1 前言
高端装备行业，如航天、航空、兵器、船舶制造等，是高科技产品和先进制造业的领头行业，是国家科技水平和综合国力的重要体现。这一行业的制造模式是以科研生产和项目研制模式为主导，具有项目独立、产品复杂、工艺多样、质量要求严苛等特点，所以这一行业的生产管理和质量控制既重要又困难。特别是近年来，随着国际形势不断变化和国家发展战略的不断调整，这类行业的生产需求日益增多，加之严格的时间要求，使之对信息化系统的需求不断增多。本文作者有多年为高端装备行业提供设计、工艺、制造及产品生命周期管理的信息化系统开发和实施的经验，我们感受到这个行业的需求变化，也更加着力于研究探讨更适应于这个行业服务的信息化系统。目前随着各种管理系统（ERP/PDM/OA/CAPP等）陆续上线，一定程度上缓解了企业的部分问题，但是在信息化系统运用的深度和细度上仍有待增强，特别是在生产现场和质量管理这一底层层面。本文探讨一种适应行业特点的，有效地与企业各种信息化系统有机结合，即能保证业务流程和质量体系规范执行，又能在生产现场方便运用的科研生产管理系统。
2 行业特点
高端装备行业在生产制造方面，有其独特的特点，这些特点既决定了其对生产管理系统的特殊需求，也能从侧面说明相比于一般流程型制造企业，该行业的信息化系统更加复杂，应整体考虑解决方案。
表1 各行业特点及对生产管理系统的需求
3 系统方案
一个应用成功的信息化系统不一定是功能最强大，程序最庞大的，而一定是满足企业需求，真正能为企业解决现实问题的，而且作为产品生命周期管理这样的贯穿整个企业业务流程的系统，往往在实施后能够提升甚至改变企业的管理模式，但是这种改变一定是基于企业现有的组织机构、工作场景、用户习惯的。特别是生产和制造系统，我们可以在系统中建立一个模拟的数字工厂，但是我们很难改变现实中车间的布局，设备的型号或者操作者的素质能力。这一点是我们经验的积累，尤其是在高端装备行业的生产管理上尤为重要。本文以天河软件在某航天企业实施应用T5-RMES（科研生产管理系统）为例，详细说明此类型企业如何开发和实施信息化系统。
航天企业的生产管理是一种科研模式的，边研发、边工艺、边制造、边改进，改进时可能需要再研发、再工艺、再制造，如同做科学研究。因为产品复杂，要求高，航天企业往往有专门的科学计划处、项目办等专门组织来平衡和分配资源，这种生产制造模式是流程型企业或是一般的大型企业都不多见的。在开发这样的企业的生产管理系统时，应保留并加强企业原有的管理思路，突出调度、指挥的功能，达到全流程、全专业、全透明的管理目标。科研生产管理系统是专为高端装备行业定制的解决方案，它有如下特点：
3.1 全流程、全专业统一平台管理
科研生产管理系统是航天型号产品从型号调度、指挥批准、生产计划、工艺编制、生产制造、质量检验到数据汇总和分析，这一全过程的综合信息化集成项目。
3.2 全透明数据展示
科研生产管理系统的用户深度贯穿整个企业的决策领导到车间现场工人，广度横跨与生产相关的所有部门，为了达到数据全透明的管理目标，必须保证底层数据收集是用户乐于并方便去做的，所以系统要符合不同用户的工作场景和操作习惯。例如有的车间无法在现场配备电脑，应考虑采取其他输入设备作为数据终端。
底层数据收集后，根据用户层次定制不同的系统界面，满足多种角色对于数据的不同需求。
图1 企业中各角色数据需求图
3.3 多系统集成
与PDM、CAPP、物资系统、消息系统等进行有机集成，实现综合管控和智能管理。
图2 多系统集成图
3.4 技术整合
将制造执行、条码技术、刷卡派发任务等技术进行整合，实现便捷操纵和高效管理相结合。
图3 多技术整合实现高效管理
4 功能模块
T5-RMES系统由十个功能模块组成，包括业务流程建模与管理，生产计划管理，生产作业管理，现场质量管理，设备资源管理，人力资源管理，现场物料管理，文档管理，生产看板，领导界面。
4.1 业务流程建模和管理
流程建模和定制：系统提供操作简单但功能强大的流程建模工具，系统管理员可以建立企业自己的业务流程，并为每一个流程进行个性化的定制，如权限、节点的执行人、监管人、执行策略等等。
流程发起：流程创建者发起相应流程，并且通过编制流程执行计划、设置节点工期对资源、时间进行控制。
流程执行：流程执行者在MES中对推送到自己的任务进行反馈、确认、执行或回退。
流程预警：根据用户定义的预警规则，对已预警的任务进行消息提醒，推动企业执行力。
图4 业务流程及个人具体流程示意图
4.2 生产计划管理
科研生产管理系统提供两种生产计划编制辅助工具。
方案一：利用车间动态调度技术提供自动排程方案。
原始调度方案
图5 原始调度方案
用户选择多种变化方式，系统自动排程
图6 变更加工顺序的调度调整方案
