0 引言
制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution system，簡稱MES)是美國AMR公司(Advanoed Manufacturing Research，Inc.)在90年代初提出的，旨在加強MRP計劃的執(zhí)行功能，把MRP計劃同車間作業(yè)現(xiàn)場控制，通過執(zhí)行系統(tǒng)聯(lián)系起來。我國工業(yè)企業(yè)對MES層的認識相對落后，主要源于信息孤島和缺損環(huán)鏈。國內最早的MES是20世紀80年代寶鋼建設初期從SIEMENS公司引進的。因此，加強對MES的研究和推廣應用，探索MES的發(fā)展道路，對于提高我國企業(yè)的管理水平，增強制造業(yè)的競爭實力具有重要的意義。離散制造業(yè)由于其產品特點和工藝流程的復雜性，ERP系統(tǒng)建設過程存在很大問題，本文通過設計和開發(fā)車間制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)來彌補行業(yè)車間制造業(yè)ERP系統(tǒng)的先天不足。
1 制造執(zhí)行(MES)方案設計
ERP系統(tǒng)的概念來源于制造企業(yè)，其優(yōu)勢在于訂單拉動生產。ERP系統(tǒng)僅僅實現(xiàn)了將任務(生產工單)下達到生產車間，但是對于任務的后續(xù)管理幾乎空白，而在實際車間生產管理過程中，車間生產管理者會經常有這樣的疑問：產品是否已具備裝配條件？任務是否已分配？分配給了誰？物料目前在什么地方？誰轉移走的？誰做的接收？設備加工能力是否足夠？有多少任務在排隊等待？操作者手上已分配了哪些任務？等等，這些問題在很大程度上困擾著生產管理者。為了解決車間的生產過程控制，通過不斷實踐和總結，形成如下離散制造業(yè)車間制造執(zhí)行(以下簡稱MES)方案，從而實現(xiàn)對ERP生產管理功能有效的擴充、完善和延伸，并實現(xiàn)與ERP系統(tǒng)有效集成對接。
生產管理通常劃分為兩個層面：生產計劃層和生產執(zhí)行層。生產計劃層主要包括：主生產計劃(MDS)、能力需求計劃(CRP)、物料需求計劃(MRP)和生產工單等，這在ERP系統(tǒng)中已經有了很好的解決方案，本文所要討論的主要是生產執(zhí)行層面的系統(tǒng)建設。根據企業(yè)的生產管理特點，同時兼顧與ERP系統(tǒng)的集成性，生產執(zhí)行層面應該具備以下主要功能：生產任務接收與反饋、任務派發(fā)和領取、完工匯報、半品庫存、生產物流、委外加工及物資持出、點件包裝、質量控制、成本統(tǒng)計、資源管理及統(tǒng)計分析等。系統(tǒng)總體架構圖如圖1所示。
圖1 MES系統(tǒng)總體架構圖
1.1 任務接收及反饋
ERP產生生產任務之后，MES系統(tǒng)啟動任務接收請求，分析判斷生產任務是否需要下載，如果需要就將ERP系統(tǒng)的生產任務下載到MES系統(tǒng)。
MES系統(tǒng)應提供兩種任務下載方式：自動下載和手工下載，用戶還可以設置選擇采用逐條下載還是批量下載。對于ERP系統(tǒng)中增補和追加的臨時任務還可以通過MES加載功能實現(xiàn)下載，從而保障上層ERP系統(tǒng)和車間底層MES系統(tǒng)的數(shù)據一致性。對于已經在MES系統(tǒng)中處于“完工”狀態(tài)的任務可以自動進行任務狀態(tài)的反饋，從而保證ERP系統(tǒng)生產任務的閉環(huán)管理。如圖2所示。
圖2 MES系統(tǒng)的任務接收及反饋圖
1.2 任務派發(fā)及領取
