军工科研单位MES的建设与实施
文/王威 张伟 石宝松 王羚薇
摘 要
本文针对当前国内军工科研单位的生产模式和管理特点，总结出国内军工科研单位推行制造执行系统（Manufacture Executive System，MES）的困难和关键点。结合本单位的实际情况，提炼出电装生产业务流程，并在此基础上提出了一种MES的建设构想并给出了具体实施方案和效果评价。
【关键词】 军工电子行业 制造执行系统 工艺管理
为不断缩短研制生产周期，降低制造成本，提高产品性能和可靠性，当前电子制造行业普遍提倡“精细化管理”和“数字化制造”，其中MES(Manufacturing Execution System)制造执行系统凭借其诸多优势已成为业内的主流选择之一。MES是美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)于20世纪90年代提出的概念。其定义是：通过采用实时的和精确的数据，对生产活动进行及时的引导、响应和报告，对随时可能发生变化的生产状态和条件做出快速的反应，从而有效提高生产运行效率。MES国际联合会（Manufacturing Execution System Association, MESA）则进一步解释为：“MES能通过信息的传递，对从订单下达开始到产品完成的整个产品生产过程进行优化的管理，对工厂发生的实时事件及时做出相应地反应和报告，并用当前准确的数据对其进行相应地指导和处理。”MES主要强调三点：
（1）提供对整个车间制造过程的优化功能；
（2）提供实时收集生产过程中数据的功能，并进行相应的分析和处理；
（3）计划层与控制层之间保持双向信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成。
MES是一种先进的生产管理模式，它把产品制造系统的计划、进度、追踪、物料、质量、设备等一体化管理。MES系统在民品生产中有大量的成功例子，但是在多品种、小批量、时间紧、任务急，品种变换快的军品生产中推广难度较大，是军工生产单位普遍关注的问题。
1 军工企业的生产特点及存在问题
军工企业生产与传统的以大规模生产制造为主的民用企业有很大的不同，主要体现在两个方面：
（1）从生产模式来说，军工企业多采用典型的面向订单（Make to order，MTO）生产模式，即为订单而设计、为订单而制造、按订单驱动生产，与面向库存（标准产品）的生产模式相比，具有在研/在制产品多，设计相对不成熟，产品可制造性差等特点，这些特点导致生产准备工作量大（生产效率低），生产任务量动态变化大（忙闲不均），因此，计划与资源调配以及成本、进度和质量控制等困难较大；
1.1 样品采集 将金沙江（石鼓镇-白马雪山段，海拔：1 814～3 034 m）分为10个采样点，采集腐烂程度高（指掐木质松软为宜），直径1～2 cm，长10～15 cm的沉水腐木。每个采样点采集20根样品，共采集200根腐木，用自封袋装好后带回实验室，并记录采样地的地理信息、温度以及水体pH。见表1。
（2）从项目管理模式来说，由于军工企业多为国企，其生产、管理部门的设置多沿用职能模式，一个项目从合同签订、生产计划制定下达、产品设计直至投产过程，涉及的人员、部门众多，因此生产的组织管理十分复杂。
原料：猪蹄 500 g，猪肉 250 g，红枣、水发木耳、黄豆芽各 100 g，水发香菇、菠菜各150 g，葱50 g，豆腐200 g。豆瓣酱 50 g，老姜 25 g，冰糖20 g，醪糟汁 100 g，大蒜 50 g，菜油150 g，牛油 100 g，干辣椒 15 g，花椒10粒，精盐 15 g，味精 3 g，鲜汤2 000 g。
翻译：“她一面说，一面就打算行个屈膝礼—想想看吧，你是在半空中往下掉的时候行屈膝礼呀！你想你能办得到吗？”
MES实施成功的首要因素在于实施人员和团队，MES厂商对此一般会有标准的项目组组织架构要求，然而由于军工科研单位对MES的原理、实施和运行管理的方法缺乏深刻的理解和认识，使其成为项目实施的最主要制约因素之一。体现在：
