1?引言
在智能工廠建設大背景下，生產制造正向數字化制造模式轉變，現有分散的多個 MES，已不能支撐制造能力升級與產業發展的需要。為解決上述問題，結合先進信息技術成果，開展新一代生產管理平臺——制造運營管理系統（MOM）建設。系統基于端到端的數據流模型，彌補了總裝、總調的信息化管理空白，優化業務流程，實現有限資源約束下的自動排程，具備運行態勢展示與分析決策能力。
2?制造運營系統集成需求
電子裝備整個生產過程包含用戶需求分析、設計、加工、總成、調試和維護等過程，傳統模式為上一階段結束后進入下一階段，數字化管理程度不高，數據分析決策能力弱，串行周期長，過程質量控制難度大，難以適應未來裝備生產和培育產業新動能的需求。
十四所總裝車間特點是產品結構體積大，結構形式復雜多樣；批產、科研生產模式共存；機裝、電裝、調試高度交叉，工藝流程復雜，周期長；生產過程跨工種、跨部門，物料需求來源多，生產組織復雜。
目前總裝廠組織生產方式：所里生產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，梳理產品結構信息、產品裝配流程、技術風險、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，項目組內部結合產品圖樣工藝，按時間要求進行生產。近年來，用戶對產品需求日趨多樣化、個性化，產品生命周期不斷縮短，軍品雷達覆蓋“海陸空天”全領域，品種多、批量小，系統復雜，總裝廠準點交付難度不斷加大。經過多年不斷積累，各級數字化平臺建設已相對成熟，通過自動化、數字化和智能化手段的運用可有效實現產線生產任務柔性混排、生產計劃合理調度、物料準時化齊套配送、裝配過程控制與裝配質量管理集成化，使總裝車間生產執行實現數據全控制、全貫穿。有效提升產品的質量穩定性和生產效率，并滿足多品種、小批量和柔性化生產需求。
在前期信息化建設中，已建設了 ERP 系統、MES，其他重要的輔助系統有 PDS、三維工藝系統及無紙化系統。主要的生產制造過程通過 ERP 進行管理，PDS 及三維工藝系統進行設計文件、EBOM 及工藝的管理，并將相關BOM 信息，工藝路線信息拋至 ERP 系統及無紙化系統；生產現場可通過無紙化系統查看相關設計文件及工藝路線，并在無紙化系統中進行異常報告、現場追蹤、日報和周報；ERP 系統目前可承接 PDS 中的 BOM 信息、工藝信息，并進行 MRP 運算，生成生產訂單、物料采購計劃，目前生產的完工確認、質量報檢、物料采購、領退和入庫等均在ERP 進行作業。
MOM 系統建設將 ERP 中生產制造過程相關的功能整合到 MOM 系統中，ERP 系統中的生產訂單、MBOM 投產信息；PDS 及三維工藝系統中工藝路線、工步物料、工藝參數、檢驗參數和輔材等信息會拋至 MOM 中。MOM 系統管理整個車間生產作業活動，并將完工信息返回 ERP 系統中。
3?制造運營管理系統框架設計
制造運營系統（MOM）對傳統 MES 進行了進一步的擴展，不僅涵蓋 MES 中關注的產品定義、資源計劃、生產計劃和生產性能等生產核心要素，同時又包含了制造運營過程中的設備全面管控、物料流轉、高級計劃排程、資源管理、質量控制和智能運營分析等模塊。
圖 1?ERP / PLM / MOM 系統架構及數據流
生產運行是整個工廠制造運行的核心，是實現產品價值增值的制造過程；總裝車間 MOM 系統依托現有數字化基礎，規劃 MOM 整體架構，如圖 1 所示，從而徹底打通從底層數據采集到企業級 ERP 系統的通道。實現生產計劃調度安排、物料準時化齊套配送、現場管理、裝配過程控制與裝配質量管理集成化。使總裝車間生產執行實現數據全控制、全貫穿。總裝車間生產運營數字化系統集成如圖2 所示。
圖 2?總裝車間生產運營數字化系統集成圖
4?制造運營管理系統核心模塊建設
總裝 MOM 的建設目標是構建能夠覆蓋車間各業務流程的綜合系統，打造集中化的業務流程標準模板庫，建成可集中管理、分步部署、統一數據源、業務流程驅動、車間透明、跨工廠全流程追溯和信息連續傳遞的制造大平臺。系統能覆蓋大型雷達總裝廠各型產品，實現產品質量提升，成本下降，交期準確。
通過與上下游 ERP、PDS、三維工藝系統和車間生產物聯網的深度關聯，最終輸出基于工步的派工單，派工單包含人、機、料、法、環和測等要素，作為生產現場工人操作界面的基礎數據，對整個生產流程進行全面管控。系統由以下核心模塊組成。
4.1?APS 排程模塊
