1?引言

在智能工廠建設(shè)大背景下，生產(chǎn)制造正向數(shù)字化制造模式轉(zhuǎn)變，現(xiàn)有分散的多個 MES，已不能支撐制造能力升級與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。為解決上述問題，結(jié)合先進信息技術(shù)成果，開展新一代生產(chǎn)管理平臺——制造運營管理系統(tǒng)（MOM）建設(shè)。系統(tǒng)基于端到端的數(shù)據(jù)流模型，彌補了總裝、總調(diào)的信息化管理空白，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，實現(xiàn)有限資源約束下的自動排程，具備運行態(tài)勢展示與分析決策能力。

2?制造運營系統(tǒng)集成需求

電子裝備整個生產(chǎn)過程包含用戶需求分析、設(shè)計、加工、總成、調(diào)試和維護等過程，傳統(tǒng)模式為上一階段結(jié)束后進入下一階段，數(shù)字化管理程度不高，數(shù)據(jù)分析決策能力弱，串行周期長，過程質(zhì)量控制難度大，難以適應(yīng)未來裝備生產(chǎn)和培育產(chǎn)業(yè)新動能的需求。

十四所總裝車間特點是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)體積大，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣；批產(chǎn)、科研生產(chǎn)模式共存；機裝、電裝、調(diào)試高度交叉，工藝流程復(fù)雜，周期長；生產(chǎn)過程跨工種、跨部門，物料需求來源多，生產(chǎn)組織復(fù)雜。

目前總裝廠組織生產(chǎn)方式：所里生產(chǎn)計劃下達至總裝廠后，由車間計劃員按項目開始組建團隊，團隊通過人工查詢方式，梳理產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息、產(chǎn)品裝配流程、技術(shù)風(fēng)險、物料、工裝工具需求以及人員場地需求等，形成策劃，對生產(chǎn)工序計劃進行人工排程并對缺項及問題進行拉動。排程后的計劃會下達到項目組，項目組內(nèi)部結(jié)合產(chǎn)品圖樣工藝，按時間要求進行生產(chǎn)。近年來，用戶對產(chǎn)品需求日趨多樣化、個性化，產(chǎn)品生命周期不斷縮短，軍品雷達覆蓋“海陸空天”全領(lǐng)域，品種多、批量小，系統(tǒng)復(fù)雜，總裝廠準點交付難度不斷加大。經(jīng)過多年不斷積累，各級數(shù)字化平臺建設(shè)已相對成熟，通過自動化、數(shù)字化和智能化手段的運用可有效實現(xiàn)產(chǎn)線生產(chǎn)任務(wù)柔性混排、生產(chǎn)計劃合理調(diào)度、物料準時化齊套配送、裝配過程控制與裝配質(zhì)量管理集成化，使總裝車間生產(chǎn)執(zhí)行實現(xiàn)數(shù)據(jù)全控制、全貫穿。有效提升產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率，并滿足多品種、小批量和柔性化生產(chǎn)需求。

在前期信息化建設(shè)中，已建設(shè)了 ERP 系統(tǒng)、MES，其他重要的輔助系統(tǒng)有 PDS、三維工藝系統(tǒng)及無紙化系統(tǒng)。主要的生產(chǎn)制造過程通過 ERP 進行管理，PDS 及三維工藝系統(tǒng)進行設(shè)計文件、EBOM 及工藝的管理，并將相關(guān)BOM 信息，工藝路線信息拋至 ERP 系統(tǒng)及無紙化系統(tǒng)；生產(chǎn)現(xiàn)場可通過無紙化系統(tǒng)查看相關(guān)設(shè)計文件及工藝路線，并在無紙化系統(tǒng)中進行異常報告、現(xiàn)場追蹤、日報和周報；ERP 系統(tǒng)目前可承接 PDS 中的 BOM 信息、工藝信息，并進行 MRP 運算，生成生產(chǎn)訂單、物料采購計劃，目前生產(chǎn)的完工確認、質(zhì)量報檢、物料采購、領(lǐng)退和入庫等均在ERP 進行作業(yè)。

