（工商管理专业论文）制造执行系统MES在HT航天电子企业中的应用研究.pdf

题目：制造执行系统 专业：工商管理 学员姓名：刘艳 导师姓名：姚慧琴 ( m e s ) 在h t 航天电子企业中的应用研究 学员签名：引扎 聊签名：觚鐾馨 摘要 从世界范围来看，随着航天技术的飞速发展和广泛应用，“太空经济”时代已经悄 然来临，航天领域的国际竞争日趋激烈。我国的航天科技工业正处于历史上任务最多、 发展最快、竞争更趋激烈的重大战略机遇期。 这样的背景下，我国航天企业企业面临产能不足的瓶颈问题同益突显。因此如何提 高航天电子企业生产率、缩短产品生产周期、提高企业的适应能力和竞争能力成为亟待 解决的课题。 企业信息化为上述问题找到了一条思路。作为企业上层信息系统与底层工业控制中 间桥梁的“制造执行系统 ( 以下简称m e s ) 研究和开发新的生产管理系统，已被越来越 多的应用在生产管理中，基于m e s 的生产管理平台能有效的解决生产企业的产能不足问 题。 本论文在企业生产管理现状及问题的基础上，引出了m e s 的理论概念，再基于m e s 理论设计了依照企业特点搭建的的生产管理平台，接下来阐述了m e s 在h t 企业中具体 的应用实例，最后尝试分析了m e s 实施的风险与控制。 最后论文得出结论，对于航天电子企业来说，通过实施该系统，将大力提高企、i p 牛 产管理的效率和反应能力，提高产品质量，提高库存管理水平，缩短产品的生产周期， 达到生产管理的透明化和高效率。 关键词 制造执行系统( m e s ) ，航天电子企业，生产管理 研究类型 应用研究 t i t l e ：r e s e a r c ho fm e s s y s t e m su s i n gi na e r o s p a c ee l e c t r o n i ce n t e r p r i s e s s p e c i a l t y ：b u s i n e s sa d m i n i s t r a t i o n n a m e ：l i u y a ns i g n a t u r e ： t u t o r ：y a o h u i q i n s i g n a t u r e ： a b s t r a c t o nag l o b a ls c a l e ，w i t ht h ef a s ta d v e n to ft h es p a c et e c h n o l o g ya n dt h e c o m p e t i t i o ni nd i f f e r e n tc o u n t r i e sb e c o m i n gm u c hk e e n e r s p a c et e c h n o l o g y u n d e r w e n to n eo ft h em o s tr a p i dc h a n g e sk n o w ni nh i s t o r y t h eb o t t l e n e c kp r o b l e mo f p r o d u c t i o ni sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ea p p a r e n t i sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ea p p a r e n t i ti sn e c e s s a r yt or e s e a r c ha n dd e v e l o pa n e w i n d u s t r yi n f o r m a t i o ns y s t e r mf o ri m p r o v ep r o d u c t i v i t y t h r o u g hi n t r o d u c i n gt h em a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ( m e s ) ，t h et h e s i s a n a l y s et h ef a c tw h i c ha e r o s p a c ee l e c t r o n i ce n t e r p r i s e s a f t e re x p o u n d i n gt h e p u r p o s ea n dt h em a i nf u n c t i o no fm e s ，t h er e q u i r e - f i x dp r o b l e m sw e r eb r o u g h t f o r w a r d a f t e ra n a l y s e dt h em a i nb u s i n e s sr e q u i r e m e n t ，t h eg e n e r a ld e s i g ni d e a w a sg i v e no u t t h et h e s i sw i l lf o c u do nt h ed e s i g np u r p o s ea n dd e v e l o p i n go f e l e c t r o n i cp r o d u