在 ERP 與 MES 中間架設 APS 高級排程系統，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，結合 MOM 系統中實際生產設備情況、班組人員情況、工裝工具準備情況、領退料情況、倉儲庫存情況和實際生產制造情況，根據相關算法及約束條件，由 APS 高級排程系統預排出一個初版計劃，提供給各層級人員進行參考及調整。智能排產調度系統總體架構如圖 3 所示。
圖 3?智能排產調度系統總體架構
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的基礎數據導入系統，根據實際生產的情況，選擇下發訂單和排產設備，根據啟發式規則和智能優化算法自動生成排產結果，將排產結果通過不同的側重點展示，具體為側重資源每日生產能力的資源甘特圖、生產計劃總表、物料需求計劃等。同時智能排產系統可以根據生產現場發生的實際擾動實時更新排產計劃，使得生產作業計劃始終與生產實際相符。
圖 4?智能排產調度系統運行架構
訂單來自于 ERP 系統，通過 APS 調度產生排產作業方案，由所產生的作業排產計劃綜合牽引形成設備、物料、工裝等計劃，并與車間 MOM 等執行系統集成，充分發揮不同種類系統的優點，實現精益協同的集成運行效果。智能排產調度系統運行架構如圖 4 所示，系統集成架構如圖5 所示。
圖 5?系統集成架構圖
4.2?工藝管理
產品結構按照工藝流程進行劃分，能夠清楚查詢生產、采購、供應、倉儲和工裝等生產各環節的需求。針對工藝設計結果進行管理，包含工藝規程、工藝過程卡、工序卡和操作指導書等，將工藝細化到具體的工步，作為生產制造重要參考。
根據已經設定及細化的工藝路線，在生產過程中對工藝流程進行嚴格管控，保證產品按照事先設定的流程生產，如果發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?設備管理
通過構建信息化管理業務流程，以現有設備能力為基礎，以保障科研生產為主線，達到設備資產全壽命周期的資源共享，用數據說話，為科研生產的工藝、計劃和現場排產提供設備能力的相關信息。
現場設備主要有裝配設備及檢測設備。裝配設備主要有智能裝配機器人、支撐工裝設備、智能力矩設備和自動化擴孔設備等在工作中常用的設備；檢測設備主要是智能化檢漏系統、智能檢測設備和攝影測量記錄設備等，主要檢測裝配過程中的狀態、數據等。
系統能結合設備年度維修計劃、保養計劃和改造計劃，作為工藝、計劃排程的依據。通過 MOM 系統，自動采集自動化控制程度較高的關鍵瓶頸設備的故障、完好、運行和停機等相關信息，實時監視重點設備運行狀態、運行時間和故障時間，并進行運行效率和故障分析統計，形成完好率、故障率和利用率等統計報表，結合工藝、計劃的相關要求，反饋設備管理部門，結合設備能力、擁有量、實時完好狀態和利用效率等因素，為設備能力配置規劃、維修維護改造提供決策數據，進一步提高設備資產綜合管理效率，提升管理水平，滿足科研生產管理要求。
4.4?質量管理
MOM 系統可及時、準確地對車間裝配過程中的質量數據進行采集，對數據如首檢、批檢、工序完工檢驗、關重件檢驗和委托計量檢驗等可快速采集，并傳遞給相應管理人員以便確認車間制件在不同工序的質量狀況。質量管理人員也可通過系統追溯問題零件的生產過程、關聯要素及相關質量檢驗信息，最大程度的還原零件真實的裝配環境，為質量問題的溯源提供可靠的數據支撐。系統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）及對最終產品的質量檢驗（FQC），并針對各項數據進行統計分析。
系統包含質量等級維護、缺陷等級維護、質量原因類型、檢驗項目、檢驗工種、檢驗工作中心和檢驗工具儀器等數據維護。質量追蹤與控制包括關鍵工序監控、生產過程控制和異常預警等。系統包含質量分析與改進、輸入直方圖和質量統計報表，系統可實現遏制管理，將發現的可疑品快速凍結，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，并反饋處理結果。
4.5?生產過程追蹤
系統可通過產品特定標識（條碼或 RFID）進行產品追溯和記錄，反映產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、規格、成分、產地和生產日期等來源，以及經過了哪幾道工序加工，同時包含加工時的設備，工藝參數、生產環境、操作人員、檢驗人員和質量檢驗結果等產品形成的歷史，以便產品一旦出現問題，可以追溯其形成過程，探求問題出現的環節，并為采取糾正措施提供依據。