MOM 系統(tǒng)建設(shè)將 ERP 中生產(chǎn)制造過程相關(guān)的功能整合到 MOM 系統(tǒng)中，ERP 系統(tǒng)中的生產(chǎn)訂單、MBOM 投產(chǎn)信息；PDS 及三維工藝系統(tǒng)中工藝路線、工步物料、工藝參數(shù)、檢驗參數(shù)和輔材等信息會拋至 MOM 中。MOM 系統(tǒng)管理整個車間生產(chǎn)作業(yè)活動，并將完工信息返回 ERP 系統(tǒng)中。

3?制造運營管理系統(tǒng)框架設(shè)計

制造運營系統(tǒng)（MOM）對傳統(tǒng) MES 進行了進一步的擴展，不僅涵蓋 MES 中關(guān)注的產(chǎn)品定義、資源計劃、生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)性能等生產(chǎn)核心要素，同時又包含了制造運營過程中的設(shè)備全面管控、物料流轉(zhuǎn)、高級計劃排程、資源管理、質(zhì)量控制和智能運營分析等模塊。

圖 1?ERP / PLM / MOM 系統(tǒng)架構(gòu)及數(shù)據(jù)流

生產(chǎn)運行是整個工廠制造運行的核心，是實現(xiàn)產(chǎn)品價值增值的制造過程；總裝車間 MOM 系統(tǒng)依托現(xiàn)有數(shù)字化基礎(chǔ)，規(guī)劃 MOM 整體架構(gòu)，如圖 1 所示，從而徹底打通從底層數(shù)據(jù)采集到企業(yè)級 ERP 系統(tǒng)的通道。實現(xiàn)生產(chǎn)計劃調(diào)度安排、物料準時化齊套配送、現(xiàn)場管理、裝配過程控制與裝配質(zhì)量管理集成化。使總裝車間生產(chǎn)執(zhí)行實現(xiàn)數(shù)據(jù)全控制、全貫穿。總裝車間生產(chǎn)運營數(shù)字化系統(tǒng)集成如圖2 所示。

圖 2?總裝車間生產(chǎn)運營數(shù)字化系統(tǒng)集成圖

4?制造運營管理系統(tǒng)核心模塊建設(shè)

總裝 MOM 的建設(shè)目標是構(gòu)建能夠覆蓋車間各業(yè)務(wù)流程的綜合系統(tǒng)，打造集中化的業(yè)務(wù)流程標準模板庫，建成可集中管理、分步部署、統(tǒng)一數(shù)據(jù)源、業(yè)務(wù)流程驅(qū)動、車間透明、跨工廠全流程追溯和信息連續(xù)傳遞的制造大平臺。系統(tǒng)能覆蓋大型雷達總裝廠各型產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量提升，成本下降，交期準確。

通過與上下游 ERP、PDS、三維工藝系統(tǒng)和車間生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的深度關(guān)聯(lián)，最終輸出基于工步的派工單，派工單包含人、機、料、法、環(huán)和測等要素，作為生產(chǎn)現(xiàn)場工人操作界面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對整個生產(chǎn)流程進行全面管控。系統(tǒng)由以下核心模塊組成。

4.1?APS 排程模塊

在 ERP 與 MES 中間架設(shè) APS 高級排程系統(tǒng)，通過對ERP 中客戶訂單，BOM 資料，工藝文件及 MRP 排出的初版計劃，結(jié)合 MOM 系統(tǒng)中實際生產(chǎn)設(shè)備情況、班組人員情況、工裝工具準備情況、領(lǐng)退料情況、倉儲庫存情況和實際生產(chǎn)制造情況，根據(jù)相關(guān)算法及約束條件，由 APS 高級排程系統(tǒng)預(yù)排出一個初版計劃，提供給各層級人員進行參考及調(diào)整。智能排產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖 3 所示。

圖 3?智能排產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)總體架構(gòu)

通過將訂單信息、資源信息、BOM 信息、工藝鏈信息和庫存信息作為自動排產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)，根據(jù)實際生產(chǎn)的情況，選擇下發(fā)訂單和排產(chǎn)設(shè)備，根據(jù)啟發(fā)式規(guī)則和智能優(yōu)化算法自動生成排產(chǎn)結(jié)果，將排產(chǎn)結(jié)果通過不同的側(cè)重點展示，具體為側(cè)重資源每日生產(chǎn)能力的資源甘特圖、生產(chǎn)計劃總表、物料需求計劃等。同時智能排產(chǎn)系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生的實際擾動實時更新排產(chǎn)計劃，使得生產(chǎn)作業(yè)計劃始終與生產(chǎn)實際相符。

