叶片加工厂的MES系统设计及应用

周海顺

（中国航发航空科技股份有限公司，四川 成都 610500）

1 叶片加工厂生产特点

1.1 设备种类多，设备利用率有待提高

叶片加工厂一般含四轴数控加工中心、五轴数控加工中心、数控车床、数控蠕动磨、数控喷丸机等；检测仪器含三坐标测量机、合金检测、涡流检测、荧光检测、磁粉检测、超声波检测、边缘投影等。在多品种、多设备的情况下，传统的人工排产模式，难以将设备的利用率发挥到极限。

1.2 加工工艺复杂，加工周期长

在叶片加工中，叶片材料种类相对较多，含不锈钢、铝合金、高温合金、单晶及等轴晶等，叶片种类型面复杂，如叶片、叶轮、叶环和叶盘等。叶片的工艺基本都包含粗加工、精加工和特种工艺的喷丸、热处理、喷涂等以及各种检测如测频、NDT检测、三坐标检测等。工艺复杂，使用设备多，传统的人工管理模式，在没有大数据支撑下，难于统计叶片的每个生产环节。

2 MES系统建设目标

2.1 提高现场生产信息的透明度

叶片加工厂以多品种，小批量，多批次为生产特点的生产加工企业，如何量化生产能力指标，及时掌握现场生产信息及出现的各种状况，往往会耗费掉管理者大量的精力，仍收效甚微。MES系统正是通过高级计划排程与能力评估，精确计算整个车间的生产加工能力，并合理安排可执行的最优化生产执行计划。并通过自动化的现场数据采集，及时准确的收集车间生产现场的生产进度、质量信息、设备运行状况、人员工时等信息，从而实现信息透明化。

2.2 优化业务流程，提高生产效率

MES系统的实施为企业对现有工作流程的梳理、完善和改进的提供了最佳契机，通过不断发展、完善、优化业务流程，从而保持企业竞争优势的重要手段。通过对生产订单执行、质量监控等业务流程的优化，以及现场数据的采集，为现场生产管理精细化提供真实可靠的数据依据，为分析提高生产效率提供切实有效的数据基础和测算工具。

2.3 消除信息孤岛，达到系统集成

叶片加工厂MES系统的建设，不能建设一个孤立的系统，必须要与叶片加工厂的PLM系统、MDC系统，CMM实现集成，达到各系统的数据相互共享、互不独立，实现关联数据的惟一性，消除信息孤岛。

3 MES系统设计

3.1 业务需求

叶片加工厂MES系统的实现贯穿生产制造的所有环节，生产订单在导入MES系统后，订单的相关信息如工序信息，工具信息，物料信息等在MES系统中能修改维护；在APS排产中可以选择不同的策略，可以根据情况的不同选择先到先加工，最小空闲时间优先，顺排，倒排等；通过排程可以了解详细的物料需求和工具需求，从而根据物料需求领料，根据工具需求，进行工具工装配送；对计划后的生产订单进行派工后，工人就可以凭派工单进行生产加工，这时订单信息中的工艺要求，技术文档等就会相应提示给加工对应工序的工人，以便查看。现场操作工在加工过程中，能在系统中反馈相应的加工数据，系统会自动记录工序加工所用的时间，期间的设备使用情况，废品情况，工人绩效工时，生产进度等。

3.2 数据流设计

在叶片加工厂MES系统中主要数据流是零件实物的物流，零件的周转是叶片加工厂MES系统设计的主线，订单的生产周期是系统的主要数据流导向。生产管理部门在领料后将生产作业计划导入系统，生产主管对订单数据和工艺物料数据进行核对确认无误后，开始模拟排产，排产满足实际订单要求后，生产管理员释放下达订单，工段生产班组长对生产任务进行派工。工人上班刷卡后接收任务，开始加工，结束后对加工的情况在系统中进行反馈。根据加工的情况，部分订单会出现分批流转，不合格的零件经过相关的手续可能会重新创建新订单进行返修。订单工序加工完成后，经检验确认入库，订单以及合格的零件生命周期结束。

3.3 软件模块设计

基于叶片加工厂的整体业务流程，在叶片加工厂MES系统设计上，共包含图3所示模块，生产计划管理、高级计划排程、生产现场数据采集、生产状态监控、绩效与分析、生产资源分配与状态管理、生产调度与派工、设备管理、人员管理、生产质量管理、产品跟踪和记录、基础数据管理、系统功能及权限管理、系统集成等。