图7 变更加工设备的调度调整方案
加工报表输出
图8 输出加工报表
方案二：针对航天企业的科研生产模式，提供了与CAPP集成，采用Project软件编制计划的方案。
CAPP工艺计划导出：计划管理员输入派工单或跟踪卡上的任务编码，从CAPP中将对应的零件加工任务、工序作业任务导出成Project格式的专题计划。
Project计划导入：支持Project格式的计划导入。
编制月计划、周计划、任意时间段计划：计划管理员选择时间段，导出符合条件的计划，利用自己熟悉的Project工具进行计划编制。
图9 与CAPP集成后的管理界面
4.3 生产作业管理
作业前派工单、跟踪卡生成：生产调度生成带条码的派工单或跟踪卡。MES与CAPP系统集成，派工单、跟踪卡中的内容可来源于CAPP工艺文件。
作业前分派任务：生产调度扫描派工单或跟踪卡分派作业任务。
作业前任务接收：班组长刷员工卡接收作业任务（如果没有员工卡，可采用周转卡接收作业任务，得到开工时间）。
作业前文件准备：操作者扫描派工单或跟踪卡找到此条工序对应的工艺文件、作业指导书和生产记录表格。MES与CAPP系统集成，通过条码对应，将CAPP中的工艺文件、作业指导书等工艺事先编制好的文件导入到MES中。
作业前工具准备：操作者扫描刀具、工具上的条码，进行刀具、工具齐套检查和防错检查。
作业中文件填写：扫描物料、元器件上的条码，进行物料使用登记和元器件安装登记。
作业后提交任务：操作者扫描派工单或跟踪卡，刷员工卡提交作业任务（如果没有员工卡，可采用周转卡提交作业任务，得到完工时间）。
在科研生产管理系统中，生产作业流转图示如下图10。
图10 生产作业流转图示
4.4 现场质量管理
4.4.1 工艺数据导入
工艺辅助设计（CAPP）在航天集团各公司已经普及多年了，但是质量系统如何利用CAPP中已有的工艺文件数据，还没有一个标准化的成熟方案。
科研生产与质量信息系统与CAPP系统进行集成，工艺人员完成工艺设计后，将工艺文件中可利用的数据转化成相应的质量表格的规范值，再导入到该系统中。比如气体保护焊焊缝质量记录卡中的环境温度、湿度、焊接方法、电极直径、保护气体类别、送丝速度等都是工艺人员在CAPP中已经规定好的，按照传统方法，需要打印出纸质文件，交给生产部门，利用数字化系统之后，CAPP中的工艺文件可直接进入现场人员使用的科研生产与质量信息系统，既不需要打印、晒印、下发等文档工作，更重要的是一旦工艺文件变更，通过系统平台进行数据更新，无需人工操作，保证了数据的准确性和变更的及时性。
4.4.2 质量表格生成
根据定制，科研生产与质量信息系统可生成与纸质文件一模一样的质量表格或实测数据填写表，不改变操作人员和检验人员的使用习惯。
利用系统平台可对权限进行控制，将质量表格的创建、浏览、填写、签字、修改、保存、删除、打印、发布的各种操作都针对特定用户进行开放。不仅如此，由于质量表格的填写涉及到工艺、操作者、检验员、管理者等多个角色，还可以控制质量表格中某位置的数据只能由某用户进行操作，不能修改之前的记录，保证数据的完整性和不可更改性。
4.4.3 检验数据现场采集
在质量管理中，检验数据的规范填写是质量控制的基础，但是记录越规范，对于填写所用的时间和人力占用也越多，在传统手工填写的方式下，往往出现影响生产效率、操作者不配合、需要增加审核过程等等问题，特别是在型号任务不断增多，时间要求不断严格的状况下，这种矛盾越来越突出。
运用信息化系统，不仅可以省去了纸质文件打印和下发的步骤，更可规范表格填写标准。系统的运用如下：
将常用的记录术语编制成用户资源库，帮助检验人员填写表格。
对于结构复杂的检验结果，不方便用文字描述的，在系统中可以插入工艺附图、照片或视频进行说明。
检验员检验章的签署、操作者姓名和操作日期的签入，系统可以自动完成，不仅节省时间，更为追溯责任人、保留执行时间提供了保证。
4.4.4 条码技术辅助输入
对于一些特定的工序，比如电子装配，需要填写的质量表格非常复杂，需要将元器件上的信息，如元器件规格、编号、出厂日期等数据都输入到表格中。在传统手工填写的过程中，填写检验数据的时间大大超过了实际生产的时间。
利用条码技术，可以帮助操作人员和检验人员辅助输入数据，比如与元器件的物资系统进行集成，将信息保存在元器件上粘贴的二维编码上，只需要现场人员扫描编码，系统就可以自动获取数据，并将获取的数据按照质量表格格式的要求填好，大大减少了现场人员的手工工作。如图11所示。
图11 条码技术辅助输入
4.4.5 质量数据包的生成