圖 4?智能排產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)運行架構(gòu)

訂單來自于 ERP 系統(tǒng)，通過 APS 調(diào)度產(chǎn)生排產(chǎn)作業(yè)方案，由所產(chǎn)生的作業(yè)排產(chǎn)計劃綜合牽引形成設(shè)備、物料、工裝等計劃，并與車間 MOM 等執(zhí)行系統(tǒng)集成，充分發(fā)揮不同種類系統(tǒng)的優(yōu)點，實現(xiàn)精益協(xié)同的集成運行效果。智能排產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)運行架構(gòu)如圖 4 所示，系統(tǒng)集成架構(gòu)如圖5 所示。

圖 5?系統(tǒng)集成架構(gòu)圖

4.2?工藝管理

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)按照工藝流程進行劃分，能夠清楚查詢生產(chǎn)、采購、供應(yīng)、倉儲和工裝等生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的需求。針對工藝設(shè)計結(jié)果進行管理，包含工藝規(guī)程、工藝過程卡、工序卡和操作指導(dǎo)書等，將工藝細化到具體的工步，作為生產(chǎn)制造重要參考。

根據(jù)已經(jīng)設(shè)定及細化的工藝路線，在生產(chǎn)過程中對工藝流程進行嚴格管控，保證產(chǎn)品按照事先設(shè)定的流程生產(chǎn)，如果發(fā)生任何異常情況將自動進行糾正與報警處理。工藝細化到工步層級后掛物料，按照工位進行齊套。

4.3?設(shè)備管理

通過構(gòu)建信息化管理業(yè)務(wù)流程，以現(xiàn)有設(shè)備能力為基礎(chǔ)，以保障科研生產(chǎn)為主線，達到設(shè)備資產(chǎn)全壽命周期的資源共享，用數(shù)據(jù)說話，為科研生產(chǎn)的工藝、計劃和現(xiàn)場排產(chǎn)提供設(shè)備能力的相關(guān)信息。

現(xiàn)場設(shè)備主要有裝配設(shè)備及檢測設(shè)備。裝配設(shè)備主要有智能裝配機器人、支撐工裝設(shè)備、智能力矩設(shè)備和自動化擴孔設(shè)備等在工作中常用的設(shè)備；檢測設(shè)備主要是智能化檢漏系統(tǒng)、智能檢測設(shè)備和攝影測量記錄設(shè)備等，主要檢測裝配過程中的狀態(tài)、數(shù)據(jù)等。

系統(tǒng)能結(jié)合設(shè)備年度維修計劃、保養(yǎng)計劃和改造計劃，作為工藝、計劃排程的依據(jù)。通過 MOM 系統(tǒng)，自動采集自動化控制程度較高的關(guān)鍵瓶頸設(shè)備的故障、完好、運行和停機等相關(guān)信息，實時監(jiān)視重點設(shè)備運行狀態(tài)、運行時間和故障時間，并進行運行效率和故障分析統(tǒng)計，形成完好率、故障率和利用率等統(tǒng)計報表，結(jié)合工藝、計劃的相關(guān)要求，反饋設(shè)備管理部門，結(jié)合設(shè)備能力、擁有量、實時完好狀態(tài)和利用效率等因素，為設(shè)備能力配置規(guī)劃、維修維護改造提供決策數(shù)據(jù)，進一步提高設(shè)備資產(chǎn)綜合管理效率，提升管理水平，滿足科研生產(chǎn)管理要求。

4.4?質(zhì)量管理

MOM 系統(tǒng)可及時、準確地對車間裝配過程中的質(zhì)量數(shù)據(jù)進行采集，對數(shù)據(jù)如首檢、批檢、工序完工檢驗、關(guān)重件檢驗和委托計量檢驗等可快速采集，并傳遞給相應(yīng)管理人員以便確認車間制件在不同工序的質(zhì)量狀況。質(zhì)量管理人員也可通過系統(tǒng)追溯問題零件的生產(chǎn)過程、關(guān)聯(lián)要素及相關(guān)質(zhì)量檢驗信息，最大程度的還原零件真實的裝配環(huán)境，為質(zhì)量問題的溯源提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)主要分為三個階段進行管控，原材料及外購件檢驗（IQC）、加工過程控制檢驗（PQC）及對最終產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗（FQC），并針對各項數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

