面向OPE管理的单元生产线制造执行系统研究

第４１卷㊀第１期２０１９年２月武汉理工大学学报(信息与管理工程版)ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＷＵＴ(ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ＆ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ)Ｖｏｌ.４１Ｎｏ.１Ｆｅｂ.２０１９文章编号:２０９５－３８５２(２０１９)０１－００３８－０８文献标志码:Ａ面向ＯＰＥ管理的单元生产线制造执行系统研究孙浩清１ꎬ宋思蒙２ꎬ蒋增强２(１.中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所ꎬ北京１０００４４ꎻ２.北京交通大学机械与电子控制工程学院ꎬ北京１０００４４)摘㊀要:特定单元生产线无法定位生产效率㊁质量等方面的问题ꎬ缺乏透明化㊁精细化管理的机制ꎬ为此提出面向ＯＰＥ管理的单元生产线制造执行系统ꎮ通过建立目标生产系统的ＯＰＥ指标体系ꎬ并以该指标体系为ＭＥＳ的设计导向ꎬ提出并设计了面向ＯＰＥ管理的单元生产线制造执行系统总体架构和功能模块ꎮ系统实施的结果表明ꎬ该系统不但能够有效提升生产过程的透明化和高效化ꎬ而且可以为生产系统的问题诊断和不断改善提供指导ꎮ关键词:关键性能指标ꎻ人员综合效率ꎻ制造执行系统ꎻ单元生产线ꎻ管理信息系统中图分类号:ＴＨ１８６㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.３９６３/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－３８５２.２０１９.０１.００８收稿日期:２０１８－０９－３０.作者简介:孙浩清(１９７３－)ꎬ男ꎬ北京人ꎬ中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所助理研究员ꎬ主要研究方向为生产运营管理.基金项目:国家自然科学基金项目(５１７７５０３３).㊀㊀竞争激烈的全球性市场对制造企业的市场快速反应能力(ｔｉｍｅꎬＴ)㊁产品的高质量(ｑｕａｌｉｔｙꎬＱ)㊁低成本(ｃｏｓｔꎬＣ)及制造过程的环境友好性(ｅｎｖｉ￣ｒｏｎｍｅｎｔꎬＥ)提出了越来越高的要求[１]ꎮ对于制造企业而言ꎬ制造是集物料流㊁信息流和能源流的复杂过程ꎬ制造工艺技术㊁组织管理能力共同决定了制造过程中Ｔ㊁Ｑ㊁Ｃ㊁Ｅ等制造系统的性能ꎮ如何借助新的技术手段并改善制造过程的管控水平ꎬ是制造企业迫切需要解决的问题ꎮ制造过程的改善是一个发现问题㊁分析问题㊁解决问题的循序渐进的过程ꎮ传统的制造过程是 黑箱式 操作ꎬ生产过程非 透明化 ꎬ企业资源计划(ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｒｅｓｏｕｒｃｅｐｌａｎｎｉｎｇꎬＥＲＰ)㊁制造执行系统(ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｘｅｃｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍꎬＭＥＳ)的实施在一定程度上改善了该弊端ꎮ但由于大多数系统在前期设计阶段ꎬ未能根据制造职能战略全面设计生产系统的关键性能指标(ｋｅｙｐｅｒｆｏｒｍ￣ａｎｃｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓꎬＫＰＩ)ꎬ导致无法通过系统数据ꎬ形成与制造系统实际状态相对应的性能指标ꎬ无法实时监控制造生产运营状况ꎬ致使不能实时有效地评价生产过程ꎮＫＰＩ是评价进展或灵活度的经济技术指标ꎬ也是衡量企业战略实施效果的关键指标ꎬ可作为制造生产过程的基准和参考ꎬ其目的是不断改善企业生产流程ꎬ增强企业核心竞争力和可持续发展动力ꎬ使企业获得更高的效益[２]ꎮ由于离散制造企业生产的产品种类多㊁产品工艺复杂及生产现场不确定性大等因素ꎬ使得ＫＰＩ的建立非常复杂ꎮ目前国内外针对离散制造企业制造过程的ＫＰＩ评价体系的研究并不多ꎬ相关研究往往是将制造车间作为达成企业战略的一个部门ꎬ以