引言
车间制造执行系统（Manufacturing Execution System），简称MES，是美国管理界上世纪90年代提出的新概念，是基于数字化技术建立的车间层作业计划与执行控制的系统，是制造系统实现综合优化的一项核心技术。国际KMMESA组织（KMMES国际联合会）对KMMES的定义：“MES是一些能过完成车间生产活动管理及优化的硬件和软件的集合，这些生产活动的覆盖从订单发放到出产品的全过程”。国外已开发出成熟的MES产品并进行了大量应用，如达索、西门子等公司均开发了自己的MES产品，在应用客户中取得了明显的经济效益。
国内在车间制造执行系统研究方面也已经开展了大量的研究，特别是近年来针对军工企业特点开发了针对性的MES产品，如武汉开目信息技术有限责任公司、北京航空航天大学、中江联合（北京）科技有限公司等，已经成功在航空、航天、电子等军工制造单位进行了工程化应用。
北京星航机电设备厂通过大量的调研，系统性能、稳定性和兼容性等指标的对比，最终选用了开目公司的车间制造执行系统（简称KMMES）。
1 KMMES的建设背景
近年来，随着科研生产任务不断增加，新产品研制周期和批量生产的转换周期明显加快，要求车间大幅度缩短零件工艺技术准备周期和零件加工周期，对质量控制和成本控制也提出了更高的要求。在生产数控车间中，单纯的依靠增加机床设备、扩大资源等方式来提高产能已经难以满足新的需求，同时，新的需求带来了企业制造管理方方面面的变革，为上至制造企业、下至制造车间带来了一系列的挑战。
制造信息化走到了今天，制造车间信息化数字化已为制造企业所广泛认同。企业领导已经清醒的认识到：制造技术的领先和制造过程的高效管理是保持可持续发展的关键。
北京星航机电设备厂虽然在信息化建设方面有了一定的基础，已成功实施了ERP/PDM/质量系统项目，但却仅限于企业专项业务层，而在中间的车间级执行层面上却是一片空白。企业面临以下问题：
●如何提升排产速度与灵活性，同时优化调度和生产活动，以应对任务完工期限的有限，以及人员、设备、任务的不断变化；
●如何实现制造过程的可追溯，对产品的生产过程进行记录，了解产品使用的原材料情况，生产过程情况（工艺、设备、质量等），从而及时发现生产过程中的质量问题，也为后续质量问题分析提供证据支持；
●如何实时展现生产过程中的设备加工情况、计划执行情况、生产资源调度情况、报警等信息内容；
●如何实现生产过程中产生的实时数据的统计分析，设备的利用率如何，人员的技能水平如何，哪个工序容易产生不合格品等等，从而为领导提供成本计算，质量分析，生产能力的决策支持。
KMMES便是实现这些要求的有效手段。
2 KMMES的解决方案
图1 KMMES的功能模型图
根据图1可以清晰的看出KMMES的七大功能管理与应用：数据资源管理、作业计划管理、作业执行管理、报警事件管理、监控管理、统计分析、决策支持。下面重点解说一下KMMES的六大亮点，也是为企业面临的急需问题提供的解决方案。
2.1 强大的有限能力排产，为计划制定和执行提供了科学依据
图2 计划排产流程图
KMMES计划排产是紧密结合与生产制造有关的人员、设备、物料等生产现场的实时情况，对生产计划进行精确的有限能力排产和控制，具体确定每道工序的投入和产出，将工序的投入时间和产出时间精度提高到时、分级，进行工序级的生产排产，从而能够更加紧凑、合理地安排生产任务，提高排产的效率和准确性。同时还支持按不同策略进行排产的功能，如支持正排、倒排；支持基于优先级、交货期限、最长工序、瓶颈资源等约束的排产；支持锁定某个已排计划或某道工序的重新排产等。
KMMES计划排产的应用，提高了加工任务的准时交货率，减少机床的停机和等待时间，缩短了生产过程时间，快速解决了插单的难题，提高了调度的有效性和及时性，为计划制定和执行提供了科学依据，并且不断提升了车间实做工时信息的准确率，便于成本核算，绩效考核。
排产完成后系统会自动生成一项项任务，由调度人员将其派工给各个班组。为了防止因生产计划调整、临时插单等情况出现而造成任务混乱、调整工作量大等问题，车间一般派出3-5天的任务进行现场运行。
