制造業(yè)從傳統(tǒng)上分為兩大類，一類是以流程制造方式為主的集約型制造業(yè)，另一類則是以零星生產(chǎn)方式為主的離散型制造業(yè)。離散型企業(yè)典型特點(diǎn)是品種多、批量小、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品質(zhì)量要求高。

    機(jī)械制造企業(yè)作為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品集成的前端，在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品周期上起著決定作用。機(jī)械加工企業(yè)涉及設(shè)備多、人員多、零件加工流程復(fù)雜、工時(shí)結(jié)算復(fù)雜等特點(diǎn)，信息化建設(shè)一直是一個(gè)難點(diǎn)，因此信息化水平相對(duì)較低。MES作為企業(yè)計(jì)劃和車間作業(yè)現(xiàn)場聯(lián)系的紐帶，實(shí)現(xiàn)企業(yè)連續(xù)的信息流和提高企業(yè)的敏捷性。現(xiàn)代制造企業(yè)不僅需要實(shí)用的計(jì)劃系統(tǒng)，而且更需要使計(jì)劃落實(shí)到實(shí)處的MES。

    本文結(jié)合華東電子工程研究所在機(jī)械加工車間實(shí)施MES的過程，分析MES建設(shè)的難點(diǎn)問題及解決辦法，建設(shè)內(nèi)容及達(dá)到的效果，對(duì)離散型制造企業(yè)MES的建設(shè)提供有力借鑒，對(duì)提高相關(guān)企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化管理的信心具有重要意義。

1 MES建設(shè)的系統(tǒng)功能

    1.1 離散型企業(yè)MES現(xiàn)狀

    MES的開發(fā)與使用是兩個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，兩者之間有一定的“代溝”。集約型企業(yè)的MES流程開發(fā)特點(diǎn)相近，在煙草、化工、食品等行業(yè)MES使用相對(duì)成熟。離散制造業(yè)企業(yè)經(jīng)營管理模式不盡相同，規(guī)模相對(duì)較小，MES軟件開發(fā)要結(jié)合企業(yè)管理。目前離散型企業(yè)使用的MES功能大多功能單一，系統(tǒng)集成性差。離散型企業(yè)的MES一般都是按照企業(yè)自身定制的系統(tǒng)，因此離散型MES的可推廣性比集約型MES要差，特別是在產(chǎn)品的制造環(huán)節(jié)，離散型企業(yè)應(yīng)用MES在實(shí)現(xiàn)任務(wù)分解、排產(chǎn)、制品追蹤、檢驗(yàn)、成本核算、產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)等方面比集約型制造企業(yè)復(fù)雜的多。

    1.2 成為信息孤島的紐帶

    在研發(fā)MES前，華東電子工程研究所已完成多個(gè)信息化系統(tǒng)的建設(shè)，制造信息系統(tǒng)(Manufacturer Information System，MIS)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品計(jì)劃投產(chǎn)，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Date Management，PDM)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理，物流系統(tǒng)(Logistics System，LS)實(shí)現(xiàn)原材料、半成品及成品物料管理，車間分布式數(shù)字控制(Direct Numerical Control，DNC)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床程序的遠(yuǎn)程控制及管理，工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(Computer Aided Process Planning，CAPP)實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)、審批、存貯的網(wǎng)絡(luò)化等信息化系統(tǒng)。但是隨著信息化建設(shè)的深入，部分系統(tǒng)之間存在著信息不能共享的問題，例如制造信息系統(tǒng)的產(chǎn)品計(jì)劃不能直接反饋到車間及產(chǎn)品零部件生產(chǎn)過程中，CAPP系統(tǒng)的制造BOM與PDM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)BOM沒有集成，CAPP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原材料沒有與物流系統(tǒng)集成等，信息孤島現(xiàn)象越來越明顯。為實(shí)現(xiàn)企業(yè)至上而下的信息暢通，通過MES實(shí)現(xiàn)信息化系統(tǒng)上下游的銜接，把企業(yè)計(jì)劃與車間作業(yè)現(xiàn)場聯(lián)系起來。MES是頂層計(jì)劃的延伸及紐帶，為了達(dá)到信息共享，MES與多個(gè)系統(tǒng)的集成內(nèi)容見表1。

