以MRPⅡ、ERP為代表的管理信息系統(tǒng)，以及以數(shù)控加工、DNC單元和柔性制造為代表的自動(dòng)化技術(shù)，在制造業(yè)行業(yè)已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用。盡管這兩類系統(tǒng)的推廣取得了一定效果，但卻因?yàn)楹雎粤藘烧唛g的有效配合，導(dǎo)致企業(yè)上層計(jì)劃缺乏有效的實(shí)時(shí)信息支持、下層控制環(huán)節(jié)缺乏優(yōu)化的調(diào)度與協(xié)調(diào)。

    通過(guò)對(duì)大量企業(yè)的調(diào)查，美國(guó)AMR(先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu))于1992年提出了三層的企業(yè)集成模型：計(jì)劃層、執(zhí)行層、控制層(如圖1)。計(jì)劃層與車間執(zhí)行層無(wú)法進(jìn)行良好的雙向信息流交互，企業(yè)就難以實(shí)時(shí)反應(yīng)。十多年前誕生的MES直指這一問(wèn)題，目前在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)普遍推廣，在我國(guó)，對(duì)MES的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用還處于剛剛起步階段。

圖1 AMR三層企業(yè)集成模型

    企業(yè)資源計(jì)劃(ERP：EntERPrise Resources Planning)是一個(gè)有效地組織、計(jì)劃和實(shí)施企業(yè)的“人”、“財(cái)”、“物”管理的系統(tǒng)，它依靠IT的技術(shù)和手段以保證其信息的集成性、實(shí)時(shí)性和統(tǒng)  一性。它的基本思想是將企業(yè)的業(yè)務(wù)流程看作是一個(gè)緊密聯(lián)接的供應(yīng)鏈，將企業(yè)內(nèi)部劃分成幾個(gè)相互協(xié)同作業(yè)的支持子系統(tǒng)，如財(cái)務(wù)、市場(chǎng)營(yíng)銷、生產(chǎn)制造、質(zhì)量控制、服務(wù)維護(hù)、工程技術(shù)等。

    制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES：Manufacturing Execution System)是處于計(jì)劃層和車間層操作控制系統(tǒng)SFC之間的執(zhí)行層，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。它通過(guò)控制包括物料、設(shè)備、人員、流程指令和設(shè)施在內(nèi)的所有工廠資源來(lái)提高制造競(jìng)爭(zhēng)力，提供了一種系統(tǒng)地在統(tǒng)一平臺(tái)上集成諸如質(zhì)量控制、文檔管理、生產(chǎn)調(diào)度等功能的方式。

    倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)(WMS：Warehouse Manage System)是一套位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)之下、面向倉(cāng)庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)業(yè)務(wù)的管理信息系統(tǒng)。它為操作人員/管理人員提供倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存情況、庫(kù)存占用資金狀況和貨物的跟蹤追溯等。

信息系統(tǒng)總體架構(gòu)

    企業(yè)信息系統(tǒng)總體架構(gòu)(見(jiàn)圖2)，包括計(jì)劃層應(yīng)用系統(tǒng)——ERP，包括財(cái)務(wù)管理、銷售管理、采購(gòu)管理、物料管理等模決執(zhí)行層應(yīng)用系統(tǒng)——MES & WMS；控制層應(yīng)用系統(tǒng)——SFC。

圖2 企業(yè)信息系統(tǒng)架構(gòu)

    由企業(yè)信息系統(tǒng)架構(gòu)圖可以看出，同為執(zhí)行層信息系統(tǒng)MES & WMS，也存在著大量的信息交互：物料倉(cāng)庫(kù)依據(jù)制造執(zhí)行系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃領(lǐng)料單向半成品加工和成品裝配提供物料，制造執(zhí)行系統(tǒng)半成品加工完成入庫(kù)到物料倉(cāng)庫(kù)，制造執(zhí)行系統(tǒng)成品裝配完成入庫(kù)到成品倉(cāng)庫(kù)。

    在國(guó)內(nèi)，ERP系統(tǒng)經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，ERP對(duì)企業(yè)的應(yīng)用范圍及在信息、系統(tǒng)中作用，都比較明確，這此就不進(jìn)行詳細(xì)闡述。下面將詳細(xì)闡述MES & WMS兩個(gè)系統(tǒng)在企業(yè)信息系統(tǒng)中的作用為主線，介紹企業(yè)為什么要實(shí)施MES & WMS系統(tǒng)，以及它們和ERP、SFC存在怎樣的信息流。

