MES的可重构在平面分段流水线上的应用

摘要：在对制造执行系统可重构理论分析的基础上，结合船舶平面分段流水线特点，从组织结构，车间制造资源，生产流程三个方面，探讨MES的可重构在平面分段流水线上的应用，发挥船舶分段制造分道作业的优势。
关键词：制造执行系统；可重构；平面分段；流水线船体分段
1 引言
　　制造执行系统（以下简称MES）是面向制造企业执行层的信息系统，对制造企业执行层进行全方位的管理。MES在企业集成信息管理系统中，起着承上启下的桥梁作用，可以帮助制造企业解决ERP计划与生产现场信息联系不紧密的问题；当生产过程计划的执行与生产现场的控制缺乏优化时，可起调度与协调的作用；以及解决企业生产能力难以得到评估、生产成本难以控制等问题。船舶制造业是一个制造过程复杂繁琐的行业，在实现自动化和信息化过程中存在一定困难。为了加强船舶制造企业的管理信息化，必需适时引入一定信息系统，制造执行系统使企业管理信息系统能够及时、快速、有效的集成运行，从而提高企业整体管理水平。开展基于MES的平面分段流水线重构研究，使船舶平面分段流水线更加适应信息系统的要求，可更好发挥MES在船舶制造中的作用[1] 。
2 MES重构要素分析
　　实现MES可重构的目的在于，以低成本为企业提供卓越的服务，不断提高企业的制造敏捷性。一方面，开发者通过采用已有的开发成果，快速满足客户的应用需求；另一方面，企业不断利用已有MES投资，优化和扩展现有系统，使MES系统持续、高效、优越地为企业服务。
　　企业业务流程、业务目标的变更和车间环境的变化始终是实施MES重构的原动力。在实施MES的重构过程中，都不同程度地涉及到组织结构、车间制造资源及车间生产流程三大要素[2-3]。
　　组织结构的重构主要指调整或精简车间各生产职能部门，重构原有车间组织结构。车间制造资源的重构是车间资源发生动态变化，具体表现为，增加或减少设备、工具、人员，增强设备制造能力，增添质量跟踪信息，添加或取消与外部系统的集成等。生产流程的重构是企业为了适应业务目标的变更和车间环境的变化，车间制造系统MES必须对其重构，同时在重构过程中，加入学习和知识管理功能，实现流程自身的优化，只有在必要时对流程进行重构，使流程适应环境的变化。
3 平面分段流水线概述
　　船体结构主要是由各种型材、钢材组成的钢结构。船舶的外壳一般是流水线型的，只有船舯附近线型趋于平坦。在现代造船模式中，一般把船舶的所有结构划分成若干块，称为分段，将单个的分段组合成总段或环段，然后再将其组合，最终形成整个船体结构。船舶结构制造中最基本的中间产品单元就是分段[3]。
　　根据分段内部的结构特点，分为曲面分段（图1）和平面分段（图2），平面分段至少有一个面完全平直。另外，结构与结构之问也主要是互相垂直的关系，分段的长宽尺寸明显大于分段的厚度尺寸（约3倍以上），分段的另外一个面也应该是平直或近似平直的平面。

