摘 要 面对当前中国航天事业日趋密集的发射任务，作为我国运载火箭的主要生产制造企业，首都航天机械有限公司面临很大的型号任务生产压力。而目前公司的生产制造过程中，从生产派工到一线车间现场执行和最后的交检过程依然以传统的人工生产方式为主，大量的人为因素既限制了公司的生产能力也不利于产品质量的保证。因此，公司急需一个生产制造信息化平台，实现公司层级的生产计划任务和一线生产制造执行车间的有机整合，并和公司现有的信息化系统实现数据共享，形成运载火箭全生产过程的信息闭环，全面布局数字化智能工廠建设，助力公司全面建成航天智能制造领军企业。
关键词 制造执行系统；运载火箭全生产过程；数字化智能工厂
引言
最近几年来，我国航天事业迎来了可喜的发展，高密度和高强度的任务发射量成为常态。首都航天机械有限公司作为我国运载火箭的主要机加和装配制造企业，面对日益繁重密集的生产任务，仅仅凭着增加设备和人力等粗放式增长方式根本无法满足生产需求，因此，公司必须积极进行生产创新和管理创新，根据公司自身独特的生产模式，探索公司新型的制造管理模式。在此过程中，制造执行系统（Manufacturing Execution System，简称MES）凭借将管理和数字化生产统筹管理的巨大优势，得到了公司上下的一致认可。借助制造执行系统平台，可以将公司的一线生产装配车间和其他相关职能处室进行有机整合，进而实现精益管理，提高公司的效益水平。
本文首先分析了首航公司的当前面临的生产困境，通过对国内外制造执行系统的调研分析，结合公司生产车间的实际情况，确定将为公司定制开发一套符合公司实情的制造执行系统，进而实现公司生产计划部门和生产制造车间的统筹管理。通过该系统，将打通公司生产过程中自任务签收到完工的纵向数据链路，贯穿自零部件车间到总装车间产品交付的横向数据链路，形成以总装为牵引的推拉结合的信息化管理。通过在公司一线生产车间部署应用该制造执行系统，将大大提高公司的生产效率，实现精细化生产管理。
1 现状及需求分析
1.1 公司生产管理现状
首都航天机械有限公司作为运载火箭生产总装集成制造企业，拥有多个火箭型号的生产任务，同时每种型号对应的量级也在逐年增大，这就需要公司必须积极进行信息化改造，全面布局数字化智能工厂建设，不断提高自身的批产能力和抓总能力。而目前公司的生产执行过程中，信息化水平落后，从生产派工到现场执行和最后的交检过程都大量依靠人工，电话，纸质等传统的生产方式，大量的人为因素在很大程度上限制了公司产品的质量的进一步提升，且发生问题不容易溯源。所以，公司迫切需要一套制造执行系统，提示自身的信息化水平。
通过分析公司的组织架构，并与公司火箭生产过程涉及的主要车间处室进行了走访，明确了公司当前生产制造过程中存在以下几个问题：
第一，公司目前存在众多的信息化系统，彼此之间几乎没有进行数据交互，不利于生产制造过程中加工信息的集成和共享，在公司生产任务排产和一线生产车间制造执行操作间无法实现实时信息交互[1]；
第二，公司的领导层，车间调度人员无法实时获取车间一线生产现场情况，无法及时制造缺陷记录，导致生产过程存在信息“断层”，制约了公司各生产和装配车间之间的协同生产效率；
第三，公司内部信息化系统没有统一的平台接口，各信息系统有各自独立的数据库，型号生产任务数据在公司内部各个业务管理系统中没有进行统一规范，以至于任务数据上下游部门间流传时容易出错；
第四，目前车间仍主要依赖传统的人工跟产方式去获取获奖生产制造过程的问题收集、生产资源齐套情况和型号任务的制造进度等信息，既加大了数据获取的难度，也不利于数据的实时处理；
第五，车间一线生产制造过程中的生产经验仍主要依赖于老师傅的操作经验，其个人的制造心得等重要技术经验无法数据化，不便于公司生产问题的快速处理和智能制造工厂的建设。
1.2 系统需求分析