通过基于有限生产能力的计划排产，支持离散、小批量及流水等混合作业模式，实现了制造资源全过程优化配置，并适应了复杂、动态的航天制造企业现场环境，通过有序、协调、高效和柔性的作业排产，设备资源利用负荷相对平衡，有效缩短了典型关重件/瓶颈零件制造周期。
2.2 详细的作业执行过程记录，实现了产品的可追溯管理，让管理人员一目了然
作业执行过程管理是KMMES的核心部分，因此作业执行管理流程会直接或间接的影响着产品的生产、监督、监控与质量的把关。为确保产品的生产过程处于受控状态，不断的优化作业执行管理流程是非常必要的。北京星航机电设备厂数控车间的作业执行管理工作流程见下图3所示。
图3 数控车间作业执行工作流程图
数控车间调度员首先在KMMES管理平台上将排产后生成的任务派工到各个班组的班组长，班组长、工人、检验人员在现场触摸屏上进行一系列活动的完成。班组长根据任务所在数控设备的操作人具体情况进行派工到工人，工人接收到任务后确定加工开始，此时KMMES开始记录该任务在当前工序的实际加工时间。工人在加工过程中可以查阅相关的生产信息、技术文档，完成后向该工序检验汇报自己的加工完成情况。检验接收到任务后，填写检验结果，对于关键工序需要填写关键工序尺寸记录报告。如果无质量问题时，KMMES将检验结果汇报给ERP系统，如果有质量问题，KMMES 先汇报给质量系统，等待质量部门处理意见后反馈回KMMES的检验员汇报界面，检验员确认后汇报给ERP系统。
通过作业执行过程管理将计划作业过程详细的记录在系统中，实现了管理人员工序级加工情况的可追溯查询，从而及时发现生产过程中的质量问题，也为后续质量问题分析提供证据支持。
2.3 强大的监控平台，解决了车间生产管理的可视化和响应速度
通过监控管理模块，来实现车间生产管理的透明化和可视化，能及时准确地反映生产车间的真实情况，且能够通过三维\二维图形、表单等形式进行直观的、历史的和实时的生产过程的重现，使管理人员及时的了解到设备加工情况、计划的执行情况、生产资源的调度情况、报警信息的状态情况等实际状况。
由于车间实际生产过程的复杂性和某些不可预测性等因素，如设备故障与检修、产品质量问题、工艺设计问题等，会使车间的正常运行受到一定的影响，从而影响生产进程，因此启动报警事件流程，让相关处理人员第一时间准确、及时地获取相关报警事件信息是至关重要的，从而进行有效、迅速的响应，及时处理现场发生的各种事件，对生产现场加以调整，以保证整个生产车间的正常运行。
图4 KMMES系统设备监控三维显示模块
2.4 强大的统计分析与决策支持，是其他生产系统无法媲美的优势
在实际生产工作中，车间经常需要获得生产过程中的各类生产情况的汇总报表信息。KMMES统计分析模块，通过报表、线型图、饼状图、柱状图等数据的展示手段，实现了人员统计、设备统计、物料统计、质量统计、任务统计。北京星航机电设备厂的KMMES还提供了灵活的报表定制功能，数控车间的用户可以直接在系统中通过简单的设置新增所需的统计内容、显示格式等。
决策支持模块是北京星航机电设备厂KMMES正在建设的模块，通过基于触摸屏/条码的物流标识和数据采集，实时掌握车间现场的作业执行情况，建立信息齐备的产品生产与质量信息档案，实现产品制造过程可追溯管理，了解异常问题的处理情况，掌握关重设备的运行状况和利用率，通过实际加工时间了解人员的技能水平等等。通过这些方式的实现，为车间领导及其他专项应用系统提供决策辅助工具，提升车间基础执行层的管理能力，并用技术手段保存下企业的核心技术经验，实现知识的积累。
2.5 全面的系统集成，实现了开放式集成化的信息流管理
基础数据是运行KMMES的前提。按照北京星航机电设备厂的实际管理对KMMES系统定义数据模型，实现了对生产制造的基础数据对象及车间资源状态和其分配信息进行管理，从而使KMMES系统能与车间的实际业务模式相适应，为下一步制定出更加切实可行、执行度高的生产计划打下坚实的基础。
不仅如此，实施全面的系统集成，实现了开放式集成化的信息流管理，提升了现有生产管理系统性能，推进了数控车间生产管理的数字化。
通过KMMES工程化应用技术，与ERP、PDM、DNC/MDC等系统有效集成，构建了数字化车间协同制造平台，实现了数据信息集成与共享。通过与ERP系统的集成，获取了生产计划、工具/工装等物料信息、标准工时等基础生产数据；通过与PDM工艺系统集成，获取了工艺BOM、二维、三维工艺文件、NC程序等基础工艺数据；通过与人力资源系统的集成，根据工种、班组、状态建立了KMMES人员数据模型；通过与DNC/MDC系统集成，获取机床设备的动态信息等等。
