小批量机加车间制造系统的信息化

何国智 范 勇

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618000)

重型装备制造关系到国民经济的能源命脉和大型装备自给自足，机加工序在重型装备制造过程中是非常重要。这类产品具有单件小批量生产、设计/制造周期长、尺寸规格超大、重量大、加工精度要求高、制造难度大等特点，因此交付时间长、质量不易保证。针对产品的制造特点，通过建立数字化机加车间，改进设计、制造、管理、设备等过程，提升了重型装备零件制造水平。

1 重型装备机加车间的特点

重型装备机加车间属于典型的单件小批量设计生产车间。具有独立设计、设计变更较多、重复利用已有设计及工艺较少的特点；以非批量、非重复生产方式为主。重型装备机加车间的生产不是大批量重复性生产，也不同于流程式的批量性生产，重型装备机加车间具有典型离散制造业的特征，单件定制性生产尤为突出。

2 重型装备机加车间生产管理难点

对于重型装备机加车间这样的离散制造车间，由于其产品结构复杂、零件数量与种类众多、用户要求变化多等因素，其设计变更也相对较多，每一个产品相同零件也很少，导致生产管理的复杂多变性与非周期性。由于基础数据复杂、数据量多、变化快，造成生产计划数据量大，人工难以及时准确、全面地对数据进行处理，给计划编制造成障碍。没有有效的产品结构数据基础及现行生产能力数据与正在加工产品的实时完成情况的及时数据反馈基础，计划的准确性与科学性难以保证，生产能力的计划平衡也成为难点。

另一方面，在安排生产时，生产什么，什么时候生产，先生产什么，后生产什么，生产计划安排的好坏等对生产资源的利用及合同按期交货率、生产能力的有效利用均有很大影响。

3 重型装备机加车间生产管理系统

针对重型装备机加车间的单件小批量生产模式和特点，对重型装备机加车间的计划和调度模式采用信息化手段进行设计和优化。以统一的二级计划管理模式为手段，生产计划注重关键件和组件在车间内的负荷与能力平衡，提高了产品配套率；生产计划管理中，通过计算机系统生产能力的动态校核功能，提高计划的准确性。系统数据流向见图1。系统功能模块见图2。

图1 系统数据流向

图2 系统功能模块

3.1 计划与调度模块

3.1.1 主生产计划

主生产计划作为重型装备企业的核心指导计划，用来协调各生产车间之间的计划进度关系，在整个生产体系中处于中心枢纽的位置。上级ERP系统综合各种信息，对主生产计划进行平衡，然后导入车间管理系统，作为车间管理系统的生产计划和物料需求计划的原始输入信息。

3.1.2 月生产计划

以主生产计划为依据作零部件的完工时间计划，分解MBOM至零件，结合各车间、工段的生产能力情况，编制各零件在车间、工段的作业计划。作业计划可顺排、倒排(以倒排为主)，或以某一工序为完成期进行计划编制。在进行作业计划编制时，计划人员对于生产能力不够的工序或零件，发出外协请求至外协加工管理模块。对具有装配关系及先后时间要求的组件，通过调整相应零件的完成期，逐步实现精细化计划与控制。

3.1.3 作业工单管理

作业计划编制完成后，根据作业计划对车间各加工单元进行实际加工工作，加工指令即为加工单。按一般管理模式，加工单分为长工单与单工序工单，长工单记录零件已加工的工序，同零件一起流转，单工序工单指令某一加工单元，完成某一工序的加工工作。作业工单管理即制作各个工单，发放生产单元进行生产。对有装配的组件或部件，装配前进行配套计算，检验该部件的零件完成状况，以便对未成套的组件进行计划，对需完成的组件进行作业计划调整，确保组件装配及时，辅助作业计划管理与作业工单管理。

3.1.4 作业实绩管理

按工单要求，加工单元完成工序加工后，进行相应的质量检验，合格后，记录完工时间、加工工时(定额与实动)、加工数量、质量检验状况、下道工序等信息。对质量检验后需返修、报废情况作相关处理，反馈给作业计划管理，以便作出相应的作业计划调整。

作业实绩管理收集完成信息时，实现加工周期长的加工完成百分比的收集，同时记录各个工序所处的状态及状态变化。所收集的加工数据归结后转财务系统进行相关成本计算。

3.1.5 生产库存管理

生产库存管理对加工所需的材料、零件完工出入库、工辅具出入库、中间工序外协加工或零件整体外协加工进行出入库管理，以便控制原材料的领用、完工的入库、装配时的零件出库、工件在其它车间流转交接、外协加工转出转入交接等。库存管理还实现库存盘点、库存统计管理等库存管理功能。

