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新立机械MES集成应用全面提升电装车间管理水平

2015/1/21    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:MES案例  e-works年度盘点  制造业信息化  北京新立机械  
本文为“2014中国制造业信息化应用领先暨最佳实践奖”参评案例。本次活动评选出2014年度,中国制造业信息化领域带来突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业信息化过程的步骤、重点与难点、获得效益等,分享信息化建设过程中的经验,有效地推动中国制造业信息化的深化应用,供广大制造业行业企业学习供鉴。

一、企业简介

    北京新立机械有限责任公司隶属于中国航天科工集团第二研究院,企业建立于1957年,承担着航天产品的电子设备、精密机械产品和地面设备的生产、总装及联调等任务。企业工艺种类齐全、加工设备精良、检测手段完善,下设精密铸造、表面处理、橡胶塑压、热处理、印制电路板、总装总调、变压器、钣金加工、电子装配、液压产品、精密机加、微波器件加工等15个生产车间,形成了完善的技术、质量、生产控制系统,是集工艺设计、研发制造、检测为一体的机电复合型的国防尖端武器研制和批量生产骨干企业。

    北京新立机械有限责任公司是国家大型二级企业、国家一级计量单位、国家档案管理一级单位和中国500家最大机械工业企业之一。取得《装备承制单位注册证书》及《武器装备科研生产许可证》,通过国军标9001B质量体系认证;一级保密资格单位认证;职业健康安全管理体系认证;获得《中国实验室国家认可委员会认可证书》。企业占地面积三万一千余平方米,科研生产用建筑面积五万一千余平方米,现有职工1600多人。

二、企业信息化应用总体现状

    北京新立机械有限责任公司积极开展信息化建设和推广应用工作,将信息化应用在基础建设、企业管理、工艺管理、先进制造、经营管理、信息安全以及系统集成等方面,近年建设取得了进展。企业资源计划(ERP)系统深化应用,实现物料管理及院、厂、车间三级计划管理,机加和电装制造执行系统(MES)实施和集成应用;产品数据管理(PDM)与计算机辅助工艺设计(CAPP)系统的集成应用,实现了包括产品结构、工艺准备、工艺文件等产品数据的全面管理以及与上游设计单位的协同工作;数控设备全部用数控程序传输(DNC)进行管理,基于模型定义(MBD)的三维工程图生产模式初步应用,虚拟装配、铸造仿真、加工过程仿真等一系列工艺仿真应用得以加强;协同办公系统整体架构更新,应用更加广泛,决策支持系统一期建设完成,合同管理、档案管理、财务管理、统计管理等一系列企业管理信息系统深入应用。通过信息化与工业化的融合,正逐步将北京新立机械有限责任公司打造成数字化、智能化的先进企业。

三、参评信息化项目详细情况介绍

    1.项目背景介绍

    北京新立机械有限责任公司作为军工企业,其生产以多品种、变批量、产研并重、混线生产的生产模式为主,主要问题表现在:

    (1)技术与计划衔接不畅,生产任务已开始,图纸还未下发,导致缺料现象。(2)临时任务、紧急任务多,生产计划及执行任务繁重,型号、工号的时间节点不透明,只能通过频繁的调度会来组织生产,不能快速响应。(3)车间生产任务不均衡,由于料准备不及时、生产准备不及时、技术准备不及时,留给班组的时间过少,因此出现赶工的现象,对于临时出现空闲的工人不能及时给予派工。(4)各生产线之间缺乏协调,由于对任务没有总体的了解,无法有效地进行生产线能力平衡。(5)车间调度与二级库信息不连通,库存存在积压和缺料的现象,齐套情况不能及时反馈给调度。存在串工号领料的问题,原来工号没有开工但料已领,其他着急开工的工号会将原来的工号的料领用。(6)车间现场生产监控能力弱,对车间外协、资源占用情况、废品、到料情况、缺料情况不能及时了解,影响车间整个生产的组织。(7)与已有ERP、CAPP等系统不能有效集成,数据和业务孤立。