c ta s s e m b l i n g ，w h i c hi so n eo ft h em a i nw o r k i n gl i n e si nt h e s t e e lc o m p a n y af t e rt h e ，t h et h e s i si n t r o d u c e st h es t r u c t u r eo fb o t hh a r d w a r ea n ds o f t w a r e o nt h es e r v e r sa n dc l i e n t sw h i c hi su s e di nt h i sp r o je c t f i n a l l y ，t h e r ea r ec o n c l u e dw i t has u m m a r ya n ds o m ef u t u r er e s e a r c ha r e a s i nt h i st h e s i s i k e yw o r d s l m e s ，a e r o s p a c ee l e c t r o n i ce n t e r p r i s e s ，i n f o r m a t i o ns y s t e r m i r e s e a r c ht y p e b u s i n e s sa d m i n i s t r a t i o n 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学 位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。 学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时，本人保 证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为i 凡i t l ： 大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：盐逛指导教师签名： 弘加年月1e t 湖晦钾l 7 日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本 论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大 学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：斟施 加加年厂月 ，7 日 西北大学硕七学位论文 第一章导论 2 0 世纪中叶以后，科学技术发展迅速，信息技术、自动化技术、新材料和新的工艺 方法使全球制造业发生了巨大的变化。尤其是信息技术的飞速发展，将人类社会不可逆 转的推进到知识经济时代。随着国际市场环境多变，竞争加剧，产品的生命周期日益缩 短，使制造业面临新的挑战。许多企业通过信息系统的建设来加强管理，对客户和市场 需求做出快速反应，全面提高企业竞争力。 1 1 选题的背景及意义 目前制造企业的信息化建设集中在以下三个方面：一是企业研发设计的信息化建 设，二是企业生产管理的信息化建设，三是企业生产设备的自动化建设。 企业研发设计的信息化建设主要指c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，计算机辅助设计) 、 c a p p ( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ，计算机辅助工艺设计) 等系统的应用，主 要涉及产品设计与管理、产品工艺设计与管理等内容。 企业生产管理的信息化建设主要指e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n i n g ，企业 资源计划) 、p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，产品数据管理) 等系统的应用。主要 以生产计划和控制为主线，覆盖企业全部的业务内容，实现企业业务过程中的物流信 息流和资金流的集成。 企业生产设备的自动化建设主要指数控技术、柔型制造系统等的应用，提高了企业 生产技术水平，减少了生产过程中的人为因素。 这些系统虽然在企业中取得了一定成功，产生了一定的经济效益，然而出现了一些 新的问题。长期以来，企业生产管理信息系统和设备控制系统都是作为不同领域的系统 来分别建设的。上层的企业生产管理信息系统得不到精确的生产数据的支持，而制造单 元又常常不能及时得到指令来调整工作状态，彼此没有信启、交互，更没有信息共享。 随着企业信息化应用水平的不断提高，企业逐渐认识到需要弥补业务管理系统和设 备控制系统之间断层，有效实现计划和控制系统的数据传输和共享，增强企业对车间的 管理和控制。m e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m 一制造执行系统) 是在8 0 年代发展 起来的一类直接面向制造活动的工厂信扈、系统。m e s 从e r p 接受生产任务，负责任务的 执行和控制，对生产现场事件做出实时反应，起到了信息采集者，计划执行者，能力均 衡者的作用口儿羽。