MES在離散行業(yè)生產制造中的應用.doc

MES在離散行業(yè)生產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，提高了生產效率和管理水平。產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。怎樣實時了解生產線的狀態(tài)；怎樣做到工序級的生產計劃調度；怎樣對生產中出現(xiàn)的質量問題、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)化中生產計劃與生產過程的脫節(jié)問題這一問題長期以來不僅直接影響企業(yè)的生產效率，而且成為制約現(xiàn)代企業(yè)內部信息集成和企業(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的生產數(shù)據(jù)進行接收、整理。把生產計劃指令傳遞給車間生產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，并將生產狀況及時反饋給計劃層。2. MES是有工序級的生產計劃調度的。這是MES的難點所在。工序級調度關系到設備、物料、質量、人員、工藝等很多方面。ERP（企業(yè)資源策劃）系統(tǒng)局限于總體生產計劃的編排，而沒有考慮設備的實際運行狀態(tài)和生產線的工藝約束，某些ERP或MRPII提供的車間級的生產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使得生產效率最高，如何對生產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)采集可以收集產品生產數(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。擁有多條生產線，多系列的發(fā)動機，上百種機型。生產能力達到20萬臺每年，采用訂單式混流生產。隨著業(yè)務的擴展，對市場反應能力的要求不斷提高，生產制造部門作為企業(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。為了保證產品的質量，及時的把產品交到用戶手中，都需要一套完整的管理系統(tǒng)的支持。（二）、實施前的生產狀況： 已經有一套ERP系統(tǒng)，計劃通過文檔的方式傳遞到生產現(xiàn)場。 現(xiàn)場擁有一些智能設備，工人根據(jù)經驗裝配，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)料憑經驗，經常發(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，生產數(shù)據(jù)分散，基本上無法利用。（三）、實施后的生產情況： 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。 生產計劃通過MES生產計劃模塊接收傳遞到生產現(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)生產段的生產情況進行發(fā)料，系統(tǒng)自動進行物料倒沖。 提供了產品改制的處理辦法。 采用條碼對產品進行跟蹤，系統(tǒng)提供圖形化實時監(jiān)控發(fā)動機狀態(tài)的功能。 對于生產過程中的質量問題、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怎樣在生產中發(fā)揮作用還要先了解一下該企業(yè)ERP中生產制造的流程。生產部門綜合企業(yè)年度生產計劃、市場預測和銷售訂單進行生產計劃的編制，產品設計部門輸入產品的基礎數(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。產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合的方式，生產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)導入的生產數(shù)據(jù)主要有：生產計劃、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計劃的下達和調整ERP系統(tǒng)已經提供主生產計劃、物料需求計劃，但是具體到車間的生產和排程，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整。如何進行調整，這和設備能力、產品特點有很大關系。MES可以讓產品按照優(yōu)化過的流程生產，協(xié)調輔助裝配線或預裝線配合主生產線的裝配。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。較復雜的產品在生產線上的裝配時間一般要經歷幾天這樣的一個過程。某個加工中心或者某段生產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度。因為在關鍵工位做了產品跟蹤，每段區(qū)域的產品就能夠實時進行統(tǒng)計，然后根據(jù)設備能力等因素就可以對生產進行動態(tài)調整。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。現(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。裝配的產品每經過一道工序就表示物料已經裝配到此臺（套）產品上，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。產品裝配過程中有很多需要記錄的零部件數(shù)據(jù)，比如產品號、零件號、輔件號等等，為了解每一臺產品的實際裝機零件，企業(yè)實行了重要零部件的條碼化管理?，F(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品上的條碼，MES根據(jù)上線的條碼定義識別出該件產品型號和訂單號。根據(jù)訂單號又可以從導入的生產數(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。工位計算機已經成為生產線的一部分，不僅有信息點的功能，也有生產控制功能。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生產質量管理質量貫穿了生產制造的全過程，MES的質量管理包含了產品的質量，零部件的質量，生產過程檢驗。質量問題也是與很多部門相關的，零部件的質量就可能關系到制造、材料、設計等多個部門。生產過程中的這些質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，避免不合格產品流向下一道工序。4.8生產，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