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MES关键技术在航天制造企业中的应用研究
引言
制造业管理模式的变更与数字化生产的应用，是推动制造业信息化发展的基本动力，这也正是企业推行制造执行系统（manufacturing execution system，MES）的根本原因。纵观国外企业，MES的应用已经非常普遍，而我国制造业信息系统建设的重点普遍放在ERP管理系统和现场自动化系统两个方面。数控车间的管理模式和生产流程对企业信息化建设提出了挑战，仅仅依靠单纯的开发ERP和现场自动化系统已经无法应对新的局面。MES恰好能填补这一空白，它是近几年来在国际上迅速发展、面向执行层的实时信息系统。近几年来，首都航天机械公司（以下简称首航公司）的信息化建设在各个领域都取得了不同程度的进展，但是，仍然面临信息孤岛和信息断层所带来的各种问题。经过多年跟踪国外的先进技术与理念，并结合国部分企业的实际应用情况，我们认为在首航公司提高生产效率最有效的途径就是：通过实施具有企业特色的MES来构建以“精益生产、协同制造”为核心的数字化车间。使用MES的用户可以对下达的任务做出快速反应；处理紧急任务有弹性空间；对生产流程做到精细化管理；帮助企业降低生产成本、缩短制造时间、提高产品质量。
1 航天制造业MES现状分析与整体设计思想 1.1现状分析
航天制造业是一个复杂的流程行业，随着首航公司信息化管理水平的不断提高，生产车间的管理已经从宏观向微观深化发展，对信息技术和综合自动化系统的需求也在日趋突显，因此MES被提上日程。由于MES功能涵盖面广泛，在真正实现的过程中，会与公司原有管理习惯相冲突，并且与原有的其他信息系统集成上存在一定难度，无法涵盖数字化生产车间的方方面面，从而实现部数据的完全集成。如果真正适用于生产，还需进行二次开发。
近两年中，首航公司经过初步实施和推广ERP系统，使管理人员对信息系统的认识正在不断地加深，随着在信息化方面的多年建设与应用，公司的生产管理和制造系统已经初步成形，而随着首航公司MES的实施，我们发现当前的MES虽然形成了大量有指导意义的生产管理数据，
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但是如何进一步利用这些数据为管理人员及时准确地分析预测、掌握生产情况和做出决策，提高公司精细化管理水平，是企业管理人员要思考的问题。只有逐步解决问题，才能进一步细化车间管理，打造数字化车间，让公司整个生产管理链条串起来。因此，对航天制造企业来说，要成功应用MES，如何处理好MES与其他系统的集成就尤为重要。
1.2 MES整体设计思想
首航公司重点针对车间生产管理、MES与其他信息系统集成接口、机床数据采集等容进行建设，从而形成一整套完整的MES系统应用平台。首航公司选用XXX公司的JobDISPOMES系统，是完全根据离散制造企业的需求而开发的一套图形化MES系统，依据现有的车间现场管理流程及标准体系，通过与公司级生产管理系统、工艺设计管理平台、产品物料管理系统、质量信息管理系统、制造资源管理系统的集成接口，实现现场生产、工艺、物流、设备、检验等数据的贯通，通过应用基于MES的工序计划详细调度，实现车间现场生产管理的柔性化、智能化、数字化。
2 MES关键技术研究
2.1MES与其他系统集成技术研究
本文以首航公司现有管理模式为依托，本着总体设计、功能实现、分步实施的原则，提出航天制造业MES与其他系统集成的技术方案，同时也是一套具有良好先进性的、全闭环的、全透明的、集成化的、充分体现协同制造的实施方案。
首航公司的ERP系统为MES的数据源头，通过与ERP系统的集成接口，完成接收公司级生产任务。通过现场数据采集设备，对生产过程、质量信息进行实时的获取，反馈给ERP系统和质量信息管理系统，从而形成生产过程信息管理的闭环。
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MES与ERP、质量信息管理系统集成接口主要基于SQL数据库进行开发，通过配置脚本程序，在用户登录MES的同时实现系统数据库与各系统数据库之间任务、工艺、质量信息的更新传递，同时利用SQL数据库触发器将MES排产结果实时反馈给ERP系统和质量信息系统。
2.1.1 MES与ERP集成技术
ERP建立在物料编码的基础上，虽然MES部也定义了作为唯一标识的物料编码，但是其编码与ERP物料编码完全不一致，因此两个系统在数据定义性方面存在区别，这里必须实现数据统一性的要求。ERP从完成产品对装配、及零组件需求的角度出发编制并下达计划。MES则按照从需求出发，按照公司质量管理的程序和资源能力统筹的原则进行车间具体加工任务的计划调度、派工，并实施车间任务。MES的车间任务来源于ERP的工作订单，工作订单是车间生产的依据，ERP根据车间的完工数量对计划的完成程度进行查询并考核。