m e s 在计划层( m r p i i e r p ) 与控制层( c o n t r 0 1 ) 之间架起了一座桥梁，通 1 第一章导论 过强调控制和协调，使现代制造业信息系统不仅有很好的计划系统，而且能使计划落实 到实处的执行系统。 对于电子制造行业而言，尤其是航天电子制造行业，其生产特点是典型的离散型小 批量型的研制生产，随着国家对航天企业的投入增加，企业的生产任务也成倍增长，如 何利用m e s 打通航天电子行业计划与执行层的桥梁，使用先进的信息化手段缩短产品生 产周期并提高产品质量就成为急待解决的课题。 1 2 研究的对象和方法 正是由于m e s 在车间生产管理中的重要性，我国政府以及各地方政府纷纷将m e s 列 为面向制造业的重点研究课题；“十五 国家8 6 3 高新技术研究计划现代集成制造系统 技术主题中也把“基于构件的可重构的制造车间生产管理系统 作为重要研究课题。 1 2 1 研究对象 论文中研究的某航天电子制造企业，作为我国空间电子产品重要的研发生产基地之 一，为了满足近年来国家任务量的激增，必须大幅度提升其研发和生产制造能力，实现 其综合实力的跨越式发展。 鉴于这种情况，本文提出设计一套针对航天电子产品制造m e s 系统解决方案，并对 其应用实现进行了深入的研究。 h t 航天电子企业产品研制具有过程完整、产品数量繁多、状态复杂、交付产品不定 等的特点。随着任务量的增加，传统的以手工方式为主的生产管理手段已不能满足需要， 急待建立一套高效的信息系统来提升企业的生产能力。 目前，现行生产运作模式主要是处于生产情况复杂，生产工序多为手工操作；即使 有部分自动化生产设备也是应用在个别工序上，比如机加个别工序；相应的产品生产周 期比较长。管理方式主要靠手工填写各种表格和单据来了解生产情况，采取信息逐级传 递的方式来解决生产现场问题，信息流通环节多、传递速度慢，且在传输过程中容易产 生人为的错误。 对于航天电子产品本身而言，由于产品特点的限制，每一台产品的特性基本都是唯 一的，相关的技术指标也各不相同；由于航天产品的质量控制要求，要求企业保存完整 的、详细的生产记录，以方便产品归零处理和质量跟踪；因此生产记录要跟踪到每一部 件，由于每台机器的部件( 印刷线路板) 较多，且电子产品的改型很频繁；即使是同一型 2 西北大学硕士学位论文 号的产品，由于设计、生产工艺和电子元器件的改动，技术资料也会做相应的改动，每 一次大的改动都会产生新的技术资料的版本号。这样带来的问题是当生产线上同时有多 种机型在生产，而同一机型有不同批次的产品在生产时，技术资料可能使用不同的版本， 整个生产线上的情况非常复杂，用传统的手工填写相关帐单和报表的方法很难保证生产 记录的完整性和准确性，管理难度很大。 因此，将信息技术和计算机技术引入到航天电子产品制造企业的生产管理中，借助 高效的信息化平台提高生产能力与管理效率是很有必要的，我们将先进的制造执行系统 【m e s ) 的理念应用于航天电子企业的车间管理，从而实现生产管理的信息化、透明化， 提高计划的实时性，改善生产线的运行效率，对在制品、产品质量和库存实时跟踪。 1 2 2 研究方法 本课题主要基于m e s 的理论，对航天电子企业的生产管理模式进行分析和研究，提 出比较科学合理的生产管理方式，建立起实用的生产管理模型，设计出原型系统，并阐 述了在相关企业具体实施的方法及实现技术，对实施效果进行分析和评估。运用的研究 方法大体有： 1 ) 比较分析法。本文运用比较分析法对不同的m e s 的区另j s t a 优点和缺陷进 行了比较，通过比较得出m e g 体系是一套能够促进和提高生产管理水平的管理系 统，是企业生产的很好很有效的管理体系。 2 ) 案例分析法。本文以h t 航天企业引入m e s 系统为案例，分析m e s 系统在该企业的运 行情况以及在该系统下公司取得的成效，从而为推 7 m e s 系统提供了良好的借鉴。 3 ) 流程分析法。文章在归纳m e s 在工业企业中广泛应用的区别和联系、优点和缺陷， 分析h t 航天企业引入m e s 系统的基础上，经过流程分析法得出了本文的结论和建议。 4 ) 信息集成法。本文在分析国内信息技术的基础上，结合h t 航天企业信息化技术和 条件背景，综合各方面的信息知识，为本文的写作打下了良好的基础。 1 3 研究思路与框架 本课题主要基于m e s 的理论，对航天电子企业的生产管理模式进行分析和研究，提 出比较科学合理的生产管理方式，建立起实用的生产管理模型，设计出原型系统，并阐 述了在相关企业具体实施的方法及实现技术，对实施效果进行分析和评估。 本文研究的框架如图： 第一章导论 1 4 本文的主要贡献 图1 - 1 论文框架 m e s 在生产系统中起着非常重要的作用，对于单件或多品种、小批量的航天电子产 品生产在制造业中，m e s 越来越具有主体地位。结合目前航天企业实际情况，通过现代 信息技术与计算机技术在m e s 的基础上集成并优化生产计划、调度与控制，在现有生产 条件下，平均资源生产能力与负荷，达到物流均衡化，缩短产品生产周期，确保产品交 货期，降低生产成本，提高产品交付能力，对制造业企业来说是至关重要的，因此在多 品种、中小批量生产环境下的生产管理就更加复杂而重要。 