MES技术在离散型制造企业应用的探讨

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     MES在企业信息化中的定位是处于计划层(ERP/SCM) 和现场自动化系统（DCS/PLC）之间的执行层，主要负责车间管理和调度执行，它在计划层信息管理与制造单元的设备控制系统之间构筑了一座信息桥梁。
     MES的内涵、作用和国内外应用现状MES是Manufacturing Execution System的缩写，直译过来就是制造执行系统，是1990年由美国先进制造研究（AMR）机构（AMR现属于Gartner 信息技术研究与咨询公司）组织提出并开始使用的。MES在企业信息化中的定位是处于计划层(ERP/SCM) 和现场自动化系统（DCS/PLC）之间的执行层，主要负责车间管理和调度执行，它在计划层信息管理与制造单元的设备控制系统之间构筑了一座信息桥梁。

     MES与上层ERP等业务系统和底层DCS等生产设备控制系统共同构成了企业的神经系统，其作用包括以下两个方面：一是把业务计划的指令传达到生产现场；二是将生产现场的信息及时收集、上传和处理。

     AMR提出的制造企业信息化功能架构的三层模型。MES不单是面向生产现场的系统，而是作为上、下两个层次之间双方信息的传递系统，是连结现场层和经营层，改善生产经营效益的前沿系统， 能够实现从产品开始投入生产一直到其完成的整个生产过程的优化管理，并具有对动态变化的生产条件做出快速响应的能力，将减少企业内无效的生产行为。MES在制造企业的应用将有益于透视产品形成过程的现状、理顺管理、提高资源利用、加快在制品流转、降低成本、提高质量和保证交付。

     国外已经形成了一批MES软件产品和解决方案，出现了一批以MES为核心产品的工业企业管理应用软件公司，而且企业信息技术应用的焦点已经由ERP转向MES，但是MES的标准化仍有大量工作要做。

     CIMS、MES、ERP等概念进入中国较早，但只有以DCS为代表的底层自动化和以ERP为代表的管理系统普及速度较快，对MES 的认识仍相对落后。因此，国内工业企业的信息孤岛和缺损环链现象比国外更突出。近年来，随着上层ERP和底层自动化系统的普及应用，国内企业已经逐渐认识到中间MES层承上启下的重要作用，关注重点逐渐从ERP转向MES，实施MES项目的需求呈现快速增长的势头。同时，一些软件公司也加快开发中国式的MES产品或应用国外的MES产品的步伐，并将其应用于冶金、石化、烟草、食品等流程工业，但在离散制造业的应用尚在起步阶段。

离散型制造企业的生产特点和面临的生产管理问题

     离散型制造企业主要是通过对原材料物理形状的改变、组装成为产品，使其增值，主要包括机械加工、机床等加工、组装性行业。此种类型企业的生产特点明显区别于流程工业企业，主要表现为：

·生产模式——按定单生产、按库存生产；

·批量特点——多品种、小批量或单件生产；

·产、研并重，混线生产；

·产品的质量和生产率很大程度上依赖于工人的技术水平，自动化主要集中在单元级( 例如数控机床)，自动化水平相对较低；

·需要检验每个单件、每道工序的加工质量；

· 产品的工艺过程经常变更。

     离散型制造企业多品种小批量的制造方式，使得生产、物流、质量管理的复杂性日益提高，管理人员忙碌于日常生产管理，信息流通滞后、不畅等管理瓶颈，很大程度上制约了生产效率，增加了生产成本，降低了产品质量。面临的生产管理方面的主要问题有：

（1）生产准备周期长。由于制造资源优化调度手段落后，导致生产准备周期相对过长，在单件小批量的生产模式下，生产准备时间时常大于切削加工时间，造成设备的极大浪费。

（2）生产计划协调性差，作业调度困难。生产作业计划主要依靠调度员经验制定，计划协调性不好，导致设备利用率低，设备效能得不到充分发挥；任务执行进度难以监控，物料状态难以跟踪，任务拖期/ 赶工频繁发生，紧急插单普遍、生产过程不确定性多，导致作业计划安排赶不上变化，计划任务执行失控现象严重。

（3）在制品管理困难。由于零件品种多，工艺路线长，给人工管理在制品带来诸多困难，现场生产情况得不到及时反馈。

（4）质量管理采取事后检验为主的管理方式，废品率得不到有效控制。因此，企业应用MES技术能够将管理人员从不断地人工追踪零件、调整计划的疲劳战中解放出来，将更多的精力投入在思考决策性问题、优化现场管理等方面，使得管理人员更多地发挥“防”的作用，实现“防”“消”的有效配合，是提高离散型工业企业生产管理水平和制造执行力的有效手段，近年来得到越来越多国内企业的高度重视。