    因此,建立一套切实可行、高度集成的车间制造管理系统就成了势在必行的一项工作。

    2.项目目标与实施原则

    结合电装生产线多品种、变批量、产研并重、混线生产的生产模式特点,建立适应电装专业化生产车间的MES系统;通过车间生产计划、车间技术准备和生产准备,实现车间计划、技术准备和生产准备任务的协调管理;通过基于车间动态扰动的计划管理技术,提高资源利用率;通过生产现场可视化制造执行过程监控,实现物料等实物的车间现场周转物流管理,以及生产突发事件、物料状态、生产进度和质量信息的及时反馈;通过数字标识技术,实现以作业节点为核心的进度、质量等执行数据统一采集和结构化数据管理。生产线MES系统可对生产任务接收、技术/生产/工时准备、生产计划监控、型号状态跟踪等全过程进行状态控制,实现车间生产的全过程管理,技术、工艺、调度和操作工人等人员的全面参与和全方位协同,提高生产精益控制能力。结合电装MES系统的应用要求,实现电装MES系统与CAPP、ERP、质量管理等系统的数据信息集成,达到车间生产的全过程管理与协同,提高车间生产精益管理能力。  

    3.项目实施与应用情况详细介绍

    3.1 项目技术方案与功能介绍

    电装MES系统总体规划框架由系统支持层、数据采集层、用户交互层、生产制造执行系统功能层等构成,如图1所示。

 图1 MES总体规划框架图

图1 MES总体规划框架图

    系统支持层包括操作系统、网络、数据库等基础软件和硬件,以支撑系统的运行;

    数据采集层通过对计算机,条码等数据采集手段,对现场的物料信息、进度信息等制造现场数据进行实时采集,为系统的正常运行提供准确,实时的保障。实现对物料实物以及进度,质量等制造现场相关数据的采集,达到对型号任务的生产过程中的进度、缺料、质检等数据动态了解的目的;

    生产制造执行系统功能层实现各种业务管理,包括车间计划管理、物料管理、设备管理以及作业计划的动态调度等,并通过车间综合查询和生产综合分析,确保制造执行过程高效顺利的进行;公共基础功能提供对基础数据、用户权限等的管理。

    用户界面层指相关人员通过人机交互页面,实现信息有效可视。

    在已有研究成果的基础上,开展系统之间的集成技术研究,满足电装MES系统研究和工程化应用的需要,围绕提高电装MES系统与其他系统的集成应用水平,实现以全方位管理和全员参与为核心有序、协调、可控的协同车间管理,提高车间快速响应能力和车间制造能力。

    基于数字标识的计划与物流的协同管理。围绕多型号、多批次、变批量以及研制和批生产并重的生产特点,以生产计划优化调度为牵引,拉动物料进行并行化生产准备,实现计划的快速协调,提高车间快速响应制造能力,缩短生产周期。主要包括多型号多批次生产计划优化排产、基于生产计划的物料协同管理,以及物流流转过程跟踪与监控等技术进行研究。

    MES系统的核心业务流程如图2所示,主要体现在以下四个过程:

 图2 MES系统应用业务流程

图2 MES系统应用业务流程

    系统功能如下:

    (1)生产计划管理:车间调度根据厂生产调度处下发的生产任务制定车间生产计划,根据车间生产计划制定技术准备计划和生产准备计划;车间工艺组根据厂技术处下发的图纸、工艺文件和工艺流程制定生产工序以及料表,根据上述信息生产调度进行车间生产准备,包括物资准备和生产资源准备。车间调度检查车间二级库房的物资齐套和生产资源情况,若缺料需要到物资处领取线料、辅材、元器件、标准件,到中央齐套库领取精工件等。

    (2)生产调度:生产线调度从工艺组获得型号的工艺路线,二级库房获得齐套信息,进行生产作业计划的编制,然后根据生产任务下发随批单(三图一表——电原理图、接线图、装配图和导线表等文件)给班组和操作工人进行生产。各级调度根据生产扰动、生产进度、物料齐套和型号质量等生产现场信息进行动态调度,实现对资源、人员的动态调整。