电商扶贫是国家精准扶贫“十大工程”之一，怎样做才最有成效？枞阳县商务局副局长黄健介绍，商务局出台了电子商务精准扶贫实施方案。同时，将电商扶贫单独列出，作为抓脱贫、抓产业、抓经济的“衣领”，突出电商精准与定量帮扶，依托“和沐生活”电商平台，对接帮扶联系人，整合农产品资源，实行精准化帮扶。
中国传统园林从始至终都是文人的精神家园。文人们在自然中得到情感的升华，在空间的实体构成中寻求意境空间，在情景交融中成为精神的寄托，继而成为达则兼济天下时的避风港、游宴地，以及穷则独善其身时的隐居地、逃世处。
（1）技术和管理信息不能共享，计划制定者不能及时准确掌握车间生产状态，导致计划落实困难；
信息化、数字化管理离不开生产大数据，笔者组织相关人员对生产中涉及的所有工艺进行了梳理和统计，编制了《典型工艺100条》，从而形成了通用工艺库，实现了“工序级”工艺的标准化。典型工艺运用照片、图片、文字、动画等多种形式，将生产过程中涉及的各种标准操作方法、质量要求、合格品判据等编入其中。工艺库具有权限控制，工艺人员进行电子工艺文件编制时，必须调用典型工艺和流程，不得随意改动，从而保证相同工序工艺的一致性，同时提升工艺文件的编制效率。某压接端子的通用工艺如图 5所示。
数据表是实现后续数据的实时汇总、统计、展现的基础，为生产管理人员推送第一手现场信息，通过对业务需求分析和业务过程建模，系统中各级生产管理数据间的关联关系如图4所示。
（4）工时定额统计不准确，不能作为工人绩效考核的有效依据，也不能为产品的成本核算提供相对合理和准确的数据（产品报价不科学）；
（5）缺乏资源一致性维护，对物料（原材料、元器件）的动态管理依赖后续工序的等待和催促（出现过锡膏、灌封胶等材料短缺影响正常生产的情况），影响生产地有序进行。随着所内科研任务的不断增多，上述情况愈发明显，严重影响了科研生产任务地顺利完成。
2 军工科研单位实施MES的困难和关键点
从MES的基本概念看，它本应是“多品种、小批量”的军工生产管理的完美解决方案，然而在实际应用过程中却存在诸多困难和制约因素，严重影响着其在军工科研单位的推广。
此外，教师还应与社区部门交流，定期组织学生参加德育实践活动，如：社区志愿者上门服务、社会环境整治等，然后通过网络直播平台在班级中直播，激发学生德育实践的积极性，便于教师及时全面掌握学生的德育实践情况，提高德育教育的实效性。
2.1 实施团队组建
结合笔者所在单位，产品类型包括地面靶场测量与光电对抗设备、航空平台与侦察相机以及航天载荷及整星等，电装生产任务包括PCB组装/三防/固封、电缆组件与电缆网制作、单机电气装配、系统与整机综合布线、航天产品热控实施等。由于产品类型多且多为单品研制生产，因此，“边研-边产-边定型”情况十分普遍，现有的生产管理模式，已很难满足科研生产需求，具体存在的问题包括：
选取我院2016年5月～2017年2月诊治的50例急性脑卒中患者患者的护理资料，按照就诊号单双顺序将患者分为观察组和对照组各25例，观察组中男15例，女10例，年龄51～81岁，平均（68.3±1.8）岁；患者肌力（1.7±0.8）级，生活质量评分为（23.1±7.6），对照组男14例，女11例，年龄52～82岁，平均（68.2±1.9）岁；患者肌力（1.6±0.7）级，日常生活质量评分为（21.6±8.1）。两组患者的性别、年龄等数据相比；差异无统计学意义（P＞0.05）。
（1）对MES毫无概念，认为MES只是一套普通的商业软件，实施工作由MES厂商完成，甲方只须接受培训即可使用；
综上所述，初中体育高效课堂构建，应该将系统性、目的性、预判性以及艺术性完美融合。在设计课堂教学活动时，要紧紧围绕教学内容，结合初中学生的认知特点、年龄特征、兴趣爱好等等，对教学活动进行不断优化，从而提升课堂教学效率与质量。
2.2 MES厂商选择
