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持续有效的制造执行系统是企业实现长期目标的关键

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发表于 2012/4/6 21:17:42 | 显示全部楼层 |阅读模式

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一、简介
    十多年前第一批制造执行系统(MES)面市的时候,技术虽然先进,但尚未成熟。虽然这些系统能够带来更高的效益和质量,但是本身也存在着很多缺陷,高昂的价格也不符合经济效益原则。
    但现在情况已大不相同。产品生命周期不断缩短,利润空间的持续紧缩,相应的法规也日益严密。制造型企业若想在5年内有较大的发展,那么采用MES系统就刻不容缓——这是一个被业界广泛认可的事实。随着商业竞争的白热化和法规环境的日益复杂化,如果企业依然只是仅仅通过传统的纸笔化操作和七拼八凑的系统来试图控制其制造流程的话,那么其发展无疑是相当危险的。
    ISA SP95委员会给出的MES定义涵盖了相当宽泛的工厂功能,如配方管理、配方执行、质量管理和限制排程等功能。而这么多功能往往需要集成多个软件才能全部实现。目前,这些不断完善、功能日益强大的应用软件已经让无纸化生产成为现实。而无纸化、无人工的流程就要求配方能够在流程中进行严格执行,原料精确及时地投放到所需的环节,有支撑精益操作和促进各场点流程优化所需的丰富的数据。
    国际合同制造企业Solectron的高级副总裁兼首席质量管Misha Rozenberg说:“我想了解贯穿整个公司的关键绩效指标到底是什么。MES系统能够让我们看到整个生产的过程,从而找出导致产量低下、余料过剩和返工事故的原因。如此一来,我们就可以制定出最佳实践,并在整个公司内进行实施。而目前我只能通过数据表和人工记录的流程数据来完成这些工作。即便是各个工厂使用的是相同的生产线和设备,要想找出针对类似产品和客户的最佳产量和实践,还是不是件容易的事。每次要解决这个问题,都要消耗极大的人力和时间。而众多的MES解决方案都为我们提供了快速有效的答案。”
    Solectron在世界范围内拥有50多个制造工厂,很多都已经装配上了不同MES系统的组件。Sloectron已经开始着手在企业内实施一套标准MES系统,以期获得对整个制造流程的战略图景,以便管理部门能够做出快速、精准的在线流程调整,提高质量的同时减少损失。MES系统能够加强生产管理,保证不会有步骤被遗漏或不按计划操作。而除开这些基本功能,MES系统还拥有多种优势,给企业带来巨大的效益。Solectron可以通过MES系统生成的数据为客户提供所需的详尽生产信息,以便其管理产品质量和成本,从而大大提升了本身的吸引力。
    “MES系统会自动对客户所需产品的族谱进行跟踪,从生产车间到管理层面,并且将数据整理成信息,以供我们迅速查明趋势、事件和高级绩效。同时,MES还协助我们对生产流程进行实时调整。”Rosenberg说到,“比如说,如果MES显示出某一部门出现偏差——如高产副作用或其他一些非正常状况——我们能够追根溯源,找出根本原因:到底是流程出了问题,还是原料?抑或者是测试和设计的原因?如果某一部分原料出现了问题,我们可以对原料进行按批次跟踪,并且在该部分原料投入使用之前提醒所有有可能使用到该批原料的车间。而我们过去使用的本地数据采集系统只能通过SQE电子邮件和电话来对其他有可能使用使用问题原料的车间进行通知。仅这一项,MES系统就将为我们剩下好几千万美元的损失。”
    MES系统在很多方面与先于它们出现的企业资源规划(ERP)系统比较类似。MES给制造操作带来的效益和数据分析正如ERP带给财务系统的一样。而两者之间的一个关键的差别却常常被人忽略。这就是运作的周期。ERP系统的周期是按月、周、日为时间单位,而制造系统的则短得多,以小时、分钟和秒来作单位。这就是MES系统在设计上必须实现持续可用性的原因。即使只是停运很短的时间,也会破坏至关重要的记录链,丢失重要的信息:一件产品是否能卖,或报废的产品是否已经被记录等等。这些完整的数据采集和处理也是MES解决方案为实时战略决策的制定提供支持的必要条件。
    安装MES系统,需要一个能够提供必要支持的IT基础架构,同时还要考虑到人员、流程和技术对系统的影响。要想MES系统顺畅的运行,实现诸多功能,一般的企业IT可靠性标准显然是不够用的。IT基础架构若想能够支持MES系统,必须符合更高的可靠性标准。
很多目光长远的公司已经开始应用MES系统。但他们只是着力于在现有的操作和维护上应用MES,战略仍然欠缺高度。现行的管理模式是否能涵盖解决方案的整个生命周期是其可用性和性能的决定因素。远程监控和管理服务是弥补企业专业技能不足的经济有效的途径。

