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面向航空发动机修理MES的设计与实施

2020-10-18王琪

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针对航空发动修理工艺不固定、故障难确定、进度难控制、质量要求高的特点,在企业信息化总体框架下,结合航空发动机修理业务流程,提出了航空发动机修理MES解决方案。

引言

    航空发动机是高度复杂的精密动力机械装置,有数以万计的零部件组合在一个尺寸和重量都受到严格限制的机体内,在高温、高压、高转速、高载荷下、高可靠性地长期工作。航空发动机还需要满足性能、适用性和环境等多方面的特殊要求。研制航空发动机难,还难在科学试验与经验积累上。与其说发动机是设计出来的,还不如说是试验、试飞出来的。所以我们从各种实验、试车中总结经验,从各种质量问题中总结教训,从每次的质量修理中积累经验。并将这些经验和教训完善的保存下来,因为这些是用时间、金钱、甚至是生命换回的。

    随着制造业企业信息化工作的不断推进,ERP(Enterprise Resources Planning,企业资源计划)、制造MES(Manufacturing Executive System,制造执行系统)、办公自动化等信息系统在企业的应用不断成熟,传统的管理方式正逐渐被以信息化为主要手段的现代管理方式所取代,航空发动机修理业务也必须适应企业管理的要求,建立信息化管理系统。

    本企业通过MES系统对于航空发动机修理过程进行全程追踪和监控,这样提高了企业执行效率、降低了生产和管理成本。主要实现对于发动机技术、生产、修理、监督等阶段的信息化管理,提高了企业管理的信息化、自动化程度。

1 MES的定义

    MESA(Manufacturing Execution System Association,国际制造执行系统协会)的白皮书对制造执行系统MES所下的定义:“制造执行系统传递信息使得从下单到完成品间的生产过程能够最佳化”。生产活动在进行时,MES使用及时、正确的数据,提供适当的引导、响应及报告。针对条件的改变立即快速反应为目的,在于减少无附加价值的活动,达到更有效的生产作业及流程。MES改善了设备的回收率,按时交货率、库存周转率、边际的贡献、现金流量的绩效。MES提供企业与供货商之间双向沟通所需的生产信息平台。

    制造执行系统是位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统,它是为了解决上层计划系统与下层控制系统之间的信息通信而出现的。制造执行系统在计划管理层与底层控制之间架起了一条纽带,填补了两者之间的间隙,可以为企业及时地提供生产中需要的实时信息、优化生产、提高生产效率、优化资源配置的作用。

2 航空发动机修理MES的总体设计

    2.1 业务流程分析

    航空发动机,尤其军用发动机一般工作在大推力的极限状态,也经常在恶劣天气环境下工作、高负荷环境下工作对发动机的损耗特别大。飞机飞行几百个小时以后发动机性能会迅速下降,必须返厂大修,一般三次大修以后发动机就达到报废级别。发动机大修流程分为:分解、故检、修理、装配、试车和排故等。

    2.2 业务现状分析

    (1)修理工艺技术千变万化。军用航空发动机运行的操作和环境都是极为特殊的,这就造成故障具有随机性、偶然性的特点。那么修理工艺也就随之灵活多变。还有现今军事发展迅速,发动机更新换代速度加快,发动机的内部结构随之更加复杂,新材料有不断投入使用,种种原因造成修理过程中不断面临新的技术难题。(2)修理工时过长。航空发动机修理主要修理业务在修理车间进行,但一些专业零件还要到专业车间或厂家修理,一些特殊原料还要依赖国外采购,种种因素都影响了发动机修理流程。所以可以通过MES系统统计分析哪些零件属于易损零件,是否可以考虑提前生产。(3)信息化应用滞后。MES相关技术在国内的相关行业已经快速发展,并得到普遍的应用。但是由于发动机的技术含量及内容零件的复杂程度太高,所以信息化的开展的程度在实践工作中一直不高,在实践中信息传递基本靠各类表格传输,修理现场还存在大量字纸表格。(4)技术指导单一。在先进企业中,工艺指导方式多种多样,其中包括图片、音频材料、三维模型、视频培训。而现在企业的工艺还是传统的图纸。

