適應BPR的制造執(zhí)行系統(tǒng)應用于航空企業(yè)中

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由于航空企業(yè)生產管理的大部分工作都要落實到車間，傳統(tǒng)管理理論的弊端和信息技術黑洞嚴重阻礙了航空企業(yè)的生存和發(fā)展。傳統(tǒng)生產現(xiàn)場管理只是黑箱作業(yè),已無法滿足競爭需要，而制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）恰好能填補這一空白。面向車間層實施MES有助于航空企業(yè)聯(lián)系實際，避免信息技術黑洞，同時引導企業(yè)綜合利用各種先進制造思想和管理技術，克服傳統(tǒng)管理理論的弊端?；贛ES實施業(yè)務流程重組（Business Process Reengineering，BPR）為航空企業(yè)指明了一個思路和方向。

1 基于MES實施BPR的應用原理

業(yè)務流程是企業(yè)為顧客創(chuàng)造價值的相互銜接的一系列活動。隨著市場環(huán)境、企業(yè)規(guī)模和經營環(huán)境的不斷變化，航空企業(yè)的業(yè)務流程體系更加復雜，業(yè)務部門間的協(xié)作交互越來越多。為了保持企業(yè)內外業(yè)務流程信息的敏捷通暢，提高企業(yè)供需鏈管理的競爭優(yōu)勢。對企業(yè)業(yè)務流程、信息流程和組織機構的改革不可避免。

BPR是運用信息技術和人力資源管理手段大幅改善業(yè)務流程績效的革命性方法。而信息技術則是BPR不可分割的一部分。信息技術對BPR的支撐作用主要體現(xiàn)在3個方面：（1）實現(xiàn)信息流跟蹤物資流；（2）實現(xiàn)信息流驅動資金流和物資流，以及三流合一；（3）實現(xiàn)信息系統(tǒng)的工作流替代事務流。

MES是位于企業(yè)上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)。MES能通過信息的傳遞對從生產命令下發(fā)到產品完成的整個業(yè)務流程進行優(yōu)化管理。對狀態(tài)變化的迅速響應使MES能夠減少企業(yè)內部流程中的非增值環(huán)節(jié)，有效地指導工廠的生產運作過程，這一點達到了BPR的核心要求。

工作流是經營過程的一種計算機化的表示模型，定義了完成整個過程所需的各種參數。這些參數包括對過程中每一個步驟的定義，步驟間的執(zhí)行順序、條件。數據流的建立，每一步驟由誰負責，以及每個活動所需要的應用程序。工作流管理是業(yè)務流程管理和制造執(zhí)行系統(tǒng)之間的一個技術結合點。BPR需要工作流管理技術滿足業(yè)務流程自動化需求的系統(tǒng)支持。MES具備開放、自組織、自適應和重構的柔性能力，能夠支持工作流程的定義、控制、執(zhí)行和管理。

運用BPR思想對企業(yè)業(yè)務過程進行分析、重構，在MES中對重構的業(yè)務流程進行定義建模，通過MES工作流管理功能指定流程活動執(zhí)行角色，分配執(zhí)行流程任務活動的資源，最終實現(xiàn)企業(yè)業(yè)務流程的自動化執(zhí)行，達到提高航空企業(yè)管理水平和增強航空企業(yè)競爭力的目標。

2 使MES適應BPR的實現(xiàn)過程

系統(tǒng)的應用要經過分析業(yè)務流程、定義工作流模型和實現(xiàn)模型3個步驟。下面結合某大型航空制造企業(yè)復合材料生產車間MES來說明分析設計的主要過程。

2.1 系統(tǒng)的業(yè)務建模和需求分析

業(yè)務模型和需求分析的目的是對系統(tǒng)進行評估、采集和分析系統(tǒng)的需求，重點是充分考慮系統(tǒng)的實用性。分析結果可以用一個業(yè)務用例（Business use case）框圖表示。用例圖中不包括復雜的處理過程，只是簡單地表示出該系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，給出系統(tǒng)的輪廓。

系統(tǒng)的柔性要從初始階段就開始考慮。首先，需要清楚業(yè)務過程并將其分解成相對獨立的模塊，即實現(xiàn)模塊的低耦合性。其次，模塊之間的調用關系要與具體業(yè)務相分離。這樣，只需要修改業(yè)務之間相互調用的條件而不必修改業(yè)務處理模塊就可以實現(xiàn)業(yè)務流程的更改。這種處理方法比重新編寫具體任務模塊的方法具有更大的柔性。在這一過程中，業(yè)務活動的模塊化是關鍵。經過調研，整個系統(tǒng)可以劃分為以下13個模塊：

（1）系統(tǒng)管理模塊：提供對系統(tǒng)基本參數、界面等內容的設置。

（2）權限管理模塊：提供對系統(tǒng)訪問權限的設計與控制。

（3）工作流管理模塊：用于設計和控制系統(tǒng)中涉及到的所有工作流模型。

（4）部門人員管理模塊：提供對車間人員組織結構信息的管理與維護。

（5）文檔管理模塊：提供對車間所有設計、工藝、制造、財務等文檔信息的管理。

（6）設備管理模塊：提供對車間全部生產設備信息的狀態(tài)查詢功能。

（7）庫房管理模塊：提供對車間四大庫房庫存信息的維護以及出入庫信息的控制和記錄。

（8）生產計劃模塊：輔助車間計劃員分解主生產計劃，編制詳細的月生產計劃。

（9）生產排程模塊：輔助車間調度員分解月生產計劃，電算編制生產令單。

（10）令單管理模塊：輔助車間工藝員和調度員控制、維護編制好的生產令單。

（11）生產跟蹤模塊：對生產現(xiàn)場進行實時監(jiān)控和看板管理。

（12）質量管理模塊：對產品的質量參數進行及時分析和反饋。

（13）內部郵件模塊：提供車間內部通信功能。

2.2 對每個業(yè)務活動進行工作流模型定義

過程建模是BPR的重要基礎，而工作流模型則是過程模型的一種表現(xiàn)形式用?？紤]到車間的作業(yè)流程就是由一個個的業(yè)務節(jié)點構成的，因此系統(tǒng)選擇基于活動的方法進行建模。

