科研生产任务过程监控的研究与实践

邓琦、牛四东、李凌云、刘亚东、徐敏霞 /北京精密机电控制设备研究所

目前，北京精密机电控制设备研究所科研生产研制任务呈现任务量大、质量要求高、研制周期短等特点，对科研生产任务的合理调度提出了更高的要求。随着应用增多，数据量越来越大，对数据应用的难度也在不断增加，对数据的深度挖掘和利用方面的功能还不够完善。采取多层面关联机制，通过对多层面数据的汇总和分析，提升科研生产管理水平，对型号的保成功、保交付具有战略价值。

通过对研究所当前科研生产计划调度需求的了解，经分析、总结发现当前工作存在大数据环境下的调度业务部门的统计、分析工作难度加大；平台中生产过程业务数据较为分散，生产调度无法直观、系统地获取短线或难点的预警信息，导致无法及时根据实际生产情况进行策略的调整和优化等2 个方面问题。

原有的人工手动汇总、统计报表已无法满足实际科研生产需求，且无法保证数据的准确性。结合实际生产调度需求，笔者研究电子调度室模块实现生产数据分类汇总分析，为生产调度提供有效且准确的数据依据。

一、工作与实践

1.电子调度室研究

一是需求分析。研究所自主研发的航天伺服产研通信息平台项目于2007 年正式启动，历经10 年已相继完成了产品计划、生产配套、库存管理和制造执行等多个子系统，基本实现了产品生产全过程的闭环管控。通过产研计划信息关联管理模式的构建，这几个子系统实现了一体化、集成化运行。

研究所建立了设计、制造一体化的事业部和内部市场运行机制。型号计划调度员根据上级部门的计划通知并结合当前任务情况等信息下达备料和投产计划。对于备料计划，物资计划员会根据型号计划、工艺定额以及当前库存情况生成物资申购需求，提交物资管理子系统进行申购，物流中心采购完毕后配送至研究所内，再通过二次配套下发至车间进行生产，由部门分解到生产一线，零件加工完成后进行入库，完成计划考核。通过计划子系统下发组件装配计划，由产品配套子系统将装配组件需要的产品和物资进行产品配套出库，组件装配计划由部门分解到装配一线，将产品组装完成后再通过库存管理子系统进行入库，完成计划考核，从而完成整个航天伺服产品生产制造实物全过程的闭环管控，各子系统之间的关系如图1所示。

在产品生产制造的全过程中，为确保计划的有效顺利进行，计划调度部门需要对各个环节完成情况进行了解和监控，生产调度工作只有及时发现问题，并采取有效措施，在一些关键特殊的业务情况下，做出精准判断和采取准确对策，才能不断提高科研生产效率。例如，如何及时获知常用物资的库存不足，然后下达采购和备料计划；计划下发后如何追踪事业部车间现场具体的执行进度和情况；以及如何快速统计汇总每个季度所有部门计划的完成率等。为满足综合数据信息的查阅和分析，调度业务部门需要以周报、月报等高频率的形式完成这些业务数据的聚类、采集、分析和呈现。

然而，随着产研通平台功能的不断拓展和完善，业务数据集的横纵坐标都在不断拓宽和延伸，即数据量和数据类别都在大幅度增加，所以通过分析和凝练众多数据为科研生产提供有力的数据支撑成为系统而复杂的工程。

调度人员所需要的结果从原始数据收集到结论的形成是一个反复迭代的过程，主要包括数据清理，从收集的数据中移除噪声数据和不相干的数据；数据集成，将各类数据整合成相同数据源；数据挖掘分析，利用关键技术来挖掘潜在的有用的数据模式；结果表示，是最后一个阶段，是将关键的信息直观地表示给用户，采用可视化技术帮助用户理解和解释数据挖掘分析的结果这4 个步骤组成。

二是系统结构设计。整个产品生产制造实物的过程复杂、业务数据较为分散，调度人员需要进入不同子模块完成查询和分析工作，无法及时直观、系统地获取短线或难点的预警信息，导致无法及时根据实际需求和生产情况进行策略的调整和优化。针对这种现象，结合实际应用需求，建立电子调度室子系统，以数据类型及关联关系为划分原则，将之前系统中各个子模块应用的结果进行跨模块的汇总、提取和展示，以便管理人员及时查询、监控科研生产进展情况，同时实现各部门的信息共享。拓展后的航天伺服产研通信息平台结构如图2 所示。

2.具体实施

一是多模块间关联汇总统计。

主界面。以直观呈现为目的，划分重点关注的事项和条目，在过程监控模块主界面以当前季度为时间范围实时显示计划下发、任务执行、出入库情况等科研生产的数据信息。将用户日常关注的信息进行实时投送展示，简化查询操作，便于直观、系统地获取短线或难点的关键信息，并及时地根据实际需求和生产情况进行策略的调整和优化。

