車間制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)是美國(guó)管理界20世紀(jì)90年代提出的新概念，是基于數(shù)字化技術(shù)建立的車間層作業(yè)計(jì)劃與執(zhí)行控制的系統(tǒng)，是制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)綜合優(yōu)化的一項(xiàng)核心技術(shù)。國(guó)際MESA組織(MES國(guó)際聯(lián)合會(huì))對(duì)MES的定義：MES是一些能過(guò)完成車間生產(chǎn)活動(dòng)管理及優(yōu)化的硬件和軟件的集合，這些生產(chǎn)活動(dòng)的覆蓋從訂單發(fā)放到出產(chǎn)品的全過(guò)程。國(guó)外已開發(fā)出成熟的MES產(chǎn)品并進(jìn)行了大量應(yīng)用，如西門子、明基等公司均開發(fā)了自己的MES產(chǎn)品，在應(yīng)用客戶中取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

    國(guó)內(nèi)在車間制造執(zhí)行系統(tǒng)研究方面也已經(jīng)開展了大量的研究，特別是近年來(lái)針對(duì)軍工企業(yè)特點(diǎn)開發(fā)了針對(duì)性的MES產(chǎn)品，如武漢開目信息技術(shù)有限責(zé)任公司、北京航空航天大學(xué)、中江聯(lián)合(北京)科技有限公司等，已經(jīng)成功地在航空航天、電子等軍工制造單位進(jìn)行了工程化應(yīng)用。

MES的建設(shè)背景

    近年來(lái)，隨著科研生產(chǎn)任務(wù)不斷增加，新產(chǎn)品研制周期和批量生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換周期明顯加快，要求車間大幅度縮短零件工藝技術(shù)準(zhǔn)備周期和零件加工周期，對(duì)質(zhì)量控制和成本控制也提出了更高的要求。在生產(chǎn)數(shù)控車間中，單純地依靠增加機(jī)床設(shè)備、擴(kuò)大資源等方式來(lái)提高產(chǎn)能已經(jīng)難以滿足新的需求。同時(shí)，新的需求帶來(lái)了企業(yè)制造管理方面的變革，為上至制造企業(yè)、下至制造車間帶來(lái)了一系列的挑戰(zhàn)。

    制造信息化走到了今天，制造車間信息化，數(shù)字化已為制造企業(yè)所廣泛認(rèn)同——制造技術(shù)的領(lǐng)先和制造過(guò)程的高效管理是保持可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

    北京星航機(jī)電裝備有限公司(以下簡(jiǎn)稱“星航公司”)雖然在信息化建設(shè)方面有了一定的基礎(chǔ)，并已成功實(shí)施了ERP／PDM／質(zhì)量系統(tǒng)項(xiàng)目，但卻僅限于企業(yè)專項(xiàng)業(yè)務(wù)層，在中間的車間級(jí)執(zhí)行層面上仍是一片空白。

    企業(yè)目前面臨以下問題：

    (1)如何提升排產(chǎn)速度與靈活性，優(yōu)化調(diào)度和生產(chǎn)活動(dòng)，以應(yīng)對(duì)有限的任務(wù)完工期限，以及人員、設(shè)備、任務(wù)的不斷變化。

    (2)如何實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的可追溯，對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行記錄，了解產(chǎn)品使用的原材料情況和生產(chǎn)過(guò)程情況(工藝、設(shè)備、質(zhì)量等)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量問題，也為后續(xù)質(zhì)量問題分析提供證據(jù)支持。

    (3)如何實(shí)時(shí)展現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備加工情況、計(jì)劃執(zhí)行情況、生產(chǎn)資源調(diào)度情況和報(bào)警等信息內(nèi)容。

    (4)如何實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，設(shè)備的利用率如何，人員的技能水平如何，哪個(gè)工序容易產(chǎn)生不合格品等，從而為領(lǐng)導(dǎo)提供成本計(jì)算、質(zhì)量分析和生產(chǎn)能力的決策支持。