表1 MES集成信息表

    1.3 解決加工現(xiàn)場的“黑箱”

    目前車間生產(chǎn)管理人員無法通過信息化平臺(tái)及時(shí)掌握生產(chǎn)過程的情況，對(duì)車間生產(chǎn)進(jìn)度無法了解，缺乏有效的數(shù)據(jù)支撐統(tǒng)計(jì)和考核手段；生產(chǎn)管理人員很難準(zhǔn)確根據(jù)自身的產(chǎn)能對(duì)某一個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)周期給出合理的預(yù)測，并且不能提前核算目前的投產(chǎn)任務(wù)是否超出了自身產(chǎn)能及超出多少需要外協(xié)；制造設(shè)備缺乏信息化管理，加工設(shè)備的有效利用率無法統(tǒng)計(jì)；生產(chǎn)實(shí)時(shí)狀況是一個(gè)“黑箱”，人工管理的有效程度基本飽和，遺漏生產(chǎn)任務(wù)的情況時(shí)有發(fā)生，部件往往因缺少裝配元素而耽誤整個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃。因此，如何優(yōu)化生產(chǎn)現(xiàn)場的管理、提高生產(chǎn)的效率、并達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場的有效控制成為制造車間日益需要解決的問題。

    為解決生產(chǎn)現(xiàn)場的“黑箱”，系統(tǒng)進(jìn)行以下幾個(gè)方面的建設(shè)：零部件計(jì)劃排產(chǎn)、生產(chǎn)現(xiàn)場管理、零部件質(zhì)量檢驗(yàn)、刀量具管理、機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控、零部件外協(xié)管理。系統(tǒng)建成后解決生產(chǎn)計(jì)劃不科學(xué)、產(chǎn)品壽命無追蹤、工量具使用無記錄、機(jī)床狀態(tài)不明了的“黑箱”狀態(tài)。

2 MES系統(tǒng)部署及主要建設(shè)內(nèi)容

    2.1 MES的系統(tǒng)部署

    MES系統(tǒng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)服務(wù)器是為實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的；而應(yīng)用服務(wù)器是為實(shí)現(xiàn)外部系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)同步、機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控的數(shù)據(jù)管理、支撐系統(tǒng)中B/S構(gòu)架的模塊功能構(gòu)建的。系統(tǒng)部署如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)部署

    2.2 系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)容

    計(jì)劃排產(chǎn)，以制造信息系統(tǒng)的產(chǎn)品計(jì)劃節(jié)點(diǎn)為依據(jù)，參照定額工時(shí)及各個(gè)工種的產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)零件的自動(dòng)排產(chǎn)；對(duì)于批次較多的零部件可以分批次排產(chǎn)，并支持緊急插單功能；通過圖形化排產(chǎn)圖表隨時(shí)查看任務(wù)的完成情況。

    計(jì)劃調(diào)度，對(duì)投產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行分解生成作業(yè)計(jì)劃明細(xì)，同時(shí)生成作業(yè)計(jì)劃及投產(chǎn)前的準(zhǔn)備計(jì)劃，包括材料需求清單、工裝及刀具準(zhǔn)備清單等。計(jì)劃根據(jù)當(dāng)前車間資源情況進(jìn)行計(jì)劃下達(dá)或外協(xié)分派。

    機(jī)床數(shù)據(jù)采集，通過提取每臺(tái)機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)，可以準(zhǔn)確測出每臺(tái)設(shè)備的開機(jī)時(shí)間、有效加工時(shí)間、空載時(shí)間、停機(jī)時(shí)間、故障時(shí)間和維修時(shí)間等；建立設(shè)備檔案，可建立設(shè)備開動(dòng)率和設(shè)備完好率、設(shè)備使用效率等信息檔案。

