MES在離散行業(yè)生產(chǎn)制造中的應用.doc

MES在離散行業(yè)生產(chǎn)制造中的應用近來企業(yè)信息化的發(fā)展越來越多的提到了MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）。很多離散行業(yè)的企業(yè)，比如機械制造，電子行業(yè)，汽車行業(yè)等通過實施MES，提高了生產(chǎn)效率和管理水平。產(chǎn)品制造的精益化管理也成為了可能。以下我們根據(jù)具體項目的實踐，針對離散行業(yè)MES的實施進行一些討論。企業(yè)有了ERP還需要MES做什么？什么樣的系統(tǒng)才能稱之為MES？這也許是初次接觸MES的企業(yè)信息主管們最多提出的問題。實施過ERP的企業(yè)不難發(fā)現(xiàn)：ERP不是萬能的，對于生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)有很多ERP無法解決的難點。怎樣實時了解生產(chǎn)線的狀態(tài)；怎樣做到工序級的生產(chǎn)計劃調(diào)度；怎樣對生產(chǎn)中出現(xiàn)的質(zhì)量問題、設備問題及時、準確地做出反映；怎樣了解車間工位的實時物料狀態(tài)等等。像這些具體生產(chǎn)過程中需要解決的問題都是讓ERP實施顧問們頭痛的難點。MES也就是在這種背景下誕生的。MES主要用來解決整體優(yōu)化中生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)過程的脫節(jié)問題這一問題長期以來不僅直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率，而且成為制約現(xiàn)代企業(yè)內(nèi)部信息集成和企業(yè)之間供應鏈優(yōu)化的瓶頸。隨著MES概念的提出，軟件開發(fā)商（包括有軟件開發(fā)能力的設備供應商）和有開發(fā)能力的企業(yè)紛紛推出了自己的MES系統(tǒng)。功能上各有千秋。是不是這些系統(tǒng)都能適合不同企業(yè)的應用，這還需要具體的實施效果來驗證。我們認為判斷一個成熟的制造執(zhí)行系統(tǒng)（即MES）主要從這幾個方面。1. MES是承上啟下的。承上指的是和ERP系統(tǒng)或者其他軟件系統(tǒng)是否有銜接，啟下指的是和設備控制層是否緊密結(jié)合。一方面，MES可以對來自上層管理軟件系統(tǒng)，比如ERP，MRPII的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行接收、整理。把生產(chǎn)計劃指令傳遞給車間生產(chǎn)管理人員和底層控制層；另一方面，MES可以采集智能設備、生產(chǎn)線的狀態(tài)數(shù)據(jù)，從而方便、可靠地將控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)整合在一起，并將生產(chǎn)狀況及時反饋給計劃層。2. MES是有工序級的生產(chǎn)計劃調(diào)度的。這是MES的難點所在。工序級調(diào)度關系到設備、物料、質(zhì)量、人員、工藝等很多方面。ERP（企業(yè)資源策劃）系統(tǒng)局限于總體生產(chǎn)計劃的編排，而沒有考慮設備的實際運行狀態(tài)和生產(chǎn)線的工藝約束，某些ERP或MRPII提供的車間級的生產(chǎn)計劃無法細化到每一個加工中心，每一條預裝線。如何合理的安排生產(chǎn)使得生產(chǎn)效率最高，如何對生產(chǎn)過程中的情況進行干預、處理，這就要求軟件系統(tǒng)必須能夠靈活的設置，提供車間作業(yè)計劃重排功能和一套行之有效的算法。3. MES是擁有一個可靠的數(shù)據(jù)采集手段的。