结果为导向ꎬ从成本㊁质量㊁交期３个大的维度进行考核ꎬ最终形成综合评价ꎮ姜路[３]从企业战略层和车间管理层两个维度建立离散制造车间ＫＰＩ指标体系ꎬ并使用神经网络对车间的绩效进行综合评价ꎻ乐胜年[４]从离散制造车间的生产能力㊁管理能力和服务能力３个方面建立离散制造车间ＫＰＩ指标体系ꎬ使用模糊层次分析法进行综合评价ꎮ这种以结果为导向的绩效指标体系可以了解一段时间内制造系统的运行状态并识别出改进方向ꎬ但是由于缺乏对制造过程各个节点实时数据的分析和采集ꎬ不利于生产过程的精细化管理及有针对性的分析和改善ꎮ当前ꎬ随着精益生产的广泛应用ꎬ基于设备综合效率(ｏｖｅｒａｌｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓꎬＯＥＥ)和人员综合效率(ｏｖｅｒａｌｌｐｅｒｓｏｎｎｅｌｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓꎬＯＰＥ)的制造过程ＫＰＩ评价体系成为当前研究的主要方向ꎮＯＥＥ是一种用来衡量设备生产效率的综合绩效指标ꎬ通过分析机器设备的可用性㊁运行效率和良率计算出机器真实的运行效率[５]ꎮＯＰＥ是ＯＥＥ的一种拓展ꎬＯＰＥ将现场作业人员的可用工时作为研究对象ꎬ从工时可用性㊁工时使用效率和生产合格率３个维度进行生产效率的综合评价ꎬ可帮助管理者获得作业人员的真实效率及作业中存在的工时损失ꎮ基于ＯＥＥ/ＯＰＥ的车间管控方法ꎬ将有效提升车间生产管理的透明化㊁及时性和有效性ꎮ１㊀文献综述当前ꎬ基于ＯＥＥ/ＯＰＥ的生产管控方法研究主要集中在两个方面ꎬ即指标体系的建立和数据的采集ꎮ在指标体系建立方面ꎬＧＵＰＴＡ等[６]将ＯＥＥ应用于汽车制造行业ꎬ通过计算设备的可用性㊁运行效率和良率得到ＯＥＥꎬ识别出生产过程中的问题并提出改进方案ꎬ取得了良好的效果ꎮＭＵＴＨＩＡＨ等[７]拓展了ＯＥＥ的概念ꎬ将整个车间作为一个整体提出了综合生产效率(ｏｖｅｒａｌｌｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｅｆｆｅｃ￣ｔｉｖｅｎｅｓｓꎬＯＴＥ)ꎮＯＴＥ运用ＯＥＥ的理念ꎬ通过计算车间内部按照串行关系㊁并行关系㊁装配关系和发散关系组织的设备群组的ＯＥＥꎬ进而得出整个车间的综合效率ꎮ沈静超[８]针对企业生产实际中遇到的订单不足和多种产品混线生产的情况ꎬ修正了ＯＥＥ的计算公式ꎬ提出了相应的计算方法ꎮ在数据采集方面ꎬ主要有人工采集和自动采集两种方法ꎮ其中人工采集数据在即时性和准确性上都存在着较大的不足ꎮ张芬等[９]对离散制造环境内制造执行系统现场数据采集技术进行了分类和总结ꎬ阐述了各种方法的优缺点和应用范围ꎮＨＷＡＮＧ等[１０]结合ＩＳＯ２２４００中定义的绩效指标和ＩＳＡ９５中定义的ＭＥＳ架构ꎬ提出了一种基于物联网设备的车间ＯＥＥ数据实时采集㊁分析系统ꎬ通过对生产现场业务流程分析ꎬ搭建业务流程模型ꎬ提出了ＯＥＥ采集和计算系统的设计方案ꎮ周天宇[１１]使用底层数据自动采集技术和工业以太网实现了生产设备数据的采集ꎬ并使用电子看板对即时ＯＥＥ数据进行展示ꎬ帮助企业识别生产系统的运行状态ꎬ找出生产瓶颈ꎮ蒋鹏[１２]研究了基于ＲＦＩＤ技术的车间ＯＰＥ采集和计算方法ꎬ并实现了车间ＯＰＥ的可视化管理ꎮ总之ꎬ基于ＯＥＥ/ＯＰＥ的生产管控是通过建立表征生产状态的性能指标体系ꎬ并通过信息采集技术及时获取指标相关的现场数据ꎬ计算形成ＯＥＥ/ＯＰＥ指标ꎬ从而监控生产过程和指导生产改进ꎮ制造执行系统(ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｘｅｃｕｔｉｖｅｓｙｓ￣ｔｅｍꎬＭＥＳ)是面向生产现场执行管理的信息系统ꎬ是连接生产计划层和控制层的桥梁[１３]ꎮＭＥＳ与生产现场紧密结合ꎬ可以高效地采集现场数据ꎮ如果在ＭＥＳ系统规划时考虑ＯＥＥ/ＯＰＥ管控指标ꎬ并规划相关信息采集点ꎬ将会有效提高基于ＯＥＥ/ＯＰＥ的管控效率ꎮ综上ꎬ笔者将针对某特定单元生产线ꎬ研究面向ＯＰＥ管理的单元生产线制造执行系统ꎬ使ＭＥＳ具有产品追溯㊁质量监控等基本功能的同时ꎬ完成ＯＰＥ指标体系数据的采集㊁处理和可视化展示ꎬ以期实现生产过程的透明化㊁精细化管理ꎬ促进企业生产过程的不断改进ꎮ２㊀问题描述和需求分析笔者以人