    KMMES便是實(shí)現(xiàn)這些要求的有效手段。

MES的解決方案

    由圖1可以清晰地看出KMMES六大功能的管理與應(yīng)用：數(shù)據(jù)資源管理、作業(yè)計(jì)劃管理、作業(yè)執(zhí)行管理、報(bào)警事件管理、監(jiān)控管理、統(tǒng)計(jì)分析與決策支持。下面重點(diǎn)說(shuō)明KMMES的六大亮點(diǎn)，為企業(yè)面臨的急需問題提供有效的解決方案。

圖1 KMMES的功能模型圖

1 基于有限能力的計(jì)劃排產(chǎn)

    KMMES系統(tǒng)計(jì)劃排產(chǎn)功能的實(shí)現(xiàn)需具備以下因素：通過(guò)生產(chǎn)日歷提取人員、設(shè)備信息建立資源能力模型；通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)和加工工時(shí)數(shù)據(jù)的采集評(píng)估排產(chǎn)工時(shí)；通過(guò)與ERP、PDM集成提取制造零件的工序，并評(píng)估物料、工藝、NC程序等生產(chǎn)準(zhǔn)備因素是否滿足排產(chǎn)條件(圖2)。

圖2 計(jì)劃排產(chǎn)流程圖

    計(jì)劃調(diào)度員通過(guò)接收ERP系統(tǒng)的車間計(jì)劃，以月計(jì)劃粗略排產(chǎn)，以周計(jì)劃精準(zhǔn)排產(chǎn)，2。3天進(jìn)行局部調(diào)整的方式運(yùn)行。插單處理是通過(guò)排產(chǎn)后設(shè)備負(fù)荷率情況盡量以人工調(diào)度為主，以插單系統(tǒng)排產(chǎn)為輔的方式運(yùn)行。

    KMMES計(jì)劃排產(chǎn)的應(yīng)用后，為計(jì)劃制定和執(zhí)行提供了科學(xué)依據(jù)，能夠大大提高加工任務(wù)的準(zhǔn)時(shí)交貨率，減少機(jī)床的停機(jī)和等待時(shí)間，縮短生產(chǎn)過(guò)程時(shí)間，提高調(diào)度的有效性和及時(shí)性，并且不斷提升了車間實(shí)做工時(shí)信息的準(zhǔn)確率，便于成本核算和績(jī)效考核。

2 基于作業(yè)執(zhí)行過(guò)程的可追溯管理

    作業(yè)執(zhí)行過(guò)程管理是MES的核心部分，因此作業(yè)執(zhí)行管理流程會(huì)直接或間接地影響著產(chǎn)品的生產(chǎn)、監(jiān)督、監(jiān)控和質(zhì)量的把關(guān)。為確保產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程處于受控狀態(tài)，不斷地優(yōu)化作業(yè)執(zhí)行管理流程是非常必要的。星航公司數(shù)控車間的作業(yè)執(zhí)行管理工作流程如圖3所示。

圖3 數(shù)控車間作業(yè)執(zhí)行工作流程圖

    數(shù)控車間調(diào)度員首先在KMMES管理平臺(tái)上將排產(chǎn)后生成的任務(wù)派工到各個(gè)班組的班組長(zhǎng)，班組長(zhǎng)、工人、檢驗(yàn)人員在現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏上進(jìn)行一系列活動(dòng)的完成。班組長(zhǎng)根據(jù)任務(wù)所在數(shù)控設(shè)備的操作人具體情況進(jìn)行派工到工人，工人接收到任務(wù)后確定加工開始，此時(shí)KMMES開始記錄該任務(wù)在當(dāng)前工序的實(shí)際加工時(shí)間。

