1 精益供應(yīng)鏈MES及其實(shí)施的意義
1.1 國(guó)內(nèi)外MES的研究現(xiàn)狀
MES是美國(guó)管理學(xué)界90年代提出的新概念。美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)AMR通過對(duì)大量企業(yè)的調(diào)查發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有的企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)普遍由以ERP/MRPII為代表的企業(yè)管理軟件,以SCADA、HMI(Human Machine Inteface)為代表的生產(chǎn)過程監(jiān)控軟件和以實(shí)現(xiàn)操作過程自動(dòng)化,支持企業(yè)全面集成的MEs軟件群組成。由于MEs強(qiáng)調(diào)控制和協(xié)調(diào),使現(xiàn)代制造業(yè)信息系統(tǒng)不僅有很好的計(jì)劃系統(tǒng),而且能使計(jì)劃落實(shí)到執(zhí)行系統(tǒng)。因此MES在國(guó)外的企業(yè)中迅速推廣開來(lái),并給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。企業(yè)認(rèn)識(shí)到只有將數(shù)據(jù)信息從產(chǎn)品級(jí)取出,穿過操作控制級(jí),送達(dá)管理級(jí),通過連續(xù)信息流來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息全集成才能使企業(yè)在日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。
MES作為生產(chǎn)形態(tài)變革的產(chǎn)物,其大多源自工廠的內(nèi)部需求。傳統(tǒng)的MES(-MES)就是從70年代的零星車間級(jí)應(yīng)用發(fā)展起來(lái)的,在積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)后,逐漸形成了一些從事MES開發(fā)的專業(yè)公司。通常他們都是針對(duì)特定的生產(chǎn)類型,或特定的功能需求而開發(fā)出較為標(biāo)準(zhǔn)化的MES,并擁有了一定的市場(chǎng)份額。MES雖然它的提出是在MRPⅡ/ERP之后,處在控制層和計(jì)劃層中間的執(zhí)行層,它在計(jì)劃層的控制下,從底層控制系統(tǒng)采集與生產(chǎn)有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),并進(jìn)行短期生產(chǎn)作業(yè)的計(jì)劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程的優(yōu)化等工作。
MES系統(tǒng)主要有專用MES系統(tǒng)和集成MES系統(tǒng)兩類。若現(xiàn)有系統(tǒng)是專用系統(tǒng),它就是針對(duì)某個(gè)特定領(lǐng)域的問題而開發(fā)的系統(tǒng),如車間維護(hù)、生產(chǎn)監(jiān)控、有限能力調(diào)度或是SCADA等。它的系統(tǒng)重構(gòu)性能弱,很難隨業(yè)務(wù)過程的變化而進(jìn)行功能配置和動(dòng)態(tài)改變。若現(xiàn)有系統(tǒng)是集成MES系統(tǒng),則具有良好的集成性,能實(shí)現(xiàn)客戶化、可重構(gòu)、可擴(kuò)展和互操作等特性,能方便地實(shí)現(xiàn)不同廠商之間的集成和原有系統(tǒng)的保護(hù)以及即插即用(P&P)等功能。企業(yè)則可以從一些成熟的、擴(kuò)展性好的套裝軟件中選擇適合自己企業(yè)需要的軟件系統(tǒng)。
1.2 研究和實(shí)施MES的意義
21世紀(jì)的企業(yè)面臨著日益激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng),企業(yè)普遍認(rèn)為要想贏得市場(chǎng)就必須通過實(shí)施MRPII/ERP來(lái)加強(qiáng)管理。然而上層生產(chǎn)計(jì)劃管理受市場(chǎng)影響越來(lái)越大,明顯感到計(jì)劃跟不上變化。面對(duì)客戶對(duì)交貨期的苛刻要求,面對(duì)更多產(chǎn)品的改型,訂單的不斷調(diào)整,企業(yè)決策者認(rèn)識(shí)到,計(jì)劃的制訂要依賴于市場(chǎng)和實(shí)際的作業(yè)執(zhí)行狀態(tài),而不能完全以物料和庫(kù)存回報(bào)來(lái)控制生產(chǎn)。