通过对公司生产车间和相关的职能处室业务需求分析的整理以及对实际制造执行管理流程的分析发现，公司总体的生产任务管理流程主要集中于生产处、调度处等业务职能部门，而具体的生产制造执行管理流程主要集中于一线机加、零部件组装和总装车间。借助该制造执行系统，将可以实现通过统一平台进行工艺编制、质量管理、排产下发、物料收发、信息采集、数据交互等操作[2]。
2 系统总体设计
2.1 系统架构设计
制造执行系统的设计将遵循平台化、一体化、高稳定性、可扩展性和标准化的原则，采用.NET平台架构，采用主流的B/S结构，基于业务流程平台构建该制造执行系统平台。本文研发的基于运载火箭全生产过程的制造执行系统将与公司级ERP系统、各类信息管理系统诸如工艺设计系统、质量管理系统等进行集成，实现数据共享，便于数据分析统计。该制造执行系统统一集成公司各生产车间的入口，实现作业流程的直观、便捷和高效。系统数据库与控制系统集成，实时采集反馈作业情况，有效指导生产。制造执行系统逻辑架构如图1所示[3]。
2.2 系统功能设计
（1）生产计划管理模块
计划管理模块通过公司ERP系统接收车间生产计划，并在任务完工后进行交接，主要提供任务订单的管理功能。通过该模块，主要实现对生产车间任务的管理工作，包括产品型号计划签收和月度计划签收；车间产品计划的管理；车间月度计划的管理；车间订制计划的管理等功能。此外还可以工单下达功能通知车间现场有新任务计划[4]。
（2）生产准备管理模块
通过生产准备管理模块，将实现对车间任务计划对应的工艺规程、质控卡的管理和工时定额的管理；实现车间所有型号的工艺图纸等纸质文档借用归还管理；实现车间全部数控设备的台账、运行状态、故障维修记录等的管理；实现车间全部信息网络相关的设备台账管理[5]。
（3）现场执行管理模块
现场执行管理模块是该制造执行系统核心操作部分，主要由作业执行、排产派工、质检管理、交接管理四个模块组成。其中作业执行由公司一线生产车间现场工人进行操作，可以实现跟踪作业计划执行进度，反应作业计划生产动态，为管理人员提供可靠的动态数据，并可以对关键操作环节监控防错，管理操作日志，方便对车间现场工人操作的协助、指导支持；排产派工管理负责车间各工段流转卡的生成及维护，安排人员、设备、工装、刀具、物料，帮助生产人员下发任务，形成任务指令单（工票）、领料单等生产单据，满足现场生产管理需要；质检管理则通过对各车间生产节点的质检管控，提供符合用户需求的成品，实现从物料入车间到成品出车间的全过程质检管理，包括基础数据、质检任务、质检跟踪追溯等；交接管理主要负责任务的交付及订制任务的接收，属于任务在车间内部流转的全生命周期记录[6]。
（4）制造资源管理模块
制资源管理模块包括物料、设备、工具、工装等的管理。主要包括对物料进出车间的情况进行记录和管理，主要车间与其他车间的零件交接记录需要管理。对制造资源（刀具、工装、量具）的出入库进行管理。按照生产任务的要求，制订数控程序的编制完成计划。建立车间内设备台账，可对设备的维修记录和保养计划进行信息化管理。通过制造资源管理模块，将实现车间全部成品、在制品、毛坯物料、工具等编码的管理；实现车间全部成品、半成品、原材料等出入库的管理；实现车间全部成品、在制品、毛坯物料等摆放库位货架的管理；实现车间全部任务计划质量记录的管理。
（5）大屏展示管理模块
通过大屏展示模块，将实现车间全部生产任务、全部生产加工能力、车间任务排产和车间生产任务的生产进度监控看板展示管理。通过对现场任务的执行情况进行数据采集，实现对现场任务的监控，通过客户端监控界面了解现场任务进度，对未来可能对生产进度产生干扰的因素，提前预防，及时调整，以保证任务顺畅完工[7]。
（6）数据报表管理模块
通过数据报表管理模块，主要实现对生产过程中产生的所有相关数据表格进行统一管理。该模块将实现车间任务生产进度、车间全部生产任务质量信息、车间生产成本和车间全部生产任务对应交接记录的统计查询与报表生成，实现对生产过程数据报表的电子化和信息化管理。
（7）系统管理模块