二、市场动态推动MES的应用
    目前制造业的经济学理论在市场中一片叫好声,但独独给制造商带来了更高的挑战。利益相关者和金融市场越来越看重品牌管理、产品开发和市场营销而非实际生产过程。很多品牌企业为了削减开支,往往会选择删减自己的制造工序,转而投向外包生产。
    承担了绝大部分制造工序的外包生产商处于这个生态系统的底端。品牌持有者作为他们主要的客户拥有着一系列的特权,使他们肩负着不成比例的金融风险。随着原料和企业管理费用的不断上涨,品牌持有者希望能够压低价格以提高自身的利润。为了保持较低库存水平,避免损失,他们对更短的生产周期和周转时间的要求也日益增高。他们希望外包生产商能够更加紧密地配合他们的库存状况、物流和开支系统,以得到更为优化的业务流程。
    虽然消费品行业是外包生产比较典型的行业,但是这种趋势的影响已经扩展到了非外包的产业——制药业、医疗设备,等等。他们的压力来自内部,但是作用的对象是相同的:绩效、质量和速度。而之于这所有市场因素之上的即是对精确数据记录和连贯查帐索引的需求。
    目前用于生产流程和法规符合的纸笔记录系统已经不能满足上述需求。而新型的MES工具能够使工厂生产和企业管理实现在绩效、质量和规格符合方面的飞跃,在竞争激烈的市场立于不败之地。

三、持续可用性在新型制造业IT系统中的地位
    和其他绝大多数应用软件一样,MES解决方案的卖点是其强大的功能。不过在实际操作中,如果解决方案本身不具备可用性,再好的功能也是白费。MES运行时间内的可靠性与主流的企业IT的可靠性不同,不单单是简单运行时间内和停止时间内的对比,还包括良好的性能。性能低下(如较长的反应时间)将使得生产应用软件就如服务器崩溃一般失去作用。

    MES的范围在S95标准的定义中涵盖了相当广泛的生产操作。这些功能无法囊括在单一的应用软件中。因此,一般来说,MES工作组会根据项目要实现的功能来选择所需的软件,然后将这些软件集成,进行数据的共享。然而软件的数据共享带来的互相依赖性也提高了单一软件出错而导致整个系统失效的风险。
    采用电子批次记录(EBR)系统并与设备校准系统连接的企业都知道数据集成对解决方案可用性的影响。操作人员在使用条形码之前,会先用设备进行扫描一次。在进行扫描前,EBR系统会询问校准管理系统,以确定该设备已进行过校准,处于良好的状态,可用于生产。这是一大质量管理优势,但如果校准系统出现问题,则EBR系统也就无法使用了。
    为了保障对MES的投资并实现其全部的价值,MES必须保证能够提供从生产到管理直到质量管理全程连贯的数据。状态良好的企业基础架构在运行期间能够保证数据和软件99.9%的可用性。但这并不足以支持MES的应用,因为:99.9%的运行时间等于每一个软件一年将有超过8.7小时的停运时间。如果各软件间还存在数据分享的依赖性,则系统的可用性将进一步降低。因此,停运时间意味着损失的生产时间、废品、中断的跟踪性。对于某些行业来说,还将出现产品偏离规格的情况。记录断层对于采用MES系统来取代纸笔式合规操作的企业来说,损失重大。食品加工和制药等行业的产品都必须依法保证从原材料到发货整个流程的无中断记录。由服务器宕机或软件错误等引起的记录链中断可能意味着高达几百万美元的损失。
    MES系统要实现制造商所期望的灵敏度,保证生产线到管理层面连贯的数据流是关键,因为这是产效和应用规划的依据。这对于应用无线射频识别(RFID)技术来管理库存,优化生产流程的企业来说,尤为重要。系统的宕机将使他们失去对原料状态和位置的跟踪,而不得不采用手动更新,重启系统也将是一个耗时费力的过程。
    MES系统是典型的多制造软件集成体,内部联系类似于多米诺骨牌。其中一张牌倒下,则整个排列都将随之倒下。整个系统的可用性是考虑的重点。如果你的MES系统主要是用于与一些“非关键”模块(如:进入标准操作程序的文档管理系统)的配合使用,那么这些模块的可靠性在设计IT基础架构时就必须纳入考虑。
鉴于对停运时间成本的全盘考虑,很多MES工作组都对其负责项目给出了非常高的可用性标准——比99.999%还要高。这种标准也可理解为“持续可用性”。

