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空间光学遥感器生产管理思考

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摘要:

结合空间光学遥感器实际生产业务情况,分析了整个加工生产车间管理的现状以及存在的问题,梳理了光学遥感器制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem,MES)的生产需求,提出了面向空间光学遥感器生产的MES体系结构,关键技术包括基于统一产品基础结构的制造类物料清单(BillofMaterial,BOM)管理、面向多专业特点的制造过程协同管理和面向闭环的生产过程实时监控,并介绍了目前的应用实施效果。

关键词:

空间光学遥感器;生产管理;制造执行系统;集成应用

1引言

随着航天产品设计复杂程度的增大,使用交付时间的缩短等情况逐渐增多,对航天企业制造能力提出了更高的要求,传统的排产、资源调配等粗放式管理不仅降低了生产效率,也无法实现精益制造的管理要求。空间光学遥感器的生产过程存在多型号并行研发和交产的现象,导致设计方案频繁变化,令后续加工工艺、物料、设备资源等需求也必须快速反应,随之变化。同时,在某型号部分生产任务急迫的情况下,就会存在加塞生产的现象,打乱了原生产计划。离散型制造模式在严格的型号质量要求前提下,提高生产效率,保证时间节点,需引进以实现设计、制造、管理一体化的集成制造为目标的[1],满足行业需求的MES。MES体现一种生产模式,把产品制造系统的计划、进度、追踪、物料、质量、设备等一体化管理[2]。航天企业实施应用MES,可以对整个加工生产进行监控,管理资源可以更灵活地制定生产计划,提高生产效率;跟检零件工序级,生成完整的产品质量数据包;记录每个加工生产环节执行人、操作时间、操作内容,可以有效地进行生产过程中的追溯管理。这里针对航天空间光学遥感器的生产特点,介绍其MES的应用情况。

2面向空间光学遥感器生产的MES体系结构

2.1现状分析航天产品的研发是一个庞大的系统工程,各型号有严格的时间节点控制要求和产品保证要求,各个分系统与整星之间的信息交互频繁,由于技术状态变化引起的设计与制造协同过程复杂,涉及的专业也多种多样。空间光学遥感器的生产过程可按专业划分多个制造单元,如机加、电装、部装、总装、复材、光加等,通过详细调研,归纳总结各专业生产过程中遇到的问题,主要包括:a.生产过程中计划执行状态管理存在困难:由于专业流程复杂,每个生产加工任务的时间都是确定的,但专业内部和跨专业的生产过程具有不透明性,需要计划员耗费大量的精力去关注、协调实际生产内外存在的问题;在生产过程中,如不能实时关注计划的执行情况,就很难掌握各种设备资源的动态使用情况;管理人员如不能及时掌握各个专业生产加工任务的进展、执行情况,就不能为后续生产加工计划提供合理有效的加工周期。b.产前准备效率需提高:在型号加工生产前,调度、计划员等相应人员,需要根据各个型号的生产加工任务或任务变更动态协调相应资源,依据协调后的资源进行排产,造成计划编制量大,难度也同时加大;生产要素输入和生产环节存在脱节问题,图纸、料单、技术要求等不能快速下发到生产部门组织生产加工;设备实际操作工时的不确定性造成生产加工任务的有效工时不准确。c.质量数据包需更有效、实时地随生产过程流转:在型号加工生产环节,采用跟检及终检的方式,每一级检验都需要填写相应的检验信息,有时生产和检验人员在产品交检后获取检验数据不及时。

2.2体系结构航天企业在实施离散型MES时,由于产品涉及的专业与复杂程度的不同,研究重点也不同,有研究工时管理、设备监控、作业调度等方面的[3,4]。空间光学遥感器这样复杂的航天产品,不仅要考虑其光、机、电、热、复材等多专业及多角色管理的特点,还要结合航天产品的技术状态控制要求,从企业实际出发,整合现有信息资源,采用先进信息技术,以较低的成本,高效构建向上能承接项目计划、向下能连接专业级生产单元生产计划的MES。根据以上定位构建如图1所示的MES体系结构,分为三个层次。a.表示层:面向航天企业科研生产管理多技术角色的特点,为如型号调度、生产调度、外协调度、生产计划员、核算员等多种类型的用户提供不同的用户界面;b.功能层:围绕空间光学遥感器的多专业生产流程,包含系统配置管理、资源管理、产前准备、工序计划、工序执行、产品检验和查询监控七个模块。系统配置管理和资源管理模块体现了MES的可配置性,尤其是多专业流程定制功能,为多专业生产协同管理提供了可能,也能为单件、小批量特点的航天产品提供不同的解决方案。在此基础上,基于统一的产品结构树构建制造BOM,所有生产加工任务都挂接在产品树上,并按照产品分类,建立按专业生产的管理模式。在各个专业流程中涵盖所有生产相关业务点,通过流程化管理模式清晰、实时地展现任务执行进展情况,体现每个业务点执行的具体操作。在工序计划分解和执行阶段,生产调度按照工序信息进行排产,并自动流转执行。在生产加工环节中,质量部门将实时记录质量数据到系统中,最终形成质量数据包,并实现对整个产品质量体系的闭环管理。c.数据服务层:是系统运行的数据基础。一方面提供通过数据采集与对象感知等技术获取的现场加工检测设备、物流设备、制造资源等实时生产过程数据;另一方面,提供集成数据,包含通过集成接口获得的外部业务数据,集成关系如图2所示。MES可提供与产品数据管理系统、计划管理系统、工艺管理系统、物资管理系统的可扩展接口实现其功能。

