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摘要：

結合空間光學遙感器實際生產業務情況，分析了整個加工生產車間管理的現狀以及存在的問題，梳理了光學遙感器制造執行系統（ManufacturingExecutionSystem，MES）的生產需求，提出了面向空間光學遙感器生產的MES體系結構，關鍵技術包括基于統一產品基礎結構的制造類物料清單（BillofMaterial，BOM）管理、面向多專業特點的制造過程協同管理和面向閉環的生產過程實時監控，并介紹了目前的應用實施效果。

關鍵詞：

空間光學遙感器；生產管理；制造執行系統；集成應用

1引言

隨著航天產品設計復雜程度的增大，使用交付時間的縮短等情況逐漸增多，對航天企業制造能力提出了更高的要求，傳統的排產、資源調配等粗放式管理不僅降低了生產效率，也無法實現精益制造的管理要求。空間光學遙感器的生產過程存在多型號并行研發和交產的現象，導致設計方案頻繁變化，令后續加工工藝、物料、設備資源等需求也必須快速反應，隨之變化。同時，在某型號部分生產任務急迫的情況下，就會存在加塞生產的現象，打亂了原生產計劃。離散型制造模式在嚴格的型號質量要求前提下，提高生產效率，保證時間節點，需引進以實現設計、制造、管理一體化的集成制造為目標的[1]，滿足行業需求的MES。MES體現一種生產模式，把產品制造系統的計劃、進度、追蹤、物料、質量、設備等一體化管理[2]。航天企業實施應用MES，可以對整個加工生產進行監控，管理資源可以更靈活地制定生產計劃，提高生產效率；跟檢零件工序級，生成完整的產品質量數據包；記錄每個加工生產環節執行人、操作時間、操作內容，可以有效地進行生產過程中的追溯管理。這里針對航天空間光學遙感器的生產特點，介紹其MES的應用情況。

2面向空間光學遙感器生產的MES體系結構

2.1現狀分析航天產品的研發是一個龐大的系統工程，各型號有嚴格的時間節點控制要求和產品保證要求，各個分系統與整星之間的信息交互頻繁，由于技術狀態變化引起的設計與制造協同過程復雜，涉及的專業也多種多樣。空間光學遙感器的生產過程可按專業劃分多個制造單元，如機加、電裝、部裝、總裝、復材、光加等，通過詳細調研，歸納總結各專業生產過程中遇到的問題，主要包括：a.生產過程中計劃執行狀態管理存在困難：由于專業流程復雜，每個生產加工任務的時間都是確定的，但專業內部和跨專業的生產過程具有不透明性，需要計劃員耗費大量的精力去關注、協調實際生產內外存在的問題；在生產過程中，如不能實時關注計劃的執行情況，就很難掌握各種設備資源的動態使用情況；管理人員如不能及時掌握各個專業生產加工任務的進展、執行情況，就不能為后續生產加工計劃提供合理有效的加工周期。b.產前準備效率需提高：在型號加工生產前，調度、計劃員等相應人員，需要根據各個型號的生產加工任務或任務變更動態協調相應資源，依據協調后的資源進行排產，造成計劃編制量大，難度也同時加大；生產要素輸入和生產環節存在脫節問題，圖紙、料單、技術要求等不能快速下發到生產部門組織生產加工；設備實際操作工時的不確定性造成生產加工任務的有效工時不準確。c.質量數據包需更有效、實時地隨生產過程流轉：在型號加工生產環節，采用跟檢及終檢的方式，每一級檢驗都需要填寫相應的檢驗信息，有時生產和檢驗人員在產品交檢后獲取檢驗數據不及時。

2.2體系結構航天企業在實施離散型MES時，由于產品涉及的專業與復雜程度的不同，研究重點也不同，有研究工時管理、設備監控、作業調度等方面的[3，4]。空間光學遙感器這樣復雜的航天產品，不僅要考慮其光、機、電、熱、復材等多專業及多角色管理的特點，還要結合航天產品的技術狀態控制要求，從企業實際出發，整合現有信息資源，采用先進信息技術，以較低的成本，高效構建向上能承接項目計劃、向下能連接專業級生產單元生產計劃的MES。根據以上定位構建如圖1所示的MES體系結構，分為三個層次。a.表示層：面向航天企業科研生產管理多技術角色的特點，為如型號調度、生產調度、外協調度、生產計劃員、核算員等多種類型的用戶提供不同的用戶界面；b.功能層：圍繞空間光學遙感器的多專業生產流程，包含系統配置管理、資源管理、產前準備、工序計劃、工序執行、產品檢驗和查詢監控七個模塊。系統配置管理和資源管理模塊體現了MES的可配置性，尤其是多專業流程定制功能，為多專業生產協同管理提供了可能，也能為單件、小批量特點的航天產品提供不同的解決方案。在此基礎上，基于統一的產品結構樹構建制造BOM，所有生產加工任務都掛接在產品樹上，并按照產品分類，建立按專業生產的管理模式。在各個專業流程中涵蓋所有生產相關業務點，通過流程化管理模式清晰、實時地展現任務執行進展情況，體現每個業務點執行的具體操作。在工序計劃分解和執行階段，生產調度按照工序信息進行排產，并自動流轉執行。在生產加工環節中，質量部門將實時記錄質量數據到系統中，最終形成質量數據包，并實現對整個產品質量體系的閉環管理。c.數據服務層：是系統運行的數據基礎。一方面提供通過數據采集與對象感知等技術獲取的現場加工檢測設備、物流設備、制造資源等實時生產過程數據；另一方面，提供集成數據，包含通過集成接口獲得的外部業務數據，集成關系如圖2所示。MES可提供與產品數據管理系統、計劃管理系統、工藝管理系統、物資管理系統的可擴展接口實現其功能。