    質(zhì)量檢驗(yàn)，記錄零部件的質(zhì)量信息以及質(zhì)量問題解決流程，以及質(zhì)量結(jié)果分類統(tǒng)計(jì)。

    刀量具管理，實(shí)現(xiàn)提前根據(jù)DNC程序刀具清單配備刀具及夾具，以及刀量具的追逐、預(yù)警等功能。決策分析功能，通過系統(tǒng)建立零部整件完整的質(zhì)量信息、產(chǎn)品計(jì)劃完成信息、生產(chǎn)車間生產(chǎn)任務(wù)信息，為管理者決策提供有力的根據(jù)。

3 MES關(guān)鍵問題解決

    系統(tǒng)的部署及建設(shè)內(nèi)容從總體上解決了需求問題，但能否解決系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵問題是關(guān)系系統(tǒng)建設(shè)成敗的關(guān)鍵。經(jīng)過分析國內(nèi)外MES系統(tǒng)的使用情況，并結(jié)合使用對(duì)象特點(diǎn)，總結(jié)出系統(tǒng)建設(shè)中需解決的關(guān)鍵問題有3個(gè)方面。

    3.1 MES建設(shè)的選型

    目前國內(nèi)MES系統(tǒng)很多，成熟度良莠不齊，MES包含的建設(shè)內(nèi)容各不相同。解決車間問題的側(cè)重點(diǎn)也不相同，因此如何研發(fā)適合本單位的MES成為解決問題的關(guān)鍵所在。

    對(duì)于離散型企業(yè)大多處在應(yīng)用MES的部分單一功能，多功能的MES使用成功率很低，并且與其他系統(tǒng)的集成也相對(duì)較差。華東電子工程研究所屬典型的多品種、小批量的離散型企業(yè)。目前市場上沒有一款滿足需求的MES系統(tǒng)。因?yàn)楠?dú)自開發(fā)MES的周期太長，最終采用聯(lián)合開發(fā)的建設(shè)方式，系統(tǒng)構(gòu)架雙方共同完成，系統(tǒng)功能闡述由被實(shí)施方完成，系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)由實(shí)施方負(fù)責(zé)，為便于系統(tǒng)以后接口的變更及擴(kuò)展，系統(tǒng)集成由雙方共同完成。通過采用聯(lián)合開發(fā)的方式，解決了MES“水土不服”問題。

    3.2 現(xiàn)場信息的采集

    生產(chǎn)現(xiàn)場信息采集方式是車問信息化建設(shè)的“瓶頸”，目前解決生產(chǎn)現(xiàn)場信息采集的方式主要有條碼掃描和射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)。由于機(jī)械加工生產(chǎn)車間現(xiàn)場的環(huán)境所限，導(dǎo)致生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)物(零件、圖紙及工藝等)很難保證潔凈，在采用接觸式讀取技術(shù)時(shí)就會(huì)導(dǎo)致信息讀取不出，因此要使用的技術(shù)必須防止讀取污染。

    如使用條碼掃描讀取技術(shù)，必須解決現(xiàn)場條碼污染問題。在實(shí)際使用時(shí)，如果單獨(dú)打印防污染條碼，然后粘貼在圖紙或生產(chǎn)工藝上，由于每天投產(chǎn)圖紙較多，工作量大增，不符合信息化發(fā)展的初衷；如果直接打印在圖紙或工藝上，然后對(duì)圖紙或工藝進(jìn)行過塑防污，同樣帶來工作量大增并造成“白色污染”問題。

    如使用RFID技術(shù)，雖然可以解決條碼污染問題，但硬件投入及信息的對(duì)應(yīng)也造成投入大增，每次生產(chǎn)任務(wù)的唯一性導(dǎo)致射頻編碼不能重復(fù)使用也造成成本增加。

    為解決以上問題，并能發(fā)揮條碼掃描的優(yōu)勢，采用在零部件經(jīng)過計(jì)劃排產(chǎn)后，根據(jù)CAPP設(shè)計(jì)的工藝流程自動(dòng)流轉(zhuǎn)到下道工序，然后由班組長登陸系統(tǒng)后對(duì)任務(wù)進(jìn)行分配(分配到具體設(shè)備及人員)。員工采用條碼掃描本人工作證方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)登陸，通過在系統(tǒng)中點(diǎn)擊任務(wù)開始、任務(wù)結(jié)束的方式來實(shí)現(xiàn)制造過程信息的獲取，避免紙質(zhì)條形碼受污染后信息獲取困難問題。