2.6 采用条码技术，极大的提高KMMES系统应用效率，真正实现自动化的信息化
在生产制造过程中，物料信息和零部件信息是车间数据管理的一大难题，为了解决数据录入和数据采集这一“瓶颈”问题，企业对这些信息进行了规范化编码管理，并引入条码技术应用于KMMES系统。由于一维码数据容量小、只能包含字母和数字、容错能力差等缺点，北京星航机电设备厂车间选用了二维条码技术。在KMMES系统中应用于员工卡、交检单、转移单等系统输入输出端，极大的方便了工人软件登录，信息查询等操作，为车间的物料信息管理和生产制造过程管理提供了有力的技术支持，对提高KMMES系统的应用效率起到了积极作用 ，真正实现自动化的信息化。
3 北京星航机电设备厂MES的定位模型
美国权威机构现金制造研究中心AMR（Advanced Manufacturing Research）最先提出了MES的定位模型：“MES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”。结合这一理念，北京星航机电设备厂根据自身特点提出建设MES系统的定位模型是：基于ERP、PDM、质量系统等专项业务系统与车间制造活动之间的车间管理信息系统。见下图5所示。
图5 北京星航机电设备厂KMMES的定位模型
从这个三层定位模型清楚的可以看出，MES是面向制造活动管理的中间执行层系统，它作为信息的集线器，专项业务系统为MES运行提供所需的基础数据，MES为其他的专项业务系统提供生产过程的实时数据，并且向车间制造活动下达生产指令进行生产流程的过程控制，车间制造活动通过各种接口将生产现场信息传递给它。
4 北京星航机电设备厂MES的目标模型
图6 北京星航机电设备厂MES发展目标模型
北京星航机电设备厂在实施MES之初确立了MES的五步走的发展目标。
2009年国防科工局下发《关于下达千台数控机床增效工程条件建设实施方案的通知》，批复了北京星航机电设备厂MES项目可行性研究报告，之后开始调研、讨论、论证到技改项目申报、审批，再到招标、项目实施经历了一年半时间，基本完成了规范原始数据、信息化排产、细化过程流程，建立了强大的车间制造执行系统，加强了车间生产过程的控制，完成了北京星航机电设备厂MES发展目标的第一步。
第二步，通过优化生产过程流程，引进先进科学的管理制度，来优化MES的系统功能，确立和实现MES车间中间执行层的价值。
第三步，通过优化MES，加强调度管理能力，提高调度车间资源的有效性和响应问题的及时性。
第四步，通过先进管理理念和成熟的信息化软件支持，实现了与生产、工艺、质量系统无缝集成，进而推动车间综合管理的全面优化和系统化。
第五步，迈向 MES的终极目标，管理层结合MES（代表着是车间的实力与能力）进行车间的决策和未来规划。
5 结束语
北京星航机电设备厂KMMES的建设基本覆盖了数控加工中心、简易数控铣、数控车、线切割、镗床、刨床、普通车床、普通铣床、磨床及钳工设备等机加设备，以及管理、计划、调度、工艺、操作、核算等在职人员，完成了从计划任务到最终产品的生产活动的全生命周期管理与监控，实现了数控车间对复杂产品的资源管理、数据管理、作业计划、工艺设计、执行控制和质量管理等核心业务过程的闭环管理模式，同时通过与ERP、PDM、质量等信息系统的有效集成，将当前精确的数据及时传递并分散到各个相关流程部门处理，引导、响应和报告车间的生产动态，大大提升了解决问题的能力，推进了数控车间生产管理的数字化进程。
我厂MES发展之路还需要一个很长的过程进行探索与创新，我们将一步一个脚印，努力打造信息化数控车间，并将此经验向北京星航机电设备厂全厂其他专业车间推广，为全面建设具有核心竞争力的航天装备企业奠定坚实的基础。
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本文标题：借力KMMES，打造信息化数控车间
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