基于離散MES的企業(yè)生產(chǎn)管理研究

蘇松 劉熠潔

摘要：在全球制造業(yè)激烈競(jìng)爭(zhēng)、工業(yè)4.0興起背景之下，結(jié)合離散制造業(yè)行業(yè)特點(diǎn)，淺析制造執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)提高制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要性。根據(jù)制造執(zhí)行系統(tǒng)一般功能模塊以及行業(yè)特點(diǎn)，提出基于離散制造執(zhí)行系統(tǒng)的企業(yè)生產(chǎn)管理框架，并將該生產(chǎn)模式運(yùn)用到面向訂單需求的生產(chǎn)計(jì)劃中，提高訂單快速響應(yīng)和有效性。最后，文章結(jié)合實(shí)際案例，從企業(yè)需求、運(yùn)用到結(jié)果，為實(shí)例研究提供了重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：離散制造業(yè)；制造執(zhí)行系統(tǒng)；面向訂單需求

全球范圍內(nèi)各產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局正發(fā)生著巨大變化。發(fā)達(dá)國(guó)家開始實(shí)施“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，強(qiáng)化制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；發(fā)展中國(guó)家積極參與全球產(chǎn)業(yè)升級(jí)，并拓展國(guó)際市場(chǎng)。為在新的工業(yè)革命中占得先機(jī)，德國(guó)提出了“工業(yè)4.0”，即以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命。響應(yīng)《中國(guó)制造2025》號(hào)召，以智能制造為目標(biāo)，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，推進(jìn)制造業(yè)信息化與自動(dòng)化的深度融合，打造企業(yè)可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

企業(yè)為了取得足夠的市場(chǎng)份額，產(chǎn)品的細(xì)分現(xiàn)象愈加明顯，使人們對(duì)消費(fèi)需求的特性快速轉(zhuǎn)變成個(gè)性化消費(fèi)，這給企業(yè)提出了更復(fù)雜的要求，尤其是制造行業(yè)，例如汽車、電腦、手機(jī)等。大批量地生產(chǎn)單一產(chǎn)品已經(jīng)落后于時(shí)代的要求，快速地制造多種類產(chǎn)品才能滿足客戶的需求，這已經(jīng)成為制造業(yè)賴以生存的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

一、制造執(zhí)行系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展

20世紀(jì)90年代初，企業(yè)資源計(jì)劃和供應(yīng)鏈管理應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)車間層使用的制造管理系統(tǒng)發(fā)展成集成的MES。美國(guó)先進(jìn)制造研究協(xié)會(huì)AMR在1990年正式提出制造執(zhí)行系統(tǒng)，將物料需求計(jì)劃系統(tǒng)與車間控制系統(tǒng)之間的制造過程執(zhí)行層定義為MES。制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)MESA在1997年正式定義了MES：它能提供實(shí)現(xiàn)從接受訂單到最終產(chǎn)出的生產(chǎn)環(huán)節(jié)改善所需的信息。21世紀(jì)初，集成的MES演變成為協(xié)同MES，將MES原有的功能和其他系統(tǒng)以及人集成在一起，提升制造業(yè)敏捷化和智能化程度。為了使MES應(yīng)用效果不斷提升，各行業(yè)將特有的生產(chǎn)工藝、設(shè)備使用等不斷滲透，出現(xiàn)了適合不同企業(yè)的MES，使其得到了充分研究和應(yīng)用。由于國(guó)內(nèi)離散制造業(yè)自動(dòng)化程度不高、制造工藝不連續(xù)的特點(diǎn)，使得MES在離散制造業(yè)中應(yīng)用研究相對(duì)于外國(guó)還存在著很大差距。

MES是企業(yè)制造信息化的重要組成部分，它溝通了計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層控制系統(tǒng)，使“計(jì)劃”與“生產(chǎn)”緊密結(jié)合。MES強(qiáng)調(diào)控制和協(xié)調(diào)，可以使計(jì)劃落到實(shí)處，相關(guān)員工能夠及時(shí)了解到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的變化，并進(jìn)行準(zhǔn)確地判斷和快速地響應(yīng)，確保生產(chǎn)計(jì)劃獲得合理而又快速的調(diào)整。MES可以使計(jì)劃層的生產(chǎn)計(jì)劃根據(jù)車間的實(shí)際情況，如設(shè)備、人員、物料等，分解到每一工序、每一設(shè)備甚至每一分鐘，為企業(yè)精益生產(chǎn)提供可靠的技術(shù)保障。

二、離散制造業(yè)亟需制造執(zhí)行系統(tǒng)

