面向军工电子生产的制造运营管理系统设计与应用

田 俊，章 磊，刘丽花

（南京电子技术研究所，南京 210039）

0 引言

随着信息技术的发展和经济全球一体化的推进,瞬息万变的经营环境给装备制造企业带来了巨大的挑战。能否在企业内部形成高效能、柔性化的生产制造体系,并通过整个内外资源,与供应链上下游企业,形成利益相关、连接紧密的产业链,已成为衡量企业竞争力的重点。

国内外先进装备供应商,围绕企业制造运营能力的提升,开展了制造管理变革和流程再造,并在早年制造执行管理的基础上,提出了企业级的制造运营管理（MOM,Manufacturing Operation Management）概念[1],并结合产品数据管理PDM、企业资源计划管理ERP,以及各类自动化装备与控制系统,打造智能工厂[2]。这些先进装备制造企业,通过物联网、大数据、云计算等新一代信息技术,结合数控加工、自动物流、自动测试、机器人等装备,对单/多工厂、制造单元、仓储、生产执行等进行智能化改造升级,通过设计并实施制造运营管理系统[3～7],预测并发现现场执行与生产计划的偏差,通过智能优化算法及仿真持续改进制造性能,进而整合供应链资源,以减少库存、优化供应链、提升制造效率。

本文将结合某军工电子装备企业自身的生产制造信息化需求与业务痛点,简述MOM系统在其生产计划、物料、生产过程、质量方面是如何构建管理平台的。

1 MOM系统业务需求

1.1 生产计划管理需求分析

过去生产计划的下达,是在办公系统中进行传递,不利于后续生产进度跟踪。因此,需要建立全面的生产计划管理功能,包含ERP中生产订单、考核计划等多项内容,可统计分析存在问题和风险的订单,支撑订单级的计划调整。

过去生产产能平衡、分厂作业计划编制主要依靠计划员的工作经验,人工进行平衡,工作量大、结果存在较大偏差。因此,需要通过有限资源限制的智能排程算法,基于PBOM、订单信息、物资齐套、技术状态检查、人力资源、关键设备资源、实时执行进度等数据,定时、自动进行产能平衡,提升工单的可执行性,减少生产等待。

1.2 物料管理需求分析

过去齐套计划是按照生产订单进行齐套,整机装配/复杂电装等周期跨度大的订单,按订单进行齐套,会造成现场大量物料摆放并影响生产进度。因此,需要构建产品工序/工步级PBOM,合理划分装配顺序与内容,将待装配件分配到各装配子工序/工步中,将订单级齐套变为工序/工步级齐套,进而减少现场暂存件和生产等待。

过去对于禁止打开包装盒分料的物料（如裸芯片）,领料时,多发部分需人工进行虚拟库的建账和冲抵,十分不便。因此,对于诸如裸芯片等此类物料,需增加包装盒标识,对于此类物料,发料时自动进行虚拟库的建账和冲抵。

1.3 生产过程管理需求分析

过去生产过程中的所用辅材、设备及仪表等信息,采用手工记录管理,不利于过程信息追溯。因此,需要通过配置产品PBOM,实现辅材、设备、仪表等内容与工艺过程的关联,进而通过基于PBOM的派工,实现执行过程中规范采集实际值。

过去生产过程中存在各种异常问题,包括设计问题、工艺问题、设备问题等,均通过办公系统进行问题发起和闭环,无法直观反映对后续生产订单的影响。因此,需要构建问题反馈功能,通过现场工艺师进行问题判定,明确问题类型、情况、需要解决日期,进而进入后续处理、监控流程,可设定处理周期的阀值,全过程记录提出和处理人员、时间、处置是否脱期,进而通过订单间的套装关系,对齐套将受影响的订单进行预警。

1.4 质量管理需求分析

过去生产过程中的工艺参数、自检参数等内容多为人工记录的纸质文件或电子文件,内容填写的随意性和不规范性较大且记录易丢失。因此,需要过程质量信息管理,通过配置产品PBOM,实现工艺参数、自检参数等内容与工艺过程的关联,进而通过基于PBOM的派工,实现以上信息的实际发生数值,在现场执行过程中方便、可控的采集,进而通过标准值得设定,实现对过程质量情况的偏差分析与监控预警。

过去装机元器件批次号的记录,未细化到设计图纸的位号,同时元器件更换后新的批次号信息仅在缺陷故障处理中记录,未能更新到装机元器件批次数据中。因此,需要在PBOM维护中,每工序元器件信息包含编码、数量、位号等信息,进而在后续工序执行、返工返修过程中,维护相应位号的实装元器件的批次。

2 MOM系统功能设计

一个典型的面向军工生产的MOM系统功能架构如图1所示。该框架为闭环控制结构,总体上体现了多系统集成性。集成性方面,MOM系统要与ERP、PDS（Product Development System）、三维工艺系统以及底层自动化设备集成[8],实现数据共享和业务整合。MOM系统通过搜集与监控生产进度和生产资源信息,实现对生产情况的及时分析、处理,及时对作业计划适应性的更改。

图1 MOM系统功能框架

2.1 生产计划管理

2.1.1 生产订单下发

项目管理人员将生产订单按照优先级进行排序,将月度考核计划内容在生产订单中进行标注,并下发至车间。下发考核计划时,系统自动检查齐套情况,资源信息包括库存现有量、采购订单预期到货量、生产订单预期完工数量等信息,针对未齐套的生产订单,由物资管理人员负责填写预期到货或完工时间。