系统管理模块主要包括用户管理、角色管理、权限管理三个主要功能，还包括用户组、角色组、权限组、权限字典等辅助功能。通过该模块，将实现系统的功能结构管理；系统用户的部门组织结构管理；系统用户的基础信息、角色绑定以及密码重置等的维护管理；系统角色信息的维护管理；系统功能权限信息的维护管理；部门班组信息的维护管理；部门人员信息的维护管理；系统数据字典的维护管理[8]。
2.3 系统集成接口设计
本文研发的生产制造执行系统从公司的ERP系统接收公司级生产任务，在生产准备阶段，通过PPS系统获取工艺规程，通过QMS系统获取质控卡。在现场执行过程中，通过各种传感器进行加工数据和检测数据的采集，将生产准备、现场执行、生产数据采集、质量交检等数据流转成为一个信息闭环，避免信息孤岛的出现。
制造执行系统与公司其他信息化系统的集成接口如图所示[9]。
3 系统实施效果
通过在公司主要的生产车间部署应用该制造执行系统，有效提高了车间的生产效率和公司的管理效率。在该系统使用前，大部分生产过程通过纸质来传递文件，需要较高的人工管理成本，同时在数据的传递过程中既不方便也不利于数据的安全保密。在该系统实施后，数据的统计管理工作都在系统中自动完成，不需要专人去管理维护，大大降低了人工管理成本，也极大地提高了数据的安全性；而且，通过制造执行系统可以快速地对生产过程所需的数据进行查询和统计，原先需要几十分钟完成的工作通过系统几分钟就完成了，极大提高了工作效率。同时随着该制造执行系统的上线运用，公司的主要一线生产车间和相关的职能处室之间的数据实现了实时交互，公司的诸多信息化系统间通过接口实现了集成，极大提高了公司的整体信息化应用水平，大大推进了公司数字化工厂建设步伐。制造执行系统的首页如下图所示[10]。
4 结束语
通过在公司部署基于运载火箭全生产过程的制造执行系统，将实现现场执行管理信息化，加强生产计划对现场生产指导性，加强生产现场数据采集和过程质量管理，帮助公司实现产品制造过程数据的集成化管理及实时分析，建立起基于流程化管理的数据传递模式，实现产品生产信息的推拉结合式管理，实现了公司型号产品现场生产的全生命周期的信息化，通过数据追溯保证了产品的数据唯一性及质量、生产数据的可追溯性，助力公司智能制造工厂的建设。
参考文献
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[2] 雷万云.信息化与信息管理实践之道[M].北京：清华大学出版社，2012：4.
[3] 胡新平.制造执行系统（MES）建设的思考与实践[M].北京：国防制造技术，2010：21.
[4] 李军海，郭锦文，何力健.生产执行系统（MES）在茂名石化公司的应用[C].2009中国过程系统工程年会（PSE）暨2009中国MES年会.2009中国过程系统工程年会（PSE）暨2009中国MES年会论文集.杭州：中国系统工程学会 中国仪器仪表学会，2010：1-4.
[5] 石化企业MES关键技术及应用研究可行性研究报告[R].国家高技术研究发展计划课题技术资料.
[6] 周华，杨建军，邓家盚.基于全能体的MES构建[J].制造业自动化，2001，23（2）：13-16.
[7] 李向文.炼油企业制造执行系统（MES）的研究和应用[D].武汉：华中科技大学，2006.
[8] 张睿哲，王华，谢斐. 生产运行系统（MES）在石油化工企业中的应用[J]. 石油规划设计，2006，17（06）：42-44.
[9] 李清.制造執行系统[M].北京：中国电力出版社，2007：19.
[10] 李杰，倪军，王安正，等.从大数据到智能制造[M].上海：上海交通大学出版社，2016：377.
作者简介
安康（1982-），男，高级工程师，目前就读于南京理工大学系统工程专业，在首都航天机械有限公司从事信息化管理工作。
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