企業(yè)為什么需要實(shí)施MES

    由于市場(chǎng)環(huán)境的變化和現(xiàn)代生產(chǎn)管理理念的不斷更新，一個(gè)制造型企業(yè)能否良性運(yùn)營(yíng)，關(guān)鍵是使“計(jì)劃”與“生產(chǎn)”密切配合，企業(yè)和車間管理人員可以在最短的時(shí)間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的變化，做出準(zhǔn)確的判斷和快速的應(yīng)對(duì)措施，保證生產(chǎn)計(jì)劃得到合理而快速修正。雖然ERP和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象是企業(yè)管理的上層，一般對(duì)車間層的管理流程小提供直接和詳細(xì)的支持。而現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能主要在十現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和工藝參數(shù)的監(jiān)控，它可以向管理人員提供現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但是本身并非真正意義上的管理系統(tǒng)。所以，ERP系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)之間出現(xiàn)了管理信息方面的“斷層”，對(duì)于用戶車間層面的調(diào)度和管理要求，它們往往顯得束手無(wú)策或功能薄弱。比如面對(duì)以下車間管理的典型問(wèn)題，它們就難以給出完善的解決手段。

    出現(xiàn)用戶產(chǎn)品投訴的時(shí)候，能否根據(jù)產(chǎn)品號(hào)碼追溯這批產(chǎn)品的所有生產(chǎn)過(guò)程信息？能否立即查明它的：原料供應(yīng)商、操作機(jī)臺(tái)、操作人員、經(jīng)過(guò)的工序、生產(chǎn)時(shí)間日期和關(guān)鍵的工藝參數(shù)？

    同一條生產(chǎn)線需要混合組裝多種型號(hào)產(chǎn)品的時(shí)候，能否白動(dòng)校驗(yàn)和操作提示以防止工人部件裝配錯(cuò)誤、產(chǎn)品生產(chǎn)流程錯(cuò)誤、產(chǎn)品混裝和貨品交接錯(cuò)誤？

    過(guò)去12小時(shí)之內(nèi)生產(chǎn)線上出現(xiàn)最多的5種產(chǎn)品缺陷是什么？次品數(shù)量各是多少？

    目前倉(cāng)庫(kù)以及前工序、中工序、后工序線上的每種產(chǎn)品數(shù)量各是多少？要分別供應(yīng)給哪些供應(yīng)商？何時(shí)能夠及時(shí)交貨？

    生產(chǎn)線和加工設(shè)備有多少時(shí)間在生產(chǎn)，多少時(shí)間在停轉(zhuǎn)和空轉(zhuǎn)？影響設(shè)備生產(chǎn)潛能的最主要原因是：設(shè)備故障？調(diào)度失誤？材料供應(yīng)不及時(shí)？工人培訓(xùn)不夠？還是工藝指標(biāo)不合理？

    能否對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，精確區(qū)分產(chǎn)品質(zhì)量的隨機(jī)波動(dòng)與異常波動(dòng)，將質(zhì)量隱患消滅于萌芽之中？

    能否廢除人工報(bào)表，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)每個(gè)過(guò)程的生產(chǎn)數(shù)量、合格率和缺陷代碼？

    MES的定位，是處于計(jì)劃層和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)之間的執(zhí)行層，主要負(fù)責(zé)車間生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的MES系統(tǒng)可以在統(tǒng)一平臺(tái)上集成諸如生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品跟蹤、質(zhì)量控制、設(shè)備故障分析、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表等管理功能，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)和通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接可以同時(shí)為生產(chǎn)部門(mén)、質(zhì)檢部門(mén)、工藝部門(mén)、物流部門(mén)等提供車間管理信息、服務(wù)。系統(tǒng)通過(guò)強(qiáng)調(diào)制造過(guò)程的整體優(yōu)化來(lái)幫助企業(yè)實(shí)施完整的閉環(huán)生產(chǎn)，協(xié)助企業(yè)建立一體化和實(shí)時(shí)化的ERP/MES/SFC信息體系。

圖3 MES在工廠中的數(shù)據(jù)流

    圖3說(shuō)明企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)、MES與控制系統(tǒng)間的作業(yè)互動(dòng)與信息流模式。ERP系統(tǒng)需隨時(shí)注意產(chǎn)品庫(kù)存量、客戶訂單狀況與材料需求，然后將這些信息傳送至MES，由執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)或安排庫(kù)存以滿足客戶訂單需求。對(duì)MES而言，這一層就是生產(chǎn)的計(jì)劃層。

    中間部分為MES系統(tǒng)，負(fù)責(zé)完成產(chǎn)品制造工作，產(chǎn)品的規(guī)格、型號(hào)、參數(shù)等相關(guān)資料儲(chǔ)存于此系統(tǒng)中，MES將此產(chǎn)品相關(guān)資料轉(zhuǎn)化為作業(yè)程序提供給控制系統(tǒng)之作業(yè)人員或機(jī)器設(shè)備來(lái)使用。