    工人在加工過(guò)程中可以查閱相關(guān)的生產(chǎn)信息、工藝、質(zhì)量等技術(shù)文檔，完成后向該工序檢驗(yàn)匯報(bào)自己的加工完成情況。檢驗(yàn)接收到任務(wù)后，填寫檢驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于關(guān)鍵工序需要填寫關(guān)鍵工序尺寸記錄報(bào)告。如果無(wú)質(zhì)量問題時(shí)，KMMES將檢驗(yàn)結(jié)果匯報(bào)給ERP系統(tǒng)，如果有質(zhì)量問題，KMMES先匯報(bào)給質(zhì)量系統(tǒng)，等待質(zhì)量部門處理意見后反饋回KMMES的檢驗(yàn)員匯報(bào)界面，檢驗(yàn)員確認(rèn)后匯報(bào)給ERP系統(tǒng)。

    KMMES作業(yè)執(zhí)行過(guò)程管理的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了工序級(jí)加工情況的可追溯管理，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量問題，也為后續(xù)質(zhì)量問題分析和責(zé)任追究提供證據(jù)支持。

3 基于監(jiān)控平臺(tái)的可視化管理

    KMMES的監(jiān)控平臺(tái)，由兩部分組成：一部分是為車間管理人員服務(wù)的車間生產(chǎn)監(jiān)控模塊，利用車間LED大屏幕和觸摸屏屏保來(lái)展示。

    通過(guò)三維／二維圖形化顯示進(jìn)行直觀的、實(shí)時(shí)的生產(chǎn)過(guò)程的重現(xiàn)(圖4是KMMES系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控三維顯示模塊)；通過(guò)計(jì)劃執(zhí)行看板使管理人員及時(shí)地了解設(shè)備的加工情況、計(jì)劃的執(zhí)行情況、生產(chǎn)資源的調(diào)度情況和報(bào)警信息等實(shí)際狀況；通過(guò)車間通知模塊顯示車間最新通知、通報(bào)和宣傳標(biāo)語(yǔ)。第二部分是為車間維護(hù)人員服務(wù)的報(bào)警監(jiān)控。對(duì)于啟動(dòng)KMMES報(bào)警事件流程的報(bào)警信息第一時(shí)間通過(guò)系統(tǒng)郵件發(fā)送到相關(guān)維護(hù)人員，從而進(jìn)行有效、迅速的響應(yīng)，及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的各種事件，以保證整個(gè)生產(chǎn)車間的正常運(yùn)行。

圖4 KMMES系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控三維顯示模塊

4 強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)分析

    在實(shí)際生產(chǎn)工作中，車間經(jīng)常需要獲得生產(chǎn)過(guò)程中的各類生產(chǎn)情況的匯總報(bào)表信息。KMMES統(tǒng)計(jì)分析模塊，通過(guò)報(bào)表、線型圖、餅狀圖和柱狀圖等數(shù)據(jù)的展示手段，實(shí)現(xiàn)了人員統(tǒng)計(jì)、設(shè)備統(tǒng)計(jì)、物料統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)開始和任務(wù)統(tǒng)計(jì)。星航公司的KMMES還提供了靈活的報(bào)表定制功能，系統(tǒng)用戶可以通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置新增所需的統(tǒng)計(jì)內(nèi)容、顯示格式等。

    網(wǎng)上調(diào)度會(huì)是星航公司KMMES統(tǒng)計(jì)查詢模塊的一大亮點(diǎn)功能模塊。在同一界面中按照月、周、日3類時(shí)間以表格的形式顯示各個(gè)班組總計(jì)劃數(shù)、已完計(jì)劃數(shù)、未完計(jì)劃數(shù)、工序完成率等，通過(guò)鉆取表格中的數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步查詢相應(yīng)的計(jì)劃、工序，再通過(guò)這些計(jì)劃可以鉆取查詢相應(yīng)的物料、刀具、工裝等生產(chǎn)準(zhǔn)備情況，方便簡(jiǎn)單地操作為車間領(lǐng)導(dǎo)會(huì)議講評(píng)和決策分析提供數(shù)據(jù)支持，大大地提升了車間基礎(chǔ)執(zhí)行層的管理能力。