质量数据包是解决产品数据管理的快速反应和可追溯性，确保产品生产过程中履历完整真实的有效措施，有利于规范和强化型号产品研制过程的信息管理。系统根据航天质量数据包标准的要求，将生产过程中形成的质量文件、记录、数据打包，如果需要，还可以传送到顶层系统上，完成产品全生命周期的数据管理。通过对产品全生命周期的数据实施跟踪管理，准确掌握产品技术状态、质量状态，为型号应用和执行飞行发射任务提供保障和支持。
4.4.6 质量问题处理流程
在传统工作中，质量问题处理不规范的情况一直存在。虽然质量管理体系对各种情况按照何种流程进行处理已有详细程序文件，但是执行性有待加强。企业常常出现质量问题反复出现，究其原因很可能是之前同样的质量问题没有得到根本解决，只做了紧急的补救，没有对问题产生的原因进行分析，实施预防性措施，这也是质量管理体系实施的难点。
利用信息化系统，将生产和质量相关的流程固化到系统平台上，每个相关人员在自身节点任务上的执行、回退、延期、提交、反馈操作都一览无余，不仅增加了执行效率，也提供了资源共享、信息沟通的手段。如图12所示。
图12 质量问题处理流程
4.4.7 质量月报统计与导出
信息化系统的数据优势使质量月报的统计变得简单和智能，例如每月需要统计的返修数量、让步接收数量、报废数量、降级数量、总投产数量、不合格率都可以在系统上进行展示。具有权限的用户可以看到企业一段时间的质量情况，每月增加或减少的趋势。
如图13“质量信息”在系统中的展示界面。
图13 “质量信息”在系统中的展示界面
4.5 设备资源管理
设备档案管理：企业可在MES中建立设备、刀具、夹具、工装档案。
设备实时状态管理：根据生产计划和实际生产情况，用户在MES中可查询任意时间段内设备、刀具、夹具、工装等计划占用、实际使用、预计计划等各种实时状态的信息。
设备工时统计：设备、刀具、夹具、工装等每月计划工时、实际工时报表生成。如图14所示。
图14 设备资源管理界面
4.6 人力资源管理
操作人员档案：企业可在MES中建立操作人员档案。
操作人员实时状态管理：根据生产计划和实际生产情况，用户在MES中可查询任意时间段内操作人员计划占用、实际使用、预计计划等各种实时状态的信息。
操作人员工时统计：操作人员每月计划工时、实际工时报表生成。如图15所示。
图15 人力资源管理界面
4.7 现场物料管理
现场物料管理：MES管理生产现场的物料和成品、半成品，支持虚拟入库。
合格证和条码生成：在MES中开具合格证，并根据任务编号生成条码，调度员扫描合格证上的条码，进行入库登记。
物料查询和出库：物料领用人员扫描合格证，对物料库存情况进行查询和出库操作。如图16所示。
图16 现场物料管理
4.8 文档管理
在线文档管理：生产和质量管理使用的工艺文件、作业指导书、生产记录表格、质量记录表格、派工单、跟踪卡、合格证等需要使用者在线填写和受控管理的文档，可以在MES中进行创建、填写、签名签章、汇总查询、权限控制等，实现工厂现场无纸化管理。
离线文档管理：生产和质量管理使用的质量手册、程序文件、操作规程、设备使用说明书等不需要在MES中在线填写的文档，使用者可在MES中查询、浏览、权限控制等，文档格式包括全部OFFICE格式、CAD图纸、视频图像等。如图17所示。
图17 文档管理
4.9 生产看板
生产看板数据的输入：生产调度、操作者、配料员、检验员都是看板数据的终端，系统可采集这些用户现场输入的信息，并进行汇总。
生产看板数据的展示：工厂管理者通过生产看板可以实时的获知生产线的详细情况，如生产计划、任务执行、设备状态、物料消耗等信息。如图18所示。
图18 生产看板管理
4.10 领导界面
任务查询：领导可查询所有任务的状态，如正常进行、预警、延期、已完成，并且可查看到所有任务的具体进展，系统用甘特图展现每个流程节点、零部件作业任务、工序作业任务的执行情况，如执行人、执行状态、计划时间、实际时间等等。
任务月报：领导可查询每月未完成任务、已完成任务、进行中任务、任务未完成率的报表。
质量月报：领导可查询每月报废数、返修数、让步接收数、降级数、不合格数、总投产数、不合格率的报表。如图19所示。
图19 领导浏览界面
5 结束语
本文介绍了高端装备行业的特点，以及其在生产过程中遇到的问题，根据行业特点和问题提炼了企业的需求，提出了科研生产管理模式的信息化系统解决方案，并且介绍了天河软件的T5-RMES在该行业典型企业的应用实例。
随着高端装备行业的蓬勃发展，必然会有更多的产品生命周期系统在该行业成功应用，作者探讨了这样一种解决思路，并实现了该解决方案，希望起到抛砖引玉的作用，与更多的同行一起努力，为中国本土制造添精彩。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
本文标题：高端装备行业的科研生产管理系统研究
相关文章