    (3)生产过程监控:主要对生产线的型号批次进度、物料齐套、外协件和产品质量等信息进行监控。对型号批次进度的监控信息可以及时向调度反馈保证生产任务及时完成;对于产品出现质量问题是由于技术问题造成的,需要将此监控信息反馈给工艺组进行工艺变更。上述监控信息都需要反馈给调度进行生产的组织安排,以保证生产过程的连续性、平稳性。

    (4)数据采集:数据采集涉及多项业务,如生产、技术、库房、质量等,包括领料、生产等多个环节,采集点和采集对象多样。实现对物料等实物的流转过程中相关数据的及时采集;基于工艺流程对型号任务的生产过程中的进度、缺料、质检等数据进行采集;对调试故障信息的准确采集,其中包括故障原因和处理方法的采集;基于工号、图号、批次的生产过程中缺料信息的及时采集。通过对采集的数据进行分析,反馈给技术、调度、质量和操作等业务人员,保证生产任务的高效完成。

    3.2 系统实施步骤介绍

    第一阶段:项目启动阶段。主要工作是召开动员大会,成立项目组织,明确每个项目组织要做的工作及各自承担的责任,明确工作程序。

    第二阶段:需求分析阶段。这个过程主要对相关业务部门进行业务调查,运用过程分析方法,了解实际业务部门流程,对现有流程进行分析,并针对进行规划,调整,设计,提出适合实际的系统解决方案,此文件是指导后续进行软件开发的依据。

    第三个阶段:通用平台建立和运行阶段。在企业已有信息平台基础上建立系统配置环境;配置系统运行所须的基础数据;对用户进行初步培训;让企业相关人员试用通用平台,了解解决方案,帮助企业更好地发现并提取详细业务需求,同时优化企业相关业务流程。系统采用客户机/服务器管理模式(C/S版),系统信息数据存储在服务器上。客户计算机通过内部网络与服务器之间完成数据的输入、输出和处理工作。硬件要求:服务器、客户机、内部网络、软件、针式打印机、数据备份。人员要求:根据系统的使用特点,系统需要项目团队由相关人员组成。组织领导、技术管理员、主管调度、物料齐套员、系统管理员等角色人员组成。

    第四阶段用户文档的建立。编制使用手册和技术手册,这些文档需要在实施过程中不断补充完善,项目验收时一并交付用户。

    第五阶段实际解决方案设计。企业对自身需求有了明确认识后进行实际解决方案设计,提出需求进行确认,固化需求,并结合业务管理概念和具体软件功能,逐项分析,提出解决方案,此阶段可进行业务流程优化并改进解决方案。解决方案设计完成后,按照解决方案中的具体要求在通用平台上进行系统符合性开发,需按照软件工程要求进行系统集成测试、完善必要的程序文档。对解决方案中规划要转换、要优化的流程及方法进行业务流程再造,修改并完善原来的制度、职责和流程。

    第六阶段系统集成测试实施阶段。在阶段计划指导下,在企业环境进行系统安装、参数配置,对企业相关人员进行用户系统培训,参照相关文档,进行系统功能测试。

    第七阶段:试运行。在集成测试保证系统正常运行后,相关人员对系统进行试用,业务部门为主,项目组协助。经过一段时间试运行,如果部分业务没有满足企业实际情况或进行了业务流程改进,则需进行系统维护循环,进行业务需求再实现。如果事实验证系统是安全可行了并且符合企业实际业务需求,可以正式投入运行。试运行阶段对用户要进行全面培训,各相关部门按照自己的业务,完成系统所需要的参数及基础数据的初始化工作。项目领导小组应及时下发相关规则和指令,保证系统实施成功。

    第八阶段:正式上线运行。正式上线运行就是完全摆脱原来手工的管理模式正式进行计算机管理,这个阶段可以完全的摆脱原有方式。业务部门可独立操作系统,运行中做好有关记录,并及时发现问题,项目组进行系统监控与优化,进行系统维护和提高,最后进行系统审核,确认项目实施工作完成。由使用部门制定系统业务流程,规范管理行为,落实管理责任,提高工作效率,并制定相关的管理制度,保证系统正常运行。

