上個世紀(jì)90年代初期，美國先進(jìn)制造研究機構(gòu)(AMR)通過對大量企業(yè)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，完善的企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，普遍由以下三種軟件構(gòu)成：以ERP、MRPII為代表的企業(yè)管理軟件，以SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視)、HMI(Human Machine Interface)為代表的生產(chǎn)過程監(jiān)控軟件，以及實現(xiàn)操作過程自動化、支持企業(yè)全面集成的MES軟件。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，AMR于1992年提出了三層的企業(yè)集成模型(如圖1所示)。

    1 計劃層。也是決策層使用的管理工具，主要應(yīng)用系統(tǒng)是ERP等。

圖1 三層企業(yè)集成模型

    ERP系統(tǒng)的基本出發(fā)點是訂單管理、銷售預(yù)測和物料需求計劃等關(guān)聯(lián)問題，主要是針對企業(yè)資源計劃，作歷史分析和預(yù)測將來要發(fā)生的事件。

    2 執(zhí)行層。使用工具M(jìn)ES(制造執(zhí)行系統(tǒng))在計劃管理層與底層控制之間架起一座橋梁。

    MES是處于計劃層和車間層操作控制系統(tǒng)之間的執(zhí)行層，為ERP系統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供關(guān)鍵聯(lián)接。MES對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)視診斷和控制，完成生產(chǎn)單元整合和系統(tǒng)優(yōu)化，通過控制包括物料設(shè)備、人員、流程指令和設(shè)施等在內(nèi)的所有工廠資源來提高制造競爭力，在生產(chǎn)過程進(jìn)行物科平衡、制訂生產(chǎn)計劃實時排產(chǎn)、優(yōu)化調(diào)度，實現(xiàn)了從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成整個的生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理，實現(xiàn)了實時化的ERP/MES過程控制系統(tǒng)的集成一體化

    3 控制層。一線操作人員使用的，以SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視)，HMI(Human Machine Interface)為代表的生產(chǎn)過程監(jiān)控軟件。

ERP與MES系統(tǒng)概述

    生產(chǎn)計劃的管理在ERP和MES中都是非常重要的功能和內(nèi)容。一般情況下，企業(yè)的生產(chǎn)計劃是由上層管理系統(tǒng)ERP來完成，生產(chǎn)計劃在MES和ERP中的不同點在于：

    ERP的生產(chǎn)計劃是以訂單為對象的前后排列，考慮到時間因素，以日為排列單位，先后日期依據(jù)銷售訂單和銷售預(yù)測的時間、制造提前期和原材科栗購提前期、庫存等因素MRP的邏輯來計算；是基于訂單的無限產(chǎn)能計劃。

    MES的生產(chǎn)計劃以生產(chǎn)物科和生產(chǎn)設(shè)備為對象，按照生產(chǎn)單元進(jìn)行排程；以執(zhí)行為導(dǎo)向，考慮約束條件，把ERP的生產(chǎn)訂單打散，重新計劃生產(chǎn)排程，是基于時間的有限產(chǎn)能計劃。

    以下是對ERP和MES的分工進(jìn)行比較從管理范圍、管理對象、管理內(nèi)容、管理時效四個方面來比較：

    1 管理范圍：ERP是對整個企業(yè)或企業(yè)集團業(yè)務(wù)的管理，而MES的管理是針對車間或生產(chǎn)分廠的。即使是功能最完備的MES系統(tǒng)，對整個企業(yè)來說，也只是提供了一個比較狹窄的視角，缺乏管理層管理和決策所需要數(shù)據(jù)的寬度和深度。

    2 管理對象：ERP是對企業(yè)整個運營資源(人、財、物)的管理，強調(diào)物流、資金流的統(tǒng)一，也即所謂的“業(yè)務(wù)財務(wù)一體化”；MES的管理則更集中于生產(chǎn)現(xiàn)場資源，即設(shè)備、工藝物料等。

    3 管理內(nèi)容：ERP管理整個企業(yè)的內(nèi)部價值鏈和供應(yīng)鏈，即銷售、采購生產(chǎn)、庫存、質(zhì)量、財務(wù)、人力資源等。強調(diào)所有這些業(yè)務(wù)的整合，強調(diào)計劃(銷售計劃、生產(chǎn)計劃、采購計劃等)的協(xié)調(diào)和控制；MES主要管理生產(chǎn)的執(zhí)行，包括生產(chǎn)質(zhì)量生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度生產(chǎn)實績反饋等。