3.1.6 作业统计管理与产品完工统计

根据作业实绩管理采集的完工、交接信息，按零件统计完成情况、工时完成情况、设备工时完成情况等报表的管理。分厂只统计分厂内部的完成情况，输出各车间、工段的产品计划完成情况表，制造部统计各分厂的完成情况，并与生产计划要求作对比，输出分厂产品计划完成情况表。

3.1.7 运行逻辑

(1)从ERP、PDM等系统中接收生产任务信息和产品数据信息，结合车间设备、人员等资源信息，形成车间作业任务单；

(2)将车间作业任务单发送至“工艺执行管理模块”中，与该模块中的工艺单、图纸和数控程序关联，由该模块下发至各加工工位；

(3)根据从“工艺执行管理模块”和“作业质量控制和追溯模块”中获取的加工任务完成信息、加工零件的进度、质量检验信息，能形成生产进度报表、工时报表等统计信息；

(4)利用“大数据分析与决策支持模块”形成车间分层业务模型、机加车间调度知识库和算法库，结合采集的车间运行实时数据，实现机加车间现场作业任务实时管理和动态调整优化。

3.2 设备管理模块

设备管理模块是车间生产管理系统的主要功能模块，主要分为设备管理、设备监控、备品备件管理。

3.2.1 设备管理

实现设备档案管理以及设备维保、维修，形成设备维保、设备维修知识库。

(1)设备档案管理：对设备从采购、入厂、使用、状态、备品备件出入库进行管理。

(2)设备维保管理：自定义维保日历，可按维保日历自动生成维保任务或人工指定维保任务，设备维保支持设备三维图纸查看并生成设备维保清单。

(3)设备维修管理：设备维修按照闭环思想进行，对维修提出到维修完成整个过程进行管理。现场人员提出报修单，由维修人员接单并维修，维修过程如涉及备品备件的更换可集成备品备件库进行备品备件的出库管理，维修完成由专人对维修结果进行确认，如维修不合格则重新维修，最终形成设备维修的闭环处理。

(4)特种设备管理：根据设备档案维护特种设备，创建特种设备定检单并对定检信息进行记录。

3.2.2 设备监控

通过系统与现场具备数字化接口设备的无缝集成，支持对现场生产、检测设备状态及参数实时采集及管理。与生产现场设备集成实时采集设备状态信息及设备当前实时生产、检测数据，并通过图形化方式进行信息监控；通过对设备数据采集，提供多种统计报告模板，准确了解生产、实验设备情况。

(1)设备状态监控：与生产、检测设备集成，实时获取设备的状态及参数信息，通过图形化方式实时显示设备的运行状态。

3.2.3 备件管理

对备品备件库存进行管理，记录备品备件的种类、数量和所在仓库(区域)。备品备件入库时需要通过入库单进行入库，记录入库信息；出库时通过出库单进行出库，记录出库信息。

3.2.4 统计查询

负责提供设备档案、用户管理、各类报表查询等功能。

3.2.5 运行逻辑

设备层是通过采集数控机床PLC和NC系统的信息以及传感器信息，利用可视化工具，监控单个设备各部件状态，另外基于这些实时信息，采用多源数据融合方法，可以得出单个零件加工进度以及批量加工进度。

(1)结合专用计算、分析和统计方法，还可以直观记录反映当前或过去某段时间的生产状况。

(2)车间层主要展示各种设备的运行状况，分析设备的利用率，分析瓶颈工序等。

(3)采用电子看板，数据采集等手段，实现车间设备日常管理(包括点检、定检)的电子化。

（1）中约两国在人口和经济总量方面存在明显差异，使得两国的贸易地位极度不对称，2016年，中国对约旦贸易额占约旦贸易总额的比重达到11.85%，而中约两国的贸易额度仅占中国贸易总额的0.086%。现在中国已经成为约旦第一大进口来源国与第二大贸易伙伴。中国与约旦虽然贸易总额不大，但是双边贸易增速快，年均增长率达到11.4%，中国呈现贸易顺差过大，而且差额还在扩大。

(4)基于定期维修制度和“机加车间大数据分析与决策支持系统”分析得出的各部件运行健康和维修策略，结合实时运行信息，给出健康状况与预维修维护措施，自动提醒设备管理人员。

