(fù)合增長率36%；利潤貢獻(xiàn)率從30%增長到40%，復(fù)合增長率10%，勞動(dòng)生產(chǎn)率從36.1萬元/人增加到51.3萬元/人，復(fù)合增長率17.5%，大大增強(qiáng)了企業(yè)的競爭力。

6 結(jié)語

綜上所述，基于MES系統(tǒng)的生產(chǎn)組織管理優(yōu)化在某航天企業(yè)中取得了顯著成效。通過引入MES系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，生產(chǎn)效率得到顯著提升，產(chǎn)品成本有效降低，產(chǎn)品質(zhì)量大幅提高，企業(yè)綜合競爭力隨之增強(qiáng)。展望未來，隨著數(shù)字化技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和廣泛應(yīng)用，MES系統(tǒng)將在航天制造領(lǐng)域扮演更加關(guān)鍵的角色，發(fā)揮更加重要的作用。某航天企業(yè)應(yīng)繼續(xù)深化MES系統(tǒng)的應(yīng)用，不斷優(yōu)化生產(chǎn)組織管理流程，推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型向更深層次邁進(jìn)。同時(shí)，其他航天制造企業(yè)也應(yīng)積極借鑒該企業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，探索適合自身特點(diǎn)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑，共同推動(dòng)中國航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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