數(shù)據(jù)采集是制造執(zhí)行系統(tǒng)的基礎，通過數(shù)據(jù)采集可以收集產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)數(shù)據(jù)、了解在制品的狀態(tài)。通過這些信息的分析和處理對現(xiàn)場的事件及時做出反應。數(shù)據(jù)采集的手段有條碼掃描、RFID跟蹤等。對于底層智能設備的數(shù)據(jù)采集和控制可以通過設備提供的接口訪問。232接口、485接口、以太網(wǎng)接口都是常見的接口方式。越來越多的智能設備自帶的軟件接口也為數(shù)據(jù)的采集和管理提供了方便。數(shù)據(jù)采集的方式是多樣的，如何整合進MES是值得探討的問題之一。MES的概念大家也許都已經(jīng)不再陌生，了解原理固然重要，更重要的是如何讓這些理論應用到實際的項目中去。下面我們以一個實際案例作為MES應用的介紹。（一）、實施的企業(yè)背景：汽車行業(yè)某發(fā)動機制造工廠。擁有多條生產(chǎn)線，多系列的發(fā)動機，上百種機型。生產(chǎn)能力達到20萬臺每年，采用訂單式混流生產(chǎn)。隨著業(yè)務的擴展，對市場反應能力的要求不斷提高，生產(chǎn)制造部門作為企業(yè)的利潤中心，其作用也越來越明顯。不僅要保證大批量客戶的要求，也要保證小批量定制客戶的要求。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，及時的把產(chǎn)品交到用戶手中，都需要一套完整的管理系統(tǒng)的支持。（二）、實施前的生產(chǎn)狀況： 已經(jīng)有一套ERP系統(tǒng)，計劃通過文檔的方式傳遞到生產(chǎn)現(xiàn)場。 現(xiàn)場擁有一些智能設備，工人根據(jù)經(jīng)驗裝配，采用跟單的方式記錄裝配數(shù)據(jù)。 由于機型種類繁多，客戶定制要求復雜，經(jīng)常發(fā)生錯裝漏裝的問題，對工人的要求非常高。 發(fā)動機從上線到下線一般需要2-4天時間，物料部門無法及時了解現(xiàn)場的物料狀態(tài)，發(fā)料憑經(jīng)驗，經(jīng)常發(fā)生現(xiàn)場物料堆積或者缺料的情況。 物料倒沖不及時，導致成本核算困難。 管理部門對現(xiàn)場的控制能力相對薄弱，無法及時了解各個生產(chǎn)區(qū)域的狀態(tài)。 由于各個智能設備廠家不一，自成體系，生產(chǎn)數(shù)據(jù)分散，基本上無法利用。（三）、實施后的生產(chǎn)情況： 充分利用了ERP系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)，包括計劃、工藝、BOM、物料等。 生產(chǎn)計劃通過MES生產(chǎn)計劃模塊接收傳遞到生產(chǎn)現(xiàn)場。 裝配BOM傳遞到每個車間工位，工人按照提示裝配。 取消了跟單，通過自動采集、條碼掃描等手段簡化數(shù)據(jù)記錄方法。 物料部門根據(jù)生產(chǎn)段的生產(chǎn)情況進行發(fā)料，系統(tǒng)自動進行物料倒沖。 提供了產(chǎn)品改制的處理辦法。 采用條碼對產(chǎn)品進行跟蹤，系統(tǒng)提供圖形化實時監(jiān)控發(fā)動機狀態(tài)的功能。 對于生產(chǎn)過程中的質(zhì)量問題、設備問題、物料問題進行監(jiān)控，并通過消息中心反饋給管理人員。（四）、具體實施方案：MES怎樣在生產(chǎn)中發(fā)揮作用還要先了解一下該企業(yè)ERP中生產(chǎn)制造的流程。生產(chǎn)部門綜合企業(yè)年度生產(chǎn)計劃、市場預測和銷售訂單進行生產(chǎn)計劃的編制，產(chǎn)品設計部門輸入產(chǎn)品的基礎數(shù)據(jù)，有了這些必要條件ERP系統(tǒng)進行MRP運算得到主生產(chǎn)計劃、物料需求計劃。