3.3 质量管理模块

建立数字化、网络化的质量管理平台，并与前端技术、采购、生产等相关业务系统集成，实现产品质量档案形成的全过程动态、智能管理，有助于质量管理人员实时掌握零件在机加车间内各工序流转加工的质量状况。

3.3.1 产品检验

支持生产过程检测和产品完工终检两种业务。通过制定检验规则进行产品过程检验和产品完工终检，包括首件自检、首件专检、工序自检、工序专检、巡检、完工终检等不同类型检验，通过系统单据完整记录检验过程和结果；对检测不合格产品，进行不合格品处理，形成返工返修档案；根据检测数据形成产品质量档案，为提高产品质量提供知识储备。

3.3.2 质量要求制定

建立质量规范信息，形成质量控制规范，包括零部件、成品的检测项目、质量要求标准、检测方法等。通过与现场作业、目视化管理子系统的关联，实现检验任务的下达和通知，并可监视质检任务的执行情况。

3.3.3 质量检测执行

支持产品的过程检验和完工终检的检测数据录入和查看，同时支持与自动化测试设备集成，获取自动测试数据，实现产品生产过程质量数据追溯。

3.3.4 不合格品管理

实现不合格品处理相关业务，触发相关返工、返修、报废等流程，完成不合格品的闭环管理。

3.3.5 质量档案追溯和产品质量追溯

将关键工位自动采集的质量数据或人工录入的质量数据准确归集到产品，建立可追溯的产品质量档案，实现质量追溯。支持以不同维度追溯产品过程质量及终检质量数据。

3.4 工艺执行管理模块

针对重型装备典型产品大型、重型关键零部件生产特点，一般在订单下达后即使相同的产品可能由于用途不同工艺路线也不同，每一道工序需要实现的工艺要求也不同，对应相同工序的不同零件要求达到的具体要求也不同，因此必须对车间现场工艺执行结果采用信息化系统进行全面管理。

该模块包括工艺基础数据管理模块、制造执行工艺信息采集模块、异构系统数据集成模块。

3.4.1 工艺管理模块

该模块主要从PDM系统中，获取产品BOM信息、工艺路线、工艺版本以及生产控制等数据，在该模块中，可以根据订单进行产品工艺数据管理。

3.4.2 工艺信息采集

通过MDC软件和数据采集卡等软硬件手段实现对生产过程中的产品加工工艺数据和设备运行数据进行实时动态采集。

3.4.3 系统集成

工艺执行管理模块需要和企业其他系统进行信息集成，运用ERP系统通过物料资源信息、组织结构信息、人力资源信息进行集成；PLM系统主要通过产品结构信息、零部件信息进行集成。

3.5 成本管理模块

成本管理作为系统中的核心模块，主要用于车间生产成本的实时控制。成本管理支持多种模式的成本计算与分析，包括标准成本、计划成本和实际成本的计算与分析比较。其中，标准成本是基于BOM和工艺路线数据计算得到的产品成本，而计划成本则是根据生产任务(尚未正式开工)的计划领料和计划用工得出的成本；实际成本则是根据生产实际发生的料、工、费核算得出。成本管理与总帐、库存、采购等系统能够紧密集成和数据关联，成本核算数据将来自上述各个系统，成本核算的结果最终能够反映到总帐模块当中。

成本管理模块通过与其他模块的集成接口获取物料主数据、BOM、工艺主数据、工作中心等基础数据，并设置成本项目、工时费率等基础数据。

根据以上基础数据，可进行标准成本计算，经过标准成本发布，形成产品标准成本台账。在每个成本账期期末，通过与其他模块的集成接口，获取报工数据、工时数据、领料数据等，并通过与财务系统的集成接口，获取车间费用数据，进行工单实际成本计算，并经过确认后形成当期工单实际成本台账。

通过与其他系统的集成接口获取库存数据，进行产品实际成本计算，经过成本差异结转形成产品实际成本台账，同时可通过成本还原，形成还原后的产品实际成本台账。

4 结语

本文探讨了重型装备制造企业机加车间的生产和工艺特点，提出了一个适合该种类型机加车间的生产制造执行系统的架构，介绍了该系统的主要功能模块以及主要的业务运作逻辑。使用该信息化系统后有效地对其生产过程进行管理，提高了设备综合利用率，有效降低产品成本，提高产品质量。