    4 管理時效：ERP對計劃和業(yè)務(wù)管理的時問區(qū)段比較寬，以年季、月、旬或周、日為單位；由于對生產(chǎn)現(xiàn)場管控的需要，MES的管理更加細(xì)致，管到日、班、小時。在ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃指導(dǎo)下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，進(jìn)行短期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程的優(yōu)化等工作。

    MES的生產(chǎn)計劃管理和ERP的生產(chǎn)計劃管理共同構(gòu)成了企業(yè)整個生產(chǎn)過程的生產(chǎn)計劃管理。為了更好地實現(xiàn)生產(chǎn)，必須將MES生產(chǎn)計劃管理和ERP生產(chǎn)計劃管理有效地結(jié)合在一起，使MES與ERP一起構(gòu)成計劃、控制反饋、調(diào)整的完整閉環(huán)系統(tǒng)，通過接口進(jìn)行計劃、命令的傳速和實繢的接收，使生產(chǎn)計劃、控制指令、實績信息在整個ERP、MES、過程控制系統(tǒng)／基礎(chǔ)自動化的體系中透明、及時、順暢的交互傳遞。

圖2 汽車廠信息系統(tǒng)協(xié)作模型

    通過對ERP、MES生產(chǎn)計劃的理解，在設(shè)計MES的生產(chǎn)計劃管理時，必須保證此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

    計劃管理：(1)銷售需求和生產(chǎn)計劃信息通過MES系統(tǒng)進(jìn)行傳遞；(2)生產(chǎn)計劃自動編排功能。

    生產(chǎn)跟蹤：(1)覆蓋SAP生產(chǎn)跟蹤范圍鲴．細(xì)化跟蹤內(nèi)窖：(2)支持VIN碼焊裝下達(dá)生產(chǎn)模式。

    過程質(zhì)量：建立過程質(zhì)量管理系統(tǒng)�？v向做到一輛車焊涂總整個生產(chǎn)過程的質(zhì)量情況統(tǒng)計；橫向做到相同工藝質(zhì)量信息共享。

    數(shù)據(jù)采集：(1)滿足裝車結(jié)算數(shù)據(jù)采集；(2)追溯件管理。

    物料拉動：(1)協(xié)同生產(chǎn)；(2)物料拉動。

MES與ERP生產(chǎn)計劃管理集成研究

    在汽車整車公司非常強調(diào)焊裝、涂裝、總裝三大車間的生產(chǎn)優(yōu)化計劃排程功能，重大影響物料精益、生產(chǎn)準(zhǔn)時、低生產(chǎn)成本、生產(chǎn)力性能。生產(chǎn)排程的數(shù)據(jù)源是從ERP下傳的，MES系統(tǒng)需要根據(jù)各個不同車間的影響因素來進(jìn)行優(yōu)化生產(chǎn)排程，鑒于各個不同汽車整車公司生產(chǎn)模式、具備資源、生產(chǎn)能力差異很大，而影響優(yōu)化排程的因素非常眾多并且是經(jīng)常變化的，如生產(chǎn)節(jié)拍、物料準(zhǔn)備，物科性能、質(zhì)量、生產(chǎn)人員技能、市場導(dǎo)向等等，需要MES系統(tǒng)根據(jù)實際情況進(jìn)行定制開發(fā)，系統(tǒng)要求非常靈活、開放，這樣才能確保排出來的計劃切實可行，計劃執(zhí)行率高。

    目前，采用ERP系統(tǒng)實現(xiàn)物料需求計劃或資源計劃是企業(yè)最常用的一種生產(chǎn)管理方式。ERP形成主生產(chǎn)計劃后，在規(guī)定的時間向執(zhí)行層的MES系統(tǒng)發(fā)送具體的生產(chǎn)計劃，即向MES發(fā)出“生產(chǎn)什么”的指示。因此，ERP系統(tǒng)本身不能時時掌握生產(chǎn)動態(tài)，對生產(chǎn)情況是通過MES來實現(xiàn)。

    MES與ERP數(shù)據(jù)交換

    MES與ERP的數(shù)據(jù)交換必不可少，提供基于S95／B2MML的標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)連接器來雙向交換數(shù)據(jù)和信息，實現(xiàn)與SAP等主流ERP的數(shù)據(jù)交換，MES與ERP的交換信息包括兩大類，ERP發(fā)送到MES的信息和MES反饋給ERP的信息。