结合h t 航天电子企业实际情况，通过本课题研究，拟达到以下目的： 通过深入研究，建立适应航天电子企业的生产管理模型； 4 两北大学硕士学位论文 实现精确掌握产品的状态、位置，实现看板式管理； 实现各类生产流程的透明化与过程监控； 实现生产过程关键要素的全面记录以及完备的质量回溯； 提高产品交付水平和计划管理水平。 第二章航天电子企业生产管理现状分析 第二章航天电子企业生产管理现状分析 从世界范围来看，随着航天技术的飞速发展和广泛应用，“太空经济”时代已经悄 然来临。据美国航天基金会发布的2 0 0 8 年报告，2 0 0 7 年世界宇航技术相关产业的经济 规模已达2 5 1 0 亿美元，而且仍然在以每年1 2 以上的速度增长。当前，世界上从事航天 活动的国家和企业都已经清醒地认识到这一新的形势和新的经济增长点，并纷纷加大开 支和预算，加快技术创新，以增强在太空经济中的竞争实力，可以说航天领域的国际竞 争日趋激烈。 2 1 航天电子企业面临竞争的背景及产品的特点 2 2 1 航天电子企业面临竞争的背景 以2 0 0 8 年世界航天活动频率来看，全球共进行了6 9 次航天发射，其中俄罗斯3 1 次、美国1 6 次，我国1 1 次，共发射各类航天器1 0 2 颗，其中美国2 6 颗、俄罗斯2 1 颗， 我国1 4 颗，无论是发射次数还是发射的航天器数量，我国都位居世界第三，表明我国 已经进入了世界航天大国的行列。同时实现从以国内市场为主向国内、国际两个市场并 重转型。在广泛开拓国内市场的同时，开拓国际市场，进一步扩大国际市场规模。增加 国际市场占有率。 目前，航天企业已经进入历史上任务最多、发展速度最快、发展压力也最大的重要 时期。另外，航天企业是一个从行政管理体制转变而来的军工企业集团公司，与国际知 名的宇航企业如美国的波音公司、洛克希德。马丁公司和欧洲航空航天防务公司等相比， 我们在现代工业体系建设、经济发展方式、能力结构布局、经营管理机制、产业发展能 力和经济运行质量等方面，则存在着更大的差距。我们必须奋起直追、超常规发展以缩 小差距，乃至实现超越。 3 2 2 航天电子企业产品特点 与其它制造业相比，航天电子产品制造业的产品具有以下特点： ( 1 ) 研制型生产：航天电子产品制造业的产品订单大多来源于国家的研制任务，根 据任务要求进行生产。任务要求不仅对于其产品规格会有所要求，对产品的具体技术参 数也有明确的要求，基本每一台整机产品的技术要求都是唯一的，与其相关的一系列其 它技术参数也是唯一的，可以说，每一台产品的部分技术参数都是唯一的。 6 西北大学硕士学位论文 ( 2 ) 约束条件多：为确保产品的质量与避免人为操作错误的发生，航天电子产品生 产过程中常会实施许多不同的约束条件。包括对生产批次数量、原材料、生产参数、质 量检验、工具和作业员工等都有严格限制。如何在在制品控制和跟踪过程中表示这些约 束条件，将是一个重要的课题。这些约束有时需要通过信息采集，如以条形码确认或密 码确认；有时以计算机程序控制方式完成，不需要人工输入数据。 ( 3 ) 产品更新快：由于航天电子产品的特殊性，导致其生命周期很短基本都是单件 产品，大部分产品都是新型研制，即使是老产品，也不停地改进型号，以适应任务的需 要。产品的变化往往会造成生产流程的变更。因此，在制品生产跟踪系统需要有较强的 弹性，以适应生产流程的变化。 ( 4 ) 产品规格多：航天电子产品由于产品种类和型号更换速度快，产品的式样和规 格很多，使生产线情况复杂。往往同一生产线上有多种型号和规格的产品在同时生产。 这就造成生产工艺和生产流程非常复杂。 ( 5 ) 生产记录详细：由于航天电子产品的质量控制要求极其严格。这就要求能详细 的保留每一台产品的生产记录和质量记录，在产品生产过程中和出厂后，发生质量问题 时及时找出原因。 2 2 航天电子企业生产管理现状分析 面对激烈的国际竞争环境，市场对航天电子企业的生产能力提出了更高、更新的要 求。不仅是产品需求数量的大幅提升、还包括研制周期大幅缩短、对产品可靠性、产品 寿命的要求也大幅提高。面对这些新要求急需大幅度的提升批生产能力、提高产品生产 过程的质量保障能力，生产能力实现一次新跨越。 2 2 1 航天电子企业生产管理流程 然而目前的航天电子企业仍然沿用以前的生产管理流程，在面对新需求的情况下就 存在无论是产品交付数量、质量以及生产进度等方面存在严重的不足。 航天电子企业生产管理流程如下： 航天电子企业其生产是典型的单件小批量的离散型生产模式，生产产品主要是整 机，主要是包括电装和机加部分，整个生产运作基本处于研制生产的各个环节分布在若 干分散场地，产品频繁地在不同场地进行着室外开放式的往复周转。一些重要的调、测 手段也处于临时搭建的状态。 7 第二章航天电子企业生产管理现状分析 由于单件小批量型的生产产量较小，元器件种类繁多，工序复杂，从生产成本和生 产时间考虑，大部分工序采用手工生产，只有部分工序采用自动化生产，比如机加工序 采用自动化设备进行加工。 航天电子产品制造业生产流程大致相同，均由生产准备阶段、零部件加工阶段、总 装集成阶段、测试试验阶段，等几个生产环节组成。具体流程如下： 西北大学碰士学位论文 图2 - 1 生产业务流图 *，；c 图 萋蓥 剐l 擀、l 寂 l 嗣； 一 l s 奢 一 i 裂 世 l i l ， ； ，；- 、 亡参 i 莹。 