精益生產(chǎn)是一種及時(shí)生產(chǎn)制造、消除一切故障和浪費(fèi)的生產(chǎn)管理方式，是持續(xù)改善企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的一種管理狀態(tài)，旨在大批量生產(chǎn)活動(dòng)中達(dá)到種類多、質(zhì)量高、成本低。敏捷制造是企業(yè)采用現(xiàn)代信息技術(shù)資源，快速有效地協(xié)調(diào)整合各類生產(chǎn)要素、配置各類資源，響應(yīng)市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)制造敏捷化的一種現(xiàn)代制造模式。離散型制造業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品一般是將多種原材料經(jīng)過階段性的工序生產(chǎn)加工，組裝成產(chǎn)品，并包裝出貨。實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)和敏捷制造的重點(diǎn)在于企業(yè)需要重視生產(chǎn)車間的各種生產(chǎn)活動(dòng)，需要借助先進(jìn)的執(zhí)行系統(tǒng)來(lái)提高現(xiàn)場(chǎng)管理水平和過程管控能力。目前，離散制造業(yè)在進(jìn)行敏捷制造和精益生產(chǎn)時(shí)普遍存在著供過于需、無(wú)法保證產(chǎn)品質(zhì)量、延期交貨、庫(kù)存積壓等許多問題。離散型制造業(yè)需要不斷提高企業(yè)信息化水平來(lái)解決以上問題。

目前，離散型制造業(yè)多數(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了ERP和車間現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，但是兩者都具有局限性。大多數(shù)企業(yè)ERP的生產(chǎn)計(jì)劃已經(jīng)無(wú)法滿足產(chǎn)品“快、短、少”的實(shí)際需要，生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度過于依賴手工作業(yè)和經(jīng)驗(yàn)，計(jì)劃的可行性和實(shí)時(shí)調(diào)整能力較差，生產(chǎn)過程不夠透明，相關(guān)管理人員無(wú)法及時(shí)獲取準(zhǔn)確的生產(chǎn)信息。沒有精細(xì)的生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度指令，就無(wú)法從容的進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)；為達(dá)到準(zhǔn)時(shí)交貨、順暢生產(chǎn)，就必須做到精細(xì)的生產(chǎn)計(jì)劃和即時(shí)的生產(chǎn)過程監(jiān)控。生產(chǎn)管理逐步走向執(zhí)行系統(tǒng)溝通計(jì)劃層與控制層的生產(chǎn)模式，更好的幫助企業(yè)完成生產(chǎn)任務(wù)，保證交貨期的準(zhǔn)時(shí)。因此，離散制造業(yè)亟需通過應(yīng)用制造執(zhí)行系統(tǒng)，從根本上解決計(jì)劃層與控制層的斷層，提升企業(yè)在當(dāng)今社會(huì)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

三、離散制造業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

相對(duì)連續(xù)制造業(yè)，離散制造業(yè)對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)的要求更嚴(yán)格：數(shù)據(jù)采集更加復(fù)雜、對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度的要求精準(zhǔn)、采用BOM結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模型等。根據(jù)MES功能模塊的劃分以及結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，離散制造業(yè)MES應(yīng)具備以下基本功能：a數(shù)據(jù)采集；b工藝管理；c詳細(xì)作業(yè)計(jì)劃調(diào)度；d過程控制；e質(zhì)量管理；f設(shè)備管理；g人力資源管理；h產(chǎn)品跟蹤；i執(zhí)行分析。

筆者通過對(duì)大量文獻(xiàn)資料的閱讀，結(jié)合ERP和MES系統(tǒng)功能模塊，根據(jù)離散制造企業(yè)生產(chǎn)中所面臨的問題，提出一種基于ERP和MES集成的生產(chǎn)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，圖1主要包括上層計(jì)劃、車間執(zhí)行以及之間集成的互動(dòng)作業(yè)三部分。建設(shè)適合企業(yè)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃與車間作業(yè)計(jì)劃的無(wú)縫對(duì)接，并與制造執(zhí)行系統(tǒng)相應(yīng)功能模塊集成，實(shí)現(xiàn)管理信息和執(zhí)行系統(tǒng)的有效銜接。

制造執(zhí)行系統(tǒng)通過布置在車間的專業(yè)設(shè)備，對(duì)原材料進(jìn)廠到成品入庫(kù)的整個(gè)過程實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、監(jiān)控和控制；計(jì)劃系統(tǒng)管理上層生產(chǎn)計(jì)劃、物料需求信息、產(chǎn)品工藝以及BOM結(jié)構(gòu)信息等；兩者共享數(shù)據(jù)庫(kù)。管理系統(tǒng)可以通過執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控訂單執(zhí)行狀況以及車間產(chǎn)能變化，考慮工廠的供給情況，可以根據(jù)訂單優(yōu)先級(jí)及時(shí)得出可執(zhí)行的、最佳效能的生產(chǎn)規(guī)劃。它通過控制物料、倉(cāng)庫(kù)、設(shè)備、品質(zhì)、工藝、異常、流程指令和人員來(lái)提高生產(chǎn)效率。隨著MTO（make to order）訂單需求的普及，工廠生產(chǎn)會(huì)面臨頻繁的工單優(yōu)先級(jí)的變更，這類綜合智能化系統(tǒng)的發(fā)展將成為趨勢(shì)，以滿足客戶以及競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈市場(chǎng)的需求。

