小批量机械制造企业MES的设计方法

    小批量、无定型产品企业(以下简称为小批量企业)只能按订单组织生产，而用户需求品种繁杂多变，并且往往工期紧迫，而企业又没有库存产品可以供货。在MES设计中由于产品的不确定性和工艺的多变性，产品结构数据库和工艺路线数据库难以形成，业务处理流程难以确定，即便勉强设计出了产品结构数据库、工艺路线数据库和业务处理流程，由于没有体现出足够的行业及企业特点，在实际运行时也没有足够的适用性、适应性和扩展性，导致用户使用效益差，系统生存期短暂，从而影响了企业信息化在这类企业的有效开展。

    这些小批量企业由于信息处理中的结构化程度极低，信息化工作长期停留在“信息孤岛”状态，信息化环境难以标准化、规范化，信息的共享性也很差。表现在生产管理上就是工程计划、生产计划、施工作业计划执行的及时性和有效性不高;工艺设计的效率低，重复性高，估工估料一致性与合理性差;质量检查时质量分析与责任认定信息不完备，不能及时反馈质量信息，无法及时指导施工作业等等。

    通过对小批量企业生产管理业务的归纳分析，并总结了MES软件开发与应用的体会，本文提出了这类企业信息化系统设计的几个基本方法，主要有描述产品特点的产品特征库，记录典型产品工艺的参照工艺库，还有宽严结合的业务流程设计方法。

一、用产品特征库替代产品结构库

    无论什么类型的机械制造企业，工程计划都是从客户订单开始，直到工程结算，构成了贯穿生产管理始终的基本信息。如何规范地编制出符合一定标准化要求的工程计划，如何在编制工程计划的过程中最大限度地利用以往生产管理的信息成为小批量企业信息化的首要问题。

1.产品特征库的形成与使用

    面对一份客户订单，无论图纸和工艺要求等技术资料是否完备，在小批量企业中编制工程计划时都会出现3种情形:

    (1)生产过的产品。这个产品本厂生产过，通过图号能准确判定，通过产品名称和相关产品特征也能判定;也有图号或名称虽不一致，但通过分析产品特征和工艺要求来判定的情况。有经验的计划员知道厂内是否保存有该产品的工艺资料和工装器具等，进而确定是否为经常性产品或非经常性产品，由此判别组织生产的难易程度。

    (2)相似性产品。通过分析产品特征和工艺要求可以确定这个产品与本厂生产过的某种产品相似，现存的工艺资料和工装器具等经过调整就可以使用。

    (3)新产品，也就是本企业首次生产的产品。对于工艺设计和工装器具制造难度较大、生产技术与过程复杂的新产品必须特别对待。

    在信息化的生产管理系统中，可以通过对日常工作中积累的产品和工艺信息进行收集提炼，形成产品特征数据库(简称产品特征库)。编制工程计划时，通过输入一定的产品特征信息，若能据此从产品特征库或现行工程计划库提取出相同或相似产品及工艺信息，就可以直接或经调整形成新工程的工程计划及可参照工艺。

2.产品特征库的数据结构

    产品特征库的数据结构与工程计划库基本相同，按关系型数据库概念模型的描述方式，产品特征库的基本数据结构是:产品特征(工程编号，工程类别，产品名称，图号，材质，参照工程)。其中:

    ①工程编号，作为产品特征的关键字。
    ②工程类别，用来确定工程施工的管理属性。
    ③产品名称，同时可以有产品别名，它的上级分类是产品类别。
    ④图号，该项产品的图纸编号，具有唯一性，可以作为该产品特征的辅助关键字。
    ⑤材质，决定了产品的整体的或主要的材料要求，为了便于生产统计还可能划分多个层次的材质类别。
    ⑥参照工程，从现行工艺库或参照工艺库中提取的一项工程的工艺特征信息。这些特征可以是完成相同的，也可能是相似或相近的。通常以图号为基本关键字，包括零部件数量、材料备件需求、基本工序。对于没有图纸或经常性生产的产品，也会以工程计划中形成的工程编号作为辅助关键字来建立与参照工程的联系。

二、用参照工艺库替代工艺路线库

1.参照工艺库的形成与使用

    在工程计划下达后，若是该工程已经提供了参照工程，则根据参照工程号提取相关工艺。同时，无论工程计划编制时是否提供了参照工程，分管工艺员都可以利用该工程的工程特征从现行工艺库或参照工艺库中提取参照工艺，用以形成当前工程的工艺信息。在这样的工艺设计中，最后的工艺设计责任在工艺员，信息化系统中的存储信息只是参照性、共享性信息。参照工艺库也是由分管工艺员根据生产需要对现行工程及工艺信息进行复制转存形成的。