在每一個工作流模型中，由組織模型提供各個活動節(jié)點的人員信息支持，資源模型提供節(jié)點所需物料和設備等資源信息支持，而過程模型則描述了車間作業(yè)的各個流程，它由一個個活動節(jié)點按照一定的邏輯關系組成。對于每個節(jié)點，一般均包括執(zhí)行者、所需設備、觸發(fā)應用、輸入和輸出等相關支持內容。由此將整個車間的作業(yè)流程映射為結構模型，如圖1所示，它們共同構成了面向用戶的數據視圖。

圖1 工作流模型架構

以生產令單的下發(fā)流程為例，當令單由計劃調度室下發(fā)到車間班組后，當前的活動節(jié)點就停留在了班組這一環(huán)節(jié)，在這一節(jié)點上，存儲了令單內容、下發(fā)日期、完工日期、責任班組號、班組長姓名等信息。當班組長在自己工作地的顯示終端上接收到該信息后，可進行相關的簽收操作。完成簽收后。該活動節(jié)點的狀態(tài)置為“已完成”．同時激活下一個節(jié)點，并調出下一個節(jié)點上存儲的相關組織和資源信息，根據這些信息找到下一個節(jié)點的執(zhí)行者和所要進行的操作，直至整個流程的完成。

2.3 工作流管理的具體實現(xiàn)

對于工作流管理的具體實現(xiàn)，考慮采用如圖2的方式。首先，定義一個數據表用來存儲所有工作流模型的信息，該表的每一條記錄對應一個XML文件，該文件的每個元素定義了工作流模型的節(jié)點描述、執(zhí)行條件和完成條件等信息。每當車間執(zhí)行一個作業(yè)流程時，就通過讀取工作流模型信息表和模型定義文件生成一個工作流的實例，并相應生成一個描述該實例的新的XML文件，該實例文件繼承了模型定義文件中的全部元素信息，并在實例化的過程中動態(tài)填充每個元素中的相關數據，工作流實例同樣以單條記錄的方式存儲在一個工作流實例信息表中。這樣，當生成了工作流實例文件之后。它的每個元素就對應于車間作業(yè)流程中的每個具體活動節(jié)點，而每一個活動節(jié)點的內容和操作又通過信息系統(tǒng)的各個不同對象來體現(xiàn)。所有這些對象組合起來，就構成了反映車間作業(yè)的信息系統(tǒng)工作流。

圖2 工作流的定義和存儲模型

3 應用實例

3.1 適應BPR的MES應用實例

某大型航空制造企業(yè)根據市場需求和企業(yè)生產經營現(xiàn)狀，決定對其復合材料構件生產車間進行業(yè)務流程重組，采用各種先進管理技術，結合MES的實施，打通信息流，建立我國第一條復合材料構件數字化生產線。

通過調研分析，發(fā)現(xiàn)公司業(yè)務流程的執(zhí)行仍以手工方式為主，車間作業(yè)系統(tǒng)柔性不夠，產品數據源不統(tǒng)一。存在大量信息“孤島”等問題?；诖朔治鼋Y果，項目組重新規(guī)劃并設計了車間的整個業(yè)務流程體系和組織架構，提出了適應BPR的MES的物理實現(xiàn)環(huán)境，如圖3所示。

3.2 數字化業(yè)務流程應用實例

在引入BPR的過程中，項目組將現(xiàn)有作業(yè)流程的實際情況和MES的實施相結合，采用“ESIA法”，即清除（Eliminate）、簡化（Simply）、整合（Integrate）和自動化（Automate），在如下方面實現(xiàn)了流程優(yōu)化：（1）電算分解主計劃、編制計劃，簡化了以往繁瑣的步驟，提高了計劃編制的效率和質量；（2）電子會簽取消了資料室的曬藍，大大縮短了生產準備周期；（3）與企業(yè)級CAPP和企業(yè)級ERP接口的建立，保證了數據源的單一，減少了冗余，提高了統(tǒng)計的工作效率；（4）通過對設備、物料信息的能力匹配。實現(xiàn)了生產動態(tài)管理；（5）通過對條碼跟蹤數據的控制和維護，實現(xiàn)了生產現(xiàn)場的看板管理。

圖4所示為車間重組后的業(yè)務流程。與重組前的流程執(zhí)行狀況進行對照，重組后的生產準備周期縮短了15個工作日，效率提高了50％左右，數據輸入時間減少了75％以上，紙面工作和設計藍圖所帶來的損失減少了56％，實現(xiàn)了流程重組目標。

圖4 航空制造企業(yè)復合材料生產車間重組后的業(yè)務流程

4 結束語

生產制造管理的落后，是航空企業(yè)現(xiàn)階段迫切需要解決的問題。項目組根據航空生產管理的實際情況，對現(xiàn)有的企業(yè)業(yè)務流程進行了設計和重組，建立了具有先進管理理念、結合生產實際的航空MES系統(tǒng)。系統(tǒng)的應用實施縮短了企業(yè)的制造周期，降低了生產成本，對提高企業(yè)的制造質量、實現(xiàn)生產作業(yè)的優(yōu)化調度和制造資源的合理配置具有重要意義。（萬方數據）