MES系统在船厂的应用

随着经济全球化趋势的加剧，制造业的竞争也愈演愈烈，因而车间的生产环境也越来越充满更多的不确定性。制造车间在面对任何不能预知的外部变化和内部波动时，企业都希望车间能够自主地、高效地、低成本地、及时准确地做出调整，生产出满足客户全方位需求的产品以适应柔性敏捷制造的要求。因此，制造执行系统的实时性、敏捷性、智能性和集成性已经成为MES 进一步发展的重要方向。

在船舶制造行业，目前国内外均未有成熟的MES系统，生产计划、生产调度等还停留在手工、看板作业水平，设备控制网络化程度不高。通过攻克关键技术，即硬件集成技术和软件集成技术，率先实现了侧重于生产过程管理、设备自动控制、可视化终端等主要功能的MES 系统的应用，有效提升了造船效率、精益化管理。

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由于船舶制造生产过程既有大量零部件的加工制造，又有繁杂的逐级装配，期间都要准确控制船舶车间的制造实时信息，MES 系统在船舶制造过程中能很好地利用时间、空间，提高企业效益和竞争力，使船舶制造过程更大程度地实现流水化、集中化和高效化。

通过查阅资料、了解其他制造行业的MES系统实施情况，结合公司生产流程和建造工艺，确定项目技术路线，明确关键技术要求和技术难点；通过对大数据技术平台、物联网、传感器、无线技术应用等智能技术的研究，解决关键技术问题，制定出MES系统总体技术实施方案；通过对设备供应商、软件开发商进行调研、考察，选择符合技术要求的合作厂家，建立生产设备数据接口，实现生产数据采集，完成对系统的布置设计和功能设计；建立大数据技术应用平台，实现设备、质量、人员绩效、能耗数据的统计、分析；建立多渠道的展示平台，将生产进度信息、设备、人员作业状态实时展现。

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针对车间数据采集和数据实时传递的实现，开发一整套生产制造集成平台——制造执行系统(MES系统)，MES系统能优化生产计划；有效地减少人工错误率；增加生产过程可追溯性；通过与企业的ERP系统、设备PLC的信息集成，实现从计划到生产、仓储、物流的全流程信息化；打破信息孤岛，实现对船舶生产全过程的信息监控。该MES系统的框架图如下图所示：

图1 MES系统框架图

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本项目实现应用的船舶制造执行（MES）系统，其主要创新点包括：生产过程数据采集、控制、分析，对接现有的NC切割系统、船体工程管理系统、企业ERP系统，建立生产过程实时数据库、为质量、技能、成本大数据分析打下基础。主要实现的工作如下：

（1）建立拉动式的生产计划管理体系

公司建造实行的是拉动式计划管理体系。根据现有订单、劳动力、场地、设备、资金等资源，结合接单计划、人员招聘计划、设备改造计划等，以保障准时交船、均衡生产为原则，制定年度线表计划。

针对多船建造中预合拢搭载和大组预定制作太过繁琐的现状，公司根据现有厂区布局、设备状况和生产管理特点，融合ERP系统的功能和数据，导入了工程计划管理系统，为合理、高效地安排工程计划提供依据。该系统能够通过直观的画面，达到同时输出单船、多船预合拢搭载、大组预定表的功能，还能够结合每周、每月的生产安排，达到合理安排各船分段加工顺序的目的，大幅度地节省了手工制作预定表的工时。

（2）建立多功能的生产过程采集与分析系统

公司在多个生产环节建立了数据采集和分析系统，能充分采集制造进度、现场操作、质量检验、安全状况等生产现场信息。各坞、各船项目、各分段、各工种等的制造进度、主要工程节点、生产质量、物料配送情况等生产现场信息都有专门的信息化工具采集、整理、分析。

图2 数据采集系统架构

在生产过程中如果发现质量问题，现场作业人员可通过自主开发的不合格品系统和设计联络单系统发起质量问题处理流程，这两个系统分别对应外购品质量问题和自主设计质量问题对应。通过系统可以汇总各生产环节相关质量问题信息，便于过程管理，明显缩短各类质量问题处理周期，为产品质量提供保障。

（3）建立高度友好型集中式管理体系

为了应对在船舶建造过程中，由于船东要求或者现场的问题反馈，设计人员需要变更施工图纸的需求，我司自主开发了改正图管理系统。设计人员通过该系统可实时将改正图纸下发到现场作业班组，作业者可现场打印图纸，快速实施改正，同时生产管理者可跟踪每一条设计改正的落实情况，及时跟踪反馈。该系统大大缩短了改正图纸下发的时间，实现了集中式管理。

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本项目在船舶制造领域属于行业领先，成功提升了品牌知名度及社会影响力，提高企业竞争力。公司先后已经成功开发并实施NC条材、型钢切割系统、船体工程管理系统、内业计划管理系统。条形码、二维码、射频码等技术也在管加工、车辆管理等方面广泛运用。

本项目的成功应用使得生产现场通过电子屏或平板电脑可实时查看产品加工进度情况，一期在船体车间和装焊车间覆盖率达到80%以上；可联网机加工设备数据采集率达到80%以上；人员作业工时自动采集率达到80%以上；产品质量可追溯率达到100%。

实现了造船工时的自动统计，有效降低管理成本，提高工时统计的准确度；实现了实时动态掌握生产加工进度，及时发现和纠正瓶颈环节或者问题工序；自动统计工人工时，为量化考核提供依据。实线数据的自动化采集后，大大降低了非生产性工时支出，更实时准确的掌握生产进度，为实现企业智能制造及生产经营决策提供重要保障，为未来智能工厂的数字孪生计划准备数据支持。