MES助沈飞实现产品制造记录无纸化

发布时间:2020-01-19 来源:e-works

  一、企业简介

  航空工业沈飞坐落于沈水之滨、昭陵园畔,是以航空产品制造为核心主业,集科研、生产、试验、试飞、服务保障为一体的大型现代化飞机制造企业,是中国航空工业集团有限公司骨干企业之一。公司创建于1951,占地390万平方米,是中国航空工业发祥地之一,被誉为“中国歼击机的摇篮”。毛泽东、邓小平、江泽民、胡锦涛、习近平等党和国家几代领导人先后亲临沈飞视察,对公司的发展给予了高度重视和亲切关怀。

  二、企业在智能制造方面的现状

  沈飞集团隶属于中国航空工业集团公司,正式创建于1951年,是以航空产品制造为核心主业,集科研、生产、试验、试飞为一体的大型现代化飞机制造企业,是中国重要歼击机研制生产基地,企业具有典型的离散型航空制造业特点。项目实施之初沈飞集团具有一定的信息化基础,已经实施运行的有以生产管理为导向的自研ERP系统,并有MBPP、CAPP等进行工艺设计文件编制,以及以业务部门为导向建设的数个信息化系统。但各个信息化系统数据孤立、没有实现信息互联互通,各个业务部门之间的业务协调性较差。

  此外,沈飞集团属于大型航空离散型制造企业,产品具有多品种、小批量的生产特点,部分单位加工设备自动化程度不高,产品加工流程较长,从原材料分割开始,经过零件加工、热表处理、理化检测,到部件组装、大部件总装、试飞,每个零件会经过若干道工序、经过多个生产车间合作加工方可完成。期间如何实现保证计划按期执行、现场信息的实时采集、质量信息的精确追溯,是企业迫切需要解决的管理痛点。

  三、参评智能制造项目详细情况介绍

  沈飞集团自2009年起以数控加工厂为试点启动了生产信息化管理工作,与北京虎蜥信息技术有限公司合作,开发和实施了“沈飞条码MES系统”,立项之初主要以解决生产计划与现场加工之间的信息流断层问题、生产过程的数据采集问题为主要实施思路,一期项目的成功使双方不断加深合作,逐步使MES系统拓展到生产、质量、工艺、成本等厂级生产经营的各个领域,通过信息化手段实现厂级生产经营水平全面提升的建设目标。

  1.项目背景介绍

  构建MES系统的研究和实施,旨在通过提供单一的生产数据源来提高生产调度计划的柔性和可行性;通过现场信息快速反应机制防止生产现场的盲目决策;通过三维轻量化模型应用提高生产现场的可视性以辅助生产、管控和决策;通过多技术集成提高信息流、物流和资金流的周转速度。最终实现无图制造过程,缩短生产、创新周期,提升核心竞争能力。

  在实现飞机数字化设计、数字化生产的各个环节基础上,MES系统的研究与应用完善了飞机结构件制造过程管控技术体系,建立并形成数字化条件下新的战机零件制造生产模式和工作流程,有效地促进企业的技术创新和管理创新,为全面提升设备利用率、提高生产率奠定坚实基础,推动了航空制造业整体制造水平发展进程。提升航空结构件制造过程总体管控效率。

  MES系统应该承担起与航空制造有关的计划、调度、工艺、经管、库房、设备、质量等飞机生产过程控制管理业务,能够覆盖军、民机零件生产加工、装配、热表处理、钣金、复合材料等多项专业的实际飞机生产业务功能,具备计划下达、计划调整、计划实施、进度跟踪、组织调度、问题管理、计划结算、工时与产量报告、薪酬核算与发放、热表库房、工艺产品目录、工艺管理目录、设备运行管理、不合格品管理、制造数据归档与查询等功能。MES系统在沈飞公司信息集成系统中能够起到承上启下,是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁,是计划层与控制层之间传递实时信息的重要媒介。

  MES系统除了能够提高沈飞公司各生产专业制造车间的快速响应和处理能力以外,也将能够在企业与供应链之间以双向交互的形式提供生产活动的基础信息,使计划、生产、资源三者紧密配合,从而确保决策者与各级管理者可以在最短的时间内掌握生产现场的变化,做出准确的判断并制定快速的应对措施,保证生产计划得到合理而快速的修正、生产流程畅通、资源充分有效地得到利用。

