电机行业下料车间制造执行系统研究

摘要：针对电机行业具有能够设计复杂焊接钢结构的下料车间的生产管理的特点，建立事业部管理机制下的车间生产管理模式。在此生产运作模式基础上，建立支持与套裁等有效集成的车间生产信息管理系统，以适应下料车间复杂多变的特点，解决车间级管理中计划、监控、调度等关键问题。该系统研究为电机行业下料车间制造执行系统提供了有效的方法和途径。

关键词：制造执行系统；电机行业；下料车间；信息化

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2012）010-0079-03

基金项目：国家重点自然科学基金项目（61034003）

作者简介：刘利平（1966-），男，湘潭电机股份有限公司结构件事业部总经理，研究方向为企业信息化管理；李利民（1964-），男，湘潭电机股份有限公司结构件事业部技术副经理，研究方向为企业信息化管理；周应军（1968-），女，湘潭电机股份有限公司结构件事业部信息主管，研究方向为企业信息化管理。

0引言

纵观我国制造业信息化系统的应用，建设的重点普遍放在企业资源计划系统和生产车间自动化系统上。然而，由于产品营销在这一、二十年间从生产导向逐渐转变成市场导向、竞争导向，对制造企业现场生产的组织和管理提出了新的挑战，仅仅依靠企业资源计划系统和生产车间自动化系统往往无法应对新的局面。为建立完整的、能够引导企业保持长期的业务利益和企业价值的信息化系统，必将是企业资源计划系统、制造执行系统和生产车间自动化系统三者的结合，真正实现管控一体化。

1990年，美国先进制造研究中心AMR首次提出制造执行系统（MES）的概念，填补了车间层管理的空白。制造执行系统是企业CIMS信息集成的纽带，是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术手段。它在计划层与控制层之间架设了一座信息沟通的桥梁，填补了两者之间的鸿沟。

电机行业采用面向订单设计的制造方式，多以工作号方式组织生产。下料车间是电机企业的重要车间之一，为公司其它事业部、子公司以及市场相关行业提供配套焊装构件。下料车间是整个生产过程的第一个生产车间，是企业的供料车间，具有产品种类多、零部件系列多、生产过程复杂多变的生产特点，经常面临紧急订单等协调处理问题及生产过程如何动态响应等各种复杂生产状况，提高车间的应变能力和生产计划的可执行性成为车间重点关注的工作内容。

本文根据电机行业面向订单设计的生产管理方式、下料车间复杂多变的生产状况等实际管理特点，结合目前对车间生产管理系统的应用实践，从车间生产管理模式的角度阐述适合电机制造企业的下料车间制造执行系统的解决方案。

1电机行业下料车间生产业务运行模式

由于下料车间面向大量产品和零部件的下料任务，不仅需要将任务下达到指定的执行单元并把有效的计划完成状况进行反馈，还需要将计划信息和领料状况、套裁程序完成情况有机地衔接在一起，做到从任务安排到任务下达的合理有序进行。下料车间生产业务蓝图如图1所示。

电机行业下料车间的业务流程可以描述为：成套计划在事业部ERP中生成后，以打印出纸质文件提供给车间，车间根据成套计划来组织生产，通知下料员安排程序下料，在下料软件中提交成套计划的完工状况、作业计划安排、班组工作内容等。其中存在很多问题：计划跟踪只是成品跟踪，车间计划不够细化，存在管理瓶颈；计划进度跟踪困难，无法做到实时进度状况跟踪；事业部、车间相关业务衔接松散，经常出现工作协同问题；车间材料消耗数据等相关统计报表工作量大；手工管理方式容易出现疏漏。

然而，通过规划、搭建下料车间制造执行系统的平台，能够实现事业部ERP系统、下料车间制造执行系统、下料工具软件的有效结合，实现事业部计划到车间计划的有效衔接，大大提高了下料车间的管理水平。下料车间制造执行系统主要达到以下目标：

