（机械制造及其自动化专业论文）航空制造业车间生产过程跟踪与管理技术研究.pdf

沈阳航空航天大学硕士学位论文 摘要 随着企业信息化技术的广泛运用，以企业资源计划( e r p ) 为代表的管理信息系统己 在生产经营活动中起到了重要的作用。但是随着行业竞争的加剧，导致对企业对生产能 力和生产效率提出了更高的要求，不仅仅关注于计划的执行结果，更关注生产现场计划 的执行过程和对生产现场各种资源状态的掌控。 本文根据目前国内航空企业离散型制造车间的整体情况，在对某企业制造车间生产 管理需求分析的基础上，提出了车间产品跟踪及信息反馈系统的总体方案和体系结构模 型。通过采用触控输入设备和开发触控信息采集系统，建立车间信息采集网络。实现对 工厂内的各种对象，包括人员、设备、在制品等的控制。通过开发触控现场信息反馈功 能和现场问题实时部门警示功能，建立现场问题反馈快速采集反馈系统，实现现场问题 的快速提问和快速响应。 针对我国某航空企业数控加工车间，进行了详细的调研和分析，运用结构化建模方 法，使用i d e f 0 建模工具建立系统及其子系统的功能模型。使用i d e f l x 建模工具来建 立系统的信息模型，在此信息模型的基础上，实现了数据库系统的建立。 在j 2 e e 技术框架下，运用j a v a 、j s p 、x m l 等技术，构建了b s 模式的w e b 系 统平台。并结合北京虎蜥公司的a b p 柔性可配置快速开发平台做基础信息页面的配置 开发，并最终实现了原型系统的建立。 本文通过对航空企业建立生产跟踪与信息反馈的新模式，将大大提高企业对生产现 场掌控能力；通过建立现场问题的快速反映机制，将大大提高对现场突发状况的处理效 率。最终实现提高航空企业生产管理水平的目的。 关键词：制造业；离散；数据采集；信息反馈 沈阳航空航天大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h et e c h n o l o g yo fi n f o r m a t i o n i z a t i o ni sw i d e l yu s e d ，a se r p ( e n t e r p r i s e r e s o u r c ep l a n n i n g ) h a sp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei np r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n ta c t i v i t i e s a s t h er e s u l to ft h ef i e r c e ri n d u s t r yc o m p e t i t i o n ，e n t e r p r i s e sh a v et op u r s u eg r e a t e rp r o d u c e a b i l i t ya n dp r o d u c t i o ne f f i c i e n c y t h i sh a sc a u s e dt h a ye n t e r p r i s e sn o tj u s tf o c u s e do nt h e i m p l e m e n t a t i o no ft h ep l a n n i n gr e s u l t s ，b u tp a i dm o r ea t t e n t i o nt ot h ee x e c u t i o no fp r o d u c t i o n p l a n n i n ga n dv a r i o u sr e s o u r c e ss t a t ei nw o r k s h o p a c c o r d i n gt ot h es i t u a t i o no fc u r r e n td o m e s t i ca v i a t i o ne n t e r p r i s ed i s c r e t em a n u f a c t u r i n g w o r k s h o p ， b a s e do nt h er e q u i r e m e n t sa n a l y s i so fe n t e r p r i s e sm a n u f a c t u r i n gw o r k s h o p p r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n ts i t u a t i o n ，t h i sp a p e rp r e s e n t st h ew o r k s h o pp r o d u c tt r a c k i n ga n d i n f o r m a t i o nf e e d b a c km o d e la n dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s st r a c k i n ga n dm a n a g e m e n ts y