皿 i 簿 罾 爿辫鹱 曩 嚣 錾登萎薹 一j i 盏|+： 豁i 掣；f 叫卧特s障： 第二章航天电子企业生产管理现状分析 生产准备 _ 从接收项目订单开始，根据图纸齐套及元器件齐套预期进行生产准备、机加 ( p c b m i c 加工) 、单板装调、微波整装、整机装调、测试试验的综合计划编制，然后 等待接收机械加工或电路图。 一接收到图纸后编制生产准备计划完成零件1 j n - r 的生产准备工作，准备内容包括 完成工艺文件、工时定额、物料准备等。 零部件加工 - 零件生产准备齐套后下达零件加工计划，各车间调度或作业计划员根据工艺前 期编制的工序流程进行作业计划编制，主要指物料配送、分配加工、检验人员与设备， 作业计划编制完成后以各工单的方式下达到各执行人。 - 执行人根据工序流转检验程序完成零件的加工，检验合格的产品根据定单条码 进行标识入库( 外协件只管理定单下发与检验入库过程) 。 单板装调 _ 综合计划人员随时监控生产准备情况与零部件加工情况，系统对单板是否具备 电装的条件进行监控并提示( 提示是根据产品结构下达的定单包含的交付物与此定单执 行结果的对比) ，_ 旦某单板具备电装条件( 主要包括工艺具备、p c b m i c 具备、元器 件具备) ，就下达单板电装定单 一车间调度或作业计划员接收计划并确认后执行跟零件1 j n - r 相似的作业过程，最 后加工完成后的单板入库。 整机装调 - 综合计划人员随时监控生产准备情况、零部件l j n z 情况和单板装调情况，系统 对整机是否具备整机装配的条件进行监控并提示，一旦某单机具备整机装配条件( 主要 包括工艺具备、结构件齐套、p c b m i c 电装完成、元器件具备) ，下达整机装配工单。 _ 作业计划员或单元组长接收计划并确认后执行跟零件加工相似的作业过程，最 后加工完成后的整机入库。 测试试验 综合计划人员随时监控生产准备情况和整机生产情况，系统对整机是否具备测 试试验的条件进行监控并提示，一旦某整机具备测试试验条件( 测试覆盖性分析报告、 试验技术条件、整机装调完成、工装完成、仪器设备准备完成等) ，下达测试试验工单。 作业计划员接收计划并确认后执行测试试验作业过程，最后测试试验完成后的整机入库。 1 0 西北大学硕士学位论文 2 2 1 企业信息化应用现状及分析 通过这几年的信息化建设，该企业目前在生产方面已经应用了部分信息系统，它们 在生产管理过程中发挥了一定的作用，但是这些系统在最初的建设过程中并没有针对整 个生产流程，而是以各职能部门内部的使用需求为基础建立的，因此各系统在应用上都 比较独立，系统管理的信息也比较分散，导致了系统在应用过程中存在信息无法有效传 递的问题，形成了信息孤岛。 下面就针对各个系统的应用现状进行详细描述： ( 1 ) 工艺管理：目前使用的是企业自行研发的一套工艺管理软件，该软件的建立 主要是依据机加工艺的需求，通过使用微软o f f i c e 套件提供的二次开发接口来完成的， 软件目前主要应用在生产部门内部的机械加工车间，从信息化技术角度与实际业务需求 来看，该系统还存在一些问题，主要在以下几个方面： 应用范围方面，系统目前只应用于机械加工方面，还缺少对单板电装与整机集 成的工艺信息管理。 在工艺数据管理方面，系统中的数据管理方式主要以单机的文档管理为主，系 统并没有借助高效的结构化数据库来进行数据管理，使得工艺数据在信息共享、 信息检索、信息汇总与数据存贮方面的功能不够强大。 在工艺管理流程与工艺数据的有效性管理方面，该软件没有实现对工艺审批流 程、工艺变更流程以及工艺版本控制的信息化管理，在工艺业务管理功能方面 还不够完善。 ( 2 ) 生产管理：目前应用的一套生产管理系统进行车间生产计划的管理，包括工 时定额、车间作业计划等基本功能。系统目前主要应用在生产部门内部的机械加工车间， 主要采用以调度令为生产任务来源的工作模式，该系统还存在以下几个方面的问题： 在应用范围方面，该系统目前只应用于机械加工环节，要实现生产过程有效性 的信息化管理，必需建立一套相对完备的信息化系统，针对生产过程所涉及的 各个环节( 包括生产准备、机加、电装、整机集成、测试试验) 进行全流程的 信息化管理。 在系统使用方面，目前该系统在工艺数据的导入方面还主要以手工为主，这种 方式加大了系统用户的工作量，另外在数据的一致性和准确性难以保证。 ( 3 ) 质量管理：从2 0 0 4 年开始，该企业质量部门根据自身质量数据采集的目标开发 第二章航天电子企业生产管理现状分析 了一套质量管理系统，实现了科研生产过程中质量信息的采集，目前系统仅对技术问题 处理单的信息数据进行记录与管理，该系统还存在以下几个方面的问题： 该系统采集的信息并不全面，目前仅包括问题处理单信息，很难展现项目研制 整个过程的质量信息。 在质量管理流程方面，该软件仅限于技术问题处理流程的控制，没有涉及到质 量业务管理的全部流程，另外目前的流程的控制与生产全流程也没有紧密的集 成，在质量业务管理的功能方面还不够完善。 ( 4 ) 物资管理：目前采用根据需求开发的模式，建立了一套针对内部业务的管理软件。 该软件在物资部门内已得以应用，但还存在以下几个方面的问题： 和整个企业的科研生产过程衔接不是很紧密，难以达到实时为其他部门提供所 有物资计划、配套、采购经费支出信息等具体要求； 系统缺乏对元器件数据与追溯信息的有效采集与管理。 