系統可針對每個工作日或者工作時段進行總結，生成日報、周報等，包括車間物料投入與產出統計、工時統計、各項指標計算以及對各個流程環節問題的反饋、審核、啟動解決、處理、結果反饋、問題解決及確認等一整套的子流程。
4.6?可視化生產管控
1）通過各層級的大數據分析和圖形化的數據看板，提供生產訂單綜合分析報表、生產日報的統計報表、更改處理統計報表、產量報表；
2）提供生產訂單綜合報表；
3）提供生產日報的統計報表；
4）綜合產量報表，統計每班組、每訂單、每工序的完工量，統計每人每訂單、每工序的完工量；
5）套裝關系缺料情況分析；
6）計劃員關注計劃與監控；
7）總裝生產信息綜合展示；
8）提供生產質量看板；
9）生產物料統計看板。
4.7?人員管理
1）系統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：根據企業生產任務要求，安排合適人員，并制定相應工作計劃，包括工作開始時間，結束時間等。
3）人員能力統計：根據人員信息、人員技能、人員考勤等條件查詢指定范圍內，具有指定技能的所有可用人員，給生產調度提供依據。
4）人員調度管理：將經過人員能力統計得到的人員根據生產計劃和車間的生產調度，對生產活動作出調度，并記錄人員工時。
5）人員外派管理：MOM 系統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有生產訂單執行情況的影響及應對處理方式等。
人員管理是與班組管理結合在一起的，每周都會有不同的工作計劃通過 MOM 系統下發到班組，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的開始時間和完成時間，以此為基礎在系統中進行數據統計和運算，就可以準確得出個人在一定時間內的工作量。
根據班組個人本周統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等級評定和班組綜合評定的加權計算結果，任務難度系數是根據不同難度的任務給予不同的難度系數，班組個人在不同任務后計算時都要乘以不同的任務難度系數。這些人員的工作評定也會在 MOM 系統中人員管理模塊體現出來。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、配送數量準確和配送地點準確，減少作業人員的領料、運輸等不增值的時間，提高員工工作效率。從技術上基于條形碼、二維碼和無線射頻識別（RFID）等識別技術實現自動出入庫管理，實現倉儲配送與生產計劃、制造執行以及企業資源管理等業務的集成，從設備上基于 AGV 車、自動轉運車、周轉車等自動化或半自動化配送設備，實現并提高了對總裝物料需求快速響應速度，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及管理效能。
4.9?智能運營分析與決策支持
制造運營系統可以為公司決策層、業務管理層和操作層提供不同管理視圖。企業運營數據指標分層次自頂向下逐級分解，MOM 系統中的各類數據能切實反映運營的績效。MOM 能有效促進制造端系統的集成連接、數據的互聯互通，提升數據資產的價值和共享水平。應用數據倉庫和數據復制技術，可實現各級、各類運營數據的實時獲取及共享應用，MOM 可通過大數據追溯分析，反復迭代，提升數據的完整性、規范性、及時性和準確性，實現數據“實時生成、自動匯總、自動提交”。在數據分析與決策中，對實時對歷史數據進行引入和融合，是制造運營系統進行數據分析與決策的關鍵。MOM 中的大數據管理平臺，可對海量的生產數據進行分析、監測處理，并通過數據集成、整合方案，將其與頂層系統進行數據層面的集成和整合，最終打通公司內部生產數據自下而上的鏈條。
5?結束語
圍繞智慧院所整體架構，對標數字化車間建設標準，制造運營系統建設，旨在滿足多品種、小批量、離散型復雜雷達裝備精益化和柔性化總裝生產需求，實現總裝管理智能化、過程數字化，使整個車間數字貫通，智能管控、綠色低耗。
后續 MOM 系統會將產品生產制造信息與前端工藝信息集成，基于雷達產品全生命周期維度，將車間制造信息共同定義到產品的三維數字化模型中，通過計算技術、仿真技術、虛擬現實技術以及網絡技術，對工藝規劃、工藝路線、物流和節拍進行仿真、分析與優化，降低制造的不確定性；使關鍵裝配過程實現在線質量控制功能，對制造質量進行監控。
原文刊載于《智能制造》2022年第1期 作者：南京電子技術研究所 王春學