5 全面的系統(tǒng)集成

    基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是運(yùn)行MES的前提。按照星航公司的實(shí)際管理對(duì)KMMES系統(tǒng)定義數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)制造的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)象及車間資源狀態(tài)和其分配信息進(jìn)行管理，使MES系統(tǒng)能與車間的實(shí)際業(yè)務(wù)模式相適應(yīng)，為下一步制定出更加切實(shí)可行、執(zhí)行度高的生產(chǎn)計(jì)劃打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。不僅如此，實(shí)施全面的系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)了開放式集成化的信息流管理，提升了現(xiàn)有生產(chǎn)管理系統(tǒng)性能，推進(jìn)了數(shù)控車間生產(chǎn)管理的數(shù)字化。

    通過(guò)KMMES工程化應(yīng)用技術(shù)，與ERP、PDM、DNC／MDC等系統(tǒng)有效集成，構(gòu)建了數(shù)字化車間協(xié)同制造平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息集成與共享。通過(guò)與ERP系統(tǒng)的集成，獲取生產(chǎn)計(jì)劃、工具／工裝等物料信息、標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)等基礎(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)；通過(guò)與PDM工藝系統(tǒng)集成，獲取工藝BOM、二維、三維工藝文件、NC程序等基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)；通過(guò)與人力資源系統(tǒng)的集成，獲取人員工種、班組、狀態(tài)等信息數(shù)據(jù)；通過(guò)與DNC／MDC系統(tǒng)集成，獲取機(jī)床設(shè)備的動(dòng)態(tài)信息等等。

6 條碼技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

    在生產(chǎn)制造過(guò)程中，物料信息和零部件信息是車間數(shù)據(jù)管理的一大難題，為了解決數(shù)據(jù)錄入和數(shù)據(jù)采集這一“瓶頸”問題，企業(yè)對(duì)這些信息進(jìn)行規(guī)范化編碼管理，并引入條碼技術(shù)應(yīng)用于KMMES系統(tǒng)。由于一維碼數(shù)據(jù)容量小，只能包含字母和數(shù)字、容錯(cuò)能力差等缺點(diǎn)，星航公司車間選用了二維條碼技術(shù)。在KMMES系統(tǒng)中應(yīng)用于員工卡、交檢單、轉(zhuǎn)移單等系統(tǒng)輸人輸出端，極大地方便了工人軟件登錄，信息查詢等操作，為車間的物料信息管理和生產(chǎn)制造過(guò)程管理提供了有力的技術(shù)支持，對(duì)提高KMMES系統(tǒng)的應(yīng)用效率起到了積極作用，真正地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的信息化。

MES的效益分析

    通過(guò)MES工程化應(yīng)用，為星航公司數(shù)控車間生產(chǎn)制造帶來(lái)了巨大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

    (1)管理水平帶動(dòng)生產(chǎn)效率共同提高。通過(guò)KMMES的實(shí)施，降低了數(shù)控車問生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本，具體表現(xiàn)在典型型號(hào)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程中設(shè)備綜合利用效率提高了14．1％，通過(guò)單元化流水作業(yè)方式，典型關(guān)重件／瓶頸零件制造周期縮短了28．6％。

    (2)排產(chǎn)效率和精準(zhǔn)性得到了大幅提高。實(shí)施KMMES前人工計(jì)劃排產(chǎn)時(shí)間粗略，不利于提高制造效率，特別是對(duì)于臨時(shí)插單的任務(wù)，一般是由計(jì)劃調(diào)度員和設(shè)備操作者商定完成時(shí)間；實(shí)施后通過(guò)高級(jí)排產(chǎn)，結(jié)合設(shè)備負(fù)荷率，可以精準(zhǔn)的調(diào)整出排產(chǎn)計(jì)劃。排產(chǎn)花費(fèi)時(shí)間只需實(shí)施前30％左右。由于實(shí)施KMMES后的排產(chǎn)結(jié)果更加合理，瓶頸設(shè)備的任務(wù)堆積情況大為減輕。