针对该企业生产信息化的应用现状，从其技术与应用方面进行分析，可以看出，目 前各个职能部门都在不同程度上建立了各自的信息系统，它们在职能部门位内部都发挥 了一定作用，然而这些信息系统对于全流程的信息化应用方面还存在以下问题： ( 1 ) 各个系统都相互孤立 ( 2 ) 信息较为分散，信息的共享存在问题。 ( 3 ) 信息的共享问题导致信息集成的困难，由于系统间没有良好的集成，致使在 实际应用过程中各职能之间存在大量重复的信息，大量信息的重复性尤其是接口信息的 重复性导致整个生产过程中存在信息一致性的问题和准确性问题。 ( 4 ) 由于信息的共享问题、集成问题、一致性问题以及准确性问题实际上就造成 了系统之间并不能实现有效的信息传递，存在着信息孤岛。 根据目前生产信息化的现状，为了解决信息传递的有效性问题，需要针对生产的整 个过程重新建立一套统一的生产信息平台，必须实现完全由结构化数据库为基础的涵盖 并可控制生产业务全流程的综合生产信息系统，从而彻底解决信息孤岛的问题。 2 3 航天电子企业生产管理中的问题 鉴于航天电子产品自身的特点以及产品原有生产管理流程的落后，在目前的产品生 产的各个环节上，存在影响生产加工能力和高效运作的多种因素，制约了整体生产效率 1 2 西北大学硕士学位论文 的发挥，生产过程条件无法满足订单对进度和数量的要求。 2 2 1生产管理流程中的问题 接下来本文尝试从生产组织的模式、生产准备、生产计划、生产过程、信息化建设 等几个方面来分析目前企业生产管理中的问题。 生产组织的模式 电子产品生产任务主要来源于计划部门编制的项目计划，由于产品结构复杂、制造 过程相当长，计划人员很难全面准确掌握生产、采购、外协的实际情况，只能根据经验 和产品的实现途径编制分段式的计划，没有制定产品实现的总体流程，所以无法按照产 品的实现流程有效的组织生产，计划分割在各个生产线上，缺少全局的把握和预警。 生产准备 在物料准备方面，生产组织过程中已经初步建立了生产管理的模式，基本实现了物 料准备，但物料准备和生产管理的关联不密切。元器件配套没有紧密结合生产的安排， 配套的是如何指令不是来源于生产进度和生产准备； 在工艺准备方面，投产前的工艺准备不足，工艺准备( 包括制定详细的工艺路线和 具体的工艺文件) 没有和生产准备良好的配合； 另外，生产中出现的产品个性需求和问题在投产前不明确，常常是问题出现在生产 线上，失去提前解决问题的时机。 生产计划 各个生产线按照计划部门根据项目需求初步分解的计划进行单项的生产加工，没有 针对工艺流程和工艺线路对计划进行更详细的分解，并根据资源( 人员、物料、设备、 工艺、环境) 符合情况进行排产，生产计划不强，工艺的主导作用没有充分发挥。 生产过程 生产过程的信息沟通仍然以传统的电话、电子邮件、纸质单据等方式进行。生产过 程的信息记录、采集和处理仍然依靠人及计算机为工具零散的进行，有效的信息无法及 时准确的传递到相关的人员，生产过程中信息共享的问题都要通过各种协调会议。手工 作业式的信息组织、传递方式严重制约了生产进度。 大部分信息以纸质的形式记录并保存，工作效率极低而且容易出错，同时不同部门 的信息系统对于相同信息无法共享，不同的信息系统之间存在大量的重复录入数据的工 第二章航天电子企业生产管理现状分析 作，浪费了大量的人力资源。 信息化建设 目前在物流、生产、质量等方面企业已经应用了物资管理信息系统、生产管理软件、 质量管理软件等，这些信息化项目在生产过程中发挥了一定的作用，但这些系统在最初 的建设过程中并没有针对整个生产流程，而是各个职能部门内部使用的以本部门需求为 基础建立的系统，各个系统相对独立，管理的信息也分散。彼此无法对整个生产管理流 程全生命周期的管理，彼此形成信息孤岛。 3 2 2生产管理瓶颈 对于上述企业生产管理中的问题，归纳起来瓶颈问题大约归纳为如下两类： ( 1 ) 空间电子产品加工、装配以及环境试验能力严重不足 目前该企业在生产、调试、试验、测试各环节上，存在影响生产加工能力和高效运 作的多种因素，具体表现在生产环节中的某些工序、工步设施存在的瓶颈，制约了整体 生产效率的发挥，影响了先进生产工艺技术和高效生产组织管理流程的应用；某些测试 系统工序运作自动化水平及信息处理交换水平的低下，既影响研制测试效率提高，也影 响产品质量的提升，制约着生产研制流程运行的速度；此外，由于对加工设备，环试设 备数量能生产能力的信息监控与采集不足，资源利用率统一不准确，对生产任务的编排 产生影响，使那些主要以工作时间为考核要求的工作事项，研制过程条件无法满足任务 对进度和数量的要求。为满足飞船、卫星等研制任务数量和研制进度的需求，必须使生 产、实验、调测流程的综合、整体效能有一个全面的提升。 ( 2 ) 研制生产运作模式急需转变，以实现跨越式发展的目标 任务的压力，要求我们的产品研制能力实现一次跨越式的发展，但目前研制体系和 生产运作模式严重制约着产品质量和产量能力的进一步提高。该企业从早期科学院的运 作体系，经过4 0 年的发展和建设，虽然基本上实现了从主要进行学术研究的机构向宇 航产品工程所的转化，但目前卫星研制仍处于传统的单星研制生产、运作、管理模式， 还基本处于研究室出产品的单件生产状态，研制生产的各个环节分布在若干分散场地， 产品频繁地在研究室、加工车间、装配车间、环试、测试的不同场地进行着室外开放式 的往复周转和停顿。一些重要的调、测手段也处于临时搭建的状态。至使资源分散，难 以实现专业化和高效运行。为适应新任务的发展，迫切要求重新整合和优化资源配置， 1 4 西北大学硕士学位论文 进行流程再造。