图1：军工产品生产业务流程模型
图2：MES软件业务架构
图3：MES功能架构设计
MES的定义和要解决的问题决定了它绝不是一个“普适”的货架产品，它的开发必将是用户和供应商深度配合，频繁沟通的过程。因此用户除了需要组建高水平实施团队外，MES厂商的选择十分关键。选择MES厂商最简单的原则是厂商实力，而所谓的“实力”除了厂商的行业信誉与项目实施经验外，对军工科研单位而言“客户适应能力”也同样重要，这是因为军工科研生产的特点决定了其MES系统的高复杂性和高差异性，加之军工科研单位大多缺乏信息化管理经验，对于项目任务书的编写很难一步到位，必然出现在项目实施的过程中随时更改需求的情况，这就需要MES厂商予以积极配合，且具有较强的快速更改设计的能力。这样才能开发出真正符合需求的MES系统。
图4：生产管理数据表架构图
图5：闭筒式圆形预绝缘端子压接通用工艺
图6：插装件波峰焊接通用工艺流程
2.3 功能需求及目标明确
MES成功实施的另一个关键因素是任务目标的确定，清晰明确、可行性强的项目任务书可以大大降低MES厂商的开发难度。确定功能需求时应把握以下原则：
（1）系统功能明确而收敛原则。“MES可以解决很多问题，但MES不解决所有问题”，所以在功能的确定上，“切忌大而全”，应该设定有限功能，避免无限的增加项目实施难度。
（2）目标详尽原则。明确主要功能后，还需进行详细的需求分析和目标分解，进一步提高项目成功实施的概率。而详细的需求分析则主要依赖于项目团队是否具有MES的使用经验和对本单位现状的了解，两个因素缺一不可。实际上，项目团队能否提供准确、合理的功能需求分析，是确保MES建设能否成功获得预期效果的根本保证。
何良诸说的是实话。不料，一个驼背老头跳起来，“噗”，狠啐一口唾沫：“操你妈！耽误你走道了，把王八脖子给老子窝回去！”
2.4 管理层的意志
MES的建立和推行是一个系统工程，无论是经费的投入、团队的组建、MES的开发以及后续的推广执行，都需要强有力的决策。军工科研单位“科研为主、生产为辅”的固有模式，决定了最高领导层对生产的了解和重视不够，而MES系统的建立是一个“自上而下”的过程，让决策层高度重视并大力推行一个自己“并不是很了解”的大型项目，困难可想而知。这就要求领导层真正的了解MES项目的意义、特点和难度，坚定实施意志。除技术外，MES实施困难包括：
（1）实施过程进度的客观性和反复性。军工单位的特殊性，决定了在MES实施过程中必然有诸多与标准功能差异明显的定制化需求，进而导致Bug出现的概率增高，高层应将其理解为项目实施成本的一部分，给团队提供继续向前推进的信心和决心。
（2）思维习惯与工作方式的统一。MES的优势是不言而喻的，但推行初期必将会面临阻碍。一方面员工不愿意放弃原有的工作方式和习惯，转而希望MES系统适应其原有工作方式；另一方面，MES系统上线运行前期的标准化工作，也会导致工作量短期的增加。此时，需要高层领导站在全局的角度把好方向，保证全体员工在思想上的统一和行动上的一致。
3 军工科研单位MES的架构设计
3.1 业务流程分析
将常见的工艺流程编制到通用工艺流程库中，如单面混装工艺流程、单面贴片工艺流程、单面通孔插装工艺流程、双面混装工艺流程等，工艺人员可根据产品的特点直接从库中调用，必要时进行适当修改，这样基本实现了工艺路线的自动制定并为后续的工序自动分解提供基础数据。通孔元器件安装的通用工艺流程如图 6所示。
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3.2 软件业务架构设计
系统通过搜集与监控生产进度和生产资源信息，实现对生产情况地及时分析、处理，及时对生产计划进行适应性更改；对关键流程正反向追溯和分析，得到误工原因；为每一个工作提供完整的制造-测试数据，为产品分级、产品维护、质量追溯提供快速检索，通过统计不合格品和分析问题原因，找出生产问题，并对工艺方法提出改进建议，辅助车间生产管理与决策。此外，MES系统应与单位ERP 、PDS、三维工艺设计系统以及底层控制系统集成，实现数据的共享和业务流整合。具体的软件架构如图2所示。