    ERP發(fā)送到MES的信息包含：

    各車間生產(chǎn)訂單、生產(chǎn)訂單BOM

    MES反饋給ERP的信息包含：

    車輛上線信息、車輛下線信息、物料消耗、實施效果

    計劃管理

    1 生產(chǎn)計劃制定

    按定單排產(chǎn)、單臺混流的精益生產(chǎn)方式是目前汽車整車生產(chǎn)追求的一種較為理想的生產(chǎn)組織模式。盡管目前從人員成本、生產(chǎn)效率、市場等各個因素考慮，這只是一個目標(biāo)，但作為信息系統(tǒng)一定是朝著這個方面擊設(shè)計和布局的。MES根據(jù)混流平衡的原則實現(xiàn)排產(chǎn)，并計算出裝配過程中各個相關(guān)工位所需要的物料信息，實現(xiàn)物科的拉動管理。訂單管理將允許方便進(jìn)行發(fā)序的調(diào)整(包括改序，插序等)。

    在汽車制造企業(yè)中，計劃的制定過程如圖3所示。首先，ERP根據(jù)訂單和預(yù)測需求，經(jīng)過對關(guān)鍵工作中心的粗能力平衡，確定出主生產(chǎn)計劃MPS；然后，根據(jù)生產(chǎn)所用的BOM確定所需物料，同時根據(jù)庫存狀況生成能力需求計劃；最后，根據(jù)能力需求計劃得到車間作業(yè)計劃和采購計劃，用來指導(dǎo)生產(chǎn)和采購作業(yè)。由于有了相應(yīng)的訂單和BOM信息，還可在特定的工位進(jìn)行生產(chǎn)的指導(dǎo)，對于出錯的情況進(jìn)行指導(dǎo)和防錯防呆處理。MES計劃管理模塊可以有效管理混流生產(chǎn)計劃，同時可生產(chǎn)計劃的執(zhí)行情況將通過和ERP的接口反饋到ERP中。

圖3 基于MES和ERP系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃和管理模型

    2 計劃的執(zhí)行和控制

    ERP生產(chǎn)計劃后，經(jīng)過MES的計劃調(diào)度，并進(jìn)行合理配置，生成子計劃，下發(fā)給各生產(chǎn)單元進(jìn)行生產(chǎn)，MES的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集功能實現(xiàn)了對生產(chǎn)計劃執(zhí)行情況的控制：各個監(jiān)控單元對生產(chǎn)狀況進(jìn)行跟蹤，并對影響生產(chǎn)的各個因素狀態(tài)如物料情況、人力資源、質(zhì)量檢測、設(shè)備狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)控，將所跟蹤和采集得到的生產(chǎn)情況信息和資源狀況信息反饋給謂度室；最后，由調(diào)度室對生產(chǎn)計劃重新進(jìn)行調(diào)度分配。同時，每個監(jiān)控單元都有報警系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，報警系統(tǒng)會迅速反饋到調(diào)度室，暫�；蚪K止生產(chǎn)計劃的執(zhí)行。MES在監(jiān)控生產(chǎn)計劃執(zhí)行情況的同時，還生成生產(chǎn)進(jìn)度分析報告，并將關(guān)鍵信息反饋給上層的ERP。這樣，在MES的功能保障下，整個系統(tǒng)實現(xiàn)了對生產(chǎn)計劃的有效控制。

圖4 生產(chǎn)過程控制

    車輛跟蹤

    在混流生產(chǎn)中，車輛跟蹤尤為重要。車輛動態(tài)隊列是物料拉動和訂單跟蹤的基礎(chǔ)。一般，車輛在車身車間(焊裝車間)就開始跟蹤，再到WBS，通過涂裝車聞，經(jīng)過PBS重新排序，直至總裝車間下線檢驗結(jié)束后，進(jìn)入成品庫。跟蹤方式以條形碼和射頻標(biāo)簽為主。車輛的VIN號是車輛的唯一標(biāo)識。

    MES有專門針對車輛的跟蹤和控制軟件，可以實現(xiàn)車體跟蹤和車體路由功能。并提供產(chǎn)區(qū)內(nèi)車輛顯示功能，通過匯總的條碼信息和預(yù)先設(shè)定的各區(qū)域，實時顯示不同區(qū)域的車輛信息，如顯示焊裝、涂裝和總裝車間的在制車輛的信息，如顯示下線后的各檢修和檢查區(qū)域的車輛信息。