四、持续可用性的定义
    具有持续可用性的基础架构从表面看来与传统架构差别不大:都由各程序、数据库和联网软件的服务器组成,服务器都是通过采用有线和无线的路由器网络与存储阵列连接到一起。
    宕机预防是持续可用架构和传统办公IT环境的主要差别。这和目前流行的传统IT设计理念有着本质的不同。传统的理念着重于对错误和失误的恢复,假定的前提是出现哪怕仅几分钟的宕机时间,出现连锁反应的服务器出错。而这种宕机时间对于MES解决方案绩效的影响是非常严重的。
    “如果我们的MES系统遭遇到宕机,紧随其后的将是无法估量的损失。”Rozenberg说,“我们的客户将拒收没有完整数据的产品,因此,即使是一个小时的宕机时间也能给我们带来数百万元的损失。”
    以下列出的是持续性IT环境所通常具备的特征:
1)    高达99.999%+的可用性;
2)    对单个错误点会进行重复操作;
3)    设计重复功能是为了防止在某单一组件出现错误时造成数据遗失(记忆保护);
4)    系统性能(如反应时间)在应用前会进行测试,并在整个应用周期内实行监控;
5)    监控系统的状态,能够进行预处理;
6)    拥有维护和问题解决步骤;
7)    培训功能;
8)    保留独立的测试环境以进行补丁测试;
9)    结构和文档的灾难恢复。
    不少研究表明,人为错误在造成IT宕机的原因中占了相当的比例。降低IT设计的复杂度,设计清晰合理的流程及培训能够在很大程度上提高系统的可用性。

五、持续有效性的部署

    持续有效性不是随随便便就可以实现的,它需要经过专业的项目组来设计。最好的方式是将IT基础架构当作MES的一个专门项目,或子项目来进行。一个典型的IT基础架构项目一般由以下几个步骤组成:需求的开发,对现有架构的评估、设计、部署和生命周期管理的规划。需要考虑的因素包括人员、流程,以及影响方案可行性的技术。
    众所周知,一个自然生态系统会因为一个新引进的物种而受到影响。一个持续可用的系统同样如此。软件的升级、打补丁以及周期维护都会带来系统的滞缓和崩溃。每一个介入到网络中的元素都必须经过检测,需要的话还要进行修改,以保证其兼容性。
    下面是一个很好的MES系统应用案例:一家大型生命科学公司最近应用了MES系统来控制其主要的生产操作。随着生产成倍的增加,该公司有如下需求:
        增长生产力和产量;
        减少错误,降低废品批次:
        缩短周转时间;
        优化定期汇报。
    在决定了业务需求后,该公司分析了能够满足这些需求的技术。电子批次记录(EBR)是选中的组件之一。公司IT工作人员认为这套系统必须具备持续可用性,并尝试设计了一套高可靠性方案,包括:服务器群、备用服务器群,以及容错服务器。最终IT工作组决定使用容错服务器,因为容错服务器不仅易于安装和维护,并且不存在宕机情况,能够有效保护数据(包括内存数据)。
    安装EBR系统后,公司制定了一套规则以减少人为引起的宕机。操作员不得在与EBR有关的结构中插入任何未经授权的设备——私人笔记本电脑、PDA、flash驱动,以防止病毒的流入。所有的升级和软件补丁都只有在经过严格测试,确保其性能以后,才能得以应用。公司还委托一家外包服务提供商对其EBR系统进行远程监控,以确保问题在导致系统出错前能被及时发现并处理。
    周密部署的成果是EBR系统能够有效可靠的控制生产流程,其灵敏度和精确性大大优于之前的纸笔式系统。
    “持续可用性是我们EBR应用得以成功的核心所在,”公司的项目负责人说,“宕机对我们的影响是不可估量的。客户不会接受没有完整记录的产品,所以每一次宕机都有可能是成千上万元,甚至百万元的损失。然而系统给我们带来的好处也是显而易见的。最大的好处莫过于流程控制。纸笔化操作无法避免人为的错误,像遗漏了某个步骤,或者把好几步弄混等等。而电子系统会阻止未完成当前步骤的技术人员进入下一步。这些问题的彻底解决给我们省下了回头查找记录,确认错误影响,并作出决定的时间。但我们也知道,这样的优势仅仅只是在保证系统持续运行的基础上才能实现。任何一次宕机,所有的一切就得从头开始。”

六、持续可用性资源
    建立并维护企业内部系统持续可用性的成本是拦在MES应用的一个障碍。预防出错是一个长期而严谨的工作。备份、升级、软件安全补丁都将是固定且频繁的任务。虽然绝大多数的公司都能够承担建造一个高可用性系统,但是系统维护的工作和开销却让他们望而却步。
    飞速发展的外包服务提供商则可为他们提供细致的“持续可用性”服务。他们拥有从设计(或现有架构、人员、流程的分析)到部署、检验,直到系统的长期管理各方面的专家,为企业提供价格合理的解决之道。发达的网络技术同样也是远程专家咨询和测试、生命周期管理方便可行。
    对系统的远程监控能够找出问题,并在其引起系统宕机前进行预处理。所有硬件、软件销售商的资料能够被安全的访问,以查找问题,并进行实时诊断。目前,这种经济有效的实时专家服务已经成为了制造业IT领域的热门话题。

七、总结
    MES解决方案已成为决定制造商在短期的未来内是蓬勃发展还是落后出局的关键。随着市场需求不断指向更短的生产周期,更高的质量要求和更为细致的合规要求,企业要生存发展,就必须建立一个持续有效性的环境,实现自动数据采集和预处理功能,提高自身的管理灵敏度。



该贴已经同步到 lihuolin958的微博
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