3MES在生产管理中的关键应用

3.1基于统一产品基础结构的制造BOM管理MES中的加工任务涉及不同产品,为满足设计与制造的协同要求,MES通过和产品结构基础数据库集成,完整获取产品结构基础信息,这些信息主要包括名称、属性、层级关系等。生产管理部门依据此信息以及实际加工、装配、质量等要求,考虑工艺实际情况,在产品基础结构基础上增加或删除节点,将其属性继承到每个任务相应的属性中,并扩展相关属性,建立制造BOM,用于管理不同的加工任务,如图3所示。设计和制造部门通过产品基础数据库提供的统一的产品结构基础信息开展工作,产品数据管理系统、项目计划管理系统、MES以此为依据管理系统内部的数据,实现设计与制造的一体化管理。设计和制造部门通过产品基础数据库提供的统一产品结构基础信息开展工作,产品数据管理系统、项目计划管理系统、MES以此为依据管理系统内部的数据,实现设计与制造的一体化管理,如图4所示。

3.2面向多专业特点的制造过程协同管理基于MES与科研综合管理相关系统的集成可以实现多专业制造过程协同生产管理模式,如图5所示。在产前准备阶段完成光、机、电、热、复材等多专业项目计划、设计、工艺、原材料、定额工时等相关数据的准备,在工序计划管理阶段,由生产调度根据不同专业在各生产单元安排生产,在工序执行阶段,由班组领取并执行任务,同时进行产品检验。a.基于MES与项目计划管理系统的集成,实现空间光学遥感多专业制造流程的统一计划管理。型号调度在项目计划管理系统中启动与生产相关的项目计划,并下达到MES,由MES将任务细化,再汇总至生产部门的周计划中进行生产能力平衡,生产部门计划员调整后形成周计划。通过系统间的集成,型号调度可以在项目计划管理系统实时查看计划执行情况,进行实时监控管理。执行过程中每一阶段完成的状态自动同步到项目计划管理系统中,打通了计划数据流和执行数据流,如图6所示,避免了生产环节出现“黑盒子”,能够为科研生产管理部门和生产部门及时、有效的提供数据信息。MES接收型号主生产计划后,按照各专业流程启动各生产单元的任务,进行工序计划管理。为了满足生产环节的要求,生产部门的计划员结合生产制造过程中的人员、设备、场地等资源情况,按主计划分解车间计划,生成可执行的工序级任务。在MES中可以清晰地看到主计划、工序级计划的流转情况。其中,针对生产计划的分解是动态的、滚动式的排产过程,从而能够更合理地安排生产加工任务,提高排产的合理性、准确性。计划员排产后,MES会将加工任务推送给生产调度,进行工序执行管理,由生产调度将加工任务分派给加工班组长,班组长根据实际情况安排具体操作人员加工生产。根据生产现场实际情况,操作员在领任务、交任务的过程实现刷卡管理,通过读取员工卡信息,可以在系统上记录每道工序具体谁操作、工序开始时间、工序结束时间等信息。同时,操作者在生产过程中,可以实时通过MES查看生产加工信息、技术要求、图纸等信息。b.基于MES与物资系统、工艺管理系统、产品数据管理系统的集成,实现产前准备管理。在型号加工生产前,需要完成相应的产前准备,才能保证生产工作的顺利开展。产前准备主要包含图纸的归档和分发、物料的齐套、工装的准备、工艺文件的编制等。在MES生产流程中,依据专业配置流程,并为流程中各角色设置相应的操作点,相关人员可以在任务发起后在工位上刷卡领取任务,提前进行产前准备,执行完成后刷卡提交工作。生产管理人员可以实时查看任务流转情况。产品数据管理系统中的受控电子文件随流程流转至生产部门,便于随时查看。工艺人员根据设计数据在工艺管理系统中进行工艺编制和审签。工艺文件是生产执行过程中的基础数据,这些数据若不能被企业内部系统共享,将会使工艺设计过程与计划、生产等脱节,无法为企业内部其他系统提供有效的工艺信息。通过工艺管理系统和MES的集成,MES能够自动获取相应加工任务的工艺路线与详细工序内容,同时还能获取质量信息。针对MES中按专业管理生产流程的模式,工艺管理系统也按照专业给MES传递工艺信息,使MES能够有序组织生产,实现生产过程中的质量可追溯,从而使系统能够动态、准确地跟踪整个加工生产过程。物资人员依据流转的料单信息同时在物资系统中进行物料配套。物资系统存储了生产加工过程中需要的各种原材料、主要包括标准件、金属件、非金属件、元器件等信息,MES在各专业流程执行过程中有专门的备料、领料环节,在该环节与物资系统集成,进行同时备料,并自动获得各原材料的相关信息,并生成领料单。在电装流程中,需要生成装机清单,其元器件信息通过条码扫描方式获取,实时从物资系统中自动获取到元器件的批次、规格等信息。c.基于MES与工艺管理系统的集成,启动检验管理流程,在MES中进行产品检验管理。每道工序加工完成,操作者提交任务,根据不同的业务进行班 组分工,由班组长分派任务,检验班组长根据实际情况安排检验员检验,检验员可以在领任务、交任务时刷卡,系统自动将检验员信息和时间记录到质量跟踪卡,为日后信息追溯留依据。对合格工序,自动生成带检验章的质量跟踪卡,所有检验数据形成质量数据包记录到MES中,为质量管理系统分析、追溯提供准确的数据。当检验员发现检验不合格时,可以在系统中发起不合格品流程,从而使整个产品的加工形成有效的闭环。