    車間生產(chǎn)計劃和調(diào)度方法

    首先總結(jié)車間生產(chǎn)實踐經(jīng)驗以及ERP下達(dá)的生產(chǎn)計劃對計劃期或預(yù)期需求、加工設(shè)備和工件工藝特征進(jìn)行分析，然后確定生產(chǎn)任務(wù)的匹配加工資源，進(jìn)行“工件-設(shè)備”的匹配。具體方法是在一個生產(chǎn)周期(-般為一周)里，考慮加工全部工件所需的批量數(shù)最少和全部機器的平均利用率最高兩方面，對工件加工任務(wù)進(jìn)行類型與數(shù)量的分批。其次，在考慮設(shè)備、變貨期、機器負(fù)荷均衡等約束前提下，充分考慮使分配給不同機器的工作量所需的加工時間差別最小和機器上工件操作的工順序的優(yōu)化兩方面問題進(jìn)行“工序-資源”的匹配。再次，對計劃與調(diào)度結(jié)果進(jìn)行仿真分析與綜臺評價，以此手段進(jìn)一步改進(jìn)計劃與調(diào)度方案，實現(xiàn)ERP與MES生產(chǎn)計劃和調(diào)度過程的全局優(yōu)化。主要包括以下兩方面的內(nèi)容：一是對生產(chǎn)率、制造周期、產(chǎn)品混合比變化對生產(chǎn)率的影響、瓶頸與堵塞及設(shè)備負(fù)荷均衡等進(jìn)行分析；二是評估、選擇輕憂調(diào)度策略與作業(yè)計劃，評估成品與半成品的庫存等。若分析與評價結(jié)果達(dá)到預(yù)計要求，則可下達(dá)生產(chǎn)指令，否則，調(diào)整計劃與調(diào)度策略，進(jìn)行再計劃、再調(diào)度，直到滿足要求為止。最后，根據(jù)檢測監(jiān)控系統(tǒng)采集的故障與擾動信息對系統(tǒng)作出及時反應(yīng)，進(jìn)行實時調(diào)度。對制造系統(tǒng)中經(jīng)常產(chǎn)生的一些不可預(yù)見的擾動，例如機器故障、急件的插入等，打亂了原先的作業(yè)計劃、調(diào)度安排，及時根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，對其資源進(jìn)行實時動態(tài)調(diào)度，重新進(jìn)行規(guī)劃與仿真。

    實現(xiàn)MES與ERP的整合，關(guān)鍵在于業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化和整舍以及對所涉及MES和ERP系統(tǒng)的具體分析以充分發(fā)揮各系統(tǒng)的優(yōu)勢。近些年來，MES有了新的發(fā)展，有的MES系統(tǒng)功能已經(jīng)非常強大，與ERP在功能實現(xiàn)上有重疊的地方，于是出現(xiàn)了“厚3薄4”和“厚4薄3”(也即重ERP還是是重MES)的說法，這需要我們根據(jù)企業(yè)的實際業(yè)務(wù)需要，分析所用ERP系統(tǒng)和MES系統(tǒng)的功能特點，比較在ERP中實現(xiàn)或在MES中實現(xiàn)、或一部分在ERP中實現(xiàn)，另一部分在MES中實現(xiàn)這幾種方案分別有哪些優(yōu)點、哪些缺點，然后決定取舍。比如，生產(chǎn)計劃管理在兩個系統(tǒng)中都能做，但如果涉及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、物料跟蹤等，MES在這方面比ERP功能強，MES可以完成生產(chǎn)的排產(chǎn)、物料跟蹤、生產(chǎn)狀態(tài)控制等，根據(jù)車間生產(chǎn)的完成情況和物料的消耗情況主動向ERP發(fā)出物料消耗請求，滿足自動化生產(chǎn)的物料消耗要求；通過在線質(zhì)量檢測，及時把質(zhì)量數(shù)據(jù)采集到MES中，使在制品的質(zhì)量能夠及時得到控制：通過監(jiān)控生產(chǎn)過程，自動糾正生產(chǎn)中的錯誤或向用戶提供決策支持以提高生產(chǎn)效率。

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本文標(biāo)題：汽車行業(yè)基于MES與ERP系統(tǒng)生產(chǎn)計劃集成研究

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