2.1.2 车间生产计划编制

车间计划员对项目管理人员下达的生产订单进行高级计划排程,计划来源中包括车间内部作业计划、跨车间协作计划、外协单位协作计划。排程过程中可根据设定目标值、设定资源约束条件进行最优结果排程。设定目标包括：订单交付数最多、设备利用率最大、订单延迟最少、最小作业时间跨度、最低成本等多种方式；设定资源约束条件包括：设备资源约束、人力资源约束、场地资源约束等多种方式。

2.1.3 考核计划编制与下发

车间计划员将当月班组应该完成的加工计划提取,作为当月考核计划发布各班组长,班组长可查询当月的班组计划,并针对不能完成项目提出异议,由计划员进行协调和处理,调整完成后重新运行排程程序,车间计划员将确定的月度考核计划发布,并作为正式的生产计划下发班组,如图2所示。

图2 生产综合计划管理

2.2 物料管理

2.2.1 配送计划编制

车间正式的作业计划发布后,MOM系统自动根据发布的作业计划编制工序/工步的配送计划,明确实物需求的班组、时间、数量、配送地点和人员,如图3所示。

图3 物料齐套计划

2.2.2 领料计划编制

工序配送计划编制完成后,车间库管员根据未来三天至一周时间内的作业计划,针对不同生产订单进行合批、分批生成领料申请单。申请领料时,系统自动检查ERP系统中库存锁定情况,针对无锁定库存物资提出缺料异常,并可直接发起缺料异常处理流程。针对包装规格料,编制领料计划时,系统自动考虑物料规格信息,允许分厂进行超定额领料,超定额部分下次领料时,系统自动从领料计划中进行扣除。

2.2.3 物料齐套与出库

MOM系统自动推送领料申请单至ERP系统中,并将领料申请单整理为齐套计划作为ERP系统出库的源头。物资管理人员接到MOM系统推送的齐套信息后,将仓库中的实物齐套并在ERP系统中办理实物的出库手续,物资配送人员按照工序/工步领料申请将物料配送至生产班组。

2.2.4 半成品/成品入库

质量检验合格后,车间计划员在MOM系统中办理入库申请单,MOM系统自动将完工入库信息推送至ERP系统,并生成ERP系统完工入库申请单。同时携带入库的相关证明材料,将实物送至物资管理部门并办理入库交接手续。

2.3 生产过程管理

2.3.1 齐套性检查

班组长在MOM系统中检查齐套情况,检查物资配送人员是否已经按照齐套计划将实物配送至班组,齐套内容包括自制件、外购件、原材料和工装等是否已经齐套,针对满足齐套的物料进行派工至操作员；针对不满足齐套的情况,将异常信息直接反馈至相关人员进行处理。MOM系统支持分层逐级的汇报处理方式。

2.3.2 班组长派工

班组长在MOM系统中将检查齐套的作业计划分派至操作员。班组长可以对派工单进行调整和修改,包括：维护指派人员、派工单冻结、派工单解冻和派工单撤回等。

2.3.3 工艺图纸信息检查

操作员在MOM系统中查看作业计划,及其对应的工艺图纸信息,确认无误后即可开工执行,如图4所示。

图4 工艺图纸查看

2.3.4 生产加工

操作员在MOM系统中针对派工单进行开工处理,包括确认工装、图纸和物料齐套情况等,按照工艺要求进行生产加工,并在MOM系统中记录工步执行过程中的工艺参数、检验参数、装配物料和设备仪表等信息,如图5所示。

图5 生产订单执行

2.3.5 生产问题反馈与处理

操作员在生产加工过程中,遇到缺料、设备故障问题、质量问题等问题时,在MOM系统中进行生产过程问题反馈,MOM系统生产问题按照问题类型、问题等级、责任人、处理时间和处理结果情况逐级推送至相关人员。

2.3.6 完工报告

操作员在完成最后一道工步加工后,系统自动完成本道工序的加工；完成最后一道工序的加工后,系统自动进行生产订单完工,并生成完工报告号,作为后续合格证打印、办理入库手续的输入。

2.3.7 更改单管理

PDM系统中的更改单信息包括设计更改、工艺更改等,自动发布至MOM系统中,并根据PDM系统中的生产订单处理方式,进行生产订单锁定；待更改单处理完成后,根据处理结果对订单进行相应处理。

图6 厂内问题管理

图7 不合格品审理

2.4 质量管理

2.4.1 过程质量信息记录

操作员依据定义的各工步需要的自检、工艺参数、原材料明细,在MOM系统完工管理中,记录工步自检、工艺参数、原材料信息。

2.4.2 工序报检与检验

操作员依照工序完工数,发起工序报检,由中转员将在制件送交检验员处,检验员依照报检单,生成检验单,记录检验过程中产生的所有检验数据；如果设备提供数据采集接口,则MOM系统可通过接口直接采集质量检验数据。

2.4.3 不合格品审理

检验员发现不合格品后,可发起不合格品审理,填写不合格品特征信息,触发不合格审理流程。

2.4.4 在制品工序流转

检验合格后,MOM系统自动生成工序交接单,工序交接单依据上一道工序检验合格数量、工序信息、生产订单信息、下一道工序加工工作中心信息生成交接单,并推送给中转员。中转员可直接查询待中转数据信息,包括中转明细数据,按照中转申请数据办理实物的中转手续,中转接收单位在MOM系统中针对工序交接单进行交接确认,即完成本次实物的中转交接。

3 结语

本文在分析军工电子装备企业的精细化生产管控需求的基础上,给出了制造运营管理系统的设计思路。通过MOM系统的建设,实现了端到端的工程数字化集成、计划到指令的数据链纵向集成、制造单元间的价值链横向集成,在满足业务管理需求的同时,支撑企业智能制造能力的持续提升。