（1）促进协同，提高面向事业部生产计划的敏捷性。系统为事业部提供及时的生产计划进度跟踪和产品质量回溯服务，协助事业部实现有效的生产进度控制。

（2）促进下料车间各业务人员之间的协同。

（3）促进生产现场实现领料申请、领料、任务下达、完工、质量检查、执行等任务功能。

（4）促进库存信息和生产现场的共享。

（5）协助车间持续提高产品品质，对所有零部件下料状况、生产班次、操作者和质量人员等信息实时采集，实现下料等质量追溯功能。

2系统的体系架构

电机行业下料车间制造执行系统的体系结构分为IT基础支撑层、业务管理功能层、分析决策层，如图2所示。

（1）IT基础支撑层。主要包含两方面内容，一方面是系统支撑所必备的硬件环境建设，比如网络环境、服务器、触摸屏、计算机终端、数据库等内容的建设；另一方面是实施系统需要考虑的组织结构设计规划、工作流程的规划、编码规范体系、管理制度等内容的建设。基础支撑层是整个系统运行的基础环境。

（2）业务管理功能层。在统一系统集成环境的支撑下，一方面实现了下料车间的核心业务功能，诸如生产计划的制定与下发、任务的分配与调整、生产完成动态的反馈和分析、现场信息采集与反馈、质量任务的分配与动态反馈等内容；另一方面实现制造执行系统和其它系统的有效衔接，结合下料车间的实际需要，不仅实现企业资源计划系统与制造执行系统的信息互通，而且实现制造执行系统和下料工具软件的信息互通。

（3）分析决策层。用户是多方面的，不仅包括公司领导、相关业务部门领导、制造部管理员，还包括车间调度、班长甚至操作工人。通过对系统的业务数据进行系统性分析，通过不同的权限配置，提供生产统计分析报表以及生产动态看板、工时、质量等报表，方便用户在了解下料车间生产状况的基础上做好管理决策。

3系统的关键技术

3.1基于触摸屏的JIT任务看板技术

基于触摸屏的JIT任务看板生产管理模式如图3所示。看板是管理计划任务生产状况的有效手段，根据生产状态以及生产特点，根据计划看板，分别得到管理需要的配料看板、班组看板、任务看板、质量看板等看板形式。这种看板生产管理模式能够有效地控制生产节奏，及时反映生产现场动态，是下料车间整体生产作业管理控制的主线。

基于触摸屏的JIT任务看板生产管理模式具有以下系统特点：

（1）采用触摸屏现场反馈方式来获取下料车间现场（生产、质量等）信息，可以逐步实现下料车间无纸化办公目的。利用系统，可以在线浏览技术文件，了解套裁状况，使得获取信息更加准确和及时。对操作人员不仅免去过去繁琐的纸质报工，还提高了信息反馈的效率，达到“牵一发而动全身”的效果。

（2）下料计划员根据状况，生成计划看板、班组看板、班组生成任务看板，配料员根据配料看板备料并反馈配料状况，操作人员根据任务看板完成工作并反馈生产状况，质量员根据质量看板进行质量检查并反馈质量状况。通过有效环节控制达到相关角色在系统中的协同工作，实现下料车间基于制造执行系统平台下的协同生产管理效果。

（3）下料车间管理人员可以通过查看不同看板状态了解生产动态，发现生产异常，可及时采取措施及对策，提高响应速度。管理人员通过平台就能了解生产现场动态，这为生产细化管理和有效决策提供了支撑平台。

下料车间的制造执行系统通过看板相互衔接及转换的技术，实现了准确及时控制生产的目的。下料车间采用基于触摸屏的JIT任务看板生产管理模式细化生产过程管理，满足了生产状态及时性要求，加快了对生产异常状况的响应速度，增强了各业务工作之间的紧密协同程度，为下料车间实现精益生产提供了信息化支持。

3.2实现流程控制的套裁管理技术

下料车间制造执行系统具有下料套裁生产管理特色，在生产管理过程中，不仅需要对生产零件的过程进行管理，更需要对材料归属、程序图生成及获取进行有效管理和控制。套裁管理流程控制模式如图4所示。

基于下料车间制造执行系统下的套裁管理流程控制模式具有以下特点：

（1）采用套裁管理流程控制模式，实现了下料车间制造执行系统和下料工具软件的紧密集成，打通了下料车间的套裁管理信息流，使下料员和调度、操作工、物管员之间实现了有效的工作协同，提高了套裁管理的协同工作，这对于下料车间生产管理来说至关重要。