图2 航天伺服产研通信息平台结构图

为满足用户对数据信息更详尽的信息汇总和统计分析，以计划统计、投入产出、配套统计等8 个类别建立查询统计功能。每个类别均以型号、时间、部门、责任人等具有针对性的信息作为查询条件，用户可以自由组合，实现多维度的信息查询统计，并以Excel、Word 等多类型的报表进行导出。

计划统计。计划执行中产品作为完成物，打通了计划模块与产品结构模块之间的数据共享与传递，在计划与产品信息关联的基础上，实现计划和生产执行的无缝衔接，车间现场直接承接所级计划的所有信息，将计划与生产工序进行关联。计划与工序数据表的E-R 图如图3 所示。

图3 计划和工序数据表的E-R图

图4 计划信息、入库信息、产品信息数据表关联图

图5 各业务数据表关系图

基于计划、产品、MES 多模块间的关联关系，以计划主键为主，将产品信息和计划执行信息作为附加属性综合进行展示，由此，通过计划统计的查询结果，用户可直接看到相应的工序执行进度，同时支持直接点击进入MES 子系统查看具体进展情况和制造执行中产生的数据信息。利用多层次关联关系，完成一体化汇总，便于用户直接、快捷地了解多模块、多流程的数据信息，对从多角度、多方面地把握计划信息和具体执行情况提供有效依据。

投入产出。实际生产过程中，产品的投入产出主要以计划形式下发到部门，而产品的入库情况是计划考核的主要依据，通过计划ID，建立入库统计表与计划表的关联关系，此外，产品基础信息表、完成物表、计划表均可以通过产品ID 建立关联关系，从而实现计划投入产出信息的汇总融合，计划信息、入库信息、产品信息数据表关联如图4所示。

按照多表间关联关系，依据已有计划信息系统可通过选择时间、责任部门、型号、计划状态等多个属性信息来筛选并自动生成机加投入产出、装调投入产出和物资投入产出报表，采用电子文档技术，支持自动按照模板以word 文档形式输出相应的报表，以提高工作效率。此外，使用特殊颜色字体分别标识完成与未完成的计划信息，增加报表的可读性，使得用户可更加直观的了解计划的相关情况。

各个子系统间相互融合，相互集成，串联起整个产品生产制造实物的全过程，配套统计、出入库统计等功能均依据多模块间的关联关系，完成各项业务数据的聚类、采集、分析和呈现。各业务环节数据表关系如图5 所示。

二是构建特殊计划闭环机制。

图6 生产计划流程分析图

传统计划闭环流程。主要以产品入库作为考核依据，生产全过程所级计划包括了项目从启动到结束各个阶段的主要科研生产活动。首先，所级生产计划调度工作由科研生产处发起，可以分解成部门计划；然后部门依据计划需要完成的产品结构进行配套出库，将齐套物资配送至车间现场，再由车间操作人员根据该产品的工序流程进行生产制造，产品完成后进行入库，实现计划的闭环和自动考核。生产计划流程分析如图6 所示。

特殊计划闭环流程。随着科研生产任务的增多，生产计划类型多样化，以实物入库或文档编辑的方式不足以满足用户需求。以实际生产应用需求为基础，对产品交付外场和大型地面试验的计划进行特殊处理。

产品交付外场计划。从计划下发到生产均与传统计划执行流程相同，但由于产生的实物需要交付到外场，所以会出现先入库再出库的中转操作，为了简化整体流程，建立产品“空入出”的提交机制，即无实物提交。将记录产品交付的具体数据信息作为产品出入库依据，包括交付地点、用途、交付时间、接收人等，在确保库存记录完整的基础上，减免多余流程，提高工作效率。

大型地面试验计划。此类计划不产生实物，将试验结果作为其考核依据。计划完成后，由责任人提交试验的产品、地点和最终结果等相关信息，由计划调度人员确认后即可完成计划的闭环。

针对以上2 种特殊的计划类型，电子调度室子系统分别进行统计汇总，依据用户输入的筛选条件自动生成交付台账和试验台账，有利于用户有针对性地选择和了解相关计划的执行情况与结果。

二、实践效果及后续思路

以科研生产数据信息化为基础，电子调度室实现了对各类数据的统计汇总和分析，直观、系统地展示多流程、多模块间的数据结果，利用电子化报表输出，提高了科研生产效率。针对短线和难点进行预警，对重点关注的内容和任务进展情况集中实时展示。目前，该系统已正式上线运行并得到了用户的肯定，为生产任务合理调度提供有较强针对性的、准确的数据依据，以进一步实现科研生产的精细化管理。

目前，航天伺服产研通信息平台利用率高，贯穿于整个产品生产的全生命周期，而电子调度室模块进一步实现了科研生产数据的信息化，致力于让数据发声，使数据的价值最大化，提高了研究所科研生产效率。后续，航天伺服产研通信息平台还将时刻以安全保密为原则，不断拓展完善，并朝着知识化、智能化的方向发展，为研究所综合管控、科研生产提供强有力的支撑。