s t e mf o r a v i a t i o nm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y b yu s i n gt h er fd e v i c e s ，t o u c hi od e v i c e sa n dd e v e l o p i n g t o u c hs y s t e mf o ri n f o r m a t i o nc o l l e c t i n g ，aw o r k s h o pi n f o r m a t i o nc o l l e c t i o nn e t w o r ki s e s t a b l i s h e d ，t or e a l i z et r a c k i n ga n dc o n t r o l i n gt h ev a r i o u so fo b j e c t si nw o r k s h o p ，s u c ha s w o r k e r , e q u i p m e n t ，m a t e r i a l sa n dt o o l se t c b yd e s i g n i n ga n dd e v e l o p i n gt o u c hi n f o r m a t i o n f e e d b a c kf u n c t i o na n dp r o b l e mr e a l - t i m ew a r n i n gf u n c t i o n ，ap r o b l e mf e e d b a c ks y s t e mi s e s t a b l i s h e d ，t or e a l i z ep r o b l e mq u i c kf e e d b a c ka n dr e a l t i m ew a r n i n g ad e t a i l e di n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so nn cm a c h i n i n gw o r k s h o po faa v i a t i o ne n t e r p r i s e ， u s i n gs t r u c t u r e dm o d e l i n gm e t h o d ，f u n c t i o nm o d e l so ft h i ss y s t e ma n ds u b s y s t e m sa r e e s t a b l i s h e db yi d e f 0m o d e l i n gt o o l s b yi d e f1xm o d e l i n gt o o l s ，t h es y s t e mi n f o r m a t i o n m o d e l sa r ee s t a b l i s h e d b yu s i n gt h o s em o d e l s ，t h ed a t a b a s es y s t e ma r ee s t a b l i s h e d i nj 2 e et e c h n o l o g yf r a m e w o r k ，u s i n gj a v a , j s p , x m lt e c h n o l o g ye t c ，ab sm o d e l w e bs y s t e mi se s t a b l i s h e d c o m b i n e dw i t hb e i j i n gh u x ic o m p a n y sa b pf l e x i b l e c o n f i g u r a b l er a p i dd e v e l o p m e n tp l a t f o r m ，s o m eb a s i ci n f o r m a t i o np a g e sa r ed e v e l o p e d ， f i n a l l yap r o t o t y p es y s t e mi se s t a b l i s h e d t h i sp a p e rp r e s e n t san e wm o d eo ft r a c k i n gp r o d u c t i o np r o c e s sa n df e e d b a c k i n g p r o d u c t i o ni n f o r m a t i o nf o ra v i a t i o ne n t e r p r i s e t h i sm o d ew i l lg r e a t l yi m p r o v e t h ea b i l i t yo f c o n t r o l l i n gt h ep r o d u c t i o ns t a t u si nw o r k s h o p ；o t h e r w i s et h i sp a p e rp r o p o s e