（2）下料车间相关人员不仅可以从制造执行系统中获取零件信息，而且能够获取与零件相关的套裁程序信息、套裁图纸信息，并获取套裁涉及的原材料收发状况等信息。更为重要的是系统能够在关键环节进行过程控制，实现对下料车间套裁管理环节的有效管控。

下料车间的制造执行系统采用套裁管理流程的控制管理技术，实现了下料车间由原材料板材管理到套裁程序生成管理，从套裁程序生成管理到零件过程管理的有效转换和控制，提高了系统的执行效率和可操作性，从而解决了下料车间管理复杂、控制困难、影响因素多的相关难题。

4系统的应用情况

结构件事业部主要为股份公司其它事业部、子公司以及市场相关行业提供配套焊装构件，每年产值在3个多亿，而下料车间是事业部的核心车间。近年来，随着生产任务增多，急需提高车间管理能力。目前，本文的研究成果已经在结构件事业部下料车间得到应用。应用功能界面如图5所示。

系统应用实现了从成套计划下达、生产作业计划制定、套裁程序生成、原材料领用确认、生产任务的下达、任务完成反馈，直到成套计划完成状况反馈等一系列任务，提高了下料车间生产管理的效率。主要表现如下：

（1）下料车间制造执行系统一方面实现了套裁流程的有效管控，另一方面实现了计划看板到配料看板、班组看板、任务看板直至质量看板的有效管控，从而实现下料车间计划、作业、质量、物料业务的协同工作。

（2）下料车间制造执行系统实现了和事业部企业资源计划系统的有效衔接，为事业部提供下料车间及时生产计划进度跟踪，对事业部成套计划进行及时反馈，协助事业部实现有效成套计划管理，并实现下料车间和事业部之间的协同工作。

（3）下料车间制造执行系统实现了和下料工具软件的有效集成，实现了下料业务和其它车间业务的协同工作。

5结语

电机行业下料车间具有生产产品种类多、类型转换多、管理复杂等特点，存在作业计划获取难、进度状况反映不及时、生产异常处置慢，技术、生产、质量、套裁等工作协同困难等问题。据此，本文通过分析研究生产业务蓝图、系统体系架构，完成基于触摸屏的JIT任务看板技术、套裁管理流程控制技术的攻关，提出了符合下料生产特点的下料车间制造执行系统解决方案。目前，系统已成功运用在某电机行业下料车间，实现了企业内部的全面信息集成，推进了企业的信息化进程，提高了企业适应现代化制造和管理模式的能力。

参考文献：

[1]薛冬娟，刘晓冰，邢应杰，等.复杂装备集成生产管理方案设计及关键技术研究[J].中国机械工程，2006（17）.

[2]刘晓冰，吕强，邱立鹏，等.钢铁企业集团信息化建设新模式研究与应用[J].计算机集成制造系统，2008（3）.

[3]薛冬娟，蒙秋男，刘晓冰，等.复杂装备企业的敏捷化生产计划管理系统研究[J].大连理工大学学报，2007（6）.

[4]张晓峰，马铁军，李广凌.轮胎生产过程MES系统研究与应用[J].中国制造业信息化，2008（5）.

[5]刘晓冰，崔发婧.流程企业MES集成生产计划管理系统研究[J].CAD/CAM与制造业信息化，2006（Z1）.

[6]范颖晖，熊晓琼.面向轻工装备制造业的MES系统[J].中国制造业信息化，2008（7）.

[7]刘晓冰，刘彩燕，马跃，等.基于制造执行系统的动态质量控制系统研究[J].计算机集成制造系统，2005（1）.

[8]王社伟，杨海成，莫蓉.功能可重构MES系统的访问控制机制研究[J].计算机工程与应用，2011（23）.

[9]胡欢，谢剑锋，马晓鹏.借力MES系统提升核心竞争力——制造执行系统（MES）在核电产品制造企业的应用[J].中国制造业信息化，2011（3）.