系統(tǒng)包含質(zhì)量等級維護、缺陷等級維護、質(zhì)量原因類型、檢驗項目、檢驗工種、檢驗工作中心和檢驗工具儀器等數(shù)據(jù)維護。質(zhì)量追蹤與控制包括關(guān)鍵工序監(jiān)控、生產(chǎn)過程控制和異常預(yù)警等。系統(tǒng)包含質(zhì)量分析與改進、輸入直方圖和質(zhì)量統(tǒng)計報表，系統(tǒng)可實現(xiàn)遏制管理，將發(fā)現(xiàn)的可疑品快速凍結(jié)，并能迅速識別可疑品影響范圍，精確召回、處理影響的成品、半成品，并反饋處理結(jié)果。

4.5?生產(chǎn)過程追蹤

系統(tǒng)可通過產(chǎn)品特定標識（條碼或 RFID）進行產(chǎn)品追溯和記錄，反映產(chǎn)品的來源及形成過程，包含所采用的原料及外購件的名稱、品質(zhì)、規(guī)格、成分、產(chǎn)地和生產(chǎn)日期等來源，以及經(jīng)過了哪幾道工序加工，同時包含加工時的設(shè)備，工藝參數(shù)、生產(chǎn)環(huán)境、操作人員、檢驗人員和質(zhì)量檢驗結(jié)果等產(chǎn)品形成的歷史，以便產(chǎn)品一旦出現(xiàn)問題，可以追溯其形成過程，探求問題出現(xiàn)的環(huán)節(jié)，并為采取糾正措施提供依據(jù)。

系統(tǒng)可針對每個工作日或者工作時段進行總結(jié)，生成日報、周報等，包括車間物料投入與產(chǎn)出統(tǒng)計、工時統(tǒng)計、各項指標計算以及對各個流程環(huán)節(jié)問題的反饋、審核、啟動解決、處理、結(jié)果反饋、問題解決及確認等一整套的子流程。

4.6?可視化生產(chǎn)管控

1）通過各層級的大數(shù)據(jù)分析和圖形化的數(shù)據(jù)看板，提供生產(chǎn)訂單綜合分析報表、生產(chǎn)日報的統(tǒng)計報表、更改處理統(tǒng)計報表、產(chǎn)量報表；

2）提供生產(chǎn)訂單綜合報表；

3）提供生產(chǎn)日報的統(tǒng)計報表；

4）綜合產(chǎn)量報表，統(tǒng)計每班組、每訂單、每工序的完工量，統(tǒng)計每人每訂單、每工序的完工量；

5）套裝關(guān)系缺料情況分析；

6）計劃員關(guān)注計劃與監(jiān)控；

7）總裝生產(chǎn)信息綜合展示；

8）提供生產(chǎn)質(zhì)量看板；

9）生產(chǎn)物料統(tǒng)計看板。

4.7?人員管理

1）系統(tǒng)可管理人員基本信息：包括人員信息管理、技能信息管理和技能級別管理。

2）管理員工工作計劃：根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)要求，安排合適人員，并制定相應(yīng)工作計劃，包括工作開始時間，結(jié)束時間等。

3）人員能力統(tǒng)計：根據(jù)人員信息、人員技能、人員考勤等條件查詢指定范圍內(nèi)，具有指定技能的所有可用人員，給生產(chǎn)調(diào)度提供依據(jù)。

4）人員調(diào)度管理：將經(jīng)過人員能力統(tǒng)計得到的人員根據(jù)生產(chǎn)計劃和車間的生產(chǎn)調(diào)度，對生產(chǎn)活動作出調(diào)度，并記錄人員工時。

5）人員外派管理：MOM 系統(tǒng)中需要針對人員外派進行管理，不僅包括人員外派申請及流程的管理，需要同時包括人員外派對現(xiàn)有生產(chǎn)訂單執(zhí)行情況的影響及應(yīng)對處理方式等。

人員管理是與班組管理結(jié)合在一起的，每周都會有不同的工作計劃通過 MOM 系統(tǒng)下發(fā)到班組，再由班組長指派到具體的工作人員，每條派工單都會有具體的操作人員及對應(yīng)的開始時間和完成時間，以此為基礎(chǔ)在系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和運算，就可以準確得出個人在一定時間內(nèi)的工作量。