    在利用参照工艺库或现行工艺库进行新工程的工艺设计时面临着向上舍入的倍率计算与人工调整问题。这是因为新工程委托数量与参照工程的委托数量存在着一定的比例关系，但会出现不是整数倍关系的情况，这时自动进行的部件数量、估计工时、估计重量的按比例计算只能是向上舍入计算，也就是大于倍率的整数倍舍入计算，对于这样的自动按比例计算，需要工艺员根据实际情况进行最后的调整，才能保证部件数量、工时和重量的合理性。

2.参照工艺库的结构

    一般现行工艺库和参照工艺库具有相同的数据结构，都是以产品图号及零部件图号为关键字，以所参照工程的工程编号及零部件编号为辅助关键字。虽然不同企业的生产特点及管理习惯等方面的差异十分明显，但其工艺库的数据结构基本上是如下的一组表:

    ①零部件分解(工程编号，部件编号，部件图号，数量，计量单位，规格型号，技术性能，材质，工艺要求说明，供料单位);
    ②各专业工艺(专业类别，工程编号，部件编号，工序(工序编号，工序名称，估计工时，加工说明，完工时间));
    ③材料备件需求明细(工程编号，部件编号，材质，规格型号，技术性能，重量，需求时间)。

    通常专业类别可分为加工、木型、铸造、锻造、结构、热处理和装配待等。

    在参照工艺库中，关键字是工程编号与零部件编号的组合，而工程编号是与产品特征库相联系的关键。辅助关键字是产品图号及零部件图号。供料单位确定了一项工程中各个零部件、各道工艺工序从企业外部供应到企业内部流转的基本次序。加工工艺中的工序和结构工艺中的构件都是基本工艺内的子数据项，是一种“一对多”关系的数据结构。对于同一个部件，半成品工艺环节只能在铸造、锻造和结构3种中选择一个，而加工、半成品和热处理3类工艺环节可能是都需要的。

    产品特征库和参照工艺库设计的基本思想都是力求利用相同、相似或相近的信息，以达到用户操作简便、规范，从而尽可能实现信息标准化和实用化程度较高的目的。通过对已有生产管理信息的归集和存储，对具有相同性和相似性信息的不断积累，充分利用现行产品或历史产品的信息，通过选择、复制、参照、调整等方式来最大限度地利用这些信息，达到提高生产管理水平的目的。

三、宽严结合的业务流程设计方法

    对于工期要求紧迫、工艺要求和施工管理规范性很差的产品，如果严格按照工程计划、工艺设计、生产计划、施工作业计划、质检缴库、材料备件或半成品领用的顺序来组织生产，就有可能因为某个环节信息登录的不及时或差错而延误生产的正常进行。因此应该采取宽严结合、宽严适度的管理控制方法，坚持必要的严密性，提供充分的灵活性。本着信息是生产管理的工具、生产管理系统不应该束缚生产进行的原则，小批量企业生产管理信息系统中业务流程设计时灵活性和实用性就必须是首先考虑的目标。

    生产计划、施工作业和质量检查过程中，工程计划和现行工艺是施工作业必须严格遵守的约束信息，没有工程计划和相关工艺信息的施工作业是不允许进行的。但生产计划的编制和下达可能不及时或与目前生产车间的能力状况不相符，可能需要通过临时性人工指令来组织车间的施工作业。同样，半成品或产成品的质量检查也不强求必须有施工作业计划，只要是工程计划中的产品，就可以按照工艺要求进行质检与缴库。

    随着产成品的缴库和向客户的发货，工程管理就进入了工程结算环节。工程结算标志着该工程产品的一部分或全部通过了产品合格检验并缴库，取得了客户出具的产品认证书，具此可以编制工程结算单。当一项工程的产品按工程计划要求的委托数量全部进行了工程结算时，就标志着该项工程在企业内部生产环节的结束。

    在工程结算的基础上，再根据客户的付款情况，就可以进行一项工程部分或全部的财务结算，从而完成一份客户订单。

    整个生产管理业务流程中各环节的关系根据可能实现的紧密程度可划分为严格控制关系和参照提示关系，在MES设计与运行中通过设置开关功能的办法可以实现严格控制与参照提示两种关系的切换。不一味强求控制的严格性，允许根据企业的实际需要和可能条件来进行适当的设置，给用户提供业务流程的适当选择方式，就是这种设计方法的基本思想。

    当然，这种生产业务流程控制方法会造成一些统计分析数据的不完整，但充分的灵活性确保了用户的使用，满足了这类企业的生产管理要求，明显增强了信息化系统的适用性、适应性和可扩展性 。