同時(shí)MRPⅡ/ERP軟件主要是針對(duì)資源計(jì)劃,這些系統(tǒng)通常能處理昨天以前發(fā)生的事情(作歷史分析),亦可預(yù)計(jì)并處理明天將要發(fā)生的事件,但對(duì)今天正在發(fā)生的事件卻往往留下了不規(guī)范的缺口。而傳統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理只是一個(gè)黑箱作業(yè),這已無(wú)法滿足今天復(fù)雜多變的競(jìng)爭(zhēng)需要。因此,如何將黑箱作業(yè)透明化,找出任何影響產(chǎn)品品質(zhì)和成本的問題,提高計(jì)劃的實(shí)時(shí)性和靈活性,同時(shí)又能改善生產(chǎn)線的運(yùn)行效率,已成為目前每個(gè)企業(yè)十分關(guān)心的問題。制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)恰好能填補(bǔ)這一空白。
MES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,提供一種系統(tǒng)的在統(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,從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)實(shí)時(shí)化的ERP/MES/SFC系統(tǒng)。
隨著企業(yè)生產(chǎn)模式逐漸向敏捷制造發(fā)展,企業(yè)業(yè)務(wù)流程重組(BPR)的實(shí)施、企業(yè)環(huán)境的異構(gòu)性以及企業(yè)間動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的組建等等對(duì)MES又提出了更高的要求,傳統(tǒng)的MES解決方案難以適應(yīng)精益供應(yīng)鏈對(duì)于制造環(huán)節(jié)的要求,面向精益供應(yīng)鏈MES不僅要費(fèi)用合理更要具有良好的適應(yīng)性(adptable)、可重構(gòu)性(reconfigurable)和可集成性(integratable),因此,國(guó)外許多組織和研究機(jī)構(gòu)開始研究面向精益供應(yīng)鏈中制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的研究。
2 基于精益供應(yīng)鏈的MES系統(tǒng)解決方案的構(gòu)建
2.1 MES的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
針對(duì)企業(yè)目前存在的種種生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理中的弊端和企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理的種種需求,結(jié)合制造執(zhí)行理論、精益生產(chǎn)、6 Sigma、看板管理等先進(jìn)管理思想,以及先進(jìn)的IT技術(shù),MES系統(tǒng)必須包含原材料上線到成品入庫(kù)的生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、控制和監(jiān)控的全過程。精益供應(yīng)鏈MES系統(tǒng)是從生產(chǎn)計(jì)劃的下達(dá),到成品的出貨的整個(gè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、管理的軟件系統(tǒng)。以MES軟件為核心,將數(shù)據(jù)采集技術(shù)、移動(dòng)計(jì)算技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù);敏捷制造、精益生產(chǎn)、工業(yè)系統(tǒng)工程理論有機(jī)結(jié)合,填補(bǔ)從ERP為代表的計(jì)劃層到以HMI為代表的控制層之間的溝壑,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)透明化管理。根據(jù)這種設(shè)計(jì)思想,其系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。
圖1 基于精益供應(yīng)鏈的Ⅷs統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
MES系統(tǒng)可以讓企業(yè)透過全球供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)掌握實(shí)時(shí)的訂單進(jìn)度信息來(lái)實(shí)現(xiàn)電子商務(wù),排除生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化“孤島”,建立起業(yè)務(wù)計(jì)劃層到控制層的橋梁。同時(shí),MES系統(tǒng)還必須要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo):①JIT庫(kù)存管理與看板管理;②精益生產(chǎn)與敏捷制造管理;③多工廠制造信息管理與集成;④全面完整的前向與后向產(chǎn)品追溯;⑤批號(hào)與單品管理同時(shí)兼容;⑥海量工業(yè)數(shù)據(jù)采集;⑦實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理(Real Time);⑧現(xiàn)場(chǎng)無(wú)紙張運(yùn)作(Paperless);⑨現(xiàn)場(chǎng)資源(設(shè)備、產(chǎn)品、原材料、人員、過程)追蹤(Tracking);⑩實(shí)時(shí)、全面、準(zhǔn)確的性能與品質(zhì)分析(QC 7大手法、SPC、KPI、停機(jī)分析);⑩自動(dòng)化設(shè)備控制(AM&Contr01)。