 图3 MES系统实施步骤

图3 MES系统实施步骤

    3.3 集成应用情况

    电装车间MES系统通过与ERP、CAPP系统的集成,实现了生产订单和工序信息、物料信息的获取,可以为车间的生产计划排产提供最大的便利,节省人为操作。电装MES目前已经进入运行阶段,先后已经有 33个工号进入系统,其中涉及的生产订单12299条,工序62135条,物料12958条。

    工位现场工艺文件展示系统已经完成实施和部署,电装车间现场配置了12台公用立式触摸显示屏,用于工人自行查询生产信息以及通过条形码进行报开工与完工操作。同时,在每个工人工位配置了30台可移动触摸屏(如下图所示),工人可以方便地查看任务、查看并标记与自己责任任务相关的工艺文件。目前MES内实现工艺文件集成4705份,为生产现场实现无纸化奠定了基础。

    3.4 MES实施难点和经验总结

    在系统实施期间,结合用户实际需求解决了一些个性化和易用性等工作。比如产品台帐维护和流程卡的管理,比如提到的台帐管理,动态数据查看管理,料表齐套等实际状况,在与具体使用系统的操作者详细交流后,结合情况分析后对系统进行了优化,使客户使用更加方便。

    在实施过程中,会存在一些难点问题,主要表现在以下几个方面。

    (1) 系统集成问题。系统必须和其他信息系统集成才会发挥其管理的作用。这些系统的稳定性及所提供数据的准确性和完整性至关重要。

    (2) 系统之间的相关数据转化,格式一致性等工作需要进一步重视。应用系统涉及的相关数据多而且相互关联,一处数据没有准备到位,会影响其他人员的工作效率。因此,在系统的实施初期,要充分认识到基础信息初始化的重要性与复杂性,通过集中组织人力物力,全面做好相关的初始化工作。如果初始化工作不能一次性完成,会因为时间的延长而磨灭了工作人员的动力与耐心,导致基础数据的不完整,结果影响到相关功能的使用。

    (3) 用户面对系统的抵触情绪。用户长期养成的工作习惯难以改变,用户习惯于用一个软件或手工管理,就很难运用其他新的软件或版本来代替。用户在工作中多年养成的习惯要在一时之间改变。在系统实施时,根据信息流的相互关系,规划好各主要功能模块的实施次序,并做好过渡期间系统的应急方案。实施在功能上要从简到繁,逐步推进实施进程。可以从一些基础的东西入手,逐步完善基础数据,同时也让用户慢慢习惯新的应用系统。这样的过程,企业可以根据自身人员素质的情况,对新系统适应的情况等,调节进度。但对于应用系统,快不能少于三个月,慢不能长于一年。无论快与慢,必须等到一个新的功能被实际应用,并发挥作用以后,再推进新的功能。

    4.效益分析

    集成的MES系统在电装车间生产计划制定、任务派工、及进报工、物料齐套、生产现场工艺无纸化等环节得到应用,在项目实施后,车间计划管理水平得到较好的提高。

    以某型号最近批次的16个工号产品为例,以前平均每个工号要打印3份工艺文件,每份40页,因此需要打印近2000页工艺文件并逐份发放到工人工位。而集成的MES及现场工艺展示系统,使操作工人在工位就可直接看到与工位相关的工艺文件,节省了文件发放及查找的时间成本及耗材成本。

    MES系统实施后,由于采用工人自动刷卡(出入证)及扫描《生产过程跟踪卡》进行自动报开工与完工,节省了车间调度现场巡察记录时间,同时生产进度信息可在会议室投影展示,节省了领导、调度、生产线工人之间的沟通时间。以前调度人员下现场及沟通时间要占到日工作时间的80%,即6个小时,而系统实施后,这一时间缩短到每天1-2小时!

责任编辑:卢玉琴
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