    右邊部分為控制系統(tǒng)，當(dāng)作業(yè)程序、相關(guān)流程、文件及其它相關(guān)生產(chǎn)需求項(xiàng)目就緒，控制系統(tǒng)便運(yùn)用所有工廠內(nèi)相關(guān)資源(軟、硬件及人員)負(fù)責(zé)完成生產(chǎn)制造過(guò)程以達(dá)成產(chǎn)品生產(chǎn)目標(biāo)。

企業(yè)為什么需要實(shí)施WMS

    庫(kù)存資金控制的重要性以及難度

    當(dāng)今社會(huì)以客戶需求為導(dǎo)向，保證客戶服務(wù)是一種必然趨勢(shì)，而每個(gè)公司的資金有限，不可能保持較大的庫(kù)存水平為客戶服務(wù)。倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存的目的是為了滿足用戶和生產(chǎn)的需求，使生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)不間斷，并達(dá)到一定的用戶服務(wù)水平；為了保證最大的客戶服務(wù)水平必須提高庫(kù)存投資，而為了降低庫(kù)存投資就可能會(huì)造成客戶服務(wù)水平的下降，這兩者好像是相互矛盾的。許多倉(cāng)庫(kù)尤其是備件倉(cāng)庫(kù)，已意識(shí)到控制庫(kù)存資金的重要性，都希望能夠通過(guò)各種管理方式和管理體制來(lái)降低庫(kù)存，杜絕貨物積壓與短缺，增加資金周轉(zhuǎn)、提高資金使用效率�？刂茙�(kù)存首先要控制庫(kù)存源頭：庫(kù)存補(bǔ)給，但實(shí)際操作中難以及時(shí)掌握倉(cāng)庫(kù)貨物庫(kù)存情況、處于庫(kù)存警戒線下的貨物情況。

    貨物來(lái)源去向難以跟蹤備件倉(cāng)庫(kù)、物料倉(cāng)庫(kù)、成品倉(cāng)庫(kù)業(yè)務(wù)管理中，貨物入庫(kù)、出庫(kù)后，難以追溯、跟蹤某個(gè)單件的出入庫(kù)信息：供應(yīng)商、去向等，這給后期的貨物退貨、保修、貨物真假查詢、市場(chǎng)銷售串貨查詢?cè)斐珊艽蟮睦щy。

    倉(cāng)庫(kù)管理現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜備件倉(cāng)庫(kù)、物料倉(cāng)庫(kù)、成品倉(cāng)庫(kù)范圍大，很難尋找到所需貨物；分布廣，管理難度大；庫(kù)存貨物難以做到先進(jìn)先出；盤(pán)點(diǎn)工作量大；人員疲勞，容易誤發(fā)、錯(cuò)發(fā)貨物。

    倉(cāng)庫(kù)文書(shū)工作占用大量的資源

    備件倉(cāng)庫(kù)、物料倉(cāng)庫(kù)、成品倉(cāng)庫(kù)每月進(jìn)行庫(kù)存占用資金統(tǒng)計(jì)、月收發(fā)存統(tǒng)計(jì)、成本核算以及其他倉(cāng)庫(kù)報(bào)表統(tǒng)計(jì)存在很大的難度，占用大量的人手和時(shí)間。

    ERP系統(tǒng)物料信息輸入不及時(shí)不準(zhǔn)確

    ERP系統(tǒng)雖然有物料庫(kù)存管理，但它重點(diǎn)出入帳和庫(kù)存資金層面的管理，以事后做出入庫(kù)帳，信息輸入不急時(shí)、不準(zhǔn)確。如果貨物要求以批次或單件管理，ERP就更顯無(wú)能為力。

    圖4說(shuō)明企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)與WMS系統(tǒng)間的作業(yè)互動(dòng)與信息流模式。ERP系統(tǒng)需隨時(shí)注意產(chǎn)品庫(kù)存量、客戶訂單狀況與材料需求，然后將這些信息傳送至WMS，由執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)物料庫(kù)存及產(chǎn)品庫(kù)存以滿足客戶訂單需求。對(duì)WMS而言，這一層就是物流的計(jì)劃層。

圖4 WMS在工廠中的數(shù)據(jù)流

    WMS系統(tǒng)，負(fù)責(zé)完成物料計(jì)劃執(zhí)行，物料件號(hào)、批號(hào)、數(shù)量的入庫(kù)和出庫(kù)，產(chǎn)品貨號(hào)、單件SN的入庫(kù)出庫(kù)，進(jìn)行詳細(xì)記錄，建立實(shí)時(shí)貨物庫(kù)存，并及時(shí)回物物料計(jì)劃執(zhí)行結(jié)果。