采用技术状态稳定、自动化程度较高的生产线运作模式和产品制造、测 试、试验手段，生产过程进行专业化分工配置，改进和优化工艺技术流程，以大幅度提 高研制生产运行效率。 基于此，该企业迫切需要快速提高生产制造能力。虽然经过历年的建设，科研生产 条件已经有了很大改善，研制能力有了较大提高。但与当与当前的形势和任务相比，还 存在一些差距。为此必须通过研制保障条件技改，增补相应设施，实现研制生产流程再 造，形成空间电子产品小批量、多品种研制生产能力，实现生产制造能力跨越式的提升。 2 4 针对现状问题的m e s 解决方案 对于制造企业的经营管理者来说，一个实时的、有效的，并能和供应链紧密配合的 生产管理系统是必不可少的。m e g 系统就能有效解决生产管理中面对的种种问题和面临 的瓶颈。下面本文尝试分析m e s 系统在生产管理中发挥的作用。 ( 1 ) 实时监控生产现场、达到生产现场透明化 通过基础定义，用户在组织生产时只需要确定产品，系统自动确定相关的物料信息 和生产路线。生产过程中所有的操作信息也由系统实时地记录下来，大大减少随工单数 量，保证信息传递的准确性。系统提供车间管理人员将物料或半成品安排到指定设备进 行作业，并在作业中提供作业指导，提示工作人员作业步骤。系统的数据收集功能能够 实时收集现场的质量、物料信息，并自动记录作业人员与作业时间等作业信息。生产作 业中的异常情况也在系统中实时记录，以保证日后的统计分析。 ( 2 ) 改善品质管理的效果、提高产品质量 系统能够约束设备的使用，设定设备的用户权限，避免由于人为判断的错误和无权 限人员的操作导致的设备使用错误。生产作业中出现与目标不一致的异常品，系统可以 通过w l p 管理，立刻暂停现场所有潜在批次的作业，减少损失。根据异常处理约束，系 统将禁止超出约束范围的操作。现场的异常处理信息可以被迅速地传递到其他相关部 门，以便于做出调整与准备。现场数据还可帮助品质工程师及时地对现有的产品、流程 进行调整，避免并预防品质事故的发生。 ( 3 ) 提供完整准确的制造数据、建立完整产品追溯体系 通过现场的数据收集，建立起物料、设备、人员、工具、半成品、成品之间的关联 关系，保证信息的继承性与可追溯性。系统提供的实时数据，既可以向生产管理人员提 第二章航天电子企业生产管理现状分析 供车间作业和设备的实际状况，也可以向业务部门提供客户订单的生产情况，还能够根 据实际生产的情况计算出直接物料耗用成本。基于现场数据的报表和查询功能，能为高 层管理人员的决策提供支持。减少了大量的统计工作，并增加了统计的全面性与可靠性。 实现制造数据的可追溯性。 2 5 本章小结 本章描述了h t 航天电子企业生产管理的主要内容，详细分析了航天电子企业的生 产管理过程、特点，以及目前管理模式的不足，由此引出m e s 解决方案。在接下来的第 三章将对m e s 系统的进行细致的论论研究。 1 6 西北大学硕士学位论文 第三章制造执行系统( m e s ) 理论研究 上一章分析了航天电子企业目前面临的生产制造管理问题，并引出m e s 的概念，本 章着重与对于m e s 进行概念定义、理论研究。 3 1 概述 随着社会和科学技术的发展，市场全球化导致竞争日趋激烈，企业面临的压力越来 越大。由于3 c 因素，即竞争( c o m p e t i t i o n ) 因素一日趋激烈、全方位、多元化、全球化， 变化( c h a n g e ) 因素一环境和技术的变化和发展，客户( c u s t o m e r ) 因素一需求多样化，促 使人们寻求新的生产方式以求得企业的生存和发展。 在这种背景下，各种生产管理与控制方式，如制造资源计划m r p i i 、准时生产j i t 、 最优生产技术o p t 、以及精益生产l p 、敏捷制造a m 相继出现。纵观这些生产方式和制 造模式，其目标、内容不尽相同。其中m r p i i 是通过物料的不同提前期，制定物料需求 及相关的资源的需求计划，以保证生产的进行；而j i t 通过看板的方式追求无库存的高 效生产，o p t 则是通过生产瓶颈的分析来优化生产组织，保证生产均衡，这两者强调的 是生产过程的控制；精益生产通过精简一切不必要的组织和活动，通过团队的协作来实 现；而敏捷制造则通过动态联盟，最大限度地利用全球资源，实现灵捷制造。 在这些方法中，目酊应用较为广泛的是m r p i i e r p 。在m r p i i e r p 中，特别强调计 划的执行。然而计划的有效执行重要的保证是底层制造过程、控制系统必须有效纳入到 计划体系中。 然而，2 0 世纪8 0 年代后期，全球市场竞争日益激烈，上层生产计划管理受市场影 响越来越大，计划的适应性问题目渐显露出来，与底层生产过程之间脱节的矛盾也日益 突出。如何有效地解决两者之间的矛盾，充分利用上下两层之间的数据，提高计划的实 时性和灵活性，同时又能改善生产线的运行效率，己成为一个重要的研究课题。 制造执行系统的出现，在面向信息管理的m r p i i e r p 与制造单元的底层控制系统之 间构筑一座桥梁，解决了连接企业上层管理与工作地之间过去一直被忽略但却急需解决 的信息断层问题。 