MES在离散型制造企业实施的难点分析

     就离散制造而言，由于其多品种、小批量、混合生产模式，仅依靠人工提高效率是不现实的。而MES则担当了整合、支持现场工人的技能和智慧，充分发挥制造资源效率的角色。MES系统无论从功能模型还是信息模型以及相关技术上，都覆盖了流程工业和离散制造业。但是，无论从工艺流程还是生产组织方式方面，流程工业和离散制造业都存在较大的差别。所以，在MES具体实施上，要根据行业特征区别对待，下面对离散制造业实施MES的特征和难点进行分析。

·对生产计划系统要求较高

     作业计划管理模块是MES系统的核心模块之一，是MES系统的灵魂所在，它可以对在制品情况进行全面跟踪管理，优化排产以缩短交货期和减少库存数量，及时准确监测生产线的生产情况，为精益生产和改进经营策略提供可靠依据。主要从事单件、小批量生产的离散制造业企业，由于同时生产的产品零件种类很多，并且产品的工艺过程经常变更，因此生产部门需要具有良好的计划能力。对于按订单组织生产的企业，由于很难预测订单在什么时候到来，因此，对采购和生产车间的计划就需要很好的生产计划系统，特别需要计算机来参与计划系统的工作。只要应用得当，离散型生产企业生产计划系统的投入产出比可达到较高水平。

·任务排产和作业调度过程复杂，难度高

     离散制造业生产设备的布置不是按产品而是按照工艺进行布置的。例如，离散制造业往往要按车、磨、刨、铣等工艺过程来安排机床的位置。因为每个产品的工艺过程都可能不一样，而且可以进行同一种加工工艺的机床有多台，因此，离散制造业需要对所加工的物料进行调度，并且中间品需要进行搬运。

     离散企业的生产作业调度，需要根据优先级、工作中心能力、设备能力、均衡生产等方面对工序级、设备级的作业计划进行调度。这种调度，是基于有限能力的调度并通过考虑生产中的交错、重叠和并行操作来准确地计算工序的开工时间、完工时间、准备时间、排队时间以及移动时间。由于限制条件较多，因此这种调度相对于流程工业要复杂得多，是MES的技术难点之一。但是通过良好的作业顺序，可以明显地提高生产效率。

·数据采集受人为因素影响大，其准确性是整个系统高效运行的关键

     MES的数据采集功能可用于生产现场各种数据的收集、整理，是进行物料跟踪、生产计划、产品历史记录维护以及其它生产管理的基础。

      流程工业的自动化程度较高，设备控制级大量采用DCS、PLC。在检测驱动方面，各种智能仪表、数字传感器应用普遍，这些自动化设备能自动准确记录各种生产现场信息。流程生产行业实施MES时，只要与这些自动化设备做好数据接口，就能准确采集所需要的数据。而离散型生产企业的数据采集以手工上报为主，并结合条形码采集等半自动信息采集技术进行完工、设备、物料、质量等信息的采集。这种数据采集方式时间间隔较大，易受到人为因素的影响。由于上报数据增加了现场操作者的工作量，他们从思想上会有一种抵触情绪。如果软件设计不够合理，或者采集方式比较繁琐，制度管理不到位，操作者不把信息反馈作为一个必不可少的动作来执行，就不能保证上报数据的及时性和准确性。而准确的数据采集恰恰是MES系统高效运行的关键，只有及时地采集到这些加工数据，才能根据现场情况的变化准确调整计划，系统才能形成闭环，制定的计划才是灵活和准确的，整个加工过程才能做到透明、可控。

MES在离散型制造企业实施策略的探讨

     基于上述分析能够看出，在离散型制造企业实施MES相对于流程工业具有更大的难度，成功实施的风险也相对较大，因此目前国内成功的案例还不多。典型的应用有成都飞机工业集团（航空132厂）数控加工车间实施的DIMES系统，已经成功运行5年以上；航空集团618所试制车间实施的MES系统也已经成功运行2年以上等。结合他们成功的经验，对实施策略进行如下探讨。