2.2 MES的功能設(shè)計(jì)
基于精益供應(yīng)鏈的MES應(yīng)該重視生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工藝防呆、資源追蹤、實(shí)時(shí)分析等管理功能,為企業(yè)降低成本,迅速獲利。從現(xiàn)場(chǎng)管理的角度來(lái)看,MES集成了企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各單位(如物管、生管、品管、倉(cāng)管等)的各項(xiàng)數(shù)據(jù),迅速得到運(yùn)作所需的信息,以提升生產(chǎn)效率。MES集成相關(guān)數(shù)據(jù)采集和信息顯示的硬件配備,精益供應(yīng)鏈MES采用模塊化功能的設(shè)計(jì),針對(duì)企業(yè)的需求做彈性的模塊搭配,將建設(shè)和升級(jí)成本降至最低。
基于精益供應(yīng)鏈的MES不是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),而是整個(gè)企業(yè)信息化中的重要組成部分,其跟企業(yè)的ERP、CRM、SCM、Logistics、Automation、CMC/PDM都有密切的管理,共同組成整個(gè)企業(yè)的信息化系統(tǒng)。
MES系統(tǒng)應(yīng)該包括如下模塊:基礎(chǔ)設(shè)置與系統(tǒng)管理(基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置、配置管理、用戶管理、權(quán)限管理)、物料與BOM管理、生產(chǎn)工單管理、WIP管理、追蹤與追溯管理、QM質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)采集等。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù),因此模塊可以根據(jù)詳細(xì)需求進(jìn)行調(diào)整。項(xiàng)目主要研究以下模塊的建立和優(yōu)化方案。
(1)物料與BOM管理系統(tǒng)的研究。建立物料編碼、BOM等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為生產(chǎn)工單以及關(guān)鍵物料的管控做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備,此模塊可以通過數(shù)據(jù)接口與現(xiàn)有ERP或其他信息系統(tǒng)共享物料編碼等數(shù)據(jù)。
(2)生產(chǎn)工單管理模塊的研究。建立生產(chǎn)工單(制令)數(shù)據(jù),并按照工單產(chǎn)生相關(guān)的產(chǎn)品序列號(hào)及相關(guān)關(guān)鍵零配件的序列號(hào),為生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)采集做準(zhǔn)備,可通過數(shù)據(jù)接口與ERP共享數(shù)據(jù)。
(3)QM質(zhì)量管理模塊的研究。從生產(chǎn)過程檢驗(yàn)(巡檢、抽檢、首件檢驗(yàn)、PQC、FQC)以及QA檢驗(yàn)等等所有的海量工廠檢驗(yàn)數(shù)據(jù)均保存MES數(shù)據(jù)庫(kù)中。根據(jù)質(zhì)量目標(biāo)來(lái)實(shí)時(shí)記錄、跟蹤和分析產(chǎn)品和加工過程的質(zhì)量,以保證產(chǎn)品的質(zhì)量控制和確定生產(chǎn)中需要注意的問題。含維修、重工、報(bào)廢管理,記錄生產(chǎn)過程中不良產(chǎn)品的詳細(xì)信息、維修記錄、報(bào)廢產(chǎn)品詳細(xì)信息和重工產(chǎn)品的詳細(xì)記錄。
(4)WIP在制品管理。實(shí)時(shí)監(jiān)控制令執(zhí)行狀況、投入狀況、產(chǎn)出狀況、停留中間站點(diǎn)數(shù)量、不良數(shù)量和站別位置記錄、報(bào)廢記錄等,實(shí)時(shí)追蹤制令單執(zhí)行詳細(xì)狀況。
(5)數(shù)據(jù)采集模塊的研究。監(jiān)視、收集和組織來(lái)自人員、機(jī)器和底層控制操作數(shù)據(jù)以及工序、物料信息。這些數(shù)據(jù)可由車間手工錄入或由各種自動(dòng)方式獲取。突破傳統(tǒng)的條碼采集數(shù)據(jù)的方式,MES還可以和PLC、傳感器、RFID、DCS、I/O、HMI等多種自動(dòng)化的工業(yè)設(shè)備聯(lián)機(jī),并從這些設(shè)備獲取數(shù)據(jù)。