    3.3 生產(chǎn)排產(chǎn)實(shí)現(xiàn)方法

    生產(chǎn)MES的計(jì)劃排產(chǎn)，從ERP(EntERPrise Resources Planning，企業(yè)資源管理)或其他計(jì)劃系統(tǒng)讀取產(chǎn)品計(jì)劃，多數(shù)企業(yè)面臨由于長期的計(jì)劃積累，計(jì)劃系統(tǒng)內(nèi)存在海量產(chǎn)品數(shù)據(jù)，系統(tǒng)集成后需開發(fā)實(shí)用的篩選方法，數(shù)據(jù)可根據(jù)時(shí)間、產(chǎn)品型號(hào)、制造方式等對(duì)系統(tǒng)信息進(jìn)行篩選；通過與物流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，在排產(chǎn)前對(duì)庫房是否有原材料進(jìn)行判斷；滿足條件后運(yùn)用排產(chǎn)規(guī)則對(duì)符合要求的零部件進(jìn)行排產(chǎn)。計(jì)劃排產(chǎn)實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)流程見圖2。

圖2 計(jì)劃排產(chǎn)實(shí)現(xiàn)流程圖

4 建設(shè)MES的成效

    經(jīng)過MES系統(tǒng)的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品零部件的計(jì)劃排產(chǎn)、全流程追逐；產(chǎn)品質(zhì)量、機(jī)床狀態(tài)、刀量具管理實(shí)現(xiàn)了信息化管理。零部件的全流程追溯的實(shí)現(xiàn)，提高了產(chǎn)品零部件按計(jì)劃完成的比率；機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控及質(zhì)量信息化管理，增加了員工工作的責(zé)任心，產(chǎn)品合格率得到了提升。決策支持功能，提高了車間管理者對(duì)車間資源使用情況、任務(wù)飽和度、項(xiàng)目計(jì)劃的掌控，為決策的科學(xué)性和可行性提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

    但系統(tǒng)在使用過程中也暴露了很多問題。由于系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容較多，建設(shè)主次層次不清晰，導(dǎo)致MES系統(tǒng)在實(shí)際使用時(shí)出現(xiàn)了不少問題。如：在零部件較多時(shí)計(jì)劃排產(chǎn)速度跟不上車間工作節(jié)奏，目前只能做到重點(diǎn)產(chǎn)品的計(jì)劃排產(chǎn)；由于車間加急任務(wù)多，插單后對(duì)原有計(jì)劃排產(chǎn)造成的沖擊很難評(píng)估；由于系統(tǒng)覆蓋面廣，使用該系統(tǒng)的人員信息化水平參差不齊，因此在系統(tǒng)的方案階段就盡量簡化人員對(duì)系統(tǒng)的操作，開發(fā)的系統(tǒng)流程應(yīng)簡單易用。這些問題為后續(xù)系統(tǒng)的優(yōu)化指明了方向。

5 總結(jié)

    通過調(diào)研當(dāng)前MES實(shí)際使用情況，立足機(jī)械加工車間的實(shí)際需要，通過提出建設(shè)目標(biāo)、建設(shè)內(nèi)容，最后對(duì)建設(shè)過程中的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析解決。建設(shè)了一套可行的MES系統(tǒng)，平問基本實(shí)現(xiàn)信息化。通過MES排產(chǎn)重點(diǎn)產(chǎn)品計(jì)劃得到保障，零部件加工狀態(tài)、完成時(shí)間、操作者及設(shè)備信息、質(zhì)量狀況信息可隨時(shí)查看，外協(xié)任務(wù)審批網(wǎng)絡(luò)化，車間實(shí)現(xiàn)任意時(shí)間內(nèi)產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)、人員工時(shí)結(jié)算等信息化管理。

    經(jīng)過系統(tǒng)實(shí)施，設(shè)備利用率、車間的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品的質(zhì)量得到提高，并為提高后續(xù)產(chǎn)品計(jì)劃安排的科學(xué)性和可行性及后續(xù)車間建立無圖化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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本文標(biāo)題：離散型制造車間MES的研究及實(shí)現(xiàn)

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