  2.项目实施与应用情况详细介绍

  制造执行系统中流转在各业务角色之间的核心信息为下达至车间的生产订单信息,生产的过程即是车间组织各类生产资源(设备、人员、材料、工具、夹具、量具、刀具等)对生产计划的执行过程,随着订单信息在各业务角色之间的流转,各类生产资源的状态也会随之改变,同时生产订单的状态也在不断改变,与之相应的则是产品从毛料到半成品再到成品的变化,直至订单最终完成。因此制造执行系统就是通过信息化的手段全面映射车间的实际生产过程,并且能够根据生产专业的不同施行个性化功能设置,实现快速、便利、准确的记录生产过程。系统试图将所有影响生产过程的各类资源状态、订单状态等采集量化后通过信息化手段进行描述,对各类异常状况通过分析、决策,给出尽可能优化的车间生产执行流程,从而提升管理及设备生产效率、减少人为因素对生产过程的影响。

  系统通过微服务框架模块化管理,其包含计划管理组件、现场信息采集组件、质量管理组件、热处理组件、工艺管理组件、工时及产量报告、库房管理组件等几大核心组件与其他辅助组件。组件之间通过RPC消息通信方式实现数据交互。各组件拥有独立系统服务和数据源以实现独立运行维护升级的目的。

  2.1计划管理

  计划管理应用了平衡优化算法和高级排程模型。高级排程模型能够在计划的优化排程过程中将可以预见的错误方案提前排除减少资源占用提高排程效率。而平衡优化算法在满足生产设备、材料供给、加工次序、库存状态、工装、站位等诸多的限制的情况下得到最优的详细加工计划。两者结合将沈飞公司订单数据处理加工成可高效执行的工序级生产计划,如图1所示。当订单下达时系统接收订单数据,运用平衡优化算法,对订单进行优化生成平衡计划。根据平衡计划数据结合工艺信息、资源准备状态、用户需求通过高级排程模型得到当前条件下的最佳方案,并给出不利提示和改善建议,用户可选择并采纳系统提供的建议。当资源条件不足以支持计划按期完成时,会提出相应提示。当计划执行过程中发生问题计划拖期时,系统能及时做出反应、提醒,并利用平衡优化算法对原方案调整后重新排程以达到辅助指导实际生产的目的。

  图1计划管理示意图

  2.2现场信息采集

  制造执行系统基于条码及RFID实现数据采集功能。条码技术可以提高数据录入的准确性和录入速度,且成本低。RFID可以使关重要件加工安装时能够查询到详细的飞机生产所需的信息保证正确的装配。通过制造执行系统信息采集模块来采集人员、设备、派工信息,有利于提高信息采集的速度和准确率。派工人员打印制造记录条码信息卡派工到生产现场,生产现场通过条码识别制造记录、查看派工信息。工人生产过程中以扫描员工卡的方式记录加工信息。检验人员填写检验数据如实测值、合格数量、不合格数量等,通过检验条码确认保存。特殊工序需要特殊判定控制,如热处理工序不能够由人工直接反馈信息,需要通过热处理组件返回该制造记录的热处理信息及加工基础信息,补充完成工序的数据采集。生产现场可以通过数据采集页面随时查看工艺规程信息、检验标准信息和三维工艺模型等工艺信息数据来指导加工,帮助生产人员更准确地完成工作。

  2.3质量管理

  制造执行系统对现场信息采集组件有着完整的质量信息录入机制,对完工送检的检验结果数据收集保存。支撑各类型的条件进行查询和汇总。通过系统可以随时查询这些记录,获取产品的流向,完成产品质量追溯,如图2所示。通过质量过程管控技术,对保存的检验信息进行关联挖掘分析,生成生产周期质量状态监控数据,在质量监控页面显示。在数据分析中发现可能的质量风险时在页面上给予提醒,实现产品生产周期质量状态监控与风险预警。系统结合实际生产情况对检验的数据信息按照生产班组、产品等条件进行合格率、废品率、不合格率的统计,并对不合格产品产生原因进行分析。

  图2质量管理流程

  2.4热处理管理

  平台根据热处理专业特点及航天产品生产和质量管理的特性,实现了热表目录管理、热处理库房管理、任务接收、任务派工、槽次管理、热处理反馈、检表查询打印等功能,如图3所示。任务接收功能获取需要完成处理加工的制造记录基础信息,结合热处理产品目录信息生成热处理计划,任务派工功能对应用户及产品信息管理,记录当前批架次零件的数量、面积、材料牌号等信息,并根据热表工艺规程生成特定的加工工序。根据不同类型有不同的信息反馈方式,如正常生产反馈、槽次、炉次。槽次、炉次加工是将多本制造记录统一加工产生的相关加工数据。加工结束后由检验人员填写相关检验数据,自动反馈到各零件制造记录中保存。

  图3热处理流程

  2.5成本核算

  成本核算组件包括工时定额管理和加工成本核算功能,成本核算组件应用了工时算法,它是基于零件特征、作业要素、操作者认知,多层次复杂度的工时定额计算方法。初期新建立的工艺规程通过人工编辑或批量导入的形式添加基础工时定额数据。在生产初期,依照基础工时定额数据统计工时。