    (3)生產(chǎn)任務(wù)的準(zhǔn)備周期大幅減少。KMMES在生產(chǎn)準(zhǔn)備階段的應(yīng)用和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控看板功能的實(shí)施，生產(chǎn)所需的各項(xiàng)生產(chǎn)資源由系統(tǒng)根據(jù)計(jì)劃自動(dòng)生成，負(fù)責(zé)生產(chǎn)準(zhǔn)備的工作人員可以快速有序的安排準(zhǔn)備工作，與實(shí)施前相比，任務(wù)準(zhǔn)備時(shí)間減少了40％，停機(jī)待料的情況比實(shí)施前減少了75％。并且通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控使車問各種異常和報(bào)警事件能得到迅速反應(yīng)和處理，車間任務(wù)因各種異常而中斷的情況比以前大為減少。

MES的發(fā)展目標(biāo)

    星航公司在實(shí)施MES之初確立了MES“五步走”的發(fā)展目標(biāo)。2010年星航公司根據(jù)批復(fù)的MES項(xiàng)目可行性研究報(bào)告，開始調(diào)研、討論、論證，再到技改項(xiàng)目申報(bào)、審批，招標(biāo)、項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)歷了1年半時(shí)間，基本完成了規(guī)范原始數(shù)據(jù)、信息化排產(chǎn)、細(xì)化過(guò)程流程，建立了強(qiáng)大的車間制造執(zhí)行系統(tǒng)，加強(qiáng)了車間生產(chǎn)過(guò)程的控制，完成了星航公司MES發(fā)展目標(biāo)的第一步。

    第二步，通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程流程，引進(jìn)先進(jìn)科學(xué)的管理制度，來(lái)優(yōu)化MES的系統(tǒng)功能，確立和實(shí)現(xiàn)MES車間中間執(zhí)行層的價(jià)值。

    第三步，通過(guò)優(yōu)化MES，加強(qiáng)調(diào)度管理能力，提高調(diào)度車間資源的有效性和響應(yīng)問題的及時(shí)性。

    第四步，通過(guò)先進(jìn)管理理念和成熟的信息化軟件支持，實(shí)現(xiàn)了與生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量系統(tǒng)無(wú)縫集成，進(jìn)而推動(dòng)車間綜合管理的全面優(yōu)化。

    第五步，邁向MES的終極目標(biāo)，管理層結(jié)合MES(代表著是車間的實(shí)力與能力)進(jìn)行車間的決策和未來(lái)規(guī)劃。

結(jié)束語(yǔ)

    星航公司KMMES的建設(shè)基本覆蓋了數(shù)控銑床、普通銑床、數(shù)控車床、普通車床、線切割、鏜床、刨床、磨床及鉗工設(shè)備等近百臺(tái)機(jī)加設(shè)備，以及管理、計(jì)劃、調(diào)度、工藝、操作、核算等在職人員，完成了從計(jì)劃任務(wù)到最終產(chǎn)品的生產(chǎn)活動(dòng)的全生命周期管理與監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控車間對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的資源管理、數(shù)據(jù)管理、作業(yè)計(jì)劃、工藝設(shè)計(jì)、執(zhí)行控制和質(zhì)量管理等核心業(yè)務(wù)過(guò)程的閉環(huán)管理模式，同時(shí)通過(guò)與ERP、PDM、質(zhì)量等信息系統(tǒng)的有效集成，將當(dāng)前精確的數(shù)據(jù)及時(shí)傳遞并分散到各個(gè)相關(guān)流程部門處理，引導(dǎo)、響應(yīng)和報(bào)告車間的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，大大提升了解決問題的能力，推進(jìn)了數(shù)控車間生產(chǎn)管理的數(shù)字化進(jìn)程。

    MES發(fā)展之路還需要一個(gè)很長(zhǎng)的過(guò)程進(jìn)行探索與創(chuàng)新，我們將一步一個(gè)腳印，努力打造信息化數(shù)控車間，并將此經(jīng)驗(yàn)向星航公司其他專業(yè)車間推廣，為全面建設(shè)具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的航天裝備企業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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本文標(biāo)題：借力MES/ERP打造信息化數(shù)控車間

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