3MES在生產管理中的關鍵應用

3.1基于統一產品基礎結構的制造BOM管理MES中的加工任務涉及不同產品，為滿足設計與制造的協同要求，MES通過和產品結構基礎數據庫集成，完整獲取產品結構基礎信息，這些信息主要包括名稱、屬性、層級關系等。生產管理部門依據此信息以及實際加工、裝配、質量等要求，考慮工藝實際情況，在產品基礎結構基礎上增加或刪除節點，將其屬性繼承到每個任務相應的屬性中，并擴展相關屬性，建立制造BOM，用于管理不同的加工任務，如圖3所示。設計和制造部門通過產品基礎數據庫提供的統一的產品結構基礎信息開展工作，產品數據管理系統、項目計劃管理系統、MES以此為依據管理系統內部的數據，實現設計與制造的一體化管理。設計和制造部門通過產品基礎數據庫提供的統一產品結構基礎信息開展工作，產品數據管理系統、項目計劃管理系統、MES以此為依據管理系統內部的數據，實現設計與制造的一體化管理，如圖4所示。

3.2面向多專業特點的制造過程協同管理基于MES與科研綜合管理相關系統的集成可以實現多專業制造過程協同生產管理模式，如圖5所示。在產前準備階段完成光、機、電、熱、復材等多專業項目計劃、設計、工藝、原材料、定額工時等相關數據的準備，在工序計劃管理階段，由生產調度根據不同專業在各生產單元安排生產，在工序執行階段，由班組領取并執行任務，同時進行產品檢驗。a.基于MES與項目計劃管理系統的集成，實現空間光學遙感多專業制造流程的統一計劃管理。型號調度在項目計劃管理系統中啟動與生產相關的項目計劃，并下達到MES，由MES將任務細化，再匯總至生產部門的周計劃中進行生產能力平衡，生產部門計劃員調整后形成周計劃。通過系統間的集成，型號調度可以在項目計劃管理系統實時查看計劃執行情況，進行實時監控管理。執行過程中每一階段完成的狀態自動同步到項目計劃管理系統中，打通了計劃數據流和執行數據流，如圖6所示，避免了生產環節出現“黑盒子”，能夠為科研生產管理部門和生產部門及時、有效的提供數據信息。MES接收型號主生產計劃后，按照各專業流程啟動各生產單元的任務，進行工序計劃管理。為了滿足生產環節的要求，生產部門的計劃員結合生產制造過程中的人員、設備、場地等資源情況，按主計劃分解車間計劃，生成可執行的工序級任務。在MES中可以清晰地看到主計劃、工序級計劃的流轉情況。其中，針對生產計劃的分解是動態的、滾動式的排產過程，從而能夠更合理地安排生產加工任務，提高排產的合理性、準確性。計劃員排產后，MES會將加工任務推送給生產調度，進行工序執行管理，由生產調度將加工任務分派給加工班組長，班組長根據實際情況安排具體操作人員加工生產。根據生產現場實際情況，操作員在領任務、交任務的過程實現刷卡管理，通過讀取員工卡信息，可以在系統上記錄每道工序具體誰操作、工序開始時間、工序結束時間等信息。同時，操作者在生產過程中，可以實時通過MES查看生產加工信息、技術要求、圖紙等信息。b.基于MES與物資系統、工藝管理系統、產品數據管理系統的集成，實現產前準備管理。在型號加工生產前，需要完成相應的產前準備，才能保證生產工作的順利開展。產前準備主要包含圖紙的歸檔和分發、物料的齊套、工裝的準備、工藝文件的編制等。在MES生產流程中，依據專業配置流程，并為流程中各角色設置相應的操作點，相關人員可以在任務發起后在工位上刷卡領取任務，提前進行產前準備，執行完成后刷卡提交工作。生產管理人員可以實時查看任務流轉情況。產品數據管理系統中的受控電子文件隨流程流轉至生產部門，便于隨時查看。工藝人員根據設計數據在工藝管理系統中進行工藝編制和審簽。工藝文件是生產執行過程中的基礎數據，這些數據若不能被企業內部系統共享，將會使工藝設計過程與計劃、生產等脫節，無法為企業內部其他系統提供有效的工藝信息。通過工藝管理系統和MES的集成，MES能夠自動獲取相應加工任務的工藝路線與詳細工序內容，同時還能獲取質量信息。針對MES中按專業管理生產流程的模式，工藝管理系統也按照專業給MES傳遞工藝信息，使MES能夠有序組織生產，實現生產過程中的質量可追溯，從而使系統能夠動態、準確地跟蹤整個加工生產過程。物資人員依據流轉的料單信息同時在物資系統中進行物料配套。物資系統存儲了生產加工過程中需要的各種原材料、主要包括標準件、金屬件、非金屬件、元器件等信息，MES在各專業流程執行過程中有專門的備料、領料環節，在該環節與物資系統集成，進行同時備料，并自動獲得各原材料的相關信息，并生成領料單。在電裝流程中，需要生成裝機清單，其元器件信息通過條碼掃描方式獲取，實時從物資系統中自動獲取到元器件的批次、規格等信息。c.基于MES與工藝管理系統的集成，啟動檢驗管理流程，在MES中進行產品檢驗管理。每道工序加工完成，操作者提交任務，根據不同的業務進行班 組分工，由班組長分派任務，檢驗班組長根據實際情況安排檢驗員檢驗，檢驗員可以在領任務、交任務時刷卡，系統自動將檢驗員信息和時間記錄到質量跟蹤卡，為日后信息追溯留依據。對合格工序，自動生成帶檢驗章的質量跟蹤卡，所有檢驗數據形成質量數據包記錄到MES中，為質量管理系統分析、追溯提供準確的數據。當檢驗員發現檢驗不合格時，可以在系統中發起不合格品流程，從而使整個產品的加工形成有效的閉環。