通常ERP系統(tǒng)只是將生產任務發(fā)放到車間，但是具體在哪個設備上執(zhí)行、具體的操作者是誰在ERP中不能指定。在MES系統(tǒng)中，需要進行生產任務的二次分配和調度，為生產任務分配具體的加工設備和操作者，同時形成詳細的工序執(zhí)行計劃。MES系統(tǒng)的任務派發(fā)及領取流程如圖3所示。
圖3 MES系統(tǒng)的任務派發(fā)及領取流程圖
從圖3可知，操作者可以劃卡進入MES系統(tǒng)查看“我的任務列表”，執(zhí)行任務領取。在任務派發(fā)過程中可以查看當前的設備任務排隊狀況，從而掌握設備生產能力，也可查看操作者任務隊列，掌握操作者“繁忙程度”。因此，生產管理者可很好地進行車間生產任務的派發(fā)和詳細生產計劃的安排。
1.3 完工匯報
MES系統(tǒng)的完工匯報過程如圖4所示。從圖4可知，任務派發(fā)到工作單元后，該任務的狀態(tài)變?yōu)椤皥?zhí)行狀態(tài)”。該工作單元的操作者領取任務并執(zhí)行加工活動，待完成工作后進行MES系統(tǒng)劃卡報完工，同時MES系統(tǒng)啟動完工反饋請求，將MES完工信息反饋到ERP系統(tǒng)。MES系統(tǒng)完工匯報時需要輸入送料員、接料員、檢查員等信息，以便后期進行物料的移動線索及質量追溯。
同時，還要輸入加工實動工時。如果該工作單元的操作者還有有協(xié)作者，MES系統(tǒng)會根據用戶輸入的分配比例自動分配每個操作者的個人完成工時。完工匯報之后任務的狀態(tài)變化為“完工狀態(tài)”。
圖4 MES系統(tǒng)的完工匯報流程圖
1.4 半品庫存
MES系統(tǒng)的半成品庫存流程如圖5所示。
待工件全部工序加工活動執(zhí)行結束，經檢驗合格之后需要辦理交庫手續(xù)(對于直接轉入裝配現(xiàn)場的工件用戶可選擇是否辦理虛擬交庫手續(xù))。從圖5可知，MES系統(tǒng)將根據任務完工匯報信息自動形成工件入庫隊列，從而簡化半品入庫操作。通過規(guī)范半品庫存的管理，可以實現(xiàn)對在制品物流過程的審計跟蹤，同時也可以簡化在制品的統(tǒng)計分析工作。
圖5 MES系統(tǒng)的半品庫存流程圖
1.5 生產物流
車間生產物流將涉及三個方面的內容：材料領用、工件轉移和完工交庫。
MES系統(tǒng)的生產物流如圖6所示。將根據ERP材料定額自動產生限額發(fā)料單(材料品種、規(guī)格、請發(fā)數(shù)量等)，生產加工領用時在系統(tǒng)中登記材料實際發(fā)放數(shù)量，將限額發(fā)料數(shù)量與實際發(fā)放數(shù)量之間的差異作為生產管理的重點，管理者要分析差異構成，差異產生的原因、并找到后續(xù)改進措施。這個環(huán)節(jié)重點是要嚴格履行領料制度，嚴肅限額發(fā)料單管理，從而保證倉庫賬實相符。
工件轉移是指從當前工序移動到下一工序的過程，可以是作業(yè)區(qū)內部的移動，也可以是作業(yè)區(qū)間的移動，通常作業(yè)區(qū)間的工件移動需要記錄雙方交接手續(xù)，記錄工件移動時間、送料人、接料人等信息，以便后續(xù)追溯物流路徑。車間經常發(fā)生工件找不到或者丟失現(xiàn)象，對工件移動的記錄能夠很好地克服這些問題，用戶通過MES系統(tǒng)能夠方便地查詢物料當前所處的位置。
完工交庫即將工件轉入半品庫存管理。
圖6 MES系統(tǒng)的生產物流圖
1.6 委外加工及物資持出
整體、零件和工序等所有委外業(yè)務需嚴格履行委外申請和審批手續(xù)。MES系統(tǒng)委外加工及物資持出情況如圖7所示。在MES系統(tǒng)中記錄申請委外的生產任務號、零件號、零件名稱、委外數(shù)量、申請人和審批人等信息，并開立委外物資持出證明(出門證)。待委外活動結束，物資返還之后在MES系統(tǒng)中進行登記消帳，表明物資已返還，這樣可以加強和控制物資流失。
圖7 MES系統(tǒng)委外加工及物資持出圖
1.7 點件包裝