sap r o b l e mq u i c k r e a c t i o nm e c h a n i s mi nw o r k s h o p ，t h a tw i l lg r e a t l yi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fs o l v i n gt h e e m e r g e n c i e si nw o r k s h o p a l lo ft h i s c a ni m p r o v ep r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n tl e v e lo f i i 沈阳航空航天大学硕士学位论文 a v i a t i o ne n t e r p r i s e k e y w o r d s ：m a n u f a c t u r i n g ；d i s c r e t e ；d a t aa c q u i s i t i o n ；i n f o r m a t i o nf e e d b a c k i i i 沈阳航空航天大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 在制造业企业中，尤其是离散型制造企业，随着先进制造技术，如d n c 技术、多 轴加工中心、高速机床等的不断引入，企业的实际制造能力大大的提高。但在企业的实 际运营过程中，先进制造设备的大量使用却没能使企业得到预期的高生产率和高利润 率，此现象在我国航空制造企业体现的尤为明显。因此，企业逐渐意识到，只拥有先进 的制造加工设备，是不能使企业在市场竞争环境愈加激烈的情况下，提高自身竞争力。 提高企业的整体实力，企业的管理水平高低更是关键所在，提高设备的加工效率、提高 工人的生产效率，减少在制品率、减少生产成本等都需要靠科学合理的管理手段。 提高企业的管理水平的重要方式之一，就是企业的信息化建设。目前制造业企业的 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 1 】。 企业生产管理的信息化建设主要通过建立m r p i i e r p ( m a n u f a c t u r er e s o u r c e s p l a n n i n g e n t e r p r i s er e s o u r c e sp l a n n i n g ，制造资源计划企业资源计划) 、p d m p l m ( p r o d u c t d a t am a n a g e m e n t p r o d u c tl i f e c y c l e m a n a g e m e n t ，产品数据管理产品生命周期管理) 等系 统，来实现更高效、更快速、更准确、更节约的管理 1 】。 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 ，制造执行系统) 也是生产管理的信息化建设的 重要系统之一。其主要作用在于弥补计划和控制系统之间的断层，是业务管理系统和设 备控制系统之间的纽带，通过m e s 系统，可以有效的提高计划的执行能力和生产进度 的控制能力，实现了计划和控制系统的数据传输和共享。对于一个企业来说，完整的、 能够引导其保持长期的业务利益和价值的企业信息系统，必须是底层控制系统、制造执 行系统和企业规划管理信息系统三者协同作用的整合【2 】。 车间产品跟踪与信息采集则是m e s 系统的重要组成部分之一，其主要通过自动化 设备、自动识别设备以及人工等方式进行生产加工信息的采集，并将采集的信息进行统 计处理，反馈给生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等【3 j 。 目前在产品跟踪与生产信息采集方面，一些企业仍然采用传统的人工记录方式进行 沈阳航空航天大学硕士学位论文 生产数据采集，这种方式不仅效率低下，耗费较多人力和时间，而且采集的数据需要花 费大量时间进行统计分析，无法反应实时信息。在某些数控设备使用较多的企业，通过 将d n c 技术与m e s 系统结合，实现了数控机床加工数据的采集，虽然采集效率较高， 但数据采集准确性和数据的全面性难以保证。因此，设计一种准确高效，同时又可以将 采集的信息统计处理后反馈给所需部门的产品跟踪与信息采集系统，将有效地提高制造 系统整体效率，从而为增强企业的竞争力、生产效率以及提高企业的信息化管理水平带 来很大帮助，本课题正是在这样的背景下提出的。 1 2 生产过程跟踪与信息反馈的发展现状 车间生产过程跟踪与管理系统是m e s 的主要组成部分，m e s 的总体应用与研究水 平能反映出车间生产过程跟踪与信息采集的水平。在国外，美国政府把包括m e s 在内 的c i m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ) y u 为影响国家经济命脉和地位的2 2 项关键技术之一，企业、大学等研究部门也积极响应，以m e s a 的建立为标志，美国对 m e s 的研究产生了质的飞跃【4 j 。 