3 2m e s 理论简介 制造执行系统( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ，简称m e s ) 的概念最早形成于2 0 第三章制造执行系统( m e s ) 理论研究 世纪8 0 年代末，进入9 0 年代逐步成型并获得迅速发展。制造执行系统国际协会 ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e ma s s o c i a t i o n ，简称m e s a ) 的成立更推动了m e s 的发 展。 如今，制造执行系统已成功的运用于汽车制造、半导体、电子产品、食品、制药、 航空、医疗设备、纺织等行业。 3 2 1m e s 的定义 目前人们对制造执行系统m e s 还没有一个统一的定义，比较受大家认同的是国际制 造执行系统协会m e s a ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e ma s s o c i a t i o n ) 对m e s 所的定 义n 町噜 ：m e s 能通过信息传递对从对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管 理。当工厂发生实时事件时，m e s 能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对 它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使m e s 能够减少企业内部没有附加值 的活动，有效的指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善 物料的流通性能，又能提高生产的回报率。m e s 还通过双向的直接通讯在企业的内部和 整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。” 另外，美国先进制造研究机构a m r ( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h ) 将m e s 定义 为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”， 其主要的任务是为操作人员管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源( 人、设备、 物料、客户需求等) 的当前状态，均衡资源的利用率，在保证计划顺利进行的前提下， 提高产品质量，缩短产品制造周期等来提高企业的敏捷性n 钔啪1 。a d r 通过对大量企业的 调查于9 0 年代提出的三层企业集成模型清楚地表达了m e s 在企业系统中的地位如下图 所示2 粥： 图3 - 1a r m 的企业三层模型 两北大学硕上学位论文 计划层：强调企业的计划，它以客户定单和市场需求为计划源，充分利用企业内部 的各种资源，降低库存，提高企业效益。e r p 可归属于企业的计划层。 控制层：通过m e s 把e r p m r p i i 与企业的现场控制有机地集成起来。 执行层：强调计划的执行和控制。它为操作人员和管理人员提供计划的执行和跟踪 以及所有资源的当前状况，主要负责生产管理和调度执行，是位于上层的计划管理系统 与工业控制系统之间的面向车间层的管理信息系统。 从这个模型可以看出，制造执行系统是位于企业上层生产计划( m r p i i e r p ) 和低层 工业控制之间，面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。m e s 强调制造计划的执行， 它在计划管理层和底层控制之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的空隙。 从以上定义可看出m e s 的关键是强调整个生产过程的优化，它需要收集生产过程中 大量的实时数据，并对实时事件及时处理。同时又与计划层和控制层保持双向通信能力， 从上下两层接收相应数据并反馈处理结果和生产指令。因此，m e s 不同于以派工单形式 为主的生产管理和辅助的物料流为特征的传统车间控制器，也不同于偏重于作业与设备 调度为主的单元控制器，而应将m e s 作为一种生产模式，把制造系统的计划和进度安排、 追踪、监视和控制、物料流动、质量管理、设备的控制和计算机集成制造接口( c t m ) 等 一体化去考虑，以最终实施制造自动化战略。 近年来，一些m r p i i e r p 软件试图将其车间管理的功能向下延拓，而一些底层控制 软件如d c s ( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，分布式控制系统) 软件、各种组态软件等尝 试向上延伸功能。可是尽管增加了一些功能模块，却收效不大；e r p 软件缺少足够的控 制信息，无法做到与控制系统紧密相连；d c s 、各种组态软件等控制软件又缺乏足够的 控制信息，不能实现对生产的管理与控制。因此造成了企业内部的信息传递瓶颈，不能 对日新月异的市场变化做出快速响应。这主要是虽然重视了计划管理( p l a n n i n g ) 和底层 控制( c o n t r 0 1 ) ，却忽视了车间执行( e x e c u t i o n ) 功能。因此重视执行功能对企业来说， 可以起到事半功