工装配为主的某特定单元生产线为研究对象ꎮ针对客户对质量和交期的要求ꎬ详细分析生产线在运行中存在的弊端:①效率方面ꎬ当前对于单元生产线的管理和考核仅停留在计划及时完成率和单位时间产量等生产结果类的指标上ꎬ生产指标比较粗犷ꎬ管理人员难以发现生产过程中存在的问题ꎬ也难以采取针对性的改善措施ꎻ②质量方面ꎬ目前的质量管理主要依靠人工检查ꎬ没有精确的质量统计数据(如质量损失时间等无法精确统计)ꎬ缺乏对生产过程关键质量数据的采集和监控ꎻ③信息化方面ꎬ单元生产线内产品谱系追溯记录依靠人工完成ꎬ信息化程度低ꎬ容易产生错误ꎻ④管理方面ꎬ使用产量和及时交付率作为单元生产线的考核指标ꎬ对于生产线运行过程中出现的质量问题㊁物流问题㊁生产问题等没有有效的记录和分析ꎬ无法找出生产损失的具体原因ꎻ⑤工艺方面ꎬ产品的配置型号众多ꎬ不同型号有不同的装配方法ꎬ目前工艺主要靠员工记忆ꎬ容易产生错误ꎬ影响质量和效率ꎮ为了改善以上问题ꎬ提高产品的质量及生产过程中增值时间的比例ꎬ提出了面向ＯＰＥ管理的单元生产线制造执行系统ꎮ３㊀ＯＰＥ指标体系３.１㊀生产性能指标设计ＯＰＥ指标是一种以人员为中心ꎬ描述生产系统生产效率的综合指标ꎮ对于生产过程中的ＫＰＩ数据ꎬＩＳＯ２２４００从含义和计算方法上对其进行了９３第４１卷㊀第１期孙浩清ꎬ等:面向ＯＰＥ管理的单元生产线制造执行系统研究详尽的规定[１４－１５]ꎮ笔者在ＩＳＯ２２４００的基础上ꎬ结合生产实际和系统实际需求对指标进行了扩展ꎬ形成了最终的生产性能指标ꎬ如表１所示ꎮ指标总共分为６大类:计划时间数据(Ｄａｙ㊁ＮＯＰＴ㊁ＰＯＴ㊁ＰＤＯＴ㊁ＰＢＴ)㊁实际时间数据(ＡＵＢＴ㊁ＡＤＯＴ㊁ＡＵＰＴ㊁ＡＤＥＴ㊁ＡＰＴ㊁ＡＳＵＴ㊁ＮＰＴ㊁ＱＬＴ)㊁生产数量类数据(ＰＱ㊁ＧＱ)㊁二级指标数据(Ａ㊁Ｅ㊁Ｑ)㊁产线效能类数据(ＬＢＲ㊁ＬＡＲ)㊁节拍类数据(ＣＴ㊁ＡＶＣＴ)ꎮ表１㊀生产性能指标类别指标符号指标名称说明计划时间数据Ｄａｙ日可用时间每日可用于生产㊁维护等作业的时间ＮＯＰＴ产线待命时间无生产计划㊁产线处于待命状态的时间ＰＯＴ计划运行时间计划中产线每天进行生产运行的时间ＰＤＯＴ计划停线时间生产中因计划维护维修㊁待命㊁开会培训等造成的停线时间ＰＢＴ计划工作时间在计划运行时间中去掉计划停线时间后的时间实际时间数据ＡＵＢＴ实际工作时间产线真正用于执行生产订单的时间ＡＤＯＴ实际停线时间生产中由于缺料㊁产线故障㊁换线等因素造成的非计划停线时间ＡＵＰＴ实际流程时间实际运行中生产准备时间和生产时间之和ＡＤＥＴ实际延迟时间实际生产中由于产线不平衡㊁作业异常等因素造成的生产延迟ＡＰＴ实际生产时间在生产过程中真正用于增值作业的时间ＡＳＵＴ实际准备时间实际生产准备时间ＮＰＴ净生产时间用于生产合格产品所花费的时间ＱＬＴ质量损失时间因质量因素损失的时间生产数量类数据ＰＱ生产数量生产产品的数量ＧＱ合格品数量生产的产品中质量参数符合标准的产品的数量二级指标数据Ａ时间稼动率产线可用时间占比Ｅ性能稼动率可用时间内实际应用于生产的时间的比例Ｑ良率生产合格品的比率产线效能数据ＬＢＲ产线平衡率平均节拍时间除以节拍时间ＬＡＲ产线能率产线可用时间内实际用于生产的时间所占的比例节拍类数据ＣＴ节拍时间根据标准工时和工位划分理论计算得到的节拍时间ＡＶＣＴ平均节拍时间单元线内各个工位实际工时之和除以工位数量３.２㊀ＯＰＥ指标体系对于单元装配线ꎬ作业人员的有效作业时间是一种需要进行管理和监控的生产资源ꎬ使用ＯＰＥ的指标体系对生产线内的时间进行分类汇总ꎬ有助于发现和识别生产流程中的浪费ꎬ提升生产线的运行效率ꎮ使用ＯＰＥ作为单元线的ＫＰＩ对生产效率进行评价ꎬ需要围绕单元装配线的主要制造资源(即作业人员)进行指标体系设计ꎮ结合ＩＳＯ２２４００国际标准和企业生产的实际建立的ＯＰＥ指标体系如图１所示ꎮ时间稼动率Ａ是衡量产线总体运行状态的重要指标ꎬ用来监控产线运行过程中非计划停机时间ꎬ以提升产线正常运行时间所占的比例ꎬ其表达式如式(１)所示ꎮ计划工作时间(ＰＢＴ)是生产计划部门在日可用时间(Ｄａｙ)范围内减去产线待命时间(ＮＯＰＴ)和产线计划停线时间(ＰＤＯＴ)后计划产线每日工作的时间ꎬ其表达式如式(２)所示ꎮ实际工作时间(ＡＵＢＴ)是产线在计划工作时间(ＰＢＴ)去掉因缺料㊁产线故障㊁换线等因素造成图１㊀ＯＰＥ指标体系图的非计