3.3 功能架构设计
MES系统包括权限管理功能、基础数据管理功能、计划执行管理功能、物流过程管理功能、以及系统集成接口。其中，权限管理功能由模块管理、角色管理和角色权限分配模块组成，用以保证系统的安全；基础数据管理功能由组织管理、人员管理、生产基础数据管理模块组成，包括车间档案、工作中心、班组、仓库档案、物料编码、物流生产线、工位编码等子模块；计划执行管理功能完成车间级的生产计划安排与调度，其过程涵盖接受到ERP生产订单至班组级生产派工整个计划执行过程；物流过程管理功能以物流输送系统和智能仓储系统硬件为依托，实现高效有序的流动和科学管理，满足生产计划执行需要；系统集成接口用于与ERP、PDM物流控制系统、自动化生产线相集成，是实现系统柔性化、集成化的主要功能模块。具体的功能架构如图3所示。
3.4 数据表架构设计
（3）数据采集困难，管理者无法及时监控掌握设备状态、工作进程、产品质量等信息，更无法进行分析并优化调整生产计划；
5.资源弱化，是影响风险管理审计的根本因素。风险管理是内部审计的一项新内容、新领域，也是一种以集查错防弊增加价值为一体的综合性活动，这种综合性决定了对内部审计人员复合型的高素质要求。但由于部分审计人员没有经济管理、法律事务等多元化的综合知识，缺乏开展风险管理审计经验指导，导致风险管理审计质量不高，成效不大。
4 军品电装MES实施及效果评价
笔者所在单位是典型的军工科研生产单位，主要从事军用/航天高端光电仪器设备的研制，作为所内专门从事电子制造的部门负责人，笔者近年来主持推动了部门电子组装制造执行系统的建设工作。现进行一下简单介绍，以供探讨。
4.1 军品电装MES实施
4.1.1 基础数据管理系统
基础数据管理包括对设备和人员等的管理。通过设备管理模块将车间内的电装生产设备（印刷机、贴片机、回流炉、AOI检测设备等）联网，实时采集生产设备的运行状态、参数调整选择、故障维修记录、检测结果等信息，并录入基础数据库。通过人员管理模块为计划、调度、生产、管理、工艺、操作、检验、库房等所有与电装MES生产相关的人员分配相应的权限，并通过个人条码信息进入系统进行工作。
近年来，大数据驱动各领域的创新与发展，已经成为世界各国提高国家竞争力的战略性行动。欧盟(2010)、英国(2011)、德国(2011)、美国(2012)、新加坡(2012)、法国(2013)、日本(2013)、澳大利亚(2013)、韩国(2014)、中国(2015) 等国家和国际组织都相继推出了大数据及其相关战略性计划。世界范围内展开的新一轮科技革命和产业革命，其本质是科技创新能力的竞争，人才成为竞争的制高点，高等教育将在大国竞争中扮演至关重要的角色，高校在大数据时代的转型发展也显得尤为重要。
4.1.2 工艺设计与管理系统
工艺设计是指导军品生产的关键要素，工艺文件的电子化是电装MES的一个关键内容，笔者针对此项内容组织实施了一些相关工作。
4.1.2.1 通用工艺库
（2）生产过程不可监控，生产效率严重依赖于生产组长（或调度）的管理能力及工作主动性；
4.1.2.2 通用流程库
一般而言，电子产品制造的生产过程可描述为：单位计划部门给车间下达产品生产计划，规定产品交期。车间根据生产资源、现阶段生产任务情况等，制订车间作业计划。生产班组按领料单领料，按调度计划进行生产作业。生产过程中，由操作者填写各工序的随工流程卡，并实时报检。质检人员按照每道工序的质量检验标准，对在制品的各项技术指标进行检验，检验结束后，开具工序处理单。具体的业务模型如图1所示。
4.1.3 车间任务管理系统
（2）MES项目实施的关键岗位不能得到人员保障，MES的运转不能从企业管理、技术、技能等多环节全面推广。
CPU虽然有多核，但一般也就几个，每个核都有足够大的缓存和足够多的数字及逻辑运算单元，需要很强的通用性来处理各种不同的数据类型，同时逻辑判断又会引入大量的分支跳转和中断的处理，并辅助有很多加速分支判断甚至更复杂的逻辑判断的硬件。
车间任务管理主要用于车间生产过程管理与控制，是车间任务在工序级的具体执行过程。生产组长根据生产计划表生成车间生产计划，建立车间任务。具体运行中，生产组长进入MES后，首先查询物料及技术文件的齐套情况，如满足条件，则生成生产任务，在生成任务时，根据工艺流程指定工序的操作人员，同时根据排产计划自动生成产品条码。将条码打印后转移到待装产品上，产品条码扫描进入数据库，开始生产流程。后续生产过程信息采集全部通过条码完成。如不满足条件则标为“警示”状态，系统会自动提醒计划管理人员进行处理。
4.1.4 生产执行系统
生产执行主要是生产过程的具体实施。生产人员用个人条形码进入MES后，点击“我的任务”显示任务清单，并进入生产流程，生产流程主要采用“串行”工作模式，即前道工序完成后才可进行后道工序操作，工艺上无严格要求先后顺序的工序可采用“并行”模式，以提高效率，避免出现待工现象。操作人员完成该道工序任务后，扫描产品条码，提交任务，表示任务完成。
4.1.5 信息查询系统
信息查询主要分为设备在线查询、质量跟踪查询、任务执行查询、作业执行查询。整个生产过程信息的实时采集，可以保证MES能实时显示各生产任务的完成进度，物料的型号和数量信息、设备状态信息等。产品如出现质量问题，可通过扫描问题产品条码获得生产过程的全部信息，实现产品质量追溯、原材料供应商追溯、批次追溯、操作人员追溯，从而建立产品质量档案，为质量问题的复查提供准确信息。
4.1.6 分析统计系统
统计分析主要包括实际工时分析、材料用量分析、工作量统计、质量问题统计等。可以使管理人员及时了解生产任务的执行情况，提前进行计划调整和生产调度，为车间管理者考核操作人员技能水平提供参考依据，同时也是车间进行成本核算的重要信息来源。
4.2 实施效果评价
通过一年多的运行，笔者观察发现：定制化的MES系统大大缓解了计划和管理人员的管理压力，提升了管理效率，达到了预期目的，主要体现为：
（1）增强了生产控制力度，生产计划编制、生产任务下达实现了无纸化，计划的执行实现了实时监控和动态调整，提高了生产计划的准确性，增加了生产过程的透明度；
（2）通过建立PCBA、综合布线及热控实施类电装工艺通用库，工艺文件实现了自动生成、电子审批和自动推送，提高了工艺的一致性和工艺文件编制效率；
（3）经过短期适应，部门内部逐渐形成了“一看、二做、三扫描”的新型生产模式，一看是指：终端看任务、终端看工艺；二做是指，做具体工序，做质量记录；三扫描是指，工作完成后向终端中扫描条码信息，从而真正实现了信息化、无纸化办公。
（4）改善了产品质量管理手段，一旦出现质量问题，能够追溯到产品的全部质量信息，将产品质量追溯到个人，提高了产品质量的监控能力，保证了产品质量。
5 结束语
在当前中国制造2025的大背景下，稍加实力的制造型企业无不在大力推行数字化管理和智能化制造模式。MES做为一种软硬件结合的协同制造系统，是解决多品种、小批量军工产品生产管理的有效手段，可以大大提高军工科研单位的制造水平。但由于军工研制型企业的特殊性，MES系统还存在较多需要改进的地方，如在实际运行过程中还存在自动排产功能不完善，对ERP系统中的计划变更不能做到很灵活联动，各相关系统由于保密问题数据交换有滞后性等，这些都需要根据单位情况进行进一步的深入研究。
参考文献
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作者简介
王威（1978-），男，博士学历。中科院长春光机所，电装工艺中心主任。主要从事军工/航天产品电磁兼容性设计和电装可靠性研究。
作者单位
长春光学精密机械与物理研究所 吉林省长春市 130033
标签：军工电子行业论文; 制造执行系统论文; 工艺管理论文; 长春光学精密机械与物理研究所论文;