·选择有行业实施经验的软件企业开展合作

     不同的行业有完全不同的生产组织方式，由于各个车间生产模式、对象、环境不同，因此MES软件的实施很难直接“拿来用”，必须有一个根据实际需求的软件定制过程。这就对软件实施企业提出了很高的要求。选择一家有过在相同行业实施经验的公司，成功的把握就更大。通常，成熟的MES软件产品应用较多，其适应性也相对较好，用户可按需自行进行系统配置，以协调企业在应用范围、组织结构、用户权限甚至业务流程等方面的变化。因此，企业最好选择有一定成熟度的产品，至少在本行业是有过应用的。

     一旦选定软件提供商，双方要结为战略合作伙伴关系，在MES系统实施中要相互理解，相互促进，共同完成企业生产制造流程改进这一艰巨的任务。

·由简到繁，稳步推进

     MES是一个全面而庞大的生产管理信息系统，涉及管理部门众多，使用人员素质高低不等，相关业务流程错综复杂，且流程间相互约束又很多，因此对于该系统的实施不能一步到位，而是根据各模块的功能以及车间的业务流程分期、分层次逐步实施。

     MES的实施需要恰当的规划和细致的分析。在项目前期，要进行车间现场问题诊断、需求分析等工作。这个阶段非常重要，关系到项目的成败。通过问题诊断和需求分析对需要解决的问题加以明确，并分出优先级，可从旨在解决一两个当务之急的工厂生产瓶颈问题着手，逐一解决，逐步改善企业的生产流程。

     如前所述，基于有限能力的排产和调度是MES的技术难点，应用时对基础数据的要求也非常高。基础数据通常包括产品结构、物料（包括物料编码规则、零件、毛坯、在制品、刀具、工装、量检具等）、工艺路线、加工工时、物料库存、设备与人员资源、各种例外代码与原因代码等信息。如果基础数据的收集和管理不到位，高级排产就没有可能应用。因此，在实施MES时要从基础模块入手，逐步将应用范围扩大和深化。

·提升管理，规范制度，保证数据流畅通

     计算机和软件可以帮助管理，但绝不能解决所有的管理问题。要想充分发挥MES系统的功效，企业需要先健全自身的管理体系。准确的数据采集是MES系统高效运行的关键，没有严格的管理约束机制，MES系统信息的及时维护就难以保证。没有先进的管理模式，MES整理出来的信息就不能得到有效利用，从而也不能产生效益。因此，信息技术可以成为提高企业管理水平的有效手段，但不会自动地解决企业的管理问题。要想成功实施MES，企业必须先在管理上下功夫——与MES密切相关的工作，包括车间环境、职责分工以及人员保障等方面。通过MES系统的实施，理顺车间的工作流程，提升管理水平，规范各项制度，不但能保证系统数据流畅通，更能保证生产环节的畅通和高效运行。

·实施过程中需要本厂IT人员深入参与

     MES是一种应用于工厂的动态的IT解决方案，经常因产品、流程、以及新老产品的产出比例发生变化而不断有所改变，所以当生产过程或产品发生改变，数据模型也必须相应迁移。航空132厂和618所采用的MES系统均为自主开发，与本厂的生产习惯符合程度高，系统维护方便，经过一段时间的磨合能够较好地满足需求，并能够根据新的需求进行必要的维护。但是大多数的企业不具备自主开发的实力，在这种情况下，购买商业软件并在此软件平台的基础上，针对自己企业的需求进行定制开发是实施MES系统有效的途径。在软件定制开发过程中，一定要有本厂的IT人员深入参与，熟悉软件的业务流程并参与代码的编写，培养企业自己的具有过程控制、IT和管理业务系统知识的制造业IT专家，为今后系统维护提供保障，这也是保证系统长期稳定运行的关键。

本企业MES项目实施简介

      我单位本期MES实施的主要目标是提高数控加工车间的整体生产效率，因此，本期实施范围仅限于精密机械加工车间，实施内容涵盖该车间整体业务。在充分调研的基础上，确定实施基础数据管理、计划管理、作业排产和调度、生产监控、设备管理、质量管理、工具管理、物料管理、数据采集、交互看板、决策支持等11个模块。通过MES系统软硬件实施，优化车间现有管理流程，实现对生产制造过程信息的实时采集、管理和反馈，进行批次跟踪，实现质量追溯，对物料进行管理，对关键设备进行有效监控，实现生产过程与管理决策的高效集成，同时MES系统要与DNC、ERP、CAPP等系统实现信息集成。最终实现数控生产车间管理的自动化，提高设备利用率，加快工作流程，缩短生产准备周期、减少不必要的停工，从而为工厂现场决策和制造执行提供支持。
文章来源于：e-works



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