AIT在企業(yè)信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

    AIT(自動(dòng)識(shí)別技術(shù))是信息數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)讀、自動(dòng)輸如計(jì)算機(jī)的重要方法和手段，它是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)技術(shù)。

    作為信息采集手段，AIT(自動(dòng)識(shí)別技術(shù))能夠代替繁瑣的人工操作，提高效率和準(zhǔn)確率。通過(guò)和MES的結(jié)合，自動(dòng)識(shí)別尤其是條形碼技術(shù)發(fā)揮了它的潛能，為整個(gè)信息系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)奠定了基石。

條碼識(shí)別在MES系統(tǒng)中的應(yīng)用

    隨著時(shí)代的發(fā)展，對(duì)制造企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程檔案追溯性要求越來(lái)越高，也就要求企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程建立強(qiáng)大的產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程檔案，因此在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程需要輸入大量的如產(chǎn)品標(biāo)識(shí)、產(chǎn)品裝配數(shù)據(jù)、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)、產(chǎn)品人員數(shù)據(jù)等大量信息。

    在圖5條碼識(shí)別在MES系統(tǒng)中的應(yīng)用可見(jiàn)，條碼識(shí)別在MES制的整個(gè)牛產(chǎn)過(guò)程中得到應(yīng)用，從而保證的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確決速輸入。

圖5 條碼識(shí)別在MES中的應(yīng)用

    作業(yè)管理：采用條碼打印機(jī)，打印生產(chǎn)產(chǎn)品SN標(biāo)簽，作為生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)品唯一標(biāo)識(shí)。

    上線采集：采集產(chǎn)品SN標(biāo)簽，建立產(chǎn)品標(biāo)簽與產(chǎn)品實(shí)物及作業(yè)調(diào)度的對(duì)應(yīng)，同時(shí)記錄操作員。

    維修：采集產(chǎn)品SN標(biāo)簽，記錄產(chǎn)品本次維修檔案(維修人員、維修方式、責(zé)任判定等)。

    包裝：采集產(chǎn)品SN標(biāo)簽，記錄操作員，打印產(chǎn)品包裝標(biāo)簽、產(chǎn)品合格證等。

    裝配：采集產(chǎn)品SN標(biāo)簽，部件物料的件號(hào)、批次號(hào)，裝配人員等，建立產(chǎn)品裝配檔案。

    檢驗(yàn)/檢測(cè)：采集產(chǎn)品SN標(biāo)簽，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，采集故障碼(不良)，檢驗(yàn)人員，建立產(chǎn)品質(zhì)量檔案。

    在條碼識(shí)別技術(shù)在車間現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用過(guò)程中，針對(duì)不同客戶現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，可以選擇不同的采集組合方案。

    采用485采集網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合數(shù)據(jù)終端加條碼閱讀器大大節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)空間，增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)充性，降低了系統(tǒng)的冗余。

    對(duì)于采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求不高的采集點(diǎn)，采用脫機(jī)的采集器(如CASIO DT900)，節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)的布線、增加采集點(diǎn)靈活性。

條碼識(shí)別在WMS中的應(yīng)用

    企業(yè)自身的管理要求，如保證物料按批次管理，保證物料的先進(jìn)先出；產(chǎn)品SN銷售跟蹤，防止銷售商之間的串貨等，也需要在物流管理過(guò)程中輸入大量的如物料采購(gòu)入庫(kù)、發(fā)料投產(chǎn)、生產(chǎn)產(chǎn)品入庫(kù)、產(chǎn)品調(diào)撥等大量信息。

    通過(guò)貨物出入庫(kù)采集，建立物料批次號(hào)與采購(gòu)訂單的對(duì)應(yīng)、產(chǎn)品SN與銷售調(diào)撥單的對(duì)應(yīng)，從而建立從原來(lái)到成品的追溯跟蹤。同時(shí)也增加倉(cāng)床現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確的錄入。

圖6 條碼識(shí)別在WMS中的應(yīng)用

    由于倉(cāng)庫(kù)對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求不很好，同時(shí)采集地點(diǎn)不固定，因此采用脫機(jī)采集器批量處理的方式。

    由此可見(jiàn)，ERP、MES & WMS、AIT構(gòu)成了一個(gè)反饋環(huán)路，使信息能夠及時(shí)在整個(gè)信息系統(tǒng)內(nèi)高效流轉(zhuǎn)，進(jìn)而為企業(yè)的快速正確決策、執(zhí)行提供支持。

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本文標(biāo)題：淺析ERP、MES&WMS、AIT各系統(tǒng)之間信息流關(guān)系

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