划停线时间(ＡＤＯＴ)后产线的工作时间ꎬ其表达式如式(３)所示ꎮＡ＝ＡＵＢＴＰＢＴˑ１００％(１)ＰＢＴ＝Ｄａｙ－ＮＯＰＴ－ＰＤＯＴ(２)ＡＵＢＴ＝ＰＢＴ－ＡＤＯＴ(３)㊀㊀性能稼动率Ｅ是衡量产线生产效率的指标ꎬ主要目标是监控生产流程中出现的延迟和异常作业ꎬ以提升生产作业时间所占的比例ꎬ降低生产过０４武汉理工大学学报(信息与管理工程版)２０１９年２月程中的效率浪费和时间浪费ꎮ从时间层面上ꎬ性能稼动率是实际生产时间在实际工作时间中所占的比例ꎬ其表达式如式(４)所示ꎮ实际生产时间(ＡＰＴ)是从产线的实际工作时间(ＡＵＢＴ)中去除实际延迟时间(ＡＤＥＴ)和实际生产准备时间(ＡＳＵＴ)后的时间ꎬ其表达式如式(５)所示ꎮ在单元产线内部实际延迟时间可以定义为因工位间不平衡㊁作业异常等因素而造成的工时损失ꎻ实际生产准备时间可以理解为单元线内作业人员在完成生产过程中的辅助性作业所花费的时间ꎬ如搬运㊁调整等ꎮＥ＝ＡＰＴＡＵＢＴˑ１００％＝ＬＢＲˑＬＡＲ(４)ＡＰＴ＝ＡＵＢＴ－ＡＤＥＴ－ＡＳＵＴ(５)㊀㊀单元线是按照一定的生产节拍进行作业的产线ꎬ所以产线的性能稼动率可以使用产线平衡率和产线能率的乘积计算得到ꎮ产线平衡率(ＬＢＲ)是用来衡量单元线各个工位作业时间均衡程度的指标ꎬ产线平衡率能够评价因工位间不平衡而造成的时间损失ꎮ产线平衡率的计算方法是用产线内的平均节拍时间(ＡＶＣＴ)除以节拍时间(ＣＴ)ꎬ如式(６)所示ꎮ产线能率(ＬＡＲ)是衡量产线实际生产能力的指标ꎬ用以评价产线内由于异常作业和生产准备而造成的生产时间损失ꎬ其表达式如式(７)所示ꎮＬＢＲ＝ＡＶＣＴＣＴˑ１００％(６)ＬＡＲ＝ＣＴˑＰＱＡＵＢＴˑ１００％(７)㊀㊀良率Ｑ是评价单元产线生产合格品能力的重要指标ꎬ良率从价值流的角度对企业内部作业时间进行了分析ꎬ聚焦于能够真正交付客户的合格产品所花费的时间ꎮ从时间层面上ꎬ良率是产线净生产时间(ＮＰＴ)在实际生产时间(ＡＰＴ)中所占的比例ꎬ如式(８)所示ꎮＮＰＴ是指在实际生产时间(ＡＰＴ)中去掉质量损失时间(ＱＬＴ)ꎬ如式(９)所示ꎮＱＬＴ具体表现为因质量问题造成的产品下线时间损失㊁异常处置损失㊁产品下线后的工位空闲损失㊁已完成工序的工时的损失以及生产速度降低损失等ꎮＱ＝ＮＰＴＡＰＴ＝ＧＱＰＱˑ１００％(８)ＮＰＴ＝ＡＰＴ－ＱＬＴ(９)㊀㊀ＯＰＥ是评价单元产线生产过程的综合绩效指标ꎬ从时间层面上分析ꎬＯＰＥ指标是单元产线净生产时间(ＮＰＴ)在产线计划工作时间(ＰＢＴ)中所占的比例ꎮ在实际的计算中ꎬ将ＯＰＥ的值拆分为时间稼动率(Ａ)㊁性能稼动率(Ｅ)和良率(Ｑ)的乘积ꎬ如式(１０)所示ꎮＯＰＥ＝ＮＰＴＰＢＴˑ１００％＝ＡˑＥˑＱ(１０)㊀㊀在计算ＯＰＥ的过程中ꎬ计算得出了时间稼动率㊁性能稼动率㊁良率㊁产线平衡率㊁产线良率等指标ꎬ则可以从可用性㊁效率和质量３个维度上对单元线的生产过程进行了评价ꎬ识别出产线生产过程中存在的问题ꎬ为进一步的改进提供了方向ꎮ４㊀面向ＯＰＥ管理的单元生产线ＭＥＳ系统架构㊀㊀为了解决单元线内存在的生产问题提出面向ＯＰＥ的ＭＥＳꎮ从ＯＰＥ指标体系展开ꎬ自下而上设计ＭＥＳ的四层总体架构ꎬ如图２所示ꎮ(１)设备层ꎮ设备层是单元线内部装配工位和返修工位上为完成系统基本功能所配备的硬件设备ꎬ包括ＲＦＩＤ㊁传感器㊁身份识别装置㊁条码扫描枪㊁ＰＬＣ㊁安灯㊁拧紧枪等ꎮ设备层是制造执行系统完成实时信息采集和监控的重要前提ꎮ单元线制造执行系统的硬件部署如图３所示ꎬ可看出在单元线的５个装配工位及一个返修工位都配有条码扫描枪㊁触控一体机㊁安灯按钮和安灯ꎻ对于产线整体安装有能效看板㊁ＰＬＣ㊁条码打印机和总工控机ꎮ(２)数据层ꎮ数据层是系统的生产过程数据的集合ꎬ主要分为计划类数据㊁物料类数据㊁生产类数据㊁质量类数据和工艺类数据ꎮ数据层内的数据来源分为两类:一是从其他数据库中抓取ꎬ二是根据生产现场的运行状况进行实时的动态采集ꎮ具体内容分别为:①计划类数据是系统从ＥＲＰ系统内读取的生产订单信息ꎬ包括生产数量㊁订单优先级㊁交付日期㊁订单状态㊁订单开始时间等ꎻ②物料类数据是产品生产过程中消耗的零件种类和数量ꎬ包括产品的物料清单㊁产品ＢＯＭ㊁关重件清单和供应商信息ꎻ③生产类数据是生产过程中的监控数据ꎬ包括生产开始时间㊁生产结束时间㊁产线㊁工位㊁作业人员㊁作业时间和装配物料配置等ꎻ④质量类数据是关于产品制造质量和质量异常的数据ꎬ包括关键质量节点数据㊁质量不良产品数据㊁质量不良原因㊁返修花费时间等ꎻ⑤工艺类数据是与产品装配工艺相关的数据ꎬ包括产品工艺路线㊁装配ＢＯＭ㊁产品标准作业㊁产品标准工时㊁产线工位划分和产品衍生种类等ꎮ１４第４１卷㊀第１期孙浩清ꎬ等:面向ＯＰＥ管理的单元生产线制造执行系统研究图２㊀系统框架图３㊀单元线硬件部署㊀㊀(３)功能层ꎮ单元线制造执行系统共分为６个主要功能:作业计划管理㊁生产效率管理㊁质量和返修管理㊁绩效管理㊁生产谱系追溯和在线作业指导ꎮ具体内容分别为:①作业计划管理是对产线制造资源进行总体的管控ꎬ主要功能为工单管理㊁作业计划管理㊁插单和工单状态跟踪ꎻ②生产效率管理是对生产过程的监控ꎬ主要完成产线平衡率㊁能率的计算以及产线内非计划停机时间和作业异常的统计ꎻ③质量和返修管理是监控质量异常情况下维修恢复行为的ꎬ主要完成质量异常原因的统计和修复异常事件ꎻ④绩效管理是对产线整体的ＯＰＥ和产线内各工位进行绩效的统计２４武汉理工大学学报(信息与管理工程版)２０１９年２月和评价ꎻ⑤生产谱系追溯主要是完成对订单㊁返修㊁产品和关重件的追溯ꎻ⑥在线作业指导是对装配过程进行指导ꎬ提升产线柔性ꎬ降低装配过程中出错的概率ꎮ(４)ＯＰＥ层ꎮＯＰＥ层是在上述３层数据采集㊁处理和业务逻辑执行的基础上ꎬ通过计算ＯＰＥ的各项指标ꎬ并通过可视化的方式进行展示和主动推送ꎮ生产管理者通过图形化ＯＰＥ信息及时发现生产现场的异常变动ꎬ并根据ＯＰＥ的表征信息ꎬ挖掘导致异常的真实原因ꎬ从而指导生产管理人员持续不断地改进生产过程ꎮ５　系统功能设计ＭＥＳ的功能设计一般围绕制造执行系统国际联合会(ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｘｅｃｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｓｓｏｃｉａ￣ｔｉｏｎｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌꎬＭＥＳＡ)提出的功能框架展开ꎬ包括资源配置和状态㊁运作/详细调度㊁分派生产单元㊁文档管理㊁数据采集/获取㊁劳动力管理㊁质量管理㊁过程管理㊁维护管理㊁产品跟踪和谱系㊁绩效分析１１个功能模块ꎮ面向ＯＰＥ单元生产线ＭＥＳ的目标是在保证产品质量的同时对生产过程中的事件进行记录㊁统计和汇总ꎬ进而为产线的不断改善提供数据支持ꎬ提升产线的生产效率和有效作业时间的比例ꎮ因此从系统核心功能出发ꎬ结合单元线生产的实际需求设计系统功能ꎬ主要包括作业计划管理㊁生产效率管理㊁质量和返修管理㊁ＯＰＥ管理等ꎮ该系统的业务流程如图４所示ꎮ图４㊀系统的业务流程㊀㊀(１)作业计划管理ꎮ从上层企业信息ꎬ系统中读取订单信息ꎬ将订单根据优先级进行排序ꎬ结合产线的计划停线时间㊁产线状态(如产线是否处于正常状态㊁在时间段内是否被占用等)和作业人员的信息(如工作技能㊁排班情况等)得出产线的计划运行时间ꎬ制定出单元线的作业计划并生成派工单ꎮ(２)生产效率管理ꎮ结合产品的工艺工时信息和工单信息ꎬ采集产线的非计划停线时间数据㊁每个工位实际作业时间㊁在生产中使用的制造资源数据及生产中异常作业记录等关于生产过程效率类的信息ꎬ最终生成时间稼动率㊁性能稼动率和产线生产效率报告(包括非计划停线时间和次数㊁每个工位实际作业时间㊁产线实际生产节拍㊁异常作业的出现次数及其耗时等)ꎮ(３)质量和返修管理ꎮ结合产品ＢＯＭ和工单信息完成对产品质量的监控及出现质量问题后的返修管理ꎮ在质量监控方面ꎬ结合产品ＢＯＭ和工单信息完成生产过程中规定的关键质量数据的采集ꎻ在返修管理方面ꎬ采集质量不良原因(装配不当㊁来料不良等)㊁质量异常产品的身份信息(包括产品编号㊁配置信息等)ꎬ并且记录下作业人员处理质量异常花费的返修时间ꎮ质量和返修管理模块最终输出产品质量跟踪数据(关键工艺过程㊁关键质量参数等)㊁质量异常分析报告(对出现质量问题的原因进行分类汇总)㊁质量异常返修时间汇总(对于每个订单内的每台质量不良产品返修并最终完成装配时间的统计)并计算出３４第４１卷㊀第１期孙浩清ꎬ等:面向ＯＰＥ管理的单元生产线制造执行系统研究良率ꎮ(４)ＯＰＥ管理ꎮ主要完成对二级指标的计算和汇总ꎬ从不同的维度(如工单㊁时间段