(6)追蹤追溯模塊的研究。通過監(jiān)視產(chǎn)品在任意時(shí)刻的位置和狀態(tài)來(lái)獲取每一個(gè)產(chǎn)品的歷史紀(jì)錄,該記錄向用戶提供產(chǎn)品組及每個(gè)最終產(chǎn)品使用情況的可追溯性。提供輸入查詢界面,如用戶輸入任意一個(gè)產(chǎn)品號(hào)、序列號(hào)、批號(hào)、生產(chǎn)日期等可以得到該產(chǎn)品在工廠生產(chǎn)時(shí)的詳細(xì)數(shù)據(jù),設(shè)定不同的條件都可以查詢相應(yīng)的結(jié)果,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的前向與后向追溯。
(7)工廠實(shí)時(shí)信息門戶模塊的研究。工廠門戶可以量身定制,以滿足不同工業(yè)環(huán)境的需要。只要使用一個(gè)IE瀏覽器,它就可以讓客戶通過Internet/Intranet以可視化方式查看現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)信息(生產(chǎn)、品質(zhì)、設(shè)備、物料、人員)與歷史信息。這是MES實(shí)現(xiàn)精益供應(yīng)鏈管理的關(guān)鍵措施。
圖2 基于精益供應(yīng)鏈的MES功能模型
2.3 MES的關(guān)鍵技術(shù)難題
(1)模塊化:精益供應(yīng)鏈MES要采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù),因此模塊可以根據(jù)詳細(xì)需求進(jìn)行調(diào)整,適應(yīng)能力強(qiáng)。
(2)聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)采集功能的研發(fā):精益供應(yīng)鏈MES需要突破傳統(tǒng)的條碼采集數(shù)據(jù)的方式,可以和PLC、傳感器、RFID、DCS、I/O、HMI等多種自動(dòng)化的工業(yè)設(shè)備聯(lián)機(jī),從這些設(shè)備獲取數(shù)據(jù),大大提升了系統(tǒng)的自動(dòng)化程序。
(3)實(shí)時(shí)追蹤及追溯功能的研發(fā):通過監(jiān)視產(chǎn)品在任意時(shí)刻的位置和狀態(tài)來(lái)獲取每一個(gè)產(chǎn)品的歷史記錄,該記錄向用戶提供產(chǎn)品組及每個(gè)最終產(chǎn)品使用情況的可追溯性。提供輸入查詢界面,如用戶輸入任意一個(gè)產(chǎn)品號(hào)、序列號(hào)、批號(hào)、生產(chǎn)日期等可以得到該產(chǎn)品在工廠生產(chǎn)時(shí)的詳細(xì)數(shù)據(jù),設(shè)定不同的條件都可以查詢相應(yīng)的結(jié)果,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的前向與后向追溯。
3 案例:某機(jī)電制造企業(yè)MES項(xiàng)目的實(shí)施方案
3.1 企業(yè)基本情況及項(xiàng)目需求
該企業(yè)是一家生產(chǎn)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、電機(jī)金屬葉輪、特種泵類等機(jī)電一體化產(chǎn)品的港資企業(yè)。企業(yè)現(xiàn)有的ERP系統(tǒng)無(wú)法對(duì)原材料倉(cāng)庫(kù)、生產(chǎn)車間、包裝車間等場(chǎng)所的物料和半成品進(jìn)行實(shí)時(shí)管理和監(jiān)控,并把這些數(shù)據(jù)向供應(yīng)鏈上下游企業(yè)開放。因此,企業(yè)決定實(shí)施基于精益供應(yīng)鏈的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES項(xiàng)目。經(jīng)過調(diào)研與分析,項(xiàng)目需求如下:
(1)采用條碼技術(shù),對(duì)原材料進(jìn)行批次管控,建立原材料批次與供應(yīng)商的關(guān)系數(shù)據(jù);
(2)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)、組裝過程進(jìn)行條碼管控,采集零部件批次條碼、SN條碼,建立產(chǎn)品生產(chǎn)組裝過程數(shù)據(jù)檔案,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品追蹤追溯功能;
(3)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)組裝過程的品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,建立產(chǎn)品生產(chǎn)過程品質(zhì)數(shù)據(jù)檔案,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量追蹤追溯功能;
(4)實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)過程數(shù)據(jù),監(jiān)控車間生產(chǎn)過程,實(shí)現(xiàn)車間透明化、數(shù)據(jù)化,實(shí)時(shí)掌控生產(chǎn)進(jìn)度;
(5)通過對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行透明化管控,實(shí)現(xiàn)車間看板管理;