    2.3 存在的问题

    (1)工艺管理困难。实际修理现场中存在工艺文件版本众多,依据不明确。而且又存在着大量的临时技术处理单,工艺处理单的存放、使用、管理都是比较繁琐和困难,容易产生错误和丢失。由于零件型号众多、运行环境要求不同、修理阶段不同以及用户的特殊要求,这就造成同一型号发动机存在多个修理工艺文件、这些纸质文件管理困难、保存复杂、查阅繁琐、传递不及时。(2)生产进度缓慢。受厂内零件加工能力、特殊零件国外采购时间较长、需要外厂协调加工等等诸多因素的影响,造成了修理产品滞留现场、修理工作暂停、各种信息及各种节点跟踪困难,这些因素都影响了修理进度。(3)质量管理效率难以提高。发动机是飞机的心脏,对于质量一定要严格要求和把关。有相应的质量管理标准和体系,实际对零件进行全程质量跟踪和质量责任的追溯,并且所有零件的每道工序的数据都要求录入系统。但是现在实际工作中还保留纸质管理方式,一旦发生质量问题这就需要花费大量的人力管理。

    2.4 业务模型的分析与建立

    通过对航空发动机修理线业务的深入分析,调研航空发动机修理各业务模块之间的业务流程,对计划、调度、技术、质量、库存、工装、设备等各项业务进行梳理、分类、优化,结合通用MES的基本功能建立航空发动机修理业务模型。

    技术管理、质量管理、生产管理、计划调度管理是发动机修理业务的核心内容,这几个模块共同管理发动机修理的工作流程、物流和信息流程。库存管理、设备管理、工具管理属于保障发动机正常修理的保障模块,为核心模块提供资源保障、设备保障、工具保障。外协采购主要是对出厂修理的零件进行管理,本企业内其他车间或外单位零件的修理管理。成本管理主要是汇总各类零件成本数据,控制各类零件成本在安全范围内。

    航空发动机修理MES系统,依据通用MES的标准模块的基础上,并与发动机修理业务的特点及业务模型,划分不同管理模块。模块的划分是根据车间层面编制计划、下达指令、设备、人员等统一管理,达到生产作业合理调度和生产资源合理分配,最终目的是实现缩短修理周期、降低修理成本。

    航空发动机修理业务模块划分为10个子系统:任务管理子系统、技术管理子系统、质量管理子系统、计划管理子系统、生产管理子系统、外协采购子系统、工装管理子系统、设备管理子系统、库存管理子系统、成本管理子系统。生产管理子系统是整个MES的核心,与其他子系统联系密切。工具管理子系统、设备管理子系统、库存管理子系统属于生产保障系统,它们为生产子系统提供支持。

    计划管理子系统是生产管理子系统的入口数据,生产管理子系统的节拍是按计划的节点逐层展开的。技术管理子系统是生产管理子系统的基础,生产管理子系统的生产任务是按技术的要求展开的。质量管理子系统和成本管理子系统属于目标控制系统,一个是对修理质量的控制和管理,一个是对修理成本的控制和管理。

    2.5 设计原则

    (1)实用性:从用户角度出发,根据用户工作中涉及的数据进行设计,这样避免设计的盲目性,又可满足实际需要。(2)合理性:考虑数据库中各表使用效率及相互之间的调用关系。(3)以生产行为信息为核心,为企业决策系统提供直接的支持。(4)具有良好的人机界面,生产计划管理模块应以中文界面为主,提供简明易用的界面,供生产现场工作人员进行数据采集,同时提供给管理人员使用的报表界面必须能提供各种图表和报表,用来做数据汇总和分析。

3 实施的效果

    大修MES实现了对于复杂维修流程进行定义,实现了发动机从入厂到交付用户使用全过程管理和监控。实施MES系统前单台发动机修理周期在30个工作日以上,而现在结合MES改进了管理流程、质量流程、检验流程,目前单台发动机维修周期下降到20个工作日。传统管理方式,信息反馈不及时,对于维修过程监控不够,如工具、备品的库存量等。通过实施MES一些信息及时反馈,并形成一些经验的信息,供管理人员参考。MES系统应用之前人工统计各类质量数据,信息反馈不及时,可分析性差,所以造成在质量上决策和改进都比较滞后,直接影响就是试车合格率较低,现在发动机修理一次试车合格率达到了95%以上。

4 结束语

    MES系统在企业的成功实施,对于航空制造企业的信息化建设具有重大的指导和借鉴意义,如何使MES系统更好地在公司内应用,如何将操作人员和管理人员的经验和知识固化在MES系统中,实现更高层次的人机协同操作,是接下来公司MES系统应用需要努力的方向。

责任编辑:程玥
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