㊁产品类型等)计算产线的ＯＰＥꎬ最终实现产线综合效率绩效指标评价ꎮ６㊀系统实现基于上述研究成果ꎬ开发完成了某高铁电器控制器的单元生产系统ꎬ如图５所示ꎮ其中图的右边为系统的生产环境和硬件设备ꎮ由于生产产品多ꎬ且批量波动大ꎬ故采用适合精益柔性生产的单元生产系统ꎮ为了实现生产过程中各类信息的获取ꎬ硬件设备部署了条码扫描枪㊁触控一体机㊁安灯按钮㊁安灯㊁能效看板㊁ＰＬＣ㊁条码打印机和总工控机等硬件设备ꎮ图的左边为系统的软件实现ꎬ主要包括３层:①系统组态与计划管理层ꎬ该层软件一方面实现生产过程各要素(包括产品㊁工艺㊁设备㊁人员等)的组态设置ꎬ构建硬件资源和虚拟信息的映射关系ꎻ另一方面实现生产计划制定㊁生产调度的优化及生产计划的跟踪ꎮ②作业指导与信息采集层ꎬ该层将系统组态和计划管理层的组态信息与硬件设备层紧密结合ꎬ完成生产产品㊁生产资源的识别ꎬ并在信息采集的基础上ꎬ结合生产计划ꎬ实现作业指导和信息采集ꎮ③ＯＰＥ计算与可视化展示层ꎬ该层在作业指导和信息采集层各类信息采集的基础上ꎬ计算ＯＰＥ的各类指标ꎬ并通过可视化的展现形式和主动推送机制ꎬ将ＯＰＥ的信息传递给现场管理人员ꎬ从而指导管理人员持续改善生产现场ꎮ该系统将以人员为中心ꎬ对计划时间数据㊁实际时间数据㊁生产数量类数据㊁产线效能类数据㊁节拍类数据等进行采集ꎬ并计算形成时间稼动率㊁性能稼动率㊁良率等关键性能指标ꎬ通过上述指标管理人员便可以逐层分析找到车间浪费问题的根源ꎮ图５㊀系统展示７㊀结论由于当前离散制造环境下以结果为导向的车间绩效评价和过程监控方法不利于企业的精细化管理ꎬ难以发现生产系统存在的问题ꎮ为此ꎬ笔者通过建立目标生产系统的ＯＰＥ指标体系ꎬ设计了面向ＯＰＥ的单元生产线制造执行系统总体架构和功能模块ꎬ实现ＭＥＳ开发ꎮ该系统的实施结果表明ꎬ面向ＯＰＥ的单元生产线制造执行系统ꎬ不但能够有效提升生产过程的透明化和高效化ꎬ而且可以为生产系统的问题诊断和不断改善提供指导ꎮ４４武汉理工大学学报(信息与管理工程版)２０１９年２月参考文献:[１]㊀ＣＡＯＹꎬＷＡＮＧＳꎬＫＡＮＧＬ.ＡＴＱＣＳ－ｂａｓｅｄｓｅｒｖｉｃｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙｉｎｃｌｏｕｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒ￣ｉｎｇ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒ￣ｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１６ꎬ８２(１):２３５－２５１.[２]㊀顾英伟ꎬ李娟.关键绩效指标(ＫＰＩ)体系研究[Ｊ].现代管理科学ꎬ２００７(６):７９－８０.[３]㊀姜路.基于ＫＰＩ和神经网络的离散制造车间绩效评价[Ｄ].大连:大连理工大学ꎬ２０１５.[４]㊀乐胜年.离散制造车间生产系统运行绩效综合评价研究[Ｄ].武汉:华中科技大学ꎬ２０１３.[５]㊀ＭＵＣＨＩＲＩＰꎬＰＩＮＴＥＬＯＮＬ.Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅ￣ｍｅｎｔｕｓｉｎｇｏｖｅｒａｌｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ(ＯＥＥ):ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｒｅｖｉｅｗａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２００８ꎬ４６(１３):３５１７－３５３５.[６]㊀ＧＵＰＴＡＰꎬＶＡＲＤＨＡＮＳ.ＯｐｔｉｍｉｚｉｎｇＯＥＥꎬｐｒｏｄｕｃｔｉｖ￣ｉｔｙａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃｏｓｔｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｓａｌｅｓｖｏｌｕｍｅｉｎａｎａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｉｎｄｕｓｔｒｙｔｈｒｏｕｇｈＴＰＭ:ａｃａｓｅｓｔｕｄｙ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１６ꎬ５４(１０):１－１３.