根據(jù)班組個人本周統(tǒng)計的工作量與本周的出勤時間進行對比就能得出個人本周的工作效率，該效率在一定時間范圍內(nèi)的平均值即是個人的工作效率。人員的工作評定還可以從人員個人能力和工作難度等不同方面來進行評價。人員個人能力是職業(yè)等級評定和班組綜合評定的加權(quán)計算結(jié)果，任務(wù)難度系數(shù)是根據(jù)不同難度的任務(wù)給予不同的難度系數(shù)，班組個人在不同任務(wù)后計算時都要乘以不同的任務(wù)難度系數(shù)。這些人員的工作評定也會在 MOM 系統(tǒng)中人員管理模塊體現(xiàn)出來。人員的工作效率得到量化，人員管理就會變簡單，從而提高人員的工作效率。

4.8?物料管理

通過 MOM 中物料管理模塊建設(shè)和使用，可提高總裝車間的物料齊套、管理和配送效率，通過配送“四準確”——物料需求準確、配送時間準確、配送數(shù)量準確和配送地點準確，減少作業(yè)人員的領(lǐng)料、運輸?shù)炔辉鲋档臅r間，提高員工工作效率。從技術(shù)上基于條形碼、二維碼和無線射頻識別（RFID）等識別技術(shù)實現(xiàn)自動出入庫管理，實現(xiàn)倉儲配送與生產(chǎn)計劃、制造執(zhí)行以及企業(yè)資源管理等業(yè)務(wù)的集成，從設(shè)備上基于 AGV 車、自動轉(zhuǎn)運車、周轉(zhuǎn)車等自動化或半自動化配送設(shè)備，實現(xiàn)并提高了對總裝物料需求快速響應(yīng)速度，全面提升車間物料、物流管理水平；同時提升了車間整體的生產(chǎn)及管理效能。

4.9?智能運營分析與決策支持

制造運營系統(tǒng)可以為公司決策層、業(yè)務(wù)管理層和操作層提供不同管理視圖。企業(yè)運營數(shù)據(jù)指標分層次自頂向下逐級分解，MOM 系統(tǒng)中的各類數(shù)據(jù)能切實反映運營的績效。MOM 能有效促進制造端系統(tǒng)的集成連接、數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，提升數(shù)據(jù)資產(chǎn)的價值和共享水平。應(yīng)用數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)，可實現(xiàn)各級、各類運營數(shù)據(jù)的實時獲取及共享應(yīng)用，MOM 可通過大數(shù)據(jù)追溯分析，反復(fù)迭代，提升數(shù)據(jù)的完整性、規(guī)范性、及時性和準確性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)“實時生成、自動匯總、自動提交”。在數(shù)據(jù)分析與決策中，對實時對歷史數(shù)據(jù)進行引入和融合，是制造運營系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析與決策的關(guān)鍵。MOM 中的大數(shù)據(jù)管理平臺，可對海量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析、監(jiān)測處理，并通過數(shù)據(jù)集成、整合方案，將其與頂層系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)層面的集成和整合，最終打通公司內(nèi)部生產(chǎn)數(shù)據(jù)自下而上的鏈條。

5?結(jié)束語

圍繞智慧院所整體架構(gòu)，對標數(shù)字化車間建設(shè)標準，制造運營系統(tǒng)建設(shè)，旨在滿足多品種、小批量、離散型復(fù)雜雷達裝備精益化和柔性化總裝生產(chǎn)需求，實現(xiàn)總裝管理智能化、過程數(shù)字化，使整個車間數(shù)字貫通，智能管控、綠色低耗。

后續(xù) MOM 系統(tǒng)會將產(chǎn)品生產(chǎn)制造信息與前端工藝信息集成，基于雷達產(chǎn)品全生命周期維度，將車間制造信息共同定義到產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型中，通過計算技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對工藝規(guī)劃、工藝路線、物流和節(jié)拍進行仿真、分析與優(yōu)化，降低制造的不確定性；使關(guān)鍵裝配過程實現(xiàn)在線質(zhì)量控制功能，對制造質(zhì)量進行監(jiān)控。

原文刊載于《智能制造》2022年第1期 作者：南京電子技術(shù)研究所 王春學(xué)