　　平面分段流水线是现代化造船不可缺少的一种重要生产设施，其主要工作对象为船舶分段中的平行舯体分段，即除去艏部、艉部、机舱区域、上层建筑后的其他分段。
　　平面分段流水线一般由多个工位组成 一，一般的平面分段流水线包括下列工位：拼板工位；单面焊接工位；单面焊接修补检查工位；纵骨装配工位；纵骨焊接工位；缓冲及横移工位；纵桁肋板装配工位；纵桁肋板焊接T位；检查运出工位。
　　整个平面分段流水线缺乏一定的柔性，在面对分段的不同尺度和结构问题时对整个生产节奏影响较大，这对信息化管理也是不利的。可以通过改变车问的组织结构，制造资源和流程，使得平面分段流水线更好地适应不同尺度的分段，提高平面分段流水线的利用率。
4 平面分段流水线车间可重构研究
　　根据平面分段流水线的工艺流程和特点，结合MES的重构技术，研究在船舶平面分段流水线上的应用。参照MES的可重构的三个方面，即组织结构的重构，车间制造资源的重构，生产流程的重构，分别分析平面分段流水线的重构。
4．1 平面分段流水线车间组织重构
　　MES应用到船舶制造车间就要求数据随时采集。随时录入，才能方便使用者看到最新的生产信息 ：。而繁复的管理层次操作费时，不利于信息准确、瞬时地反应，要实现车间管理信息化、科学化，必须精简管理层次。利用组织结构的重构来重构平面分段流水线车间的管理层次，最优方式是以工位为基本单位划分，设立工位长，工位长直接和车间主任接轨；由车间主任管理整个车间的生产信息，并使各个工位长及时了解其他工位的生产情况，以便掌握总体生产节拍，使整条流水线可以顺畅地进行生产，避免出现工位之间生产不协调等问题，如等工现象。反映在管理系统上就是及时反映施工现场数据，通过计算机控制数据整合、发布，减少中间环节，简化系统用户，系统用户和用户权限的变更在MES系统里实现。
4．2 车间制造资源的重构
　　船舶平面分段流水线的车间资源包括人员、设备、工具等物理资源，除此之外还包括制造过程中的各类信息资源、订单计划、工艺图纸、库存信息等外部集成制造信息。
　　在平面分段流水线中对生产节拍影响最大的是人员，如同在焊接过程中准备时间大于焊接时间一样，重构的重点在于人员重构。
　　在平面分段流水线的实际生产中，由于工人可以到上一工位提前开始或下一工位继续完成作业，所以流水线的生产节拍实际上是有富余的节拍方式。在这个时候工人可以允许到工作站以外进行作业，还可以每个工位都允许形成工件队列，如此，平面分段流水线就可以避免等工或堵塞情况的出现。正是由于平面流水线的这些生产特点，所以在车间内，通过MES系统，科学、合理、灵活地调动安排工位上的人员，根据即时反应的生产信息，重构车间人员，对于提高人员利用率和生产效率具有显著效果。如从横移工位到运出工位之间的所有工位都采用手工操作方式，这里的工人可以与其他区域的工人实现柔性调动，即当我们遇到工作量比较大的立体片段施工时，为保证生产节拍，可以随时地补充必要的工人。而遇到工作量比较小的立体片段施工时，可以随时将工人支援到其他工作岗位，以配合流水线的生产节拍。
4．3 平面分段流水线生产流程重构
　　造船是一种典型的单件生产行业，它无法像汽车生产一样按严格的标准进行完全的自动化流水线生产。所以人员对流程的影响很大[3]。
　　船舶平面分段流水线车间现有流程：拼板工位—— 单面焊接工位—— 单面焊接修补检查工位—— 纵骨装配工位—— 纵骨焊接工位—— 缓冲及横移工位—— 纵桁肋板装配工位一一纵桁肋板焊接工位— — 检查运出工位。生产流程重构就是将车间各种功能性生产活动有机组织起来，完成生产制造过程，各功能性生产活动涉及相应的车间制造资源。
　　为了充分利用平面分段流水线，根据制造分段产品不同，灵活地改变流程中的工位顺序，控制各个工位所需工时，设备变更，人员增减等，以适应不同产品生产的需要，对于平面分段流水线来说是很大的进步。一个平面分段的结构是相对简单的，即多张钢板组成的底板上安装多根纵横骨材。所以对于平面片段，可以根据平面片段在各个相关工位的作业时间和工时数据。针对不同产品改变流程，以适应不同分段对流水线的要求。
　　在实际生产过程中，并非每个平面分段都要通过平面分段流水线的所有工位，平面分段大体分为双层分段和单层分段，双层段都要经过所有的工位后从运出工位离开车间，这种产品我们称为立体片段；单层分段达到横移工位后离开车间，这种产品我们称为平面片段。对于所有的分段而言，其平面片段都需要通过拼板工位到横移工位之间的所有工位。在这些工位中，把纵向和横向骨材拼接从整条流水线中分离出来，做一个小的流水线，和主流水线并行，纵横骨材装配完毕后送入主流水线进行下一步操作，这样并行后，增加流水线的柔性，减少因纵横骨材拼装出现的等工现象。既达到节省时间提高效率的目的，又能根据不同的分段灵活掌握操作。
5 结论
　　MES系统的实施对造船企业产生的最直接的效益就是提高生产计划下达和生产结果反馈的速度，增强企业计划层对车间生产的控制能力，同时增加了车间实时现场调度的能力，减少生产调度过程中对个人经验的依赖。MES系统在船舶制造企业的应用过程中，需要一定重构技术的支持。首先就是车间生产信息的重构，从而适应制造执行系统的需要，顺利在船舶分段流水线车间应用，为船厂车间管理信息化提供简单参考，在不久的将来或许能看到MES在实际船舶生产车间发挥显著作用。
6 主要参考文献
1 乔建美，蔺媛，王海珍．离散制造业从ERP向MES迈进．机械管理开发，2006，（2）：104
2 喻道远，彭宁，黄刚．可重构MES体系结构研究．现代制造工程，2007，（4）：20
3 制造执行系统（MES）综述．中国制造业信息化门户．www．e- works．net．cn
4 MESA．MES FunctionalitieS 8L MRP TO MES Data FIow Possibilities． M ESA International— white paper No．2。1997．
5 欧阳北京，李维嘉．船体平面分段自动装配生产线研究．广船科技，2001，（3）：29
6 MESA． ES Explained：A High Level Vision． MESA International— white paper No．6，1997．

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