欧共体实施的跨国合作发展计划中，m e s 等c i m s 也占有很大比重。英、德、日也 制定了各自的发展战略计划，在日本，生产管理协会、工厂自动化推进协会、生产系统 模型专门委员会、实践m e s 研究会、工业调查会等组织经常组织m e s 的调查、研究和 召开各种主题专业会议，日本标准化与制造科技中心还制订发布了o p e n m e s 标准，日 本对m e s 研究的主要特点是注重求实，需求牵引，效益驱动，解决实际问题，其总体 效果较好【5 】。 相对来说，国内在m e s 及车间生产过程跟踪与管理系统方面的研究起步要晚一些。 国家8 6 3 计划“制造自动化”专题的目标是结合国际研究的前沿和国内实际情况，研究 c i m s 等先进制造模式下的m e s 制造执行系统的体系结构、运行模式、系统重构、建模 技术、调度计划、仿真以及与其它系统的集成技术。 近年来，西北工业大学、北京航空航天大学、重庆大学等高等院校和科研院在国家 8 6 3 计划资助下也在以m e s 为基础的生产信息采集系统的开发与应用方面做了大量的 工作。 重庆大学何聪、王旭等人提出的r f i d 无线射频技术在汽车生产中信息采集的方案。 2 沈阳航空航天大学硕士学位论文 实现汽车整车及零件生产过程中的，无接触方式信息采集。 西北工业大学的于晓义等，提出了离散制造企业车间在制品跟踪管理方法，确定在 复杂的工艺规程、多变的加工状态及并行的组合装配环境下的车间在制品跟踪管理所需 的信息及集成方式，建立车间在制品跟踪管理与制造执行系统的规范化的接口机制实现 了在制品核心处理流程。 重庆大学秦浩等人提出的基于无线识别技术和条型码融合技术在制品标识与信息 采集方案。以无线识别技术和条型码为采集设备，结合工位控制器，提出了在离散制造 生产过程中在制品的标识应用模式【6 】。 随着国内企业对自身管理水平要求的不断提升，企业对m e s 系统的需求也逐渐增 多，一些企业与国内m e s 系统的开发商一同开发，并提出了一些符合企业实际的生产 过程跟踪与管理系统的解决方案。如：西飞集团定制开发的m e s 系统，采用北京c a x a 公司提供的网络d n c 技术，实现了数控设备的j n - l _ 信息采集，对机床运行时的加工信 息进行反馈和采集。另外还如上海宝钢m e s 、中国石化m e s 、西飞m e s 、i c o n - - m e s 等，都提出了相应的跟踪管理解决方案【7 j 。 近些年，制造执行系统在我国企业中逐步被应用，尤其是在大型企业如汽车、航空 等企业。但与西方发达国家相比，我们国家的m e s 还处于起步阶段，尤其在生产过程 跟踪和生产信息采集反馈方面，不论在技术研究的深度，还是在应用的广度上，都有较 大差距，其主要表现有以下几个方面： ( 1 ) 与系统相关的体系不够完整。目前对应m e s 系统的理论研究还不够深入和广 泛，对于不同行业的m e s 系统任然处于探索阶段，基本功能的建设还不够完善，大多 数系统还不能实现生产过程的有效跟踪和管理，对于离散型生产的调度和排产没有成熟 的算法，因此也无法实现这方面的功能。 ( 2 ) 没有统一的技术标准。目前国内缺乏统一的与m e s 相关的技术标准，因此市场 上的软件产品技术水平、功能与数据结构等各不相同，这不仅增加了系统开发与维护成 本，同时对于系统进一步升级带来一定的难度；另外，对于低水平的产品无在企业中带 来明显效益，这也会影响企业对m e s 的信心。 ( 3 ) 相关系统间难以实现集成。由于我国m e s 系统整体发展情况的限制，m e s 系 统中的其他子系统应用与研究同样不成熟，这就使得生产跟踪与信息采集系统与其它子 2 1 ；i j 航一j 航火人。学颂l j 学f 沦文 系统f i 能 陡好的集成，没有礼：准的数槲模型和数据接ii ，系统问绎常独莎c 他子系统l ： 作使数据1 i 能钳效的j l 字4 i 能允分发挥系统整体作川。 ( 4 ) 系统通j j 性差。现在旧内大部份系统是根槲h j ，- 的；击澍之定做的系统，4 i 仪刁i 能 舀：跨行业。p 应刚，对i 川行、j ，余| ，也f 挺难通川， l 能作为技术内参考。 ( 5 ) 信息采集效率低、准确性乃二l t i l 也跟踪j f 。? 息采集系统【 l 实时性l 吲“最婴，系 统篇；蛆及时准确将乍， ：过程的俄息进 j ：采集和处理，这些信，想将实时的传输到决策控制 人f l ：3 以便j ：他仃j 迅速州乍 ：过程t l ：4 些情况做 h 处理，似l j j 的系统i e i i i i 达剑这些要 求。 1 3 制造执行系统概述 上个世乡已九f 年i ， 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 ) c ；j 荚先进制造研究 机构a m r ( a d v a n c em a n u f a c t u r i n gr c s e a r c h ) 提：i j 。之后义十| f 继提m 了ij ，；的个、l ，缆成 奠骂! ，土j ：。r 2 、。, 1 1 印i 白j 【副。 