  在同一产品的生产过程中,系统会根据工时定额动态优化算法对每一次采集的实际工时信息进行计算,得到一个更新的工时定额值数据应用到生产工时统计中。随着采集次数的不断增加,收集每一次生产的实际加工工时数据。首先采用误差理论对数据进行奇异删除。通过工时定额计算方法将剩余数据进行分析处理,将得到与实际工时更加接近的准确值。根据得到的工时和每个工人完成的工序加工信息,核算工人的具体工作量数据,并生成个人、班组、厂级的产量报告信息。建立个人工时查询面板与工时统计查询面板。厂主管领导能够实时查看每位员工的工作量与工作状态。员工都可以通过系统,实时查询当前的工作数量和具体加工工时,让员工实时了解自己劳动所获,激励员工的工作积极性及工作态度,从而提高工厂整体的生产工作效率。

  2.6资源管理

  对与生产密切相关的工装、刀具进行资源管理,能够实时查询当前生产需要的各类资源库存情况并生成相应的资源需求计划,补充库存数量,保证持续生产。包含入库、出库、归还、库存流水、库位信息管理、库存管理等功能,实现了日常出入库管理业务和库存明细账目查询。系统具有库存预警和定检预警机制以避免工装缺损影响生产、工装生产准备以确保生产所需,安全库存上下线以降低库存积压。

  工装资源管理,工装管理的数据分为五大类:基本信息、库存信息、技术参数、维护信息、历史信息,如图4所示。通过对沈飞公司中工艺装备报废申请单、增(减)清单、台账和履历卡等原始数据的分析总结,生成逻辑清晰严谨的统计报表,进而形成约束机制,避免工具流失。取消传统的工具卡片管理,大大减少了生产准备时间,加快了生产进度和效率。不同班组之间工装信息查询,以方便工装资源共享。工装添加工装图号信息对工装进行管理,实现生产过程中工装与所需要生产的产品以及工序进行前期数据对应关系绑定,为生产部门做好产前工装准备数据依据。为了更有效的提高产品质量以及工装使用寿命,对于归还库房的工装需要检验确认合格后方可入库。对于检验不合格的工装由相关部门判定返修或者进行报废。根据生产的不同需求在相应操作界面可对工装的入库、出库、领用、借出、调拨以及生产准备等实际业务进行相应的操作,并记录实际领用以及操作人员。系统提供工装台账、工装流水记录、班检检验、工装人员领用等报表,并可根据企业不同需求定制开发各种统计报表,以便进行数据统计分析。对工装实行条码技术管理,解决了仓库作业人员的数据输入的自动化的同时,实现了数据的准确传输,确保仓库作业效率,有利于充分利用有限的仓库空间。解决了仓库作业人员的数据输入的自动化的同时,实现了数据的准确传输,确保仓库作业效率,有利于充分利用有限的仓库空间。

  图4工装资源信息模型

  刀具资源管理,由于沈飞公司的生产制造具有品种多的特性,这就造成了刀具的数量大、品种多、体积小等特点。同过对刀具库位的编码化管理,细分刀具存放为,将具体的刀具与库位编码绑定,实现了刀具可快速查询与进出库准确定位查找。保存刀具完整使用信息和处理信息如对刀具的对刀加工,帮助采购部门了解刀具质量与使用周期信息。

  3.效益分析

  通过MES项目的不断发展,沈飞集团建立了完整的执行层信息化管理体系,涵盖了计划管理、调度管理、现场管控、现场工艺、产品检验、工时核算、刀具管理、工装管理、资源配送、管理看板、厂级数据中心等厂级生产经营的各个方面,由单一的机械加工的冷工艺专业逐步拓展到钣金、焊接、热处理、表面处理、复材加工、锻铸件制造、原材料分割、飞机装配等全门类制造专业,由零件生产拓展到飞机总装的全制造过程,改变了企业以部门为导向的信息化建设策略,打破了生产、工艺、质量、采购、物流、财务成本之间的信息壁垒,通过业务流程梳理和数据重构提升了厂级生产经营管理水平,相关业务流程得到优化,设备使用效率、人员工作效率将取得有效提高,大幅降低了相关人员的劳动强度,显著提升各生产单位经济运营效益。北京虎蜥MES助力沈飞在国内飞机制造领域率先实现了产品制造记录无纸化,满足了客户对于大型飞机产品的快速、精确质量追溯要求。未来在基于AI增强现实、数字孪生、5G网络等新技术应用与探索实践方面双方将展开深度合作,稳步扎实的推进沈飞集团在智能制造领域的实践应用工作。

责任编辑:刘小瑜