3.3面向闭环的生产执行过程监控面向闭环的生产执行过程主要以产前准备、计划执行为核心,整个加工过程围绕这两方面展开,所有加工流程中涉及到的角色可以通过流程跟踪生产进展状态,并按照计划执行相关的工作,流程执行过程中能够实时监控派工情况、执行反馈等信息,对各专业生产单元的加工流程实现闭环管理。后续,在各专业制造单元基于物联网技术建设物联制造环境,通过传感器技术实时反馈现场数据,除条码外,安装RFID等感知设备,建设工业互联网,再基于数据处理技术,为MES各应用功能模块提供所需监控数据,并通过大数据分析技术,提前预警现场问题,管理人员可实时调整现场资源,优化生产流程,使生产过程闭环可控。

4应用情况

空间光学遥感器生产管理过程中应用MES,它向上承接项目计划管理系统,向下集成各生产单元,可作为数字化制造平台的核心管理系统,主要实现基于统一产品结构的加工任务管理、加工车间分解计划及工序执行管理、制造资源管理、加工任务派发管理、生产加工任务过程监控等功能,目前二期建设完成,型号全面上线应用情况如下:a.基于统一的产品结构的任务管理,使任务管理更加清晰,生产部门能够获得准确的产品信息,避免设计人员和生产部门使用的产品数据不一致。b.在生产执行过程中,通过承接型号主生产计划,细化可执行的生产计划,使计划具有层级,操作性更强;通过计划的执行,实现实时监控、实时反馈,使计划执行透明化。c.在生产执行过程中,通过计划的执行,使制造资源的使用情况一目了然,避免了制造资源的浪费和冲突。d.加工任务派发通过刷卡管理,更方便地记录了每道工序的操作人员和开始、完成时间,提高了加工效率,可以更准确地记录每个操作人员具体的实作工时信息。e.通过MES的可扩展性,可以与相关系统集成,更方便、准确地获得生产环节需要的数据,同时,能够为其他系统提供生产过程中记录的有效数据。

5结束语

作为航天离散制造型企业,MES发挥了计划与生产单元之间的承上启下作用,是企业整个数字化链路非常重要的纽带。空间光学遥感器包含多专业生产流程,通过MES的应用实施,打通了从生产计划到产品加工整个价值链、全生命周期的管理和监控。通过MES和产品结构基础数据库、工艺管理系统、项目计划管理系统、物资系统等的集成,实现了生产过程数字化和规范化管理,提升各个系统传递数据的准确性和可靠性,从而促进了整个生产过程的效率和质量。后续,还将应用MES打通生产单元内部的信息链路,深入到智能设备层,应用物联网、大数据等先进的智能制造技术,实现生产环节的精益生产模式。

参考文献

1柴天佑,郑秉霖,胡毅,等.制造执行系统的研究现状和发展趋势[J].控制工程,2005,12(6):505~510

2王丽虹,成平,杨冬.建立军品电子装联MES系统[J].制造业自动化,2013,35(7):22~25

3莫建亮.航天生产计划管理及车间作业调度问题的研究[D].西北工业大学硕士学位论文.2006

4陈少平,陈卓宁,徐同明,等.基于MES的航天军工离散机加车间工时管理研究[J].制造业自动化,2014,36(4):47~51

作者:车颖 郭锋 单位:北京空间机电研究所

空间光学遥感器生产管理思考责任编辑:杨雪    阅读:人次