企業(yè)將產品交付給客戶現(xiàn)場安裝過程中經常發(fā)生丟件、漏件現(xiàn)象，企業(yè)信譽和形象受到很大影響，因此而發(fā)生的現(xiàn)場補制費用無法預計。而這種問題的產生，究其原因還是企業(yè)在產品點件包裝過程中沒有規(guī)范化的管理造成的。
MES系統(tǒng)點件包裝如圖8所示。從圖8可知，MES能很好地解決這些問題，從ERP產品明細表(BOM)自動生成裝箱單明細，在包裝過程中根據實際裝箱情況形成實際裝箱明細，裝箱結束之后用戶從MES系統(tǒng)打印實際裝箱明細，與工件一起封裝在包裝箱內，交付客戶，并作為安裝現(xiàn)場點件的依據。
圖8 MES系統(tǒng)點件包裝圖
1.8 質量控制
借助MES系統(tǒng)質量模塊能夠追蹤工件的加工者及質量檢查的報告者等信息，為質量事故的追蹤和責任追溯提供良好的信息依據。要登記發(fā)生質量問題的生產任務號、工件編號、工件名稱、廢品數(shù)量、所在工作單元，是工費還是料費，廢品工時是多少，等等，通過這些信息可以為以后進行質量成本分析提供很好的數(shù)據依據，分析質量造成的損失。
1.9 成本統(tǒng)計
通過MES系統(tǒng)進行生產直接材料的統(tǒng)計，還可進行生產工人個人完成工時的統(tǒng)計，依據這些統(tǒng)計信息進行材料成本和人工成本的歸集，編制生產成本報表，提交財務。
1.10 資源管理(設備、人員、工具、量具、胎具等)
MES系統(tǒng)對設備、人員等資源進行統(tǒng)一定義和管理，為工作單元分配具體的生產設備，也可為工作單元分配具體的生產工人，從而建立起來工作單元、設備以及生產工人三者之間的對應關系，這樣可以簡化MES任務派發(fā)。MES系統(tǒng)還可以進行工具、量具、胎具等的管理。
1.11 統(tǒng)計分析及項目門戶
MES系統(tǒng)將提供豐富多樣的統(tǒng)計分析報表，可以按照不同的維度進行各種統(tǒng)計分析。例如常用的的統(tǒng)計分析報表應包括：產品成套性分析、工時統(tǒng)計分析(按產品、班組、個人等不同口徑)、設備任務隊列、設備利用率及待工情況等。
除了上述應該包括的統(tǒng)計分析報表之外，考慮到企業(yè)領導層都有登陸辦公自動化(OA)的習慣，但是沒有登陸ERP、CAPP、MES等系統(tǒng)的習慣，因此為了充分利用信息系統(tǒng)的信息共享優(yōu)勢，可以將生產信息統(tǒng)一提取到OA中進行展示，使OA成為進入企業(yè)信息平臺的門戶，從而實現(xiàn)ERP、MES等信息系統(tǒng)與OA的集成。在實際系統(tǒng)建設過程中可以考慮將銷售合同、生產計劃、生產備料信息、生產進度、生產質量等信息全部納入統(tǒng)一界面進行展示，從而建立和實現(xiàn)生產項目門戶管理，授權用戶可以查詢特定項目的設計、物供、生產、包裝、發(fā)運全過程，授權的客戶還可以登陸系統(tǒng)查看本單位項目執(zhí)行進度。
2 結束語
本文描述了離散制造業(yè)MES系統(tǒng)建設應該具備的功能和基本需求，通過在管理信息與自動化信息之間建立起MES系統(tǒng)，可以有效實現(xiàn)生產現(xiàn)場、業(yè)務管理及領導決策三層信息的上下貫通與流程控制，實現(xiàn)管理信息與自動化信息的有效融合。但企業(yè)信息化系統(tǒng)建設是一個系統(tǒng)工程，不能片面地將MES系統(tǒng)建設獨立于ERP之外。因此，MES系統(tǒng)建設過程中，要充分考慮與ERP系統(tǒng)的集成性問題，充分共享信息，從而真正實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化管理。
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