物料部門根據(jù)MRP計算進行采購入庫，根據(jù)上線計劃把物料發(fā)放到車間。車間確定工藝路線，物料準備完成后上線生產(chǎn)。產(chǎn)品下線入庫后還要進行物料倒沖等操作。隨之還有財務相關的工作，這里就不做具體討論了。企業(yè)在設計與實施生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)時，需要考慮的幾個主要方面如下：4.1數(shù)據(jù)采集方法數(shù)據(jù)采集方式很多，這里我們采用傳統(tǒng)的連線條碼掃描和無線掃描結(jié)合的方式，生產(chǎn)線工位安裝計算機工作站，帶連線式條碼掃描器。發(fā)動機缸體上線時貼條碼，定義機型，后續(xù)工位掃描條碼，根據(jù)上線定義的機型裝配。條碼掃描器不僅可以識別機型，還可以采集裝配零件數(shù)據(jù)，通過預先定義條碼指令，操作工可以錄入人員信息、質(zhì)量狀態(tài)、設備狀態(tài)等。有關設備的數(shù)據(jù)采集，一般通過設備提供的接口進行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)統(tǒng)一保存到數(shù)據(jù)庫中。MES應支持多種接口方式的數(shù)據(jù)提取，適應不同的智能設備。4.2MES和其他軟件系統(tǒng)的接口MES在企業(yè)信息化的位置處于執(zhí)行層，不僅要接受其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，其他系統(tǒng)也要從MES中得到生產(chǎn)相關的信息，比如ERP，CRM，SCM等。這些系統(tǒng)基本上都采用市場上常見的關系數(shù)據(jù)庫，接口標準比較容易制定。MES中生產(chǎn)相關基礎數(shù)據(jù)很多，包括人員、工藝、物料、設備、文檔資料等等。很多數(shù)據(jù)在ERP中已經(jīng)作了定義。這些數(shù)據(jù)必須導入MES系統(tǒng)使用。每天從ERP系統(tǒng)導入的生產(chǎn)數(shù)據(jù)主要有：生產(chǎn)計劃、工位、工序定義、工藝流程定義、物料信息、裝配BOM、供應商信息等，這些數(shù)據(jù)也是MES系統(tǒng)所需要的基礎數(shù)據(jù)，脫離了這些基礎數(shù)據(jù)MES系統(tǒng)也就無法運行。因此如果ERP系統(tǒng)不能提供這些基礎數(shù)據(jù)時，MES系統(tǒng)本身也需要通過相關模塊自行定義。ERP系統(tǒng)也需要從MES得到生產(chǎn)數(shù)據(jù)。比如物料消耗、入庫數(shù)量等。CRM系統(tǒng)需要了解產(chǎn)品裝配的信息供采購和售后服務，比如零件批次、供應商、測試數(shù)據(jù)等。SCM系統(tǒng)需要掌握生產(chǎn)過程中的實時物料消耗。人力資源系統(tǒng)HRM需要了解工人的上班工作情況、勞動產(chǎn)出情況，以便掌握人工成本。MES可以實時的提供這些數(shù)據(jù)，脫離了MES，這些系統(tǒng)要得到這些基礎數(shù)據(jù)將是非常困難的。4.3計劃的下達和調(diào)整ERP系統(tǒng)已經(jīng)提供主生產(chǎn)計劃、物料需求計劃，但是具體到車間的生產(chǎn)和排程，一個粗略的計劃還是不夠的。車間需要根據(jù)實際情況對計劃進行細化和調(diào)整。如何進行調(diào)整，這和設備能力、產(chǎn)品特點有很大關系。MES可以讓產(chǎn)品按照優(yōu)化過的流程生產(chǎn)，協(xié)調(diào)輔助裝配線或預裝線配合主生產(chǎn)線的裝配。計劃發(fā)生更改的時候也能夠使得物料部門，以及其它的輔助裝配線、預裝線、加工中心及時作出反映。