f 图1 1 三层企业集成模型 【q 嘲滞j 逃执 j ：系统协会( m a n u t 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 m e s a ) x 、jm e s 的定义怂“m e s 提供为优化从汀j 、r 1 投入剑j 扣。l l i l 充成的乍f ：沂动所蔼；的f ；l 息。m e s 运川 及时、准确的信息指导、启动、【1 询心c 。史：i ：j j 。i 动，从i ( i j f j m 够x j 条f t 二的变化做迅 述的i j l 吨衄、i 茈少限增值j 币j 、捉商i i 1 逆作过n ! 的效率。m e s 1 i f l 州以改浮i 殳街投资 报：礼1 1 1 jh 订l 咖j ：及时交货、乃快j 乍打周转、提高l 段益和现金流的绩效。m e s1 ，i i 食 、f i ，羊供心链1 1 i j ，以舣阳交f | _ 的1 ；式提供牛，杠活动f l , , j 琏们“信，心。”9 1 f ：个纪 ，m e sf ! 剑了外企业f j 勺认町，j ；：进入快述发j 陡阶段。例继m 现j 两 种m e s ，【= ! j j 为样决巢个： ? 定领域叫题的i = jm e s 系统( p o i n tm e s ) f i ：j 仃1 定行、通肛j 沈阳航空航天大学硕士学位论文 性的集成m e s 系统( i n t e g r a t e dm e s ) 1 0 】。 本世纪初鉴于两类m e s 存在的不足，加上随着企业生产模式逐渐向敏捷制造发展， 企业业务流程重组的实施，企业环境的异构化以及企业间动态联盟的组建，对m e s 提 出了更高的要求。于是，美国管理界9 0 年代提出可集成m e s ( i n t e g r a b l em e s ) 的新概 念。把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”，它能将模块化应用组件技术应用到m e s 的系统开发中，是两类 t - m e s ( t r a d i t i o n a li v i e s ) 系统的结合。从表现形式上看，具有专用的m e s 系统的特点， 即m e s ( i n t e 卿e dm e s ) q b 的部分功能作为可重用组件单独销售：同时，又具有集成的 m e s 的特点，能实现上下两层之间的集成。从而实现客户化、可重构、可扩展和互操 作等特性，它为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪及所有资源( 人、设备、物 料、客户需求等) 的当前状态。 随着市场全球化趋势的加剧，车间生产环境越来越充满了不确定性，因此要求车间 面对任何不可预测的外部变化和内部扰动能够及时地、高质量地、低成本地生产出满足 客户需求的产品以适应敏捷制造的要求，因此m e s 的敏捷化、实时性、智能化和集成 化已成为m e s 的重要发展方向。 图1 2m e s 一般功能模型( m e s a ) m e s 本身也是各种生产管理的功能软件集合，m e s a ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o n s y s t e m sa s s o c i a t i o n ) 通过其各成员的实践归纳了十一个主要的m e s 功能模块，包括：工 沈阳航空航天大学硕士学位论文 序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管 理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集。m e s 的 功能模型如图1 2 所示。实际的产品可能是包含其中一个或几个功能模块1 3 14 1 。各模块 的功能简述如下： ( 1 ) 生产运作与工序调度：提供给相关生产单元生详细的生产作业计划，其中包 括产品投产优先级、属性、特征的定义，计划开工和完工日期的计算等。其目标是通过 对作业队列制定的科学合理的作业顺序，从而最大限度减少生产过程中的作业等待时间 和准备时间。 ( 2 ) 资源配置及状态管理：管理人员、设备、物料、工具、以及其他生产实体， 用以保证生产过程中设备的正常进转。它还要提供资源使用情况的历史记录，确保设备 能够得到及时有效的维护管理。 ( 3 ) 生产单元分配：以作业计划、订单、批量和工作单等形式管理生产单元间的 工作流。当车间有事件发生时，要提供一定顺序的调度信息并按此进行相关的实时操作。 ( 4 ) 文档管理：控制、管理并传递与生产单元有关的信息文档，如指令、配方、 工程图、工艺规程、数控加工程序、批量加工记录、工程更改通知以及各种转换操作间 的通讯记录等，同时也收集与工作和环境有关的标准信息。 ( 5 ) 产品跟踪管理：通过跟踪零件在生产流转过程中的位置和状态信息来获取产 品的历史加工记录，通过该记录可以实现对产品组及每个最终产品的可追溯性。 ( 6 ) 性能分析：比较实际生产过程中检测的数据与同项目历史数据，同时结合企 业既定的目标以及客户要求。并提交对比报告用以辅助性能的改进和提高。 ( 7 ) 劳务管理：跟踪记录员工的考勤状态信息、生产工时数据信息、专业技能水 平、工作模式，根据业务需求的变化来指导人员的工作，以产生最优配置。 ( 8 ) 设备维护管理：建立设备故障解决知识库，并通过设备跟踪与监控活动，对 突发问题进行快速响应，以保证重要资产设备的正常运转，以实现生产计划的执行目标。 ( 9 ) 过程管理：通过对生产过程的监控，对生产过程中的错误及时报警，并能想 用户提供决策支持。主要集中在被监视和被控制的机器上。 ( 1 0 ) 质量管理：实时跟踪产品各个阶段的质量信息，并建立产品质量问题知识库， 对出现的质量问题进行诊断和分析，并提供质量问题改进方案。 6 沈阳航空航天大学硕士学位论文 ( 1 1 ) 生产数据采集：通过人工和自动化方式，对生产现场人员、设备、零件生产 过程等生产单元数据进行收集，并通过数据接口为生产计划部门，、生产管理部门以及设 备管理等部门提供现场数据。 其中产品跟踪管理、过程管理和数据采集是车间生产管理的重要组成部分，他们与 工序详细调度组成了m e s 系统的核心，也是企业需求的主要部分，同样也是系统建立 的难点。图1 3 为m e s 系统作业模型。 1 4 研究目的及意义 图1 3m e s 制造作业模型 随着航空制造企业生产任务的大量增加，生产过程变得更加复杂，生产计划执行过 程中暴露出诸多问题：一方面生产作业计划的制定仍然靠计划员的经验，虽然经验在生 产过程中起到一定作用，但当有新产品投产或生产任务繁重，生产情况变得复杂时，单 靠经验就无法满足生产管理需要；另一方面生产现场各种资源状态不能准确掌握，生产 加工过程中产生的大量有价值数据没有采集利用，生产过程中遇到的问题不能及时上报 并解决，导致问题的解决迟缓或拖延，直接影响生产进度，导致计划执行的延迟。另外 7 沈阳航空航天大学硕士学位论文 信息流运行方式多是以纸质为载体，信息无法及时传递给相关人员或传递过程中产生错 误，而企业内的信息又是随企业的日常经营活动时刻变化着的，很多情况下信息的滞后 导致有效的信息失去价值。 近年来，国内的一些企业逐渐发现生产管理中的诸多问题，开始关注m e s 系统和 生产跟踪系统，并有很多企业尝试引入此类系统；一些研究机构也开始有更多项目对此 类系统进行研究和开发。但由于离散行业本身生产和管理过程较为复杂，还没有一套针 对离散型制造业的使用高效且采集数据准确的系统模型及架构方案。 因此针对某航空企业典型离散生产车间，提出一套使用高效、采集数据准确的生产 跟踪与信息采集系统，实现具有行业特点的系统模型及架构方案是本课题的主要目的。 对促进m e s 数据采集系统相关理论和技术研究的发展，从而促进我国m e s 系统的实用 化、产业化和国际贸易化，进而提升我国航空企业制造、管理水平，进一步提升企业的 国际竞争力具有重要意义【l5 1 。 1 5 研究内容及论文结构安排 本文以国内某航空制造企业某机械加工车间为研究对象，研究开发适应企业自身特 点的产品跟踪与反馈系统，以满足车间生产现场产品实时跟踪与生产信息反馈的需要， 使计划层和调度层能够及时地掌握任务在设备上的加工进度和工时信息，同时了解物料 在现场的流动记录。论文主要包括以下内容： 第一章：绪论。介绍了论文的研究背景，论述了生产跟踪与管理技术的发展概况及 国内外研究现状，指出了本课题研究的目的与意义，规划了本文的主要研究内容。 第二章：相关理论与技术概述。制造执行系统理论研究对基础理论制造执行系统的 定义、功能，以及与生产跟踪与管理系统的关系；提出了以快速识别和输入设备为基础 的交互式产品跟踪与信息采集系统。 第三章：车间生产过程跟踪管理需求分析与总体设计。总结了企业车间的管理现状 并进行系统需求分析，以制造执行系统理论为指导，建立了车间业务流程模型，并对车 间生产过程跟踪与管理系统进行了总体设计。 第四章：系统详细设计。对系统各个子模块进行了功能上的详细设计，并进行了数 据库模型的建立。 沈阳航空航天大学硕士学位论文 第五章：系统实现与应用实例。对系统的数据库结构进行设计，并对系统开发技术、 系统运行的网络环境、系统开发工具进行了介绍，说明了系统的应用状况。 第六章：总结了本文的主要研究工作与应用成果，并对今后需要进一步完善和深化 的内容进行了展望。 9 沈阳航空航天大学硕士学位论文 第2 章车间生产过程跟踪管理分析与建模 产品跟踪与信息反馈在制造执行系统中扮演着非常重要的角色，它不但为生产计划 部门提供生产进度信息，同样为设备、工艺等部门提供相应的现场信息、甚至为企业领 导者提供决策相关信息。因此做到准确的在制品状态跟踪和合理的信息反馈，对企业生 产运作有着十分重要的意义【l6 1 。本章将对离散制造企业车间进行产品跟踪与信息反馈的 需求分析，并对企业管理运作流程进行建模分析。 2 1 航空企业车间生产管理概况 2 1 1 车间生产特点分析 航空制造行业其产品按订单计划生产，产品结构十分复杂，零件总量非常庞大。生 产组织模式按工艺导向原则划分，零件生产过程不连续，生产周期长。相对流程生产型 行业有很多不同： ( 1 ) 多品种小批量生产模式 航空制造业由于其产品结构复杂，生产周期长，无法实现单一品种的大批量生产。 在实际生产过程中，订单内容多以多品种小批量的形式出现。 ( 2 ) 零件生产过程复杂且生产周期长 由于是按订单生产，产品每一级组件的生产都要准确计算出计划交付日期，然后再 按交付日期进行生产。