[７]㊀ＭＵＴＨＩＡＨＫＭＮꎬＨＵＡＮＧＳＨ.Ｏｖｅｒａｌｌｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ(ＯＴＥ)ｍｅｔｒｉｃｆｏｒｆａｃｔｏｒｙ－ｌｅｖｅｌｐｅｒｆｏｒｍ￣ａｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋｄｅｔｅｃｔｉｏｎ[Ｊ].Ｉｎｔｅｒｎａ￣ｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２００７ꎬ４５(２０):４７５３－４７６９.[８]㊀沈静超.设备综合效率ＯＥＥ的计算方法及实际运用[Ｊ].装备制造技术ꎬ２０１３(９):１５１－１５２.[９]㊀张芬ꎬ杜朋ꎬ杨亚非.离散制造企业ＭＥＳ中的生产数据采集实践[Ｊ].机械设计与制造ꎬ２０１１(３):２４５－２４７.[１０]㊀ＨＷＡＮＧＧꎬＬＥＥＪꎬＰＡＲＫＪ.Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍ￣ａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｉｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓａｎｄｓｍａｒｔｆａｃｔｏｒｙｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１６ꎬ５５(９):２５９０－２６０２.[１１]㊀周天宇.基于ＴＯＣ理论与ＯＥＥ指标的生产电子看板开发[Ｄ].杭州:浙江理工大学ꎬ２０１５.[１２]㊀蒋鹏.基于ＲＦＩＤ的车间人员效率可视化管理研究[Ｄ].天津:天津大学ꎬ２０１４.[１３]㊀王军强ꎬ周雪明ꎬ郭银洲.可扩展制造执行系统软件体系结构设计与实现[Ｊ].计算机集成制造系统ꎬ２０１４ꎬ２０(５):１０３５－１０５０.[１４]㊀ＩＳＯ.Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｋｅｙｐｅｒ￣ｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ(ＫＰＩｓ)ｆｏｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｏｐｅｒａ￣ｔｉｏｎｓｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｐａｒｔ１:ｏｖｅｒｖｉｅｗꎬｃｏｎｃｅｐｔｓａｎｄｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ:ＩＳＯ２２４００－１－２０１４[Ｓ].[Ｓ.ｌ.]:[ｓ.ｎ.]ꎬ２０１４.[１５]㊀ＭＵＨＡＭＡＤＵꎬＦＥＲＲＥＲＢＲꎬＭＯＨＡＭＭＥＤＷＭ.Ａｎａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇｋｅｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｉ￣ｃａｔｏｒｓｏｆａｄｉｓｃｒｅｔｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＩＳＯ２２４００ｓｔａｎｄａｒｄ[Ｃ]ʊ２０１８ＩＥＥＥＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｙｂｅｒ－ＰｈｙｓｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ.[Ｓ.ｌ.]:ＩＥＥＥꎬ２０１８:６２９－６３６.ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＯＰＥ－ｂａｓｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｘｅｃｕｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｏｆＣｅｌｌＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＬｉｎｅＳＵＮＨａｏｑｉｎｇꎬＳＯＮＧＳｉｍｅｎｇꎬＪＩＡＮＧＺｅｎｇｑｉａｎｇＡｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｆｏｒａｓｐｅｃｉｆｉｃｕｎｉｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅꎬｉｎｃｌｕｄｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎꎬｑｕａｌｉｔｙｉｓ￣ｓｕｅꎬｌａｃｋｏｆｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙａｎｄｆｉｎｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｅｔｃ.ꎬｔｈｅｕｎｉｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｘｅｃｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒＯＰＥｍａｎａｇｅｍｅｎｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ.ＡｎＯＰＥｉｎｄｅｘｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｆＭＥＳ.ＴｈｉｓｓｔｕｄｙｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｏｖｅｒａｌｌａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｕｎｉｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｘｅｃｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒＯＰＥｍａｎａｇｅｍｅｎｔ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓꎬｂｕｔａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｉａｇｎｏｓｉｓａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｋｅｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓꎻｏｖｅｒａｌｌｐｅｒｓｏｎｎｅｌｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓꎻｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｘｅｃｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍꎻｃｅｌｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅꎻｍａｎａｇｅｍｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍＳＵＮＨａｏｑｉｎｇ:ＡｓｓｉｓｔａｎｔＲｅｓｅａｒｃｈｅｒꎻＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲｏｌｌｉｎｇＳｔｏｃｋＲｅｓｅａｒｃｈꎬＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＲａｉｌｗａｙＳｃｉｅｎｃｅｓＧｒｏｕｐＣｏ.ꎬＬＴＤ.ꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００４４ꎬＣｈｉｎａ.５４第４１卷㊀第１期孙浩清ꎬ等:面向ＯＰＥ管理的单元生产线制造执行系统研究。