(6)通過過程數(shù)據(jù)采集,自動(dòng)生成車間各種統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。
3.2 MES實(shí)施方案
3.2.1 MES系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)MES的相關(guān)理論以及該企業(yè)的實(shí)際情況的需求,其MES系統(tǒng)架構(gòu)及功能設(shè)計(jì)如圖3所示。
圖3 某制造企業(yè)的MEs系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
3.2.2 MES實(shí)施技術(shù)與方法
(1)原材料倉(cāng)庫(kù)。原材料實(shí)施批次管理。產(chǎn)生并打印原材料入庫(kù)批次條碼,采集原材料供應(yīng)商、PO、送貨日期、數(shù)量、批次等基礎(chǔ)信息,粘貼條碼到實(shí)物,并隨實(shí)物入庫(kù)、領(lǐng)用出庫(kù),為產(chǎn)品追蹤追溯提供源數(shù)據(jù)。
(2)生產(chǎn)車間。在生產(chǎn)車間,通過掃描流程卡條碼,采集金屬車間加工產(chǎn)出數(shù)據(jù)(工序、良品數(shù)、報(bào)廢數(shù)、不良原因)等。
(3)裝配車間。按生產(chǎn)工單產(chǎn)生并打印產(chǎn)品SN條碼,在組裝零部件工位,掃描零部件批次或SN條碼,采集產(chǎn)品組裝信息;通過掃描不良代碼,采集產(chǎn)品檢測(cè)信息;包裝完成后,產(chǎn)生卡板信息,建立產(chǎn)品SN與卡板對(duì)應(yīng)關(guān)系,等待入庫(kù)。
(4)成品倉(cāng)庫(kù)。在入庫(kù)環(huán)節(jié),收集棧板信息并控制打印棧板條碼,然后由RFID系統(tǒng)將成品信息通過RF網(wǎng)絡(luò)傳送給倉(cāng)庫(kù),接收生產(chǎn)線信息。在出庫(kù)環(huán)節(jié),接收生產(chǎn)線信息并產(chǎn)生出貨清單,根據(jù)出貨清單重新裝并板。
3.2.3 MES系統(tǒng)實(shí)施過程中的信息采集方案
在整個(gè)MES系統(tǒng)實(shí)施過程中,關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)信息的采集方案,涉及到采集工位、采集內(nèi)容和采集方式等方面的問題。根據(jù)該企業(yè)的實(shí)際,我們采用的信息采集方案如表1。
表1 MES系統(tǒng)信息采集方案
3.3 實(shí)施MES的效果分析
該企業(yè)實(shí)施MES一年后,由企業(yè)、項(xiàng)目組和第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行了項(xiàng)目驗(yàn)收。從使用和驗(yàn)收的情況看,實(shí)施MES后,企業(yè)除了在管理方面得到了很大的改善之外,工作效率和經(jīng)濟(jì)效益也都得到了明顯的提高。其中,關(guān)于項(xiàng)目實(shí)施效果的測(cè)評(píng)如表2和表3所示。
表2 MES實(shí)施效果測(cè)評(píng)-管理改善
表3 MES實(shí)施效果測(cè)評(píng)-效率提升
該企業(yè)成功導(dǎo)入MES系統(tǒng)后,解決了以前ERP系統(tǒng)無(wú)法解決的關(guān)于執(zhí)行層監(jiān)控與管理的難題,真正實(shí)現(xiàn)了管理的實(shí)時(shí)化、精細(xì)化和可視化,為實(shí)施精益供應(yīng)鏈管理打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
4 結(jié)論
制造執(zhí)行系統(tǒng)MES針對(duì)目前國(guó)內(nèi)大中型制造企業(yè)ERP、SAP系統(tǒng)無(wú)法解決的執(zhí)行層監(jiān)控與管理的難題,提出了一系列的解決方案。MES解決方案包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、功能組件開發(fā)、信息采集等關(guān)鍵技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中,MES系統(tǒng)主要是針對(duì)制造企業(yè)各類倉(cāng)庫(kù)、車間生產(chǎn)線的物料管理、生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)控,以條形碼技術(shù)、RFID等技術(shù)為核心的信息化解決方案。MES系統(tǒng)的推廣和實(shí)施,對(duì)于提高我國(guó)生產(chǎn)制造企業(yè)的信息化具有重要意義。
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本文標(biāo)題:基于精益供應(yīng)鏈的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的研究
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