由于各零部件具有不同的结构，不同的技术要求，不同的加工工 艺流程；同时，各零部件的配套级别不同，各种零部件之间的加工路线既有串行又有并 行。另外，在生产过程中，受到企业资源( 设备、人员、场地等) 的限制，外部原材料的 订货，材料能否按期到货，产品需要外协加工，生产过程中产生的问题( 如工艺问题、 设备问题、质量问题等) ，这些都不可避免的导致生产过程中各产品出现相互冲突和竞 争，使生产过程更加复杂。 ( 3 ) 影响生产的动态因素较多 生产的运行会受到许多企业内部因素的影响，如工艺变动、设备故障、生产资源状 态、人员变动、工件到达的时间等；另外市场需求、技术发展、市场竞争等外部因素也 会对生产产生不同的影响。 1 0 沈研 航。卜f c 犬入学顶十学何论文 ( 4 ) 生产现场信息避入 j 托r l “ ，j i t - i 弦过羁_ 需要人：寺的实体资源，如毛料、机j 未、：1 ：人、i ：装火j 七、j l 、最 等。h 时义篇；喽大：最的信息资源，耍汁划f 占息、调度f 氘想、t 艺信息、资源状念信息 等。n ：实阮：牛产的过程t i 人晶 物流j 信息流仡乍j 忙现场交融，导致乍产：现场。 占况f 分 复杂，牛，：控制和f 羔包采集蜓加困难。 2 1 2 车间物流分析 制造砷! 企、j p 以乍j 忙为核心，尤j 赴航令企业，完全按照i , j 。单乍j 扣嘤求对牛广：活动 进 j - 严格f 内时l i f l j 控制m 18 1 。对j ：结构件的乍产， 讷j ，复杂的物流和信息流贯穿丁! i 产：锊 理的全过程m 物流足 | j 瞒i 材料等资源的输入剑变为成c l 输f i 5 i i j 进行的运动过样，它足 彳r 彤的j p 向流动，i - i f 【! 对某航空企业一机加车问生产：过程的物流进行分析。生，札j 弓生 j 札车州“接槲关的部j ! 要有工艺室、汁划窀、! l ，札科、各个一段以及箨个侔，房。 围围 图2 1 航空企业乍f h j 物流分析图 l ：段乍7 ：所；州| ，j 物车： 、i 监水源自i 种 种足还未进 j ：7 j i i 【：过的七坯料，种足l 圆旬曰 沈阳航空航天大学硕士学位论文 经进行多道工序加工过的半成品零件，还有一种为生产所用的标准件。毛料的主要来源 为外厂的加工件，本厂计划科对毛料制定采购计划，然后将计划发送到对应的毛料生产 厂，并将到厂毛料放入本厂毛料库。对应半成品有两种来源，一是本厂加工的半成品， 另一种为外厂加工的半成品。本厂半成品由本厂计划科制定生产及存放计划，对于由外 出加工的协作加工件，需与外厂协调交货期。对于生产所用的标准件，由厂内计划科制 定采购计划，将计划发送到公司标准件库。 在加工过程中的物料流转，包括物料的入出库、各种资源的入出库、物料在工序间 、 不同加工地点间的流转，大部分流转过程由配送部门负责，也有部分由工人负责。另外， 对于不同生产厂间的协作件，需要在不同生产厂间进行流转，配送一般由生产完成方负 主 贝0 对于生产完成产品，大部分根据公司订单按时交付到指定部门，部分为外厂生产的 产品根据对方与本厂协调的交付时间交付，还有一部分为厂内储备件，存入库房备用。 对于生产所需的辅助资源，一般由公司对应的生产厂或负责采购的部门负责提供。 2 1 3 车间生产管理流程分析 生产车间作为完成产品制造过程的关键环节，是信息流与物流的交汇点，涉及到产 品生产过程中的方方面面【1 9 2 0 ，2 7 1 ，如详细计划排产调度、生产加工、外协生产管理、在 制品管理、库存管理、零部件生产进度控制等，因此以生产车间为重点分析其生产管理 流程如图2 2 所示。 首先厂内计划室接收公司的月生产计划，结合厂内当月的临时计划、废补计划和厂 内生产计划，四种计划相结合制定出统一的工段级月生产计划，并将此计划下发到执行 生产的相应各个工段。厂内计划室除制定生产计划外，同时还要根据制定出韵生产计划， 以及各个库房资源的库存情况制定资源需求与采购计划。 工段在接收到计划室制定的生产计划后，根据车间的实际生产能力和订单的交付时 间要求以及计划员排产的经验，制定出更详细的车间作业计划；计划制定后在结合所需 资源的库存情况进行计划调整，最终制定出执行生产的车间作业计划。工段计划员制定 计划后打印生产跟踪卡，并连同车间计划一同下发给工段长，由工段长执行实际的派工， 同时向工段配送人员下发配送任务。 工段长派工是将某一个或几个工序的加工任务分配给某个工人，要求在某个工作 1 2 沈| ；li 岛气，t 彬i 灭人，；土硕卜弓乏f 皇涟：文 地、某f 波舒j ：、在某个时川内完成j j 【】工任务：l i i ：j 时下发的还有产。：埘艮踪f ：和一l ：艺文档 等。产：t i f f 畏踪卡j i 璎用r 记求，妇：叫i ii 。j 产过程信息，町以实现产r 铺的生产过程可追溯性。 j 内容i i 要包括：跟踪r 编弓+ 、零件私称、_ l r 币编i ，、批与；、j ：艺文挡编i j 、i ：艺私称、 操作抒、，帆、m j 、完成时问、愉验l i 期、枪验结果等。产锅f 艮踪k 随零件 ：i q e l j 内流 转，当 【 现废- h 合格的零什转到卜道j ：序，废 则以坡一5 通知t n 的力式通失【】汁划部 门，制j 七废补计划艰新生产和进行补料。