較復雜的產(chǎn)品在生產(chǎn)線上的裝配時間一般要經(jīng)歷幾天這樣的一個過程。某個加工中心或者某段生產(chǎn)線如何了解即將處理的任務？這就涉及到工序級的計劃任務調(diào)度。因為在關鍵工位做了產(chǎn)品跟蹤，每段區(qū)域的產(chǎn)品就能夠?qū)崟r進行統(tǒng)計，然后根據(jù)設備能力等因素就可以對生產(chǎn)進行動態(tài)調(diào)整。這只是簡單的描述，實際的算法是復雜的，這是MES系統(tǒng)必須能夠解決的關鍵問題之一。4.5物料發(fā)放和回沖保證車間產(chǎn)品按計劃正常裝配必須提前進行物料準備。ERP可以根據(jù)生產(chǎn)計劃和BOM計算出領料單，上線前發(fā)料到車間工位就可以保證生產(chǎn)了。有了MRP模塊為什么還需要MES來管理物料？因為發(fā)料到車間后，具體的使用和消耗是其他上層管理系統(tǒng)無法了解的?，F(xiàn)場發(fā)生補料和退料的時候，庫房只能被動處理。由于設計原因或者物料原因發(fā)生的零件替換也要及時通知到操作工，這種非規(guī)律性的替換操作最終會導致錯裝、漏裝的發(fā)生。因此，需要找到一種方法把車間裝配和物料管理流暢的結(jié)合起來。如果關鍵的裝配工位擁有了計算機工作站，這樣的問題迎刃而解，物料部門可以通過MES的相關功能根據(jù)實際物料發(fā)放修改標準裝機BOM，而且這些信息可以實時顯示到車間的裝配工位。當車間的裝配工位發(fā)現(xiàn)缺料等情況的時候又可以通過計算機通知物料部門。裝配的產(chǎn)品每經(jīng)過一道工序就表示物料已經(jīng)裝配到此臺（套）產(chǎn)品上，這時候就可以實時對物料進行倒沖處理。這樣我們就能夠統(tǒng)計準確的車間庫存。解決了原來該企業(yè)兩個部門實物和帳目對不上的問題。產(chǎn)品裝配過程中有很多需要記錄的零部件數(shù)據(jù)，比如產(chǎn)品號、零件號、輔件號等等，為了解每一臺產(chǎn)品的實際裝機零件，企業(yè)實行了重要零部件的條碼化管理。現(xiàn)場工位裝配時掃描記錄這些零件數(shù)據(jù)，對于售后管理等系統(tǒng)這些基礎數(shù)據(jù)是有很大的作用。4.6車間裝配管理現(xiàn)場工位配備了計算機工作站和條碼掃描設備，操作工進行裝配工作前首先要掃描產(chǎn)品上的條碼，MES根據(jù)上線的條碼定義識別出該件產(chǎn)品型號和訂單號。根據(jù)訂單號又可以從導入的生產(chǎn)數(shù)據(jù)中獲得該工位裝配零件數(shù)據(jù)。需要注意的是該零件數(shù)據(jù)并不是ERP中的標準BOM，而是結(jié)合了物料替換和工藝更改的實際裝配要求。機型和特殊零件通過計算機顯示屏上顏色的變化或聲音提示，最大程度上減少錯漏裝。工位計算機還可以查閱工藝文檔，記錄裝配測量數(shù)據(jù)，采集設備信息等功能。工位計算機已經(jīng)成為生產(chǎn)線的一部分，不僅有信息點的功能，也有生產(chǎn)控制功能。對于車間管理人員是一種解放，對裝配人員也是有極大的幫助。4.7生產(chǎn)質(zhì)量管理質(zhì)量貫穿了生產(chǎn)制造的全過程，MES的質(zhì)量管理包含了產(chǎn)品的質(zhì)量，零部件的質(zhì)量，生產(chǎn)過程檢驗。質(zhì)量問題也是與很多部門相關的，零部件的質(zhì)量就可能關系到制造、材料、設計等多個部門。生產(chǎn)過程中的這些質(zhì)量問題都要進行快速的記錄和解決。制造過程中的檢驗設備比如力矩，泄漏，測試臺架的測量數(shù)據(jù)MES也作了提取，對于超標的項目能夠進行控制，避免不合格產(chǎn)品流向下一道工序。4.8生產(chǎn)，設備監(jiān)控常用的監(jiān)控方式是通過組態(tài)軟件，現(xiàn)在市場上這樣的軟件很多。對于設備的監(jiān)控確實靈活方便。MES系統(tǒng)中