3.4 系统硬件设计

为保证MES运行，需配置相应的硬件环境，如服务器、现场终端、电子显示屏等。服务器的设计共购置三台，其中授权服务器一台；另两台服务器做MES系统的应用服务器和数据服务器，并实现双机热备。现场数据采集的终端，选择购置17寸触摸屏一体机，方便现场操作工人的及时快捷反馈生产加工数据。

4 MES系统实施后的数据展示

4.1 订单信息

4.1.1 延期订单预警

在叶片加工厂MES系统中，订单导入系统后，系统根据订单的基础信息（如计划数量、工艺、设备、工具工装、人员等），通过APS排产自动计算出每个订单的每个工序的精确加工及完成时间。通过APS计算结果，在程序设计时，将延期订单定义为，详细计划结束（APS排产订单的完成时间）大于初始计划结束（订单导入时规定的完成时间），每次排产后，生产管理人员都能快速跟踪到每个订单的未来加工情况。在订单管理界面，生产管理人员可以快速找到可能延期的订单，再根据实际交付情况和现场的加工任务进行对订单进行调整，从而实现订单的按期交付。

4.1.2 异常订单提醒

在现场生产中，常常因设备故障、工具工装不全、工艺NC代码准备不及时等突发事件，使得现场生产任务中断，导致订单完成时间延期。为了能够快速将异常订单在系统界面中展现出来，系统在设计时，在数据终端设计订单中断按钮，员工在发生异常情况，必须立即在终端上报中断原因。生产管理人员在订单界面，通过快速按钮，快速找到中断订单，并能在系统中查询终端订单的中断原因。

4.1.3 逾期订单统计中断订单

叶片加工周期一般三个月，如订单导入系统开始生产后，三个月该订单未加工完成或加工完成后部分零件却还一直处在待处理状态的订单称为逾期订单。逾期订单的监控，可以促进每个订单的及时加工以和零件的及时处理，在一定程度上能减少在制品库存数量，为质量生产提供更准确的数据。

订单是否能按时完成，直接影响产品能否正常交付，所以订单的完成率指标非常重要。在叶片加工厂MES系统中，订单导入系统必须定义订单的开始时间，订单的预估完成时间。订单开始加工后，操作者会将每个工序的实际开始、实际结束上报系统，订单的最后一个工序完成时间即是订单的实际结束时间。

订单导入系统后，我们可以按照月份统计每个月需完成的订单数，5月需完成的订单566个；再按照实际加工的数据统计出这些订单是否按照预估时间完成加工，实际完成订单268个，这样5月的订单完成率等于时间完成订单数268除以需完成订单数566，直接可以算出5月订单完成率等于48%。

4.2 质量数据统计

4.2.1 废品率统计

（1）按订单维度进行统计。为衡量一个订单在加工过程中的加工质量，我们可以按照订单维度进行废品率统计。将订单投产量看着产品总数，订单在完工后计算出该订单的废品总数，最后得出该订单的废品率，订单废品率统计，可以看出生产过程中是否有大批量的订单存在批量报废的情况。

（2）按零件图号维度统计。衡量某个零件加工质量，我们可以按零件维度进行废品率统计。将该零件在某段时间内的入库数量和报废数量看着产品总数，用报废数量除以产品总数即可得出该零件的废品率。

4.2.2 废品原因统计

零件在加工过程中，各种事件都会导致零件报废，为更好控制事件的发生，我们可以对废品的产生的原因作统计。在叶片加工厂MES系统中，我们将零件报废的常见原因导入系统，零件报废时，质量主管需选择零件报废的原因。当系统使用一段时间后，我们可以按照月、季、年统计出各种原因引起的报废零件的数量，针对报废数量最多的原因，我们可以制定相应的办法控制该原因的出现，进而减少报废。

5 结束语

制造执行系统MES作为管理者的生产管理平台，系统搭建好能正常运行，只是完成了数字化车间的建设的第一步生产数据的采集，要真正建设好数字化车间发挥MES平台的作用，还需对采集的数据进行数据挖掘，使数据变为我们有用的生产决策信息，这样才能使数据的作用升华，达到MES系统促进提高生产效率的作用。

本文描述的叶片加工厂的数据展示信息，只是生产管理中最常见的数据统计展示信息，更深入的信息还需更进一步的数据挖掘。