3.3面向閉環的生產執行過程監控面向閉環的生產執行過程主要以產前準備、計劃執行為核心，整個加工過程圍繞這兩方面展開，所有加工流程中涉及到的角色可以通過流程跟蹤生產進展狀態，并按照計劃執行相關的工作，流程執行過程中能夠實時監控派工情況、執行反饋等信息，對各專業生產單元的加工流程實現閉環管理。后續，在各專業制造單元基于物聯網技術建設物聯制造環境，通過傳感器技術實時反饋現場數據，除條碼外，安裝RFID等感知設備，建設工業互聯網，再基于數據處理技術，為MES各應用功能模塊提供所需監控數據，并通過大數據分析技術，提前預警現場問題，管理人員可實時調整現場資源，優化生產流程，使生產過程閉環可控。

4應用情況

空間光學遙感器生產管理過程中應用MES，它向上承接項目計劃管理系統，向下集成各生產單元，可作為數字化制造平臺的核心管理系統，主要實現基于統一產品結構的加工任務管理、加工車間分解計劃及工序執行管理、制造資源管理、加工任務派發管理、生產加工任務過程監控等功能，目前二期建設完成，型號全面上線應用情況如下：a.基于統一的產品結構的任務管理，使任務管理更加清晰，生產部門能夠獲得準確的產品信息，避免設計人員和生產部門使用的產品數據不一致。b.在生產執行過程中，通過承接型號主生產計劃，細化可執行的生產計劃，使計劃具有層級，操作性更強；通過計劃的執行，實現實時監控、實時反饋，使計劃執行透明化。c.在生產執行過程中，通過計劃的執行，使制造資源的使用情況一目了然，避免了制造資源的浪費和沖突。d.加工任務派發通過刷卡管理，更方便地記錄了每道工序的操作人員和開始、完成時間，提高了加工效率，可以更準確地記錄每個操作人員具體的實作工時信息。e.通過MES的可擴展性，可以與相關系統集成，更方便、準確地獲得生產環節需要的數據，同時，能夠為其他系統提供生產過程中記錄的有效數據。

5結束語

作為航天離散制造型企業，MES發揮了計劃與生產單元之間的承上啟下作用，是企業整個數字化鏈路非常重要的紐帶。空間光學遙感器包含多專業生產流程，通過MES的應用實施，打通了從生產計劃到產品加工整個價值鏈、全生命周期的管理和監控。通過MES和產品結構基礎數據庫、工藝管理系統、項目計劃管理系統、物資系統等的集成，實現了生產過程數字化和規范化管理，提升各個系統傳遞數據的準確性和可靠性，從而促進了整個生產過程的效率和質量。后續，還將應用MES打通生產單元內部的信息鏈路，深入到智能設備層，應用物聯網、大數據等先進的智能制造技術，實現生產環節的精益生產模式。

參考文獻

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2王麗虹，成平，楊冬.建立軍品電子裝聯MES系統[J].制造業自動化，2013，35(7)：22～25

3莫建亮.航天生產計劃管理及車間作業調度問題的研究[D].西北工業大學碩士學位論文.2006

4陳少平，陳卓寧，徐同明，等.基于MES的航天軍工離散機加車間工時管理研究[J].制造業自動化，2014，36(4)：47～51

作者：車穎 郭鋒 單位：北京空間機電研究所