零件的所有工序加一j ：充后，要进行入j 4 ；检查， 合格件进入零件成i 占一i 准器装配。 j 发皇j 。务 唆6 处理 墼 一，!i：一 f ；试- 二“纷验_ _ 一 i - 一! 一，j 图2 2 乍l i j 业务流程图 i - i h j 现有的生产讨划进度信t u l 、捩耿方式，仍然足沿片j 传统f f 勺逐膳统汁获取办法，其 一 j 要一1 ：县为纸质汁划进度表，其流程如图2 3 所示。i ：段长通过j 零f 7 i j h - e 路线一l i ( j 流 转的产。门】跟踪- ，获取其所征一 段某订单生产进度，j i ：段计划员周期性通过t 段长统汁 ，、进度信息，一计划科计划贝 巧删期性通过1 ：段计划l ，i3 统汁。j n f 划的生，k 执 j ：情 沈m 航。卜航天人。学顾- j 学f 论文 i 兑，负，心! j 冉：的j 长 | f 定j n | 通过会议彳 集厂汁划员和j ：段汁划员反馈厂，】乍产：计划的执 j ：情况，以及 tj ：过程i i 的j ：要1 u j 题。此种方式：j ：要缺点住j ：，信息采集尤法保证反映 最新的乍产：进7 ； ：，川e l , r 统汁信息白 也会逐层增加。 j 办 计划科 ：0 卜，。苗j 孓定明拎a 小j 汁 o 薯划完成l 占况“坎j 见场枉l 必l 二j “的f 人 卜翻j 眦 人八 主管生产副厂长 厂讨划员 i ：段 1 ：段计划员建 期统计本l ：段 尼生产计划完 成情j ，己 工段工人 ：i = 段工段长：i ：段计划员 i 冬| 2 3乍产进度反馈流程图 ：j ：段工人 1 ：段l ：八 图2 , 4 乍【、h j 问题反馈流程图 1 邛】川i 产现场m 题反馈方【丽，现仃的力_ _ r ：嘤赴问题j 刍_ i j f 人、- j ：段洞俊、问题解决 部门的一- l ：! 镁j i = 如图2 4 所示。奠1 ，i - j 山：现场现某种t 问题；黯婴、业翻；i 、j 进 j ：解决州， 。一 1 4 定 充冀一，划 划汁汁况汁统产情r 期生成 - _ 一天天 譬 睫跟产生 天 沈阳航空航天大学硕士学位论文 当事人将情况反馈给工段调度，调度在通过现场当事人反馈的信息判断由哪个部门负责 解决，再通过电话等方式联系相应部门，等待人员现场解决。此种方式的缺点在于联系 层级过多，影响了问题的解决效率。 2 1 4 车间零件加工工时分析 时间定额是完成一个工序所需的时间，它是劳动生产率指标。时间定额是安排生产 作业计划，进行成本核算的重要数据参数。合理的时间定额能调动工人的积极性，促进 工人技术水平的提高。合理的时间定额可以准确的判断企业生产能力，从而使企业对生 产计划的制定、订单的交付以及原材料的采购等一系列行为变得更加科学合理。 在机械加工中，计算时间定额的主要数据参数为单件工序时间，即完成一个工件的 一道工序所需的时间( t o ) 。它由下述部分组成：基本时间) 、辅助时间、技术服务 时间( t c ) 、组织服务时间( t 曲和自然需要及休息时间( t n ) 组成。 基本时间t b ：直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置以及表面状态等工艺过 程所消耗的时间，称为基本时间。对机加工而言，基本时间就是切去金属所消耗的时间。 辅助时间t a ：各种辅助动作所消耗的时间，称为辅助时间。主要指：装卸工件、开 停机床、改变切削用量、测量工件尺寸、进退刀等动作所消耗的时间。 通常又将基本时间t b 和辅助时间t a 统称为作业时间t b 。 技术服务时间t c ：在工作进行期间内，消耗在照看工作地的时间，一般包括：更换 刀具、润滑机床、清理切屑、修磨刀具、砂轮及修整工具等所消耗的时间。 组织服务时间t g ：在整个工作班内，消耗在照看工作地的时间，一般包括：班前 班后领换及收拾刀具、检查及试运转设备、润滑设备、更换切削液和润滑剂以及班前打 扫工作场地、清理设备等消耗的时间。 自然需要及休息时间t n ：工人在工作班内恢复体力和满足生理上需要所消耗的时 间。 在实际劳动量计算中，为了简化单件时间的计算，通常把t c 、t g 、t n 三部分时间 统称为宽放时间，其计算方法如下， t 阿g + t n = t b 枣1 3 ( 2 1 ) 1 3 表示t c 、t g 、t n 占t b 的百分比。 因此，单件工序时间t o 计算方法如式2 2 所示： 沈阳航空航天大学硕士学位论文 t 0 = t b 木( 1 + 8 )( 2 2 ) 通过以上分析，可以得出在机械加工中的工时定额的计算所必需的数据参数为作业 时间t b ，因此该时间参数的获取方式成为时间定额计算准确与否的关键。通过调研可 以发现，在目前企业车间作业时间通常是由指定人员进行采集，此种方式工作量大，工 作周期长，导致作业时间数据陈旧，不能反映企业应有作业效率，并且数据准确性有限。 2 1 5 车间生产管理中存在的问题 经过对厂内生产管理现状进行调研和分析，总结出目前该车间生产管理存在的问 题，主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 缺乏及时准确的生产现场信息采集 生产现场各种资源状态不能准确掌握，生产加工过程中产生的大量有价值数据没有