為了在正確的地點(diǎn)、及時(shí)地以合理的價(jià)格為終端客戶提供個(gè)性化的產(chǎn)品，制造商需要有效的執(zhí)行計(jì)劃來(lái)保證訂單的完成。MTO與BTS （build to stock）相比，是一種多變的、不確定性的、優(yōu)先級(jí)高的小批量客戶訂單需求，使得生產(chǎn)計(jì)劃和控制活動(dòng)變得更加復(fù)雜。基于離散MES的MTO生產(chǎn)模式如圖2，由四個(gè)子活動(dòng)組成。

四、制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用效果

（一）DF企業(yè)的信息化需求

隨著DF企業(yè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品類型越來(lái)越復(fù)雜，現(xiàn)階段主要為世界著名電子公司代工一款面向全球銷售的智能手表。產(chǎn)品表盤種類繁多，表帶搭配不僅多且更新快，BTS和MTO訂單混合，ERP與底層控制系統(tǒng)已無(wú)法滿足企業(yè)信息化需求。領(lǐng)導(dǎo)層決定導(dǎo)入MES提升企業(yè)信息化建設(shè)，希望實(shí)現(xiàn)資源的合理調(diào)度、各生產(chǎn)車間的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程有用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

（二）MES 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

DF通過面向服務(wù)架構(gòu)SOA集成了ERP和MES，ERP作為服務(wù)消費(fèi)者向服務(wù)器提交請(qǐng)求，經(jīng)服務(wù)器傳送至MES，MES接到信息后完成請(qǐng)求內(nèi)容，并將包含有生產(chǎn)進(jìn)度的數(shù)據(jù)信息沿特定路徑返回。MES主要為ERP提供了以下服務(wù)：多層生產(chǎn)計(jì)劃服務(wù)；動(dòng)態(tài)調(diào)度服務(wù)；加工狀態(tài)服務(wù)；質(zhì)量管理服務(wù)；在制品追蹤服務(wù)等。

（三）MES應(yīng)用效果

DF的MES在企業(yè)內(nèi)部已經(jīng)成功投入運(yùn)行，基本滿足了企業(yè)對(duì)車間生產(chǎn)管理的需求，完成了與SAP和車間控制系統(tǒng)的集成，很好地為計(jì)劃層和控制層起到了橋梁的作用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、及時(shí)響應(yīng)。倉(cāng)儲(chǔ)管理費(fèi)用降低了47%，人力成本節(jié)省了35%，資金占用率減少了32%，生產(chǎn)效率提升了29%，保證了企業(yè)交貨期可以準(zhǔn)時(shí)達(dá)成。以DF物料狀況為例，分析MES應(yīng)用效果。筆者收集了該企業(yè)從2015年5月到9月每天的倉(cāng)庫(kù)物料狀況，計(jì)算得出每個(gè)月的平均值。從5月企業(yè)開始實(shí)施MES系統(tǒng)，物料庫(kù)存逐漸減少，到同年11月為止，已經(jīng)可以控制在兩天產(chǎn)能以內(nèi)。隨著企業(yè)對(duì)MES的應(yīng)用，倉(cāng)庫(kù)規(guī)劃空間可以越來(lái)越小，物流管理將會(huì)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)零庫(kù)存。

五、結(jié)語(yǔ)

面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，客戶個(gè)性化需求的增多，越來(lái)越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到制造執(zhí)行系統(tǒng)在生產(chǎn)過程作為橋梁的重要性。 離散MES可以及時(shí)結(jié)合廠內(nèi)資源，根據(jù)訂單優(yōu)先級(jí)來(lái)更新生產(chǎn)計(jì)劃，強(qiáng)化企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)管理水平和過程管控能力，從而提高企業(yè)敏捷制造和精益生產(chǎn)效率。本文闡述了MES的基本功能，構(gòu)建了基于MES企業(yè)生產(chǎn)管理架構(gòu)，通過MTO訂單需求模式來(lái)分析其運(yùn)行過程，并給出了實(shí)例分析，對(duì)其他離散制造企業(yè)引入 MES 具有重要的參考價(jià)值。

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（作者單位：江蘇大學(xué)管理學(xué)院）