ERP下达工作定单后，MES提取已经下达的工作定单数据，根据零件图号、需求数量及交付时间编排车间任务，根据需要进行领料，填写领料申请单，送入ERP进行出库审批并登记。车间根据完工计划，由车间在MES中填写完工入库申请单提交给ERP进行入库登记。定单下达后，根据订单查询MES中的生产进度，从而对MES进行控制以及对预排产实现不了的任务进行及时调整。
2.1.2 MES与公司级生产管理系统集成技术
MES与公司级生产管理系统接口开发主要目标是实现月份计划数据的自动下发，实现计划的自动排产；通过对生产计划的快速分解，做出基于设备有限能力的科学排产计划；基于各种高级自动排产算法，制定出科学的生产计划，计划可准确到每一工序、每一分钟、每一设备，实现对车间的精益管理；完成车间生产任务的无纸化派工管理、计划反馈的全流程管理，贯通计划主线，达到快速响应、协同制造的目的；实现操作工人在现场终端进行技术文档的调阅，达到无纸化生产的目的；通过协同平台对生产计划执行进度的图形化展现，可使计调人员第一时间
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掌握生产现场的进度信息，实时追踪现场在制品，提升生产过程的透明度；最终建立透明、高效的车间生产管理系统，全面提升车间的生产能力和管理效率，增强对生产全过程的控制。
2.1.3 MES与工艺设计系统集成技术
通过MES与工艺设计系统接口，主要实现车间调度人员查看产品工序信息，并根据工序信息进行工序详细计划调度。
它的主要功能为：将工艺设计系统的工序信息导入到MES；工序计划自动设为激活状态；将MES排产结果信息反馈至车间生产计划管理系统；排产结果按照规定格式和容进行打印输出。
2.2生产计划智能排产技术
通过MES系统的智能排产技术，公司的生产调度根据特定人员、设备、时间、空间等资源对工件工序的加工序列进行排序。给出每个工件的每道工序优化的资源组合，即给出每道工序的起止时间、加工中心、加工设备、班组人员等信息，优化目标，提高生产效率。
首航公司的生产计划智能排产技术主要基于JobDISPOMES智能排产模块，所有产品、部件、零件、工序全以形象直观的图形化表现，实现工序任务的手动拖拽，并以不同的颜色来区分,当产品或工序开始后，颜色条的长度将实时地减少，直到最终完成。全透明的计划流程便于监控所有产品的进度和生产，以产品、部件、零件、工序等多级别管理生产，结构清楚，一目了然。可以立即查看一个项目或一个零件及其工序的所有相关信息。通过基于有限资源能力的作业排序和调度来优化车间生产计划，能够综合设备实际加工能力，并根据现场生产实际情况随时做出调整，按交付日期、精益排产、生产周期等多种排产方式，最大程度地满足各类复杂的排产要求。
在工序计划排产时，调度人员通过精确计划看板查看每台设备每天的工作计划，根据以往产品加工经验，对每道工序计划开始时间、加工时间、结束时间、机床准备时间、加工设备、操作
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人员等进行基础数据设置，在图形化排产界面中进行工序拆分、生产订单拆分、工序合并、外协加工、手工用鼠标拖拽调整机床的生产计划和对订单工序进行编辑，将最终生产的工序计划派发至现场进行生产。
通过本技术应用，可以为现场管理人员提供一个直观、方便的计划排产工具，从而改变传统基于纸质的手工排产模式，缩短生产计划准备时间，提高现场计划执行率。
2.3 产品制造过程数据实时采集及管理技术
产品制造过程数据实时采集主要包括机床数据实时采集及现场数据实时采集两方面。 （1）基于OPC的机床运行数据实时采集技术
对于机床数据实时采集，主要以OLE/COM技术为基础，通过运行 Windows 系统的分布式对象组件（DCOM）进行设置，机床数据实时采集原理如图所示。
（2）基于条码扫描的现场数据采集技术
对于本项目研究中现场数据实时采集，主要基于MES的自动数据采集(MDC)模块，开发了自动生成工序生产任务条形码的工序卡片输出接口，通过此接口，工段长在完成工序详细排产之后，即可打印输出具备条形码识别的工序卡片，现场操作人员在进行生产任务的领取、交付时，只需通过扫描生产任务条形码，即可获取相关生产任务信息，在终端触摸屏上完成生产任务数据反馈，从而将任务进度数据及时反馈与MES系统中。使用条码技术解决了现场数据输入的自动化，实现了数据的准确传输，确保数据反馈的及时、